随着社会的不断发展，新型技术不断涌现，对能源的需求不断增加，迫切需求高能量密度锂离子电池，高比能富锂正极材料被认为是下一代锂离子电池最具潜力的正极材料而得到广泛关注。然而富锂正极材料本身存在诸多的问题严重限制了其在锂离子电池中的商业应用。为解决富锂正极材料所面临的科学问题，研究其材料结构、电化学行为及规模化制备技术，促进高比能锂离子电池发展。本论文主要开展了如下四部分工作:　　(1)高镍富锂正极材料的制备及抑制电压衰减研究　　富锂正极材料循环过程中的电压衰减严重限制了其商业应用。本工作通过共沉淀的合成方法成功制备了高镍含量富锂正极材料，该富锂正极材料表现出较高的振实密度、较小的电压衰减，200圈的循环后电压衰减201mV。借助原位XRD、半原位XPS等表征技术分析了提高富锂正极材料镍含量抑制电压衰减的机理:首先，富锂正极材料中随着镍含量的提高阳离子混排现象加重，即较多Ni2+离子占据在锂层Li+位，这一阳离子混排在一定程度上缓解了富锂正极材料脱锂后相邻氧层的排斥力，提高了材料充电状态下的结构稳定性;其次，Ni比Mn具有更高的电负性，材料在放电锂化过程中，Ni4+/Ni2+的反应优先于Mn4+/Mn3+的反应，使材料中Mn的平均氧化态保持在+3价以上，因此降低了Mn3+离子的Jahn-Teller效应，从而提高结构稳定性;最后，传统富锂正极材料中锰离子在重复充电和放电循环过程中易于陷在中间四面体位置，与锰离子相比较大半径的Ni2+离子在中间四面体位很难稳定存在，抑制了层状相向尖晶石相转变，从而抑制了富锂正极材料循环过程中的电压衰减。该研究首次提出提高富锂正极材料镍含量能够有效抑制其循环过程中的电压衰减，必将引起对高镍富锂正极材料的研究兴趣。　　(2)锂层阳离子掺杂提高富锂正极材料结构稳定性研究　　过渡金属层状氧化物正极材料的相变与材料结构和原子组成密切相关。本工作揭示富锂正极材料电压衰减诱导因素，提出一种简单的策略来提高充电状态下富锂正极材料的热力学稳定性，抑制层状相向尖晶石或者岩盐相转变。锰基氧化物正极材料的电子结构决定了热力学上的稳定相是尖晶石相而不是层状相，因此富锂锰基正极材料循环过程中极易向尖晶石相转变，特别是高电压区间循环。层状相向尖晶石相转变要经过中间阳离子混排的过程，在锂层预留少量带正电荷的阳离子能够有效的抑制Mn离子向锂层迁移，进而抑制结构转变，减小循环过程中的电压衰减。富锂锰基正极材料通过控制充电电压在锂层预留少量的带正电荷的Li+有效的抑制了电压衰减，经过100圈的循环后电压衰减仅0.04V。锂层阳离子掺杂提高富锂正极材料循环过程中的结构稳定性抑制电压衰减具有普适性，对富锂正极材料的发展具有重要指导意义。　　(3)高能量品质富锂正极材料的制备及其性能研究　　富锂锰基固溶体正极材料虽然具有较高的比容量，但与目前商业的平均放电电压3.8V的NCM正极材料相比其平均放电电压3.5V略低，外加富锂锰基固溶体正极材料循环过程中电压的不断衰减，不但降低了这一材料的能量密度而且降低了能量品质。本工作中通过提高富锂正极材料中镍的含量结合后续煅烧处理工艺，发展了高比能兼具高电压的富锂正极正极材料，该材料与高镍三元NCM-811正极材料相比具有低的镍含量(Ni/TM=0.4)、高的比容量274mAh g-1，与传统富锂正极材料相比具有较高的平均放电电压3.8V。此外，该研究工作阐释了在研发新的高比容量电极材料中能量品质概念的重要性，对正极、负极材料的研发都具有重要指导意义。　　(4)高比能富锂正极材料的结构设计及规模化制备　　梯度结构在镍基三元材料中的报道较多，然而在富锂正极材料中报道较少。本章通过共沉淀的合成方法成功实现0.3Li2MnO3·0.7LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为内核、0.5Li2MnO3·0.5LiNi08Co01Mn01O2为外壳、中间梯度过渡的梯度核壳结构富锂正极材料。由于表面的高镍富锂正极材料壳能够有效的抑制电压衰减，使得该材料表现出较小的电压衰减，100圈的循环后电压衰减0.2V。此外，本章工作中证明了在层状氧化物正极材料中过渡金属Ni和Mn具有协同相互作用，镍基层状三元正极材料中适当提高锰的含量及锰基富锂正极材料中适当提高镍的含量都能够有效的提高材料稳定性，对指导研发其他过渡金属氧化物正极材料具有重要指导作用。此外，成功发展了富锂正极材料10Kg级的规模化制备工艺，促进高比能富锂正极材料的商业应用　　简言之，本论文主要解决高比能富锂正极材料循环过程中电压衰减、能量品质低及规模化制备的问题，促进富锂正极材料在下一代高比能锂离子电池中的应用，进而促进电动汽车、智能电网等新兴技术领域的发展。