Li₃V₂(PO₄)₃(LVP)即磷酸钒锂,被认为是最有发展潜力的锂离子电池正极材料之一,但是其较低的电子电导率和锂离子传导率制约了它的进一步发展,因此改性工作势在必行。本文采用调节溶胶凝胶法中水浴温度、生物碳包覆、Ag⁺离子掺杂、Al₂O₃包覆、LiFePO4(LFP)复合LVP五种方式对LVP进行改性。采用溶胶凝胶法合成了纯相LVP正极材料,并探究了不同水浴温度(60、65、70、75、80℃)对LVP结构和电化学性能的影响。测试结果表明,不同水浴温度对LVP晶胞结构的影响较小,但是对LVP的电化学性能影响较大。其中70℃水浴下合成的样品充放电性能最好,即70℃为最佳合成水浴温度。不同水浴温度会影响反应试剂的溶解度,进而会影响前驱体的结构和组成,最终影响合成正极材料的电化学性能。分别以茶叶、紫菜、荷叶为结构模板和生物碳源用溶胶凝胶法合成了生物碳包覆的LVP(LVP/C),并探究了不同生物碳含量对LVP结构和电化学性能的影响。测试结果表明,生物碳的引入并没有改变LVP的主体结构,生物碳的引入显著提高了LVP的电化学性能。其中,在茶叶碳包覆改性LVP的实验中,合成的LVP/C的碳包覆层厚度为10-20 nm。其在3.0-4.3 V充放电电压范围内0.1,0.5,1,2,5,10 C倍率下的首次放电容量分别为124,132,131,128,121,110 mAh g-1,在10 C倍率下经过80次循环后,LVP/C的放电比容量几乎没有衰减,仍能保持在110 mAh g-1。而未添加茶叶碳的纯LVP在3.0-4.3 V充放电电压范围内0.1,0.5,1,2 C倍率下的首次放电容量仅为115,92,71,52 mAh g-1。以AgNO₃为Ag⁺源采用溶胶凝胶法探究了不同Ag⁺掺杂量(0.01,0.05,0.1 g)对LVP结构和电化学性能的影响。不同含量的Ag⁺掺杂对LVP的结构影响较小,但是对其电化学性能影响较大。在3.0-4.3 V充放电电压范围内0.1 C倍率下,掺杂量为0.01,0.05,0.1 g的样品(LVP/Ag1,LVP/Ag2,LVP/Ag3)的第二次放电比容量分别为102.51,131.36,83.81 mAh g-1。LVP/Ag2的性能最为优越,131.36mAh g-1接近LVP在3.0-4.3 V充放电电压范围内的理论比容量133 mAh g-1。探究了不同Al₂O₃添加含量(0.01,0.02,0.03 g)对LVP结构和电化学性能的影响。不同的Al₂O₃添加量对LVP的结构影响较小。不同Al₂O₃添加含量(0.01,0.02,0.03 g)的样品(LVP/A1,LVP/A2,LVP/A3)在3.0-4.3 V充放电电压范围内0.1 C倍率下的第二次放电比容量分别为66.68,79.68,67.65 mAh g-1。其中,LVP/A2的充放电性能相对较好,但是和LVP的理论比容量133 mAh g-1(3.0-4.3V)相比,相差还很大。因此,靠单一的氧化物包覆改性LVP还比较困难,需要结合其他改性方法进行改性。钒掺杂的LFP或铁掺杂的LVP很容易形成置换型固溶体,因为LFP和LVP具有十分相似的晶体结构。以酵母细胞为结构模板和生物碳源通过在LVP中复合LFP合成了异质同构纳米复合空心微球(HINCHMs)。结果表明,酵母细胞的生物沉积和矿化功能对形成纳米复合微球起到了重要作用。在N₂气氛下煅烧时,酵母细胞发生热分解和碳化,转变为具有介孔结构的生物碳微球(MBHMs)。LVP和LFP颗粒最终均匀地包覆在MBHMs表面,带有超晶格结构的异质同构固溶体在LVP和LFP接触处形成。作为锂离子电池正极材料,700℃合成的HINCHMs在1.5-4.3 V宽电压范围内0.1 C倍率下的放电比容量高达221.5 mAh g-1,放电比能量密度达到682 Wh kg-1。其放电比容量比纯LVP(133 mAh g-1,3.0-4.3 V)和LFP(170 mAh g-1,3.0-4.3 V)的理论比容量高出许多。其放电比能量是工业化锂离子电池(157 Wh kg-1)的4倍多。在10 C下循环500次后,其容量保持率和库伦效率分别为85.5%和98.3%。HINCHMs表现出优异的充放电性能和较高的能量密度,这主要归因于带有超晶格结构的异质同构结构和生物碳空心微球。宽电压范围不仅能够增加正极材料的放电比容量和能量密度,而且能够增加其在电子设备中的应用范围。