新能源汽车的发展促进了锂离子电池的研发,研究和发展性能优良、价格低廉的锂离子电池正极材料具有重要的现实意义。橄榄石结构的磷酸铁锂（LiFePO₄）凭借其较高的安全性、价格便宜和环保无毒的优势成为动力锂离子电池正极材料中的佼佼者,但是该材料的电子电导率和锂离子扩散系数较低,影响了其高倍率快速充放电性能。本论文较为系统研究了磷酸铁锂正极材料的微波水热/等离子体法合成、表面改性和阴离子掺杂。研究利用微波水热法制备具有一定结构形貌的LiFePO₄正极材料。系统地研究了反应温度、反应时间对LiFePO₄产物晶体结构、微观形貌和电化学性能的影响。研究表明,在反应温度160℃,反应时间为20 min条件下,制备出单分散的完整的片状结构的LiFePO₄。与传统的水热法相比,微波辐射作用明显降低了材料合成温度,大大缩短了材料合成时间。制备的纯相LiFePO₄纳米片在b轴方向较短,该结构有利于缩短锂离子的扩散距离,可提高材料的电化学性能,在0.1 C倍率下,其首次放电比容量为133.8 mAhg^-1。最后,对LiFePO₄纳米片在微波场中的成核生长过程进行研究,其成核生长过程主要遵循溶解-沉淀机制,微波场诱导和促进了反应的进行和晶体最终形貌的形成。研究利用非原位碳包覆改性微波水热法制备的LiFePO₄纳米片。采用葡萄糖作为碳源,通过高温热解反应,在LiFePO₄纳米片表面包覆一层碳材料,进一步提高材料的放电比容量和循环稳定性。系统研究了煅烧温度、碳含量对LiFePO₄/C复合材料晶体结构,显微形貌,碳包覆层的结构和电化学性能的影响。研究表明,当煅烧温度为700℃时制备的产物表现出优异的电化学性能,主要是由于样品具有较好的结晶度和碳包覆层具有较高石墨化程度二者之间的相互协调作用。碳含量直接影响颗粒尺寸和碳包覆的效果,从而影响材料的电化学性能,材料的电化学性能随着碳含量的增加呈现先优化后恶化的变化规律。碳含量为7 wt.%的LiFePO₄/C样品在较大电流密度为10 C和20 C的倍率下,放电比容量分别为132.1 mAhg^-1和111.8 mAhg^-1;碳包覆对于材料的高倍率电化学性能的提升有限。研究利用一步原位微波水热法制备石墨烯包覆的LiFePO₄正极材料。系统地研究氧化石墨烯添加量对LiFePO₄产物晶体结构、微观形貌和电化学性能的影响。只有加入适量的石墨烯才可以实现在LiFePO₄颗粒表面均匀完整地包覆。合理控制产物中石墨烯的含量对复合材料电化学性能的提高具有重要意义。石墨烯的引入显著提高了材料的放电比容量,高倍率性能和循环稳定性。材料的电化学性能与氧化石墨烯的添加量具有重要的关系。当氧化石墨烯添加量为5 wt.%时,LiFePO₄/graphene复合材料在10 C,20 C和30 C的倍率下,放电比容量分别为148.2 mAh/g,132.6 mAh/g和114.4 mAh/g,表现出优异的高倍率性能。研究利用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术成功制备了形貌规则,粒径较小且分布均匀的LiFePO₄/C纳米复合材料。以锂离子的固相扩散为出发点,利用EIS测试技术对锂离子在橄榄石型LiFePO₄材料中脱嵌的动力学过程进行分析。研究表明,在充放电过程中,电荷转移电阻呈倒U型,贫锂相的电子电导率明显高于富锂相和两相区域;锂离子扩散系数呈现一个类似的V形,两相区域锂离子扩散缓慢,固溶区锂离子扩散较快。因此,缩短两相区,延长固溶区,可以提高锂离子的扩散过程,改善材料的电化学性能。研究采用MPCVD法制备F掺杂的LiFePO₄/C纳米材料。系统地研究了F掺杂量对LiFePO₄/C样品的晶体结构、微观形貌和电化学性能的影响。结构分析表明,F掺杂引起Li-O键长增加,说明Li-O键合作用减弱,更有助于充放电过程中Li离子在LiFePO₄晶格中的嵌入和脱出。同时,F掺杂引起P-O键长缩短,说明P-O键合作用增强,进一步提高材料的结构稳定性,增强材料的循环性能。电化学分析表明F掺杂可以增强材料的动力学性能,加快锂离子在材料中的扩散,提高LiFePO₄/C材料电化学性。F掺杂可以缩短两相共存区,延长单相固溶区,单相固溶区的扩大非常有利于电化学性能的改善,尤其是倍率性能;LiFePO4-xFx/C（x=0.15）样品在高倍率20 C,30 C分别循环50次后,其放电比容量可达126 mAh·g^-1和107.4 mAh·g^-1。研究利用MPCVD一步原位制备LiFePO₄/CNT复合正极材料。选用不锈钢作为绿色催化剂,制备工艺简单,产物性能优异。对制备的LiFePO₄/CNT复合材料的结构,形貌,生长机理及电化学性能进行研究。制备的LiFePO₄/CNT复合材料具有优异的放电比容量,倍率循环性能,且具有较小的电池极化和电荷阻抗。这主要是由于碳纳米管能够与LiFePO₄颗粒紧密结合,且构建形成三维导电网络结构,提高了材料的电子电导率和锂离子扩散速率。