能源匾乏的压力越来越大,寻找新的清洁能源和发展新的低能耗节能设施势在必行,新能源材料的研发也成为了21世纪研究的热点。锂电池作为清洁能源的重要组成部分,引起了广泛的关注。在锂电池相关材料中,正极材料因其成本高、占比大,其性能是决定锂电池性能的关键因素,而成为锂电池材料研究中的重点。本文主要从材料的成分和结构出发,通过对锰酸锂正极材料进行掺杂并引入多孔结构,研究了锰酸锂材料电化学性能提高的方法。另外,通过计算模拟分析合成材料的稳定性,并在此基础上对材料进行进一步包覆、复合修饰,通过改善导电性方面进一步提高材料的综合性能。首先,通过探索Fe掺杂锰酸锂的制备方法,并对模板的选用进行了探讨,确定采用硝酸盐分解法在表面活性剂作为软模板基础上,合成多孔结构的LiFe0.2Mn1.8O4锂离子电池正极材料。通过XRD、XPS等分析测试确定所合成材料为尖晶石相,确定有铁元素以掺杂的方式存在,且铁元素的价态全部为所需的三价离子;通过扫描电镜、透射电镜分析结合BET测试,对合成的样品进行形貌和结构的表征,证明材料具有纳米尺寸的孔洞结构,这些结构互相连通,为材料实现较高的容量和良好的循环性能提供基础。然后,对制备材料进行电化学性能测试,包括放电容量、循环性能、倍率性能和阻抗,结果表明软模板法制备的材料具有更佳的电化学性能。通过对极化情况的分析,发现软模板法制备得的样品被极化的程度明显弱于硬模板法制得的样品,原因可能是由于软模板法制备的样品具有较大的孔直径所致。与此同时,通过计算材料学方法,采用VASP软件对材料的形成能进行模拟分析,通过将有序相构型与无序相构型、OQMD已知构型进行比较,判断Li_0.5Fe_xMn_1-xO₂系统中哪些浓度的化合物可以稳定存在,以及该浓度下的化合物是否为有序相。计算结果表明制备的样品应为有序相。合成的化合物中Fe原子的浓度为0.1,位于计算的两个极值点1/16和1/8之间,说明制备样品所采用的浓度是能够稳定存在的,计算结果证实了合成样品构型的稳定性。进一步,采用葡萄糖作为碳源,合成了碳包覆多孔结构的LiFe_0.2Mn_1.8O₄锂离子电池正极材料;将石墨烯分散至溶液中并与多孔LiFe_0.2Mn_1.8O₄充分混合,经过烧结制得石墨烯复合LiFe_0.2Mn_1.8O₄材料。通过XRD、XPS测试分析,确定碳包覆和石墨烯复合并不会影响材料的物相;通过扫描电镜、透射电镜的分析,BET的测试,对合成的样品进行形貌和结构的表征,证明材料具有纳米尺寸的孔洞结构,碳包覆不会影响材料的孔洞结构,石墨烯复合后LiFe_0.2Mn_1.8O₄晶粒均匀分散在石墨烯表面。同时,对材料进行电化学性能测试,包括放电容量、循环性能、倍率性能和阻抗,结果表明碳包覆和石墨烯复合会对材料的放电容量造成影响,但会提高材料的倍率性能和循环性能,其中石墨烯复合对性能的提高优于碳包覆,原因在于石墨烯能使晶粒分散并增加材料导电性所致。通过对材料阻抗的测试,发现碳包覆和石墨烯复合都能显著降低材料的阻抗,其中石墨烯复合由于在材料中含量百分比高,故阻抗比碳包覆和未进行修饰的更小,从而解释了其更优异的循环性能和倍率性能。