磷酸铁锂（LiFePO₄）作为新一代锂离子电池正极材料，以其高安全性、环境友好、循环性能稳定和价格低廉等优点引起了广泛的关注，但是它存在电导率低和锂离子扩散缓慢的问题，导致材料在大电流充放电时产生可逆容量损失。本文以Li₃PO₄、FeC₂O₄．2H₂O、（NH₄）₂HPO₄为原料，采用一步固相合成法制备LiFePO₄材料，并通过碳包覆和金属离子掺杂对材料进行修饰改性。使用X射线衍射（XRD）、激光粒度分析（LPS）、扫描电镜（SEM）以及电化学测试等分析手段研究材料的晶体结构、表面形貌、粒径大小和电化学性能。研究表明，一步固相反应法能够合成出单一的橄榄石相LiFePO₄材料，球磨时间、合成温度、反应时间是影响产物性能的重要因素。球磨时间短、合成温度过低、反应时间不够长，产物中会出现杂质，影响材料的电化学性能：合成温度过高将会导致晶粒异常长大，材料比表面积下降，容量减小。实验结果显示，原料经球磨6 h，600℃下煅烧24h合成出的样品性能最佳。考察乙炔黑、蔗糖为不同碳源，Li₂CO₃、Li₃PO₄为不同锂源对LiFePO₄材料性能的影响。结果表明，包覆碳材料不会影响材料的结构，并具有减小晶粒尺寸和提高材料电导率的作用。以Li₃PO₄为锂源包覆蔗糖热分解碳的材料具有优良的电化学性能，其电导率达到1.56×10^-3 S／cm，是纯LiFePO₄电导率的60多万倍，首次比容量和振实密度分别为130.1 mAh／g和1.23 g／cm³。同样充放电倍率下，Li₃PO₄为锂源合成LiFePO₄包覆碳样品比纯LiFePO₄样品的首次放电比容量高约30mAh／g。掺杂适量的Mg²⁺、Cr³⁺、Ti⁴⁺到LiFePO₄晶格中会引起材料的晶胞收缩，抑制晶粒长大，缩短锂离子脱嵌路径，从而提高材料的电化学性能。如果掺杂量过多将会降低锂离子浓度，导致材料的性能下降。Mg²⁺、Cr³⁺、Ti⁴⁺的最佳掺杂量为2、1和1 mol％，它们的首次放电比容量分别为123.6、114.3和123.5 mAh／g，循环性能及大电流充放电能力都得到提高。尤其是Li_0.99Ti_0.01 FePO₄样品，20次循环后，容量的衰减率仅为1.36％。稀土元素掺杂LiFePO₄，随着掺杂含量的增大，样品的颗粒尺寸减小，分布范围变窄。掺杂适量的Y³⁺、Sm³⁺、Pr³⁺可以合成单一相晶体，过多则会形成杂质，它们的最佳掺杂量为0.5、1和1 mol％，掺杂的样品均具有较好的电化学性能，首次放电容量分别为118.6、128.5和117.9 mAh／g。