锂离子电池高能量密度正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有高达4.7V的充放电平台，而因此成为了锂离子电池正极材料研究的重点。这种具有尖晶石型结构的正极材料具有两种空间群结构即： Fd3m空间群结构和P4₃32空间群结构。两种不同的空间群结构对电化学性能的影响也比较大，所以利用合成工艺来控制其结构也是合成工艺中的重点。本论文采用了以下几种合成方法：固相法、共沉淀法、溶胶凝胶法、水热法等合成了尖晶石型正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄。并对正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄进行了掺杂改性研究，探讨了最佳的掺杂量；用LiV₃O₈对正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄进行表面包覆改性，探讨了最佳的包覆量。首先，对材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄合成方法进行了工艺优化。利用X射线粉末衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM）以及电化学性能测试等手段分析可得：共沉淀法合成LiNi_0.5Mn_1.5O₄的最佳焙烧时间是20h；溶胶凝胶法中以草酸为配体且配比是1:2时所得材料性能最优。其次，对材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄进行了离子掺杂改性。使用各种合成方法制备材料LiMxNi_0.5-x/2Mn_1.5-x/2O_4-yN_y（M：一种或几种阳离子，N：一种或几种阴离子；x和y为0，0.02，0.04，0.07，0.10，0.20等），在阳离子位置上掺入一种或几种阳离子（Al，Fe，Co，Cr，Mg），或在阴离子位置上掺入一种或几种阴离子（F），或在阴阳离子位置上共掺入一种或几种离子，探讨了掺杂对正极材料结构，形貌以及电化学性能的影响。结论为，选择合适离子，控制适宜掺杂量的结晶度以及颗粒均匀性均有提高，而且对倍率性能和循环性能都有改善。再次，对材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄进行了LiV₃O₈包覆改性研究。本论文用不同的方法对材料进行了包覆。经过XRD，SEM和电化学性能测试等分析手段表明：LiV₃O₈包覆可以缩短锂离子的传输通道；LiV₃O₈包覆可以改善正极材料的循环性能以及倍率性能。最后，在实验室确定共沉淀法最佳合成工艺的基础上，对正极材料工业化的合成路线进行了设计。