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锂离子电池由于具有电压高、比能量大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、环境污染小等优点而广泛使用于便携式电子产品。但是,为了进一步拓宽锂离子电池的应用范围,就必须提高其功率密度和能量密度,而锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料。因此,本文在概述了当前锂离子电池正极材料的研发现状后,对高电压的尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4和高容量的富锂层状0.3Li2MnO3·0.7LiNi0.5Mn0.5O2锂离子电池正极材料进行了研究。分别采用高温固相法和低温固相法合成LiNi0.5Mn1.5O4材料,考察了升温速率(5℃/min、10℃/min、20℃/min、30℃/min)对LiNi0.5Mn1.5O4材料的结构、晶粒形貌和尺寸以及电化学性能的影响。发现改变升温速率可以调控LiNi0.5Mn1.5O4材料的结构和形貌以及电化学性能。无论是高温固相法还是低温固相法,升温速率为20℃/min时合成的样品LiNi0.5Mn1.5O4都具有最好的电化学性能,尤其是低温固相法合成的LiNi0.5Mn1.5O4样品,表现出最好的循环稳定性,循环100次后放电容量由初始的137.0 mAh-g-1衰减到125.0mAh·g-1,容量保持率达到91.2%；在10C的倍率放电下,容量仍能保持在125.0 mAh·g-1以上。采用低温固相法合成LiNi0.5Mn1.5O4时,详细研究了原料对LiNi0.5Mn1.5O4材料的结构、晶粒形貌和尺寸以及电化学性能的影响。研究结果发现,只要前驱体中存在一定量的氯化物,固相合成过程中可以促进LiNi0.5Mn1.5O4晶粒的长大和具有单一{111}晶面八面体的形成,所得材料具有很好的电化学性能,而无氯化物存在时,只能得到生长不完整的类八面体状LiNi0.5Mn1.5O4晶粒,而且晶粒尺寸分布不均匀,所得材料的电化学性能不理想。采用高温固相法合成富锂层状正极材料0.3Li2MnO3·0.7LiNi0.5Mn0.5O2,研究了烧结温度、低温预烧和冷却方式对该材料结构及电化学性能的影响。研究发现烧结温度、低温预烧和冷却方式都会影响0.3Li2MnO3·0.7LiNi0.5Mn0.5O2材料中Li2MnO3相与LiNi0.5Mn0.5O2相的复合,导致0.3Li2MnO3·0.7LiNi0.5Mn0.5O2材料的电化学性能不同。提高烧结温度,有利于Li2MnO3相在LiNi0.5Mn0.5O2基质中的复合和晶粒长大,在900℃下合成的0.3Li2MnO3·0.7LiNi0.5Mn0.5O2材料中Li2MnO3相能够有序的与LiNi0.5Mn0.5O2相结合,两相结构复合程度高,在材料进行充放电过程中,结构稳定,放电电压平台下降减缓,初始不可逆容量损失较小。不同的低温预烧温度,造成前驱体中Li、Mn、Ni的盐类分解程度不同,导致Li2MnO3相在LiNi0.5Mn0.5O2相基质中的结构复合差异,从而影响样品0.3Li2MnO3·0.7LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能。在400℃预烧处理下获得的样品0.3Li2MnO3·0.7LiNi0.5Mn0.5O2中Li2MnO3相能够有序分布在LiNi0.5Mn0.5O2相基质中,构成层-层复合材料；从500℃开始时可以形成初晶Li2MnO3相,在后续的高温烧结过程中,很难有序分布在LiNi0.5Mn0.5O2相基质中,造成Li2MnO3相与LiNi0.5Mn0.5O2相的分离,两相结构复合程度不高；在600℃预烧时,由于Li、Ni、Mn的氧化物扩散速率加快,使得部分Li、Mn在过渡金属层中有序排列减少,超晶格作用不强,导致该材料趋于单一的层状结构。在400℃预烧处理的样品,具有富锂正极材料的典型特征,放电比容量为173.3mAh·g-1,首次不可逆容量损失为71.2mAh·g-1,10次循环后容量保持率为90.9%。在前驱体400℃预烧后,采用急速冷却处理的方式,获得的0.3Li2MnO3·0.7LiNi0.5Mn0.5O2材料中Li2MnO3相与LiNi0.5Mn0.5O2相发生结构分离,使得Li2MnO3相失去了电化学激活功能,最终呈现出极差的电化学性能,首次放电容量仅有38.2mAh·g-1;而在缓慢冷却处理方式下,获得的0.3Li2MnO3·0.7LiNi0.5Mn0.5O2材料中Li2MnO3相与LiNi0.5Mn0.5O2相结构复合程度高,使得Li2Mn03相在4.5 V以上时能被电化学激活,首次充放电容量分别达到251.3 mAh·g-1和171.8 mAh·g-1。