相比目前商业化的锂离子电池正极材料,橄榄石型磷酸亚铁锂具有放电平台适宜、理论容量高、良好的电化学性能、原材料来源丰富、价格低廉、绿色环保等众多优点,从而被认为是一种最具潜力的锂离子电池正极材料,特别是作为动力型锂离子电池正极材料。本文在简述锂离子电池及其常见正极材料的基础上,概述了正极材料磷酸亚铁锂的结构、电化学性能以及目前存在的主要问题。针对磷酸亚铁锂作为锂离子电池正极材料时存在的缺陷和当前的研究热点,我们从理论和实验两方面作了研究。本文采用密度泛函理论计算LiFePO₄及其掺杂物的电子结构和能垒。计算表明LiFePO₄是能隙约为0.562eV的间接带隙半导体材料。本文计算的带隙值与很多小组报道的结果接近。无论在LiFePO₄的Li位还是Fe位掺杂金属阳离子,所得材料的带隙与纯LiFePO₄相比均减少。Li位掺杂时,能带图中的价带出现了不同程度的展宽;但是Fe位掺杂材料的价带却出现了分裂。LiFePO₄掺杂Mg2+、Cu+、K+或Ag+后,Li-O平均核间距都有不同程度的加大。这就拓宽了Li+的扩散通道,有利于它的快速运动。Ti2+、Cr2+或Mn2+掺杂材料的Li-O平均核间距也有不同程度的增大,但LiNi0.25Fe0.75PO₄中的Li-O平均核间距却减少。我们还计算了Cu+、Ag+、K+和Mg2+掺杂LiFePO₄的扩散能垒,发现能垒值均小于纯LiFePO₄的扩散能垒。因此,尽管LiFePO₄拥有一维Li+扩散路径,但是Li位掺杂的上述阳离子并没有阻碍Li+的扩散。至于Fe位掺杂LiFePO₄材料的导电和扩散性能,还有待于进一步的研究。实验上,我们利用微波法、固相-微波法和以铁粉还原磷酸铁合成了LiFePO₄。XRD谱显示利用上述方法均能得到高纯度、晶体结构好的LiFePO₄样品。尤其固相-微波法合成的样品更为理想,所得产物的表面晶相良好,XRD谱中也没有杂质峰出现。这种方法很好消除了微波法和固相法的缺点,将有很好的应用前景。而用铁粉和磷酸铁作原料合成LiFePO₄,则降低了成本,带来较为可观的经济效益。