橄榄石结构LiFePO₄材料具有对环境友善、资源丰富、价格便宜和安全性能好等优点，被认为是非常具有发展前景的锂离子电池正极材料。磷酸铁锂的电导率低，高倍率充放电性能较差是限制其商业化的瓶颈。本论文以提高电化学性能为主要目的，对LiFePO₄材料的合成条件、金属掺杂、碳包覆、性能和锂脱嵌动力学过程等展开了深入系统的研究。以氧化铁和磷酸二氢锂为原料，采用碳热还原法一步合成制备得到锂离子电池正极材料LiFePO₄。利用X射线衍射仪、扫描电镜、碳硫（质量分数）分析法和电化学性能测试方法对磷酸铁锂材料的物相结构、表面形貌、含碳量以及电性能进行分析研究。讨论了不同的烧结温度、不同的烧结时间和不同的掺碳量对材料电性能的影响。实验确定的最佳合成工艺为：锂铁比为1，碳在前驱体中包覆量为12wt％，合成温度为750℃，合成时间为15 h，合成过程在惰性气氛下完成。在上述工艺条件下合成的LiFePO₄材料，在2.5～4.2V、0.1C倍率下的首次放电比容量为141.8 mAh／g；在2.5～4.2V、1C倍率下的首次放电比容量为125.5 mAh／g，循环100次容量保持率为95.3％。研究了Mg和Ti离子掺杂对LiFePO₄材料结构与性能的影响。当Mg²⁺掺杂量为2mol％，Ti⁴⁺掺杂量为1mol％时，在2.5～4.2V、0.1C倍率下的首次放电比容量分别为146mAh／g和150.8 mAh／g；在2.5～4.2V、1C倍率下的首次放电比容量分别为130.5mAh／g和133.7mAh／g，循环100次容量保持率分别为96％和97.8％。说明掺杂后的材料具有较高的比容量和较好的充放电循环性能。同时材料的倍率放电性能表现较好。采用了粉末微电极循环伏安和交流阻抗技术对LiFePO₄嵌锂动力学进行了研究。研究结果表明，LiFePO₄材料在充放电过程中只发生一种氧化还原反应，经过金属离子掺杂后的材料，在脱嵌锂的过程中极化程度降低，可逆性相对较好，电极表面的电荷传输引起的电化学阻抗变小，有利于提高材料的电化学性能。