当前,具有能量存储与转化能力的新型装置——二次电池（如锂离子（Li-ion）电池、锂-硫（Li-S）电池等）凭借高效的能量转换效率、质量轻巧及环保无污染等优势,成为了当下的研究热点。然而,如今已经商业化的二次电池由于正极材料难以提供更高的能量密度,因此很难达到高能电动交通工具的动力要求。尽管Li₂FeSiO₄正极材料具有很多优点(如³20 mAh g^-1的超高理论比容量,稳定的晶体结构、安全、便宜等)而吸引了许多关注,但是Li₂FeSiO₄仍存在一些固有缺陷,如电导率低、离子扩散系数低以及其实际比容量在很大程度上与工作温度相关等,因此需要进一步地探究改进。本文主要根据Li₂FeSiO₄材料本身固有的优、缺点来设计实验,应用先进的原位XRD技术探索了Li₂FeSiO₄材料的温度-性能的关系。同时,利用Li₂FeSiO₄的晶体结构的稳定和表面极性等优点,首次实现了Li₂FeSiO₄在Li-S电池正极材料中的应用,合成的Li₂FeSiO₄/C-S展示出了卓越的性能。具体研究内容及取得成果如下:（1）研究了Li₂FeSiO₄的高低温储锂特性。首先,采用溶胶-凝胶法合成了Li₂FeSiO₄的前驱体,然后,将前驱体通过高温煅烧成功地制得了碳包覆的Li₂FeSiO₄纳米颗粒。将Li₂FeSiO₄作为Li-ion电池的正极材料装配成半电池,测试其在不同温度下工作的实际性能。利用先进的原位XRD（In-situ XRD）测试手段,实时地监测其在循环过程中物相结构发生的变化。测试的结果表明,Li₂FeSiO₄拥有优异的高温储锂的能力。Li₂FeSiO₄在较低温度（293 K）下循环时,只有很少部分的Li⁺参与反应,对应着Li₂FeSiO₄与Li_（2-x）FeSiO₄（0+参与到电化学反应中,在温度为333 K下进行充放电时,Li₂FeSiO₄电极材料经历了Li₂FeSiO₄、LiFeSiO₄和Li_（1-x）FeSiO₄三相之间的反应,表现出更加优异的实际比容量。（2）首次将Li₂FeSiO₄应用于锂-硫（Li-S）电池。将Li₂FeSiO₄/C和单质S进行复合后得到了片状的Li₂FeSiO₄/C-S材料。在作为Li-S电池活性材料应用时,Li₂FeSiO₄/C-S展示出卓越的电化学性能。与C-S相比,Li₂FeSiO₄/C-S拥有着更低的电化学阻抗,对电荷和Li⁺的传输特别有利。工作电流密度为160 mA g^-1时,电池表现出1260 mAh g^-1的超高容量。经历200次循环之后,电池的比容量仍能够维持在450 mAh g^-1,展示出稳定的循环能力。结合各项表征手段以及测试方法分析发现,Li₂FeSiO₄/C-S具有良好的性能,不仅因为Li₂FeSiO₄/C-S独特的片状结构提供了大的比表面积,而且与Li₂FeSiO₄、C、S之间的协同作用密切相关。其中,碳网络的存在,在很大程度上优化了材料的电导率,还有效地缩短了电子和Li⁺传输的途径。Li₂FeSiO₄具有稳定的晶体结构,其表面极性能够降低活性物质“穿梭效应”,缓解电极材料在工作时结构的损坏情况,保证电池能够稳定循环;S作为主要的活性物质,是电池能量最重要的贡献者。