作为最有发展前景的能源储存元件之一,锂离子二次电池因具有较高的能量密度和环境友好性使其在便携式电子设备、混合动力汽车及纯电动汽车领域取得了非常大的商业成就。橄榄石型磷酸亚铁锂（LiFePO₄）具有价格便宜、安全性能好、比容量高、循环稳定性好等优点,被认为是很有潜力的锂离子动力电池正极材料。然而,纯相LiFePO₄的电子电导率和离子传导率较低,这一缺陷限制了LiFePO₄的商业化发展。因此,进行制备方法的优化和化学改性方面的研究,增大LiFePO₄的电子电导率,扩大锂离子扩散速率,对提高LiFePO₄材料的电化学性能具有深远的意义。本论文的主要工作内容有:（1）从一维纳米尺寸设计出发,以成本低的硝酸铁、磷酸二氢铵和乙酸锂为基本原料体系,以聚乙烯吡咯烷酮为纺丝介质,通过静电纺丝技术制备了锂离子电池LiFePO₄/C纳米复合材料,对其晶体结构、表面形貌和电化学性能进行了研究,分析了电化学性能与结构之间的关系。研究结果表明:静电纺丝法制备的LiFePO₄/C产物含有少量杂质相,它在0.1 C倍率下的首次放电比容量达到122.5 mAh?g^-1,并具有良好的倍率循环性,其原因在于其独特的一维线性纳米结构,其放电比容量相对不高的原因则是碳含量过高,这既阻碍了锂离子扩散,又降低了活性物质含量。（2）从零维纳米尺寸设计出发,在基本原料体系基础上,以柠檬酸为螯合剂和碳源,利用溶胶凝胶原理,获得了LiFePO₄@C纳米复合材料,分析了晶体结构、表面形貌和电化学性能,系统探讨了合成温度和碳含量对电极材料的性能影响,研究结果表明:溶胶凝胶法制备的LiFePO₄@C纳米复合材料晶相无杂质相,当合成温度为700°C,碳含量为3.01 wt%时,得到在0.1 C倍率下的首次放电比容量达到153.1 mAh?g^-1,循环性能较好的电极材料。同静电纺丝法制备产物相比,其比容量高,但电极极化程度略大,因此确定溶胶凝胶法是本文制备LiFePO₄@C电极材料的最佳方法。（3）从二维纳米尺寸设计出发,针对基本原料体系,采用溶胶凝胶法制备了石墨烯-LiFePO₄@C复合电极材料,实现了LiFePO₄@C与石墨烯的原位复合。研究了石墨烯对LiFePO₄@C结构、形貌和储锂性能的影响,重点分析了其在高倍率下的电化学性能,并探讨了石墨烯含量对LiFePO₄@C电化学性能影响。研究表明:石墨烯没有改变LiFePO₄的晶体结构,LiFePO₄@C颗粒平均粒径约为90 nm,并均匀分布在石墨烯的表面。当石墨烯含量为2 wt%时,电极材料在0.1 C倍率下的首次放电比容量为158.6mAh?g^-1,在10 C高倍率下,放电比容量可达到128.6 mAh?g^-1,且经过300次的循环后,比容量保持率为96.7%,展现出最佳的储锂性能,其原因在于石墨烯超高的电子电导率,且形成了二维网络结构。（4）从提高LiFePO₄材料本征电导率角度出发,以五氧化二钒为掺杂剂,通过溶胶凝胶法制备了钒离子体相掺杂LiFePO₄@C复合材料,探论了不同钒掺杂量对材料结构、形貌及电化学性能的影响。研究结果表明:掺杂后的样品晶体结构未改变,仍为橄榄石晶型,掺杂后,钒离子进入LiFePO₄晶格后,提高了锂离子扩散速率,进一步改善了电极材料的电化学性能。当钒掺杂量为5 mol%时,样品在0.1 C倍率下的首次放电比容量达到160.5mAh?g^-1,并表现出良好的倍率性能和循环稳定性。（5）从提高碳膜导电性角度出发,将氮掺杂碳技术应用到LiFePO₄的改性研究中。以二氰二胺为氮掺杂剂,采用溶胶凝胶法制备了氮掺杂碳包覆的LiFePO₄复合材料,并且系统地分析了氮掺杂量对电极材料结构与性能的影响。研究结果表明,柠檬酸和二氰二胺在高温下的原位分解,使合成的LiFePO₄颗粒表面包覆了一层氮掺杂的碳膜,LiFePO₄颗粒之间的导电性得到明显改善,其电化学性能得到一定程度地提高。当氮掺杂量为0.35 wt%时,LiFePO₄@N_0.35%C样品具有最优良的电化学性能。电极材料在0.1 C倍率下的首次放电比容量达到157.2 mAh?g^-1,经过30个循环后放电容量基本不变。本论文围绕如何提高LiFePO₄的电化学性能,从制备方法和化学改性入手,在粒径控制、碳氮包覆、石墨烯复合和钒掺杂等方面进行了一些有益探索,希望上述研究内容能为LiFePO₄在工业电池上的应用提供一些参考作用。