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高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4是非常有潜力的下一代锂离子电池正极材料。其高的能量密度和高的功率密度成为下一代电动汽车应用的首选材料。然而这个材料进入应用还有一些问题要解决，如经过优化的LiNi0.5Mn1.5O4/Li的半电池的循环性能已经非常好，但是LiNi0.5Mn1.5O4/石墨全电池的容量衰减较快，并且在高温下这种衰减加速。 本论文主要围绕LiNi0.5Mn1.5O4进行研究，首先分别使用球差校正透射电镜和硬X射线吸收谱对其在脱嵌锂之后的结构变化以及电荷转移机理进行了研究。 结构研究表明，LiNi0.5Mn1.5O4在首次完全脱锂之后在其表面和体相的局部区域出现了一些阳离子互占位的现象，在表面的局部区域有过渡金属占据8a位置，形成了类似Mn3O4的相，在体相的局部区域有过渡金属占据16c位置，形成了类似岩盐相。再次嵌锂之后这些过渡金属互占位现象并没有消失，意味着这种现象并不可逆。这些过渡金属的迁移很可能与Ni/Mn的溶解有关并且可能增加电荷转移阻抗，导致首周库伦效率较低以及容量衰减。我们使用原位吸收谱研究了LiNi0.5Mn1.5O4在充放电过程中的电荷转移情况，结果发现电荷转移是可逆的，对电荷转移有贡献的Ni的吸收边在充电后边发生移动，再次嵌锂之后与原始状态重合。 我们还对高电压电解液进行了研究，由于LiNi0.5Mn1.5O4的工作电压在4.7V，已经超出了传统碳酸酯电解液的电化学窗口，因此使用碳酸酯电解液会发生一定的分解。我们分别从溶剂和添加剂方面研究了高电压电解液。结果发现将一部分的EC替换为FEC具有较好的效果。另外使用一种盐类添加剂可以让其在溶剂分解之前预先分解形成保护膜阻止溶剂的分解，提高电极与电解液的界面的稳定性。 最后，我们对LiNi0.5Mn1.5O4进行改性，研究了改性的LiNi0.5Mn1.5O4半电池的高温循环性能以及对石墨的全电池的性能，通过二氧化钛表面包覆改性的LiNi0.5Mn1.5O4的高温循环性能有极大的提高，其对石墨的全电池的循环性能也有明显的提高。