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层状富锂锰氧化物(LMRO)正极材料具有较高的放电比容量（280 mAh g-1）和能量密度（1000 Wh kg-1），有望成为锂离子电池新一代正极材料。然而，由于LMRO正极材料循环稳定性及倍率性能较差、首次库伦效率较低等问题严重制约了LMRO正极材料的实际应用。本课题以Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2（LNCMO）正极材料为研究对象，通过X射线衍射（XRD）及Rietveld粉末衍射精修，高分辨透射电镜（HRTEM），扫描电子显微镜（SEM），Raman光谱，光电子能谱（XPS），恒流充放电测试，电化学阻抗谱(EIS)等技术系统地研究了 LNCMO正极材料循环过程中的结构与电化学性能，揭示了导致 LNCMO正极材料循环过程中较快容量/电压衰减、较差循环寿命和倍率性能、较高首次不可逆容量的根本原因，并探索了LNCMO正极材料中各相、各组分之间的协同作用机理。此外采用新型粘结剂羧甲基纤维素钠（CMC），Mg2+离子替代及原位析出Er2O3氧化物包覆等手段大幅度地提升了LNCMO正极材料的综合电化学性能。 本研究主要内容包括：⑴研究了LNCMO正极材料热处理过程中相的转化过程及转化机理。XRD及 Rietveld粉末衍射精修研究结果发现，LNCMO正极材料在热处理过程中经历了六方 LiMO2(R-3m)相→单斜 Li2MO3(C2/m)相→正交 LiM2O4(Fd-3m)相(M=Ni、Co、Mn)的逐渐转化过程。通过HRTEM分析发现，随着热处理温度的升高，LNCMO结构中LiMO2相过渡金属层中Li与过渡金属元素TM(Ni、Co、Mn)的排列方式发生重组，从混合排列逐渐向LiTM2的有序排列转化，形成具有超结构的单斜Li2MO3相；在1000℃以上的高温度热处理条件下，由于金属Li严重挥发，导致Li：M比不能满足LiMO2相及Li2MO3相中Li：M的要求，所以转化为低 Li：M的LiM2O4相。900℃热处理得到的LNCMO结构为 LiMO2与Li2MO3两相纳米尺度上交互主宰的复合结构；XPS结果显示，此结构中Ni为+2价，Co为+2和+3混合价，Mn为+4价；同时，900℃热处理得到的LNCMO正极材料具有相对较好的电化学性能。⑵研究循环过程中相变过程及晶体结构对LNCMO正极材料电化学性能的影响。XRD及Rietveld粉末衍射精修结果显示，首次循环过程中，TM离子的迁移与结构重排导致类尖晶石 LixMn2O4相的形成。首次循环后，LNCMO结构中具有超结构的单斜 Li2MO3相转化为六方 LiMO2相。同时，部分层状六方LiMO2相转化为立方尖晶石结构LixM2O4相，且LixMn2O4相在循环过程中逐渐积累导致了 LNCMO正极材料循环过程中的容量/电压衰减。研究不同截止电压条件下 LNCMO正极材料的循环性能发现，2.0~4.8 V电压窗口条件下循环的LNCMO正极材料具有最佳的电化学性能。此外，通过EIS研究LNCMO正极材料首次循环及第二次循环过程中的动力学性能发现，LNCMO正极材料首次充电过程中，Li2MnO3组分活化过程及Mn在 MnO2/LiMnO2相中氧化还原过程的动力学性能明显低于Ni，Co在LiMO2相中的动力学性能。结果说明，Li2MnO3组分活化及MnO2/LiMnO2电化学反应过程为LNCMO正极材料电极过程动力学的关键控制步骤。⑶研究了不同X的XLi2MnO3-(1-X)LiMO2(M=Ni、Co、Mn，0≤X≤1)材料的结构及电化学性能，结果发现，LiMO2相和Li2MO3相之间存在协同作用。Li2MO3相可以有效地提高 LNCMO复合材料的比容量及循环稳定性，但同时也降低了其首次库伦效率及倍率性能。然而，Li2MO3相与LiMO2相纳米尺度上共掺共存结构可以有效地提高Li2MO3相的电化学活性，同时提高LNCMO正极材料的电化学容量，首次库伦效率及倍率性能。Li2MO3相与LiMO2相之间的协同效应实现了LNCMO正极材料的高容量、长循环寿命、高倍率性能。当X=0.5时，LNCMO正极材料具有较好的综合性能。⑷采用XRD及电化学测试方法研究了不同金属元素M（Li、Ni、Co、Mn）及各组分LiMO2（M=Ni、Co、Mn）在LNCMO正极材料中的作用及作用机理，研究结果发现：增加Li含量可以增加Li2MO3相在结构中的含量，提高LNCMO正极材料的电化学容量及循环稳定性，但同时也降低了其首次库伦效率及倍率性能；相反，降低Li含量可以增加尖晶石LiM2O4相在结构中的含量，提高其库伦效率及倍率性能，过量5％ Li的LNCMO正极材料具有最好的电化学性能。增加Ni金属元素及LiNiO2组分可以有效地抑制LNCMO正极材料循环过程中的容量/电压衰减，同时提升其倍率性能。增加Co金属元素及LiCoO2组分会导致LNCMO正极材料循环过程中较快的容量/电压衰减，但是可以提升其倍率性能。增加Mn及LiMn2O4组分会形成LiMn2O4尖晶石相；Mn及LiMn2O4的加入会降低LNCMO正极材料的电化学活性，从而降低其电化学容量和倍率性能；但是， Mn及LiMn2O4的加入可以有效地提升 LNCMO正极材料的首次库伦效率及循环稳定性。