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作为人类生产生活的基石，能源一直都是人们最为关心且共同面对的严峻问题之一。众所周知，自工业革命以来，石化能源成为了人类的主要能源形式。然而，随着工业化程度的发展，人们逐渐意识到石油煤炭等不可再生能源在燃烧的过程中会对环境造成极大的污染。因此，对新能源的研究与开发成为了科学研究领域中最重要的方向之一。作为化学能与电能转换的储存装置，电池成为了新能源开发利用中不可或缺的一部分。由于环境友好，能源利用率高，可重复使用等优点，锂离子电池在多种电池系统中脱颖而出。电池系统主要由正极，负极，电解液等几部分组成。对锂离子电池而言，在充放电过程中，正/负极材料将发生可逆的氧化还原反应，锂离子作为载流子在电池两极间进行电荷输运转移。商用化锂离子电池通常采用石墨作为负极，正极材料的选择决定了锂电池容量，循环寿命，安全性能及商用成本。目前主流正极材料按其晶体结构可分为：层状结构，尖晶石结构及聚阴离子结构。尖晶石结构的锰酸锂正极材料在重复充放电循环后将发生不可逆的结构相变，其可逆容量会发生急剧衰减。聚阴离子结构的正极材料因其导电率过小，从而严重影响了材料的倍率性能。因此，目前商用锂离子电池的正极主要采用层状钴酸锂材料。但环境污染，热稳定性差，制造成本高等诸多缺陷也同样制约了钴酸锂的应用。因而，探索新型替代正极材料成为了凝聚态与材料学科的研究重点与热点。总所周知，不同制备手段对正极材料的结构，形貌及电化学影响巨大，所以本文首先采用了固相，柠檬酸盐及共沉淀三种制备方法对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料进行了制备，并进行了对比性的研究。我们发现：在固相法合成过程中，由于各种原料难于均匀混合，因而较难制备出纯相的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料；而柠檬酸盐法虽然可以使原料在原子级别上达到均一混合，但由于较难控制材料颗粒形貌及大小，所以材料的电化学性能也差强人意；共沉淀方法虽然制备工艺苛刻，合成步骤复杂，但却可以获得具有优良电化学性能LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料。此外，由于LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料中三种过渡金属元素在电化学过程中功能各不相同，因此我们采用XRD，Raman及FTIR等测试手段研究了不同的化学配比对LiNixCo1-2xMnxO2（0.1<x<0.5）材料长程及短程有序结构变化的影响。物质的磁学性质是材料的本征属性之一，也同样受其晶体结构与离子之间的交换相互作用的影响。因此，为了更好的探索三元材料微观结构变化及离子无序效应我们对不同方法制备的三元材料的磁化率曲线进行了详尽的测量与分析，并尝试建立物质的磁学性质与电化学性能之间的联系。结果表明，尽管这三种化合物均在低温下出现自旋玻璃态转变，但转变温度、Cuire和Weiss常数及磁有序的诱导原因却因制备方式，Co含量的多少而略有不同。对共沉淀法制备的三元材料而言，当Co含量较高时，几何失措与离子混排对共同起到重要的作用；随着Co含量的降低，离子混排因素逐渐扮演主导性的作用。而通过柠檬酸盐法制备的LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2材料在低温条件下，由于非常大的离子混排程度而发生了团簇自旋玻璃态转变。这种离子混排的强弱，过渡金属离子团簇的大小直接对应于材料电化学性能的优劣。在首次充电过程中，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的晶体结构演变由非在位XRD、Raman和FTIR等方法进行了研究。当充电截止电压到4.6V时，随着Li+离子从材料中脱出，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2始终保持六方结构，其空间对称性并未发生显著的变化。然而，2.5-4.6V电压区间下充放电循环性能测试表明材料在较高电压窗口中的循环容量保持率明显差于较低电压区间（2.5-4.4V）。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料电化学动力学性质随充电电压变化的结果表明，材料表面膜电阻在充电至4.4V以前始终保持稳定，当充电至4.6V时，此阻值明显升高。因而可以推断，导致材料高电压区间电化学性能变差的主要原因可能是电极颗粒表面与电解液间发生了副反应。为了进一步研究LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料在高电压区间长程循环后的性能，我们采用了非在位同步辐射、XPS、HRTEM和EIS等手段对材料进行了测试分析。通过比对10,20及30次循环后样品的同步辐射曲线发现，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料在长程电化学循环过程中具有非常优异的结构稳定性，晶胞参数和Li+/Ni2+离子混排程度几乎没有改变。与此相反，XPS数据表明：随着充放电循环的进行，电极表面化学成分发生了明显的变化。与其他文献中XPS数据比较分析后我们推断LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料在受到LiPF6电解液中HF的作用后，其表面的Li2CO3被溶解，取而代之的是电极表面膜的生成。这一推论得到了HRTEM结果的直接证明。一个约40nm的表面膜层可以在30次循环后样品的电镜照片上被观测到。同时，EIS测试也发现表面膜电阻会随着循环次数而持续增加。因而，可以推断电极颗粒表面膜的持续累积是影响材料在高电压充放电循环性能的主要原因。通过本论文的研究与讨论，我们进一步加深了对三元材料制备工艺与其结构性质，电化学性能和磁学性质联系的认识。并且通过材料结构中的离子有序度建立起了其磁学性质与电化学性能之间的关联。同时我们也对三元材料在高电压区间下电化学性能，充放电及电化学循环过程的结构演化，表面膜生长等问题有了更深入的理解。