随着日益增长的能源需求和资源能源的短缺,锂离子电池在电子器件、电动车辆和风光储能电站等领域得到了广泛的应用。橄榄石LiFePO₄因其高理论容量（170mAh/g）、高工作电压（vs Li/Li+）、良好的热稳定性和绿色环保而成为最具有大规模应用前景的动力电池正极材料之一。但较低的电导率和锂离子扩散系数限制了其大功率应用。基于此,本论文通过固相法制备了Li FePO₄正极材料,研究合成温度和保温时间对其结构和电化学性能的影响,优化了工艺条件。在此基础上,结合第一性原理计算对其进行掺杂改性实验研究。本文研究了合成温度和保温时间对LiFePO₄正极材料结构和性能的影响。结果表明,400℃预烧,750℃保温15h制备的Li FePO₄正极材料颗粒更小,粒度分布更加均匀,具有更好的电化学性能。在2.5-4.1V电压范围,0.1C首次放电比容量为153.2 mAh/g。针对Li FePO₄较差的电导率和锂离子扩散系数问题,阳离子掺杂被认为是最有效的改善方法之一。在本论文中,基于第一性原理计算研究了掺杂对其晶体结构、电子结构和电化学性能的影响,计算结果表明Na、K、Mn和V掺杂均减小了LiFePO₄的带隙,改善了材料的电导率和锂离子的扩散。分别以无水碳酸钠、无水碳酸钾、C4H6MnO₄·4H2O和V₂O₅为掺杂原料,通过固相法制备了掺杂的LiFePO₄正极材料。在不同钠掺杂浓度的Li FePO₄正极材料中,Li0.99Na0.01FePO₄样品具有最优的电化学性能。电化学测试表明适量的钠掺杂改善了材料的循环稳定性和倍率性能,并减小材料的电荷转移阻抗,改善电化学活性。在Li_1-xK_xFePO₄（x=0,0.005,0.01,0.02）样品中,Li0.995K0.005FePO₄在1C100次循环后容量保持率约为96.4%。计算和实验结果表明,K离子掺杂提高了材料的电导率,拓宽了锂离子的扩散通道,因此改善了材料的循环稳定性和倍率性能。锰掺杂LiFePO₄的实验结果表明,Li Fe0.5Mn0.5PO₄的电化学性能最优,锰掺杂提高了电池的放电电压平台,改善了材料的循环稳定性。在1C循环100次容量保持率为95.6%。钒掺杂Li FePO₄正极材料中,掺杂2%V₂O₅样品1C100次循环后容量几乎无衰减,该样品具有最优的大倍率性能,V₂O₅掺杂减小了LiFePO₄的电荷转移阻抗,提高了材料的电化学活性,改善了锂离子的扩散。因此,适量的钒掺杂可以改善材料的循环性能和倍率性能。基于以上研究,通过第一性原理计算研究了Na和Mn复合掺杂Li Fe PO₄的电子结构,利用固相法制备了1%Na和50%Mn复合掺杂的Li_0.99Na_0.01Fe_0.5Mn_0.5PO₄正极材料。计算结果和实验结果表明复合掺杂改善了Li FePO₄的电导率和锂离子扩散,从而改善了LiFePO₄正极材料的倍率性能和循环过程中的稳定性。电化学结果显示Na和Mn复合掺杂但提高了电池的放电电压平台,Li_0.99Na_0.01Fe_0.5Mn_0.5PO₄正极材料在0.2C、0.5C、1C、3C倍率下的首次放电比容量相对于0.1C的百分比分别为89.3%、86.4%、80.6%和64.4%,高于未掺杂样品,1C100次循环后容量几乎无衰减。