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提高锂离子电池性能和降低电极材料的成本一直是锂离子电池领域的主要研究方向。本文基于这种趋势在详细考查了锂离子电池正极材料研究发展的基础上,选取了橄榄石型LiFePO4材料作为研究对象,并运用水淬冷法对其合成和改性工作进行了较为深入和系统的研究。研究对比了随炉冷却方式和水淬冷方式对合成纯相LiFePO4微观结构和电化学性能的影响。研究发现水淬冷方式较随炉冷却方式制备的LiFePO4具有更精细的颗粒尺寸,通过Rietveld法结构精修分析发现采用淬冷法制备的样品晶格内存在一定的缺陷,并造成晶胞体积发生收缩;从化学热力学、动力学和晶体学角度对淬冷法制备的LiFePO4的作用机理进行分析,提出了淬冷法制备的样品中可能存在离子扩散的空位和通道,这些空位和通道可能为锂离子的扩散提供路径,有利于固相法制备LiFePO4电化学性能的改进;通过正交实验优化了淬冷固相法制备LiFePO4的工艺条件。在最优条件下制备的纯相LiFePO4在0.1C倍率下可逆放电容量达151.1 mAh·g-1,0.5C倍率下达132.0 mAh·g-1,明显优于常规固相法制备的LiFePO4。采用水淬冷法合成了碳包覆的LiFePO4/C化合物,并借助拉曼（Raman）光谱手段研究了碳在制备LiFePO4/C中的作用机理,研究表明碳有效改进LiFePO4的电化学性能需要以下三个条件:（ⅰ）.磷酸铁锂颗粒多为sp2型的碳所包覆;（ⅱ）.包覆碳能形成良好的导电网络;（ⅲ）.碳包覆均匀。采用淬冷固相法通过正交实验优化了低碳高活性LiFePO4/C的合成条件,经过优化后合成的LiFePO4/C复合材料0.1C放电容量达163.8 mAh·g-1,在1C和2C倍率下的放电容量分别达143.4和124.7 mAh·g-1,循环性能优良。而复合材料中的原位碳包覆量仅为0.98%,比表面积为8.9 m2·g-1,极大地改善了材料的物理性能。采用水淬冷法合成了铁位掺杂和锂位掺杂的LiFePO4化合物,并借助四探针法测电导率、粉末微电极循环伏安法和交流阻抗法探讨了铁位掺杂和锂位掺杂对LiFePO4电导率的改善机理。研究表明:（ⅰ）.通过铁位掺杂Mg2+和Ni2+不但将样品的电导率提高了2-3个数量级,而且掺杂还降低了O对Li的束缚,从而有利于Li+的快速传输。（ⅱ）.锂位掺杂Ti4+和Nb5+不但可以将LiFePO4的电导率提高近100倍,而且锂位掺杂在一定程度上还可以抑制脱锂.嵌锂过程中LiFePO4的相变,从而有利于Li+扩散。但是,锂位引入过多的杂原子会导致材料电化学性能的下降。为了进一步提高磷酸铁锂的电导率并优化LiFePO4/C的性能,本文研究了水淬冷法制备低碳掺杂型LiFePO4的合成与性质。研究发现经过低碳量包覆和金属离子掺杂方法可以将LiFePO4的电导率提高到10-2S·cm-1数量级,材料的电化学性能尤其是倍率性能得到明显的改善。样品LiFe0.99Mg0.01PO4/C在2C倍率下首次放电容量达到133.9mAh·g-1,经过50次循环几乎无衰减,而样品中的原位碳含量仅为1.05%。Li1-xFePO4和Li1-xFe0.99Mg0.01PO4/C（x=0～0.8）的交换电流密度数值分别介于0.04-0.10和0.1-0.42 mA·cm-2之间,并且交换电流密度随着锂含量的变化而变化,并在x=0.4～0.5附近出现最大值。研究了喷雾干燥法制备球形高密度LiFePO4的工艺参数,结果表明,在较低固体含量（20%）和高离心转速(18000r·min-1)下可制得实心球形粒子前驱体。以实心粒子前驱体所合成的产物仍为实心,振实密度达到1.51g·cm-3,所制备的实心多孔样品在0.2C、1C和2C倍率下的可逆比容量分别为150.2、144.0和129.8 mAh·g-1,而且材料循环性能良好。