由于目前汽车工业面临能源短缺与环境污染等问题,新能源电动汽车迎来了前所未有的机遇!锂离子动力电池是电动汽车的常用电池之一,而磷酸铁锂材料（LiFePO₄,LFP）因其具有较高的理论容量、循环性能优异、热稳定性高、价格低廉、对环境友好等优势成为国内外锂离子动力电池正极材料研发的重点方向。然而其电导率差和锂离子表观扩散系数低的缺点,极大影响了其高倍率性能,严重影响了该类材料在电动汽车领域的广泛应用。为了克服其不足并进一步提高磷酸铁锂材料的性能,促进其在电动汽车动力电池领域中的应用,本文分别采用三种不同结构的有机磷作为新型磷源,研制出了纳米尺度、导电性好、大电流充放电性能优异的磷酸铁锂@碳（LFP@C）、磷酸铁锂@多壁碳纳米管（LFP@MWCNTs）、磷酸铁锂@石墨烯（LFP@G）复合正极材料,并深入研究了三种复合材结构-工艺-性能的关系及相互作用机制,可望为研发优异性能的LFP复合材提供理论指导。本文的主要研究工作创新点如下:（1）通过设计遴选具有较高磷含量、特殊分子结构及螯合金属离子特性的双1,6-亚己基三胺五甲叉膦酸作为新磷源,成功研制出了具备纳米尺度和原位生长特征的LFP@C复合材。XRD和SEM分析显示,LFP@C复合材具有完美的橄榄石晶体结构和均一的300 nm左右球形形貌。电化学分析测试指出,该复合材在0.2 C下,表现出高达166.8 mAh·g^-1的初始放电容量,在10 C下具有102.3 mAh·g^-1的高倍率性能,容量维持率约为60.2%,表明该材料具备优异的大电流放电特性,可更好地满足电动汽车变速和加速行驶需求。（2）采用利塞膦酸作为新磷源,提出了一种制备具有三维（3D）纳米结构特征的LFP@MWCNTs复合材的原位自组装方法,并阐明了结构形成的机理与相应的锂离子扩散速率和电导率提高的机制。研制的LFP@MWCNTs中,LFP具备橄榄石晶体结构和100-200 nm的“长-短”棒状微观形貌,厚度约16 nm的多壁碳纳米管具有较高的结晶度,且原位生长并环绕在LFP颗粒表面,形成3D纳米结构。电化学测试分析表明,该复合材在0.2 C下首次放电容量达168.5 mAh·g^-1,10 C下循环800次后,容量维持率在76.5%以上,锂离子表观扩散系数高达5.28×10^-11 cm²·s^-1,相对于纯LiFePO₄材料提高了3个数量级,克服了LFP材料锂离子表观扩散系数低的不足。所制备的LFP@MWCNTs复合材具备3D结构和良好的电化学性能的机理为:1)利塞膦酸结构吡咯环中N原子可以与Fe²⁺发生反应,通过结构中吡咯环的空间位阻作用抑制LFP成核过程中的生长;2)利塞膦酸结构的C-OH,-C=O及-COOH等基团可以与功能化的碳纳米管上-COOH,C-OH等基团发生反应,形成中间体;通过利塞膦酸与Fe²⁺和功能化碳纳米管的双重作用,在LFP@MWCNTs复合材的形成中,起到一个“双向桥梁”作用,可以有效改善LFP和碳纳米管的界面结合,进而最终形成具备3D纳米结构的LFP@MWCNTs复合材,该3D结构可在LFP晶粒间搭建良好的碳纳米管导电桥梁,提高了导电性,并大大缩小了LFP的晶粒尺寸,从而缩短了Li⁺的扩散路径,改善了LiFePO₄的Li⁺扩散性能。（3）遴选具有螯合和还原基团的乙二胺四亚甲基膦酸（EDTMPA）,取代常规还原剂水合肼,还原制备了石墨烯纳米片。研究表明:所制备的石墨烯呈现褶皱状的纳米片分布,晶面距约0.38 nm,片层厚度约1-2 nm,拉曼光谱2700 cm^-1附近的2D峰具有少层石墨烯的特征。该制备方法,为采用EDTMPA作为新磷源制备LFP的同时,在LFP表面原位生长少层石墨烯,最终获得LFP@G复合材提供了理论依据。（4）遴选乙二胺四亚甲基膦酸（EDTMPA）作为新型磷源,研制出了具有原位生长和特殊“核-壳”结构的石墨烯包覆磷酸铁锂正极复合材（LFP@G）,并揭示了特殊结构对该种材料电化学性能提高的作用机制。SEM、TEM分析表明:LFP作为“核”处在中心,颗粒大小介于50-100 nm左右,厚约2-5 nm的石墨烯作为“壳”原位生长并均匀地包覆在LFP表面,在LFP颗粒之间形成良好导电网络。该复合材在0.2 C下首次放电容量为167.4 mAh·g^-1,且高倍率10 C下循环800次后,容量维持率在84.1%以上,锂离子表观扩散系数和电导率高达1.12×10^-11cm²·s^-1和2.95×10^-1S·cm^-1,相对于纯的磷酸铁锂材料分别提高了4个和8个数量级,同时该材料具备优异的低温倍率和循环性能。所制备LFP@G复合材具备特殊“核-壳”结构和优异的电化学性能的机理为:所选新型有机磷螯合Fe²⁺,控制晶粒生长的同时,本身所带的还原性官能团,可原位还原氧化石墨烯为石墨烯,并连续均匀的生长在LFP表面,从而形成特殊的“核-壳”结构,该纳米层结构可在LFP颗粒间搭建石墨烯的高速导电网络和锂离子扩散通道,大大改善材料的电化学性能。（5）提出一种通过复合粒径分布统计和阿累尼乌斯方程（Arrhenius Equation）预估材料烧结成型机理的方法,并应用该方法探究了LFP@C烧结过程的热力学行为与机制。结果表明:从热力学角度分析,在600-800℃下,采用新磷源制备的LFP@C复合材,具有不超过3.82 kJ mol^-1的较低烧结活化能。这说明该复合材热力学生长受扩散机制控制,其主要归功于所选有机磷对Fe²⁺的螯合、原位分解碳及在LFP颗粒间形成的“硬团聚体”的综合效应成型机理。综上所述,本文针对LFP材料存在的不足,设计遴选了三种不同种类有机磷源,研制了磷酸铁锂-碳、磷酸铁锂-碳纳米管、磷酸铁锂-石墨烯电动汽车动力电池正极材料及其制备技术。系统研究了遴选有机磷源对所制备的材料的微观结构、电化学性能、特殊形貌的形成机理及新材料烧结成型机制的影响。所研制的新材料具备纳米尺度、导电性好、锂离子表观扩散系数高、大电流放电优良、循环寿命长等优点,可为动力电池材料在电动汽车领域的生产和成功应用,提供理论依据和良好的技术支撑。