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磷酸铁锂是目前最具有应用前景的锂离子电池正极材料之一,然而低温工作时严重的容量损失制约了其发展,以及在动力能源,储能电站等方面的应用。容量损失与正极材料的放电过程有密切联系,区别于其他正极材料,磷酸铁锂放电过程中存在两相反应过程,该两相过程中的相界会阻碍锂离子扩散。因此提升磷酸铁锂低温性能的关键在于明确低温放电的相变过程,针对此过程中两相反应的影响因素对材料进行改性。本文以固相法制备的磷酸铁锂为研究对象,使用ex-situ TEM观察磷酸铁锂-40℃下放电插锂反应中的两相相变过程,并结合XRD对相变过程中的相组成进行详细分析,得出影响磷酸铁锂低温放电性能的主要因素,并针对各种影响因素展开实验改性,使磷酸铁锂的-40℃放电性能较商业化材料提升3倍。展开的主要工作如下：1.使用透射电镜观察-40℃下放电阶段的两相界面,界面为2-3 nm区域,且具有区别于富锂相和贫锂相的独特扭曲固溶体结构；发现相变过程中的亚稳相,区别于常温的富锂相与贫锂相之间的相变,低温相变过程需要经历两个阶段的两相转变,分别为贫锂相向亚稳相转变,和亚稳相向富锂相转变；使用ex-situ XRD对放电过程中材料的相组成进行追踪,发现磷酸铁相作为一组分存在于低温放电反应的始终,且含量稳定(27.01%),成为低温容量损失的原因之一。通过计算表明,具有反应活性的磷酸铁也未能充分插锂生成磷酸铁锂,反应程度只有77.10%,成为低温容量损失的原因之二。针对这两种-40℃放电容量损失的根源,提出了增加电导率,减小粒径,金属离子掺杂等改性方法。2.研究了磷酸铁锂粒径对低温性能的影响。本文通过球磨时间,原料和工艺等方法对磷酸铁锂的粒径进行控制,最终使用二步法工艺得到50～80 nm,粒径分布较窄的类球形磷酸铁锂颗粒,有效缩短了放电插锂反应中锂离子扩散路径,使低温性能较常规商业化材料提升2倍,达到50%。3.研究了电导率对磷酸铁锂低温性能的影响。针对碳包覆磷酸铁锂电导率的制约因素,分别研究了碳层厚度(碳含量),碳层石墨化程度对磷酸铁锂的影响。其中碳层的原位石墨化能大幅度提高磷酸铁锂的电导率,达到2.15e-1 S cm-1,但是对低温容量保持率影响不大为57%,表明保证电子快速传输时,进一步提高电导率并不能显著提升低温性能。4.分别研究了Mg, Zn, Ni, Mn四种二价金属离子掺杂对磷酸铁锂低温性能的影响。发现Mg掺杂虽有效提高磷酸铁锂的锂离子扩散能力,但只对结构稳定起作用,不能改善低温相变过程,只能一定程度提高低温性能；Zn, Ni, Mn掺杂都能有效缩短放电插锂反应中贫锂相向亚稳相的转变过程,使相变过程缓和,有效提高低温放电能力。其中Mn10%掺杂还能有效增加放电反应中的固溶插锂比例,利于低温放电反应,故拥有最高的低温放电能力,-40℃容量保持率达到65.2%。