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锂离子电池具有电池电压高、比容量大、能量密度高、无记忆效应、循环寿命长、环境友好等优点，是目前应用范围最广和最有可能大规模应用于电动汽车的二次电池。正极材料是锂离子电池的关键材料，其性能的好坏不仅直接影响电池的性能，而且对降低电池成本、实现电动汽车产业化具有十分重要的现实意义。本文采用有机物辅助喷雾干燥法，制备了高性能的LiFePO4、Li3V2（PO4）3和Li2MnSiO4等系列锂离子电池正极材料，考察了这些材料的基本电化学性能及其电池性能，并采用SEM、XRD、CV、EIS等实验手段对材料进行了结构表征，同时还研究了这些正极材料在水溶液电解液中的电化学行为，探讨了可充放电水溶液锂离子电池的可能性。探索了采用碳浴焙烧工艺固相法制备磷酸铁锂的可能性，在无需惰性气体保护的条件下，成功地制备出了优良性能的LiFePO4/C复合正极材料。与工业样品比较，该工艺制备的样品的粒径更小更均匀，电化学性能更好，在0.1C倍率下首次放电比容量达到140.4mAh/g，首次库伦效率为99.8%，经过40次循环容量仅衰减3.3%。该方法对于解决磷酸铁锂制备过程中需要使用高纯惰性气体的问题提供了一种参考解决方案。研究了采用湿化学法-喷雾干燥法制备磷酸铁锂的新工艺，通过在反应浆料中添加不同有机物，成功地制备出了具有不同形貌和性能优良的LiFePO4/C正极材料。考察了有机物的种类及添加量、浆料浓度及组成、喷雾工艺条件、焙烧温度及时间等对材料的结构和性能的影响。结果表明：不同的有机添加剂对材料的形貌和微结构影响很大，当以PVA作为有机添加剂时，能得到具有微米-纳米二级结构的LiFePO4/C均匀微米球；有机物的添加量越多，热解的残留碳越多，LiFePO4的活性发挥得越充分；最佳焙烧温度为750℃，最佳PVA的添加量为200g/mol，在最佳条件下制得的磷酸铁锂材料在0.1C下放电的初始比容量可高达166.5mAh/g。为了减少有机物的使用量，探索了采用有机/无机二元碳源的工艺，通过喷雾干燥法成功地制备了高性能的LiFePO4/C复合材料。结果表明：碳源对材料的形貌、微结构和电化学性能有一定的影响，采用炭黑部分替代有机物碳源制备的LiFePO4/C材料表现出了纳米颗粒均匀、高比表面积、介孔结构和优良的电导率等诸多优异的性质，这些性质为材料在充放电过程中提供了快速的离子和电子通道，制备的样品具有接近理论值的比容量和优异倍率循环性能。采用该工艺做了公斤级中间放大实验，所得样品性能跟小试样品相当，在0.5C倍率下循环200次容量衰减仅12.4%。通过往喷雾干燥的前驱体中添加过渡金属的可溶盐制备了一系列铁位掺杂的LiFe0.95M0.05PO4/C（M=V、Mn、Ni、Co和Cu）复合正极材料。与非掺杂的LiFePO4/C样品比较，镍或钒掺杂能显著提高材料的高倍率容量，锰或钴掺杂效果不明显，铜掺杂会使材料的性能变差。通过优化Ni和V掺杂量表明：掺杂量为3%时制备的LiFe0.97M0.03PO4/C（M=V和Ni）的性能是最优的；LiFe0.97Ni0.03PO4/C样品在10.0C倍率下的比容量比非掺杂样品高出80%左右，这两个样品在0.5C倍率下循环200次容量衰减分别为25.8%和8.8%。通过Rietveld精修计算掺杂Ni样品的晶胞参数，表明适量的Ni掺杂可以增大材料快速嵌锂的晶面b，同时又可以减小嵌锂较慢的晶面a和c；EIS和CV测试表明掺入3%的Ni原子可以显著减小材料电荷转移电阻和提高材料的电化学反应可逆性。采用喷雾干燥法成功地制备出了球形Li3V2（PO4）3/C和Li2MnSiO4/C复合正极材料，并考察了焙烧温度对材料结构和性能的影响。结果表明：生成纯单斜结构的Li3V2（PO4）3的最佳焙烧温度为750℃，该焙烧温度下制备的LVP-750具有最高的比容量，其在0.2C倍率下首次放电比容量高达191.4mAh/g，且其表现出优异的倍率循环性能；焙烧温度在700850℃范围内可生成方斜系的Li2MnSiO4正极材料，存在微量的Li2SiO3和MnO杂质；800℃制备的Li2MnSiO4比容量最高，首次放电比容量达143.1mAh/g，比采用传统的高温固相法制备的Li2Mn SiO4/C样品高出40%左右，且循环稳定性也明显优于后者。研究了磷酸铁锂在水溶液电解质中的电化学行为，设计并探讨了可充放电水溶液锂离子电池的可行性。结果表明：LiFePO4在水溶液电解液中具有非常好的电化学稳定性，在10mV/s速率下扫描200圈CV曲线基本重合；通过线性拟合扫描速率的平方根和氧化/还原峰电流计算出了Li+嵌入和脱嵌LiFePO4的扩散系数分别为1.22×10-14和9.97×10-15cm2/s；通过对CV曲线的积分估算了材料的容量，当CV扫描的速率在5mV/s以下时计算出LiFePO4的比容量跟锂离子电池充放电测试的比容量相当吻合。测试LiMn2O4/LiFePO4电池在1.0M锂离子水溶液中的充放电性能，0.1C倍率下经过20个循环活化后LiFePO4的比容量将达到理论容量；LiMn2O4/LiFePO4电池在2.0C倍率下1000次长循环仍然能保持70%以上的比容量。