中文摘要：

LiFePO4和Li3V2(PO4)3同属磷酸盐正极材料，具有容量高、电压平台稳定、结构稳定、安全性好、原料便宜等优点，在锂离子电池的制造中表现出较大的潜力。但这两种材料的电子导电率低，大电流放电性能差，限制了其应用。利用具有NASCION结构的快离子导体Li3V2(PO4)3来替代部分LiFePO4，势必提高材料整体的导电性和能量密度。本研究以钒磁铁精矿为原料制备钒酸铁，再以钒酸铁为前驱体制备复合材料LiFePO4-Li3V2(PO4)3，使其优势互补；同时利用合成过程中形成Fe2+/V3+部分相互掺杂的LiFePO4/Li3V2(PO4)3来提高复合材料的导电性；优化合成条件制备性能优良的复合材料。通过对复合材料结构与性能的研究，解明结构和性能之间的关系，得出Fe2+/V3+相互掺杂的作用机理。实现综合利用钒磁铁精矿，并建立一套以钒磁铁精矿为原料制备锂离子电池复合正极材料的技术原型。

结论摘要：

以钒磁铁精矿为原料，先通过酸浸处理得到浸出液，经过液相共沉淀法合成FeVO4？xH2O，研究了合成过程pH对FeVO4？xH2O性能的影响。结果表明，在pH=4时，所得产物的Fe/V摩尔比接近1，颗粒呈类球形且一次粒径为100~500nm；生成沉淀物经热处理后，均为纯相三斜晶系的FeVO4。以FeVO4？xH2O为铁源和钒源，通过常温还原-低温热处理法合成了LiFePO4-Li3V2(PO4)3，对其合成条件、微观结构、复合机理及电化学性能进行了研究；结果表明复合材料中主要存在LiFePO4和Li3V2(PO4)3两相；750℃制备出的材料1C放电容量达142.1mAhg-1，10C倍率下经100次循环后比容量为138.7mAhg-1，容量保持率为97.6%，材料具有良好的倍率性能和循环性能，其性能优于单一正极材料LiFePO4和Li3V2(PO4)3。在复合材料中存在一定量的Fe/V相互掺杂Li3V2(PO4)3/LiFePO4，且复合材料中的Li3V2(PO4)3相和LiFePO4相不存在结构相容性。利用线性极化法测定了LiFePO4？、Li3V2(PO4)3和复合电极在不同荷电态下的交换电流密度，研究发现复合材料的交换电流密度最高。用CV法测定了各个电极在对应的各个氧化还原峰位的锂离子扩散系数，研究发现复合材料中的锂离子扩散系数要明显大于单一正极材料相同峰位的锂离子扩散系数。复合正极材料的嵌锂动力学要优于单一的正极材料LiFePO4？和Li3V2(PO4)3。采用“喷雾干燥-液氮冷淬”法合成了球形Li3V2(PO4)3/C正极材料。冷淬处理改变了材料的形貌、结构和电化学性能，处理后的Li3V2(PO4)3由球形变成了表面粗糙的类球形颗粒，振实密度由1.85 g cm-3下降至1.64 g cm-3，冷淬处理使Li3V2(PO4)3表面形成了一定的缺陷和锂空位，增加了锂离子的扩散通道，提高了其倍率性能。淬冷后的样品表现出了更优异的倍率性能和更小的电化学极化。探索了以常温还原-低温热处理法合成出了纳米碳网包覆的LiVPO4F正极材料，对其结构、形貌及电化学性能进行了一定的研究。结果表明V5+在常温下被草酸还原为V3+，在500度下烧结2h即得到了性能优异的LiVPO4F材料，0.5C放电容量高达143mAh g-1，且表现出了良好的循环性能。