聚阴离子型Li₂FeSiO₄材料因其具备较高的理论比容量和优越的安全性能已经被认为是新一代锂离子电池正极材料的最佳材料,当其实现两个Li⁺的嵌入和脱出时,可利用理论容量达到342 mA·h·g^-1。但是其固有的低电导率和Li⁺扩散系数使其电化学性能表现不佳,从而阻碍了它在实际中的应用。表面碳包覆可有效阻止材料纯相颗粒之间的聚集,建立更为高效的电子导电网络,提高材料的电子电导率,从而降低电极极化,改善材料的电化学性能;添加络合剂和对前驱体溶液改性可以提高材料的分散性,影响材料晶体结构的形成;异种金属离子的掺杂将产生更多的晶格缺陷,改变锂离子和氧化还原活性离子周围的化学环境,进而影响充/放电平台电位,增强材料的电导率和Li⁺扩散系数。基于对该材料和上述改性方法的探讨,本论文针对锂离子电池正极材料Li₂FeSiO₄的合成条件展开了探究,对其低容量和导电性差等问题,通过表面碳包覆、调节前驱体溶液pH值和离子掺杂等手段进行改善,为高性能Li₂FeSiO₄正极材料的研究与开发提供了有效与可行的设计思路及解决方案。主要研究内容如下:（1）以无水乙酸锂、九水硝酸铁和亲水性纳米SiO₂分别为锂源、铁源和硅源采用高温固相法合成Li₂FeSiO₄正极材料,材料粒径为29.2 nm,充电比容量保持在40 mA·h·g^-1左右。随后以柠檬酸作为碳源和前驱体络合剂,采用溶胶凝胶法合成具有不同烧结温度的Li₂FeSiO₄/C复合材料,研究烧结温度对材料性能的影响。通过TG-DTA和XRD测试发现,随着烧结温度的升高材料的颗粒逐渐变大,当摩尔比柠檬酸:Fe=2:1且烧结条件为300℃-3 h,700℃-10 h时,合成的Li₂FeSiO₄/C锂离子电池正极复合材料具有较好的电化学性能,20次循环后,容量仍能保持在133 mA·h·g^-1以上。柠檬酸作为碳源的热解碳形成的三维导电网络增加了整个电极的导电性,也形成了丰富的孔隙结构,有利于电解液的快速渗透和Li⁺的快速传导,使材料结构在充放电过程中保持稳定。（2）采用溶胶凝胶法,选择无水乙酸锂、九水硝酸铁、亲水性纳米SiO₂和柠檬酸分别作为锂源、铁源、硅源、碳源和前驱体络合剂,利用氨水调节前驱体溶液pH=1-11,制备出11种具有不同前驱体溶液pH值的Li₂FeSiO₄/C复合材料,探讨了溶胶形态对材料电化学性能的影响。在碱性条件下,体系的水解反应由OH^-的亲核取代引起,这种反应进攻性较弱,水解速率小于缩聚速度,因此缩聚物交联度高,形成具有较高交联度的大分子聚合物。材料形成稳定的网状骨架结构,改善了前驱体溶液及干凝胶中各种元素离子的分散系,减少了微晶之间的团聚、有利于纳米尺寸粒子相的生成。而且热解后形成的热解碳覆层也便于Li⁺的传输,为材料电化学性能的提高提供了帮助。在0.1 C倍率下,1.5-4.8 V电压范围内测试后发现,前驱体溶液pH=11所合成的样品充电容量最高且稳定性最好。首次放电容量为169.82 mA·h·g^-1,在第30次循环时容量仍能达到140mA·h·g^-1以上。（3）通过回流辅助的溶胶凝胶法合成Si位置Cr掺杂的锂离子电池正极材料Li₂FeSi_1-xCr_xO₄/C（x=0、0.03、0.06、0.10）,研究了Si位置Cr掺杂对材料结构及电化学性能的影响。其中Li₂FeSi_0.90Cr_0.10O₄/C获得最优异的结果。所有的材料不仅具有纳米级别、分散均匀、比表面积大的共同特征,有利于电解质的渗透,而且由于Cr掺杂到Si位置而呈现出特殊的结构改性效果。采用Rietveld结构精修研究了掺杂对结构的影响,结果表明,Li₂FeSi_0.90Cr_0.10O₄/C材料结构中晶胞参数沿a、b、c方向的增加和晶胞体积V的膨胀使Li⁺的传输路径变宽;较长的Li-O键键长表明Li⁺和O^2-之间的作用力和结合能变弱。以上两点有助于Li⁺快速迁移到电极材料的表面,并具有较高的传质动力学。较大的充放电容量、Li⁺扩散系数和电导率为上述结果提供了最有利的支持。在2.0-4.5V的电压范围内,0.1 C倍率下比容量为149.36 mA·h·g^-1,在第20次循环时仍然能达到148.65 mA·h·g^-1。（4）为了使材料获得更好的包覆效果,自行开发和设计了一种用于材料颗粒表面包覆的化学气相沉积方法及其简易装置。该装置由三部分组成:密封系统、反应室系统和气体供给系统。根据化学气相沉积的原理,利用特别设计的反应室罐体、样品承载体及间歇式电磁脉冲阀造成待包覆材料在反应室内进行上下、左右、前后的3维混合运动和颗粒自身的自旋运动,增强了材料在反应室内的分散,增大了与包覆层前驱体载气之间的接触面积和停留时间,降低了颗粒的凝结团聚和包覆层融合的现象,从而达成改善材料包覆均匀性和提高材料性能的效果。此外,基于气固物质流的圆锥型传导分布分析法,对承载体孔分布的最优设计进行了讨论。