环境污染和资源短缺是人类目前面临的两大难题。电池行业作为新能源领域的重要代表,解决了能量不易储存、供能间歇的问题,已发展成为全球应用最多的能源储存系统。在众多电池类型中锂离子电池具有大于传统铅蓄电池和钠离子电池的能量密度、较长的循环寿命（>3000次）、较小的环境污染等优点成为目前应用最广泛的储能系统。近年来,随着锂离子电池在电动汽车、中小型电子设备以及航空航天方面的广泛应用,传统的正极材料钴酸锂以及负极材料石墨(理论容量372 m Ah g^-1)能量密度较低不能满足人们对高性能锂离子电池的需求,因此当务之急是设计具有高电压、更高能量密度和更长循环寿命的锂离子电池。镍锰元素在地壳中储量丰富,没有毒性,对环境友好,并且镍锰基过渡金属化合物往往具有能量密度较高和理论比容量较大等特点,因此,在锂离子电池应用方面受到较多的关注。然而,镍锰基过渡金属化合物也会存在循环过程中体积坍塌、容量衰减的问题,这些问题会严重影响电池的性能。针对以上难题,我们设计合成具有分等级结构的镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)高电压正极材料和碳酸锰与氧化镍复合（NiO@MnCO₃）的负极材料,并对其电化学性能进行了研究。主要工作内容如下:1.两种分等级结构LiNi_0.5Mn_1.5O₄的合成及其锂电性能的研究选用两种不同的溶剂进行水热反应,并结合后续程序控温煅烧选择性地制备了两种分等级结构LiNi_0.5Mn_1.5O₄（LNMO）材料。其中利用乙二醇为溶剂得到的LNMO分等级微球（R-LNMO）是由许多米状纳米颗粒组成的微米结构,结构比较紧密,而利用乙醇为溶剂得到的LNMO分等级微球（S-LNMO）,其一次纳米结构单元则更多呈现出不规则的纳米片。这种微纳组装的分等级结构结合了纳米材料为锂离子提供快速传输通道和微米材料有利于降低副反应提高振实密度的优点。借由XRD、XPS等相关表征手段进一步明确了所制备LNMO材料的物相及成分。通过SEM对两者的前驱体以及终产物的微观形貌进行表征。电化学测试表明,相对于S-LNMO,由米状纳米颗粒组装而成的R-LNMO微球具有更好的电化学性能,在0.1,2,5,10,15和20 C倍率下可逆容量分别有147,141,137,128,120,114 m Ah g^-1,并且当倍率回到2 C时,电池容量依然可以稳定在140 m Ah g^-1。2.多孔片状NiO@MnCO₃微球复合材料的合成及其锂电性能的研究利用沉淀法合成MnCO₃微球作为前驱体,进而通过水热反应在其上生长Ni（OH）₂片,经过高温煅烧得到多孔片状NiO@MnCO₃微球。利用XRD、FT-IR、XPS、SEM分析可知,我们成功制备了多孔片状NiO@MnCO₃微球复合材料,其多孔片状的NiO增加了比表面积,为锂离子传输提供更加便捷的通道。通过电化学测试可知,多孔片状NiO@MnCO₃微球具有比单一MnCO₃和NiO更好的性能。CV循环曲线可以看出该复合材料的活性电位,并且显示其具有较好的电化学可逆性。EIS测试数据证实其具有比MnCO₃更低的电阻和更好的锂离子传输效率。在1000 m A g^-1的电流密度下循环300圈仍然可以达到624 m Ah g^-1左右的放电容量,且在循环过程中库伦效率一直保持在98%左右。它在电流密度为100,200,500,1000 m A g^-1下的可逆放电容量可分别稳定在900,863,788,720 m Ah g^-1。当电池的电流密度从1000 m A g^-1返回到100 m A g^-1时,可逆放电容量依然可以迅速恢复到887 m Ah g^-1左右。以上结果说明该材料具有较好的倍率性能和循环稳定性。