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随着锂离子电池逐渐由小型智能电子设备转战电动汽车、储能电站等大型储能系统,人们对其能量密度、循环性能、倍率性能、安全性、使用寿命等提出了越来越高的要求。尤其是能量密度方面,目前锂离子电池能量密度的最高水平为210 Wh kg-l和650 Wh L-1,远不足汽油(3000Wh L-1)的四分之一,这严重影响着锂离子电池在电动汽车领域的应用。然而,目前商品化的锂离子电池正极材料(LiCoO2、 LiFePO、 LiNixCoyMn1-x-y等)在能量密度方面已达到或接近其理论值。因此,寻找新的高能量密度的锂离子电池正极材料取代现有商品电极材料成为了锂离子电池发展的必经之路。在目前研究的所有锂离子电池正极材料中,富锂相材料以其超高的放电比容量成为了最有希望的下一代商品锂离子电池正极材料。本论文针对富锂相材料相关缺点,采用了材料复合、阳离子掺杂等手段对富锂相材料的电化学性能进行了全面的优化,并对富锂相材料的温度敏感性进行了探索性研究。在第一章中,作者简单介绍了锂离子电池的工作原理及常见的正负极材料,重点论述了层状富锂相材料的研究历史、机理、改性方向等研究现状。在第二章中,作者介绍了本论文中使用的实验试剂和主要实验仪器,简单描述了论文中锂离子半电池的制备工艺流程及相关性能表征方法。在第三章中,作者采用丙烯酸凝胶聚合的方法制备了富锂相材料xLi2MnO3·(1-x)LiNio.5Mno.5O2,并对材料的组成和制备工艺进行了优化。通过不同Li2MnO3相比材料电化学性能对比,发现0.5Li2Mn03·0.5LiNi0.sMn0.502材料具有最佳的电化学性能。通过700-1000℃区间烧结温度以及1-20h烧结时间的工艺优化,确定了富锂相材料的最佳烧结工艺为950℃、10h的烧结条件。在第四章中,采用热分解法制备了缺锂态锂离子电池正极材料Cr2O5,并将其与富锂相材料进行复合。通过对复合材料电化学性能的研究,发现由于Cr：05同样为循环性能良好的高比容量锂离子电池正极材料,可以通过对Cr2O5复合比例的改变,在不过度损失富锂相比容量的基础上做到富锂相材料的首次库伦效率的人为调控。其中组成为Cr2O5质量分数17%的C34复合样品首次库伦效率102%,循环比容量>230 mAh g-1。在第五章中,作者采用丙烯酸凝胶聚合的方法制备了一系列六价元素Mo掺杂的富锂相材料Li1.2Nio.2Mno.6-xMoxO2。通过对Mo掺杂样品结构的分析发现：1)由于液相烧结的存在,Mo掺杂的富锂相材料粒子直径随掺杂量的提高规律性增大。2)Mo的掺杂可以导致富锂相材料的离子电导率和电子电导率的提高,因此,材料的倍率性能得到了提高。在Mo掺杂的富锂相材料系列中,Li1.2Nio.2Mn0.59Mo0.01O2表现出最优异的电化学性能,5C倍率下放电比容量110mAh g-1,204次循环后放电比容量229 mAh g-1(容量保持率93.2%),并且其循环过程中电压降现象得到了抑制。在第六章中,作者采用丙烯酸凝胶聚合的方法制备了,一系列五价元素V、Nb掺杂的富锂相材料Li1.2Ni0.2Mn0.6-xVxO2和Li1.2Ni0.2Mn0.6-xNbxO2。通过对V掺杂的富锂相材料结构分析发现：V的掺杂可以导致富锂相材料锂离子导电率和电子导电率的提高,提高了材料的倍率性能。在V掺杂的富锂相材料系列中,Li1.2Ni0.2Mn0.59V0.01O2表现出最优异的电化学性能,10C倍率下放电比容量115mAh g-1;188次循环后放电比容量234 mAh g-1(容量保持率95.5%)并且其循环过程中电压降现象得到了抑制。在Nb掺杂的富锂相材料系列中,Li1.2Ni0.2Mn0.55Nb0.05O2表现出最优异的倍率性能,5C倍率下放电比容量75 mAh g-1。在第七章中,作者采用丙烯酸凝胶聚合的方法制备了三、四价元素掺杂的富锂相材料Li(Li0.2Ni0.i5M0.iMn0.55)O2 (M=Al,Fe,Co,Cr) Li(Li0.2Ni0.2-0.5xCoxMn0.6-0.5x)O2 (x=0.05,0.1,0.133,0.4)、和Li(Li0.2Ni0.2Mn0.55 M0.05)O2 (M=Sn, Si, Zr, Ti)。通过对不同三价元素掺杂的富锂相电化学性能的对比,发现,随着Co掺杂量的提高,富锂相材料放电比容量呈现先增后减规律,其中Li(Li0.2Ni0.133Co0.133Mn0.534)O2表现出最高的放电比容量(276mAhg-1)。但Co的掺杂也会造成富锂相材料循环稳定性的下降。在第八章中,作者通过横向对比富锂相与商品锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 (NCM111)、 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM523)和LiNi0.815Co0.15Al0.035O2 (NCA),发现：1)相较商品锂离子电池正极材料,富锂相材料对测试温度更加敏感。2)富锂相材料的温度敏感性主要是由于富锂相材料在循环过程中表面形成了较厚的表面膜。通过对xLi2MnO3(1-x)·LiNi0.5Mn0.5O2 (x=0.2,0.4,0.5,0.6,0.8)系列富锂相材料高低温性能的对比测试,发现富锂相材料中Li2MnO3相的比例增加会加剧富锂相材料的温度敏感性。在第九章,作者对论文工作进行了总结,列出了创新点和存在的不足,并对未来可能的研究方向提出了展望。