锂离子电池具有高电压、比能量高、无记忆效应、无环境污染等特点，已经成为21世纪绿色高能二次电池的主要选择。目前商用锂离子电池正极材料LiCoO2，由于钴储量有限，价格昂贵，毒性大，作为锂离子电池正极材料成本高和安全性问题，严重阻碍了锂离子电池的进一步发展，限制了它在更广领域的应用。迫切需要研究者开发出成本低，性能优良的锂离子电池正极材料以满足电动汽车等新兴行业的需求。本文主要研究价格低廉的尖晶石型LiMn2O4系和橄榄石型IiFePO4系正极材料，通过采用元素掺杂、取代改性等手段来改善这两个系列化合物的电化学性能，利用XRD、SEM、TEM等对产物的微观结构和形貌进行分析。采用恒流充放电、循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)技术评价其电化学性能，系统研究了合成工艺、元素掺杂或取代导致的结构变化对材料电化学性能的影响。 在论文第三章中，以醋酸盐为原料，通过喷雾干燥法合成了结晶好，颗粒细小、分布均匀的单相尖晶石LiCo1/6Mn11/6O4粉体。研究表明，在氧气氛中400℃预煅烧4 h，700℃煅烧12 h制备的材料，在室温(25℃)和高温条件(55℃)下都具有良好的电化学性能。LiCo1/6 Mn11/6O4电极的容量衰减主要发生在高电压区(4.08-4.40 V)，特别是高温(55℃)下，高电压区的容量衰减更加明显。虽然Co3+掺杂降低了锂锰氧化物的容量，但可改善尖晶石型LiMn2O4系材料的循环性能，其原因是LiCo1/6Mn11/6O4(Li[CO3+1/6Mn3+5/6Mn4+]O4)在4 V电压区域，Co3+不参与氧化还原反应，部分取代Mn3+后，使得Mn的平均价态>3.5，减少了Jahn-Teller效应的产生，而且Co的存在使得尖晶石结构更加稳定。 在论文第四章中，以柠檬酸为碳前驱体，以CH3COOLi·2H2O、Fe(CH3COO)2·4H2O和NH4H2PO4为原料，采用喷雾干燥一热处理法合成了LiFePO4/C复合材料，研究了烧结温度、烧结时间、升温速度和碳掺杂量等对材料电化学性能的影响。研究结果表明，烧结温度对材料电化学性能影响最大，延长晶化时间对材料的晶化效果影响不大，慢速升温会引起产物颗粒的异常粗大。适量的碳可以有效抑制LiFePO4晶粒的长大，提高材料的电导率，从而提高材料的放电比容量和循环稳定性。最优条件下：5℃/min升温速度，650℃烧结3 h后，4.76％含碳量的LiFePO4/C材料，0.1 C放电比容量达到125 mAhg-1；0.25 C，50次循环后，容量衰减率为0.23％/次。 在论文第五章中，在第四章合成方法及工艺研究的基础上，采用喷雾干燥法和煅烧处理制备了掺F的LiFePO4-yFy/C(y=0，0.03，0.05，0.1)材料，并对其电化学性能进行了研究。XRD研究结果表明，F离子掺杂量不超过0.1，LiFePO4-yFy/C具有完好的橄榄石结构，峰形尖锐，结晶性良好，保持了LiFePO4/C(y=0)材料的衍射特征峰。随着F掺杂量的增加，衍射峰向低衍射角方向移动，晶格常数和晶胞体积V减小，使晶体结构更加稳定。F离子的掺入对提高材料的放电比容量影响不大，但对材料的循环性能和倍率放电性能起到改善作用。当y=0.03时，LiFePO3.97F0.03/C材料充放电过程中的电化学极化最小，表现出最佳的电化学性能，首次放电比容量为129 mAh g-1 (0.1 C放电电流)，经过0.2 C倍率充放电循环50次，再在0.5 C倍率下充放电循环50次后，容量衰减率仅为0.168％/次。