磷酸铁锂因为具有成本低、无毒性、无污染等优势,所以被作为锂离子电池正极材料广泛研究。但是,磷酸铁锂离子导电性和电子导电性方面的不足限制了它在锂离子电池中的应用。针对这一不足,我们以Na₂ATP为生物自组装模板,并且提供磷源和碳源,以FeCl₃?6H₂O作为铁源,以L_i2CO₃作为锂源,以NH₄VO₃作为钒源,以葡萄糖作为还原剂利用生物模板-碳热还原法合成掺钒LiFePO₄。分别以铁钒摩尔比、烧成温度、掺钒方式和水热处理为单一变量研究掺钒LiFePO₄的合成。通过XRD测试对合成的试样进行组成研究,以磷酸铁锂相含量高为依据筛选出掺钒LiFePO₄试样,其成分为磷酸铁锂、钒酸铁钠和多孔玻璃。对筛选出的掺钒LiFePO₄试样进行微观结构研究,发现掺钒之后材料能够形成由颗粒或者片状结构组装形成的球形或花状形貌,磷酸铁锂/钒酸铁钠复合结构,多级孔结构和石墨化碳结构。通过充放电、CV和EIS测试验证XRD测试分析结果,筛选出相同的掺钒LiFePO₄试样,其合成工艺条件为:铁钒摩尔比为1:1,不进行水热处理,固相掺钒,700℃烧成。电化学测试表明,筛选出的掺钒LiFePO₄在2.5⁴.2 V电压范围内0.1 C倍率下的首次放电比质量容量为202.8 mAh g^-1,超过磷酸铁锂理论比容量(170 mAh g^-1),在10.0 C倍率下的放电比质量容量也能保持在100.4 mAh g^-1。在研究掺钒Li FePO₄工艺、组成、结构和性能的基础上,我们确定材料的合成机理为:水溶液中表面带负电荷的Na₂ATP胶束与带正电荷的金属离子进行组装。高温烧成后,有机成分碳化形成孔结构和碳包覆,磷酸铁锂与钒酸铁钠晶体生长形成复合结构,锂钠元素的助熔作用使材料形成少量玻璃相。掺钒LiFePO₄离子传输机理为:充放电期间没有晶核形成和晶体生长而直接通过界面移动进行结构重排完成的快速相转变促进掺钒LiFePO₄中的离子传输。