随着我国对新能源领域的大力发展,从便携式3C电子产品到电动汽车EV甚至于如今的航空航天和国防等领域都对锂离子电池的各项电化学性能以及安全性提出了更高的要求。因此,成本低、能量密度高、倍率性能好并且绿色环保的高镍三元层状材料成为了研究热点之一。但是,高镍三元层状材料存在着以下不足:第一,随着材料中镍元素的增多,阳离子(Li+/Ni2+)混排的趋势增大,会引起材料从有序层状相转变为无序层状相甚至于岩盐相结构,而岩盐相会阻碍锂离子的扩散且不可逆转,会永久性的降低电池的电化学性能;第二,镍含量的不断增加使得材料表面的物理化学性质更活跃,使其更容易与空气中的水和二氧化碳反应,生成无活性的碳酸盐降低电化学性能;第三,高镍材料在不断的充放电循环或者高温环境下极易发生体积的膨胀和应力的积聚导致材料晶粒间产生裂纹,使得电解液渗透进晶粒间与材料接触发生更多的副反应,造成材料结构不断退化。为了解决上述问题,研究者们对高镍三元层状材料进行了一系列的修饰改性,常见的改性方法有表面包覆、离子掺杂以及特殊结构设计和电解液改性等,其中表面包覆和掺杂因成本较低,操作简单备受关注。研究已经证实,表面包覆可以在一定程度上抑制高镍材料的表面与空气中含有的水和二氧化碳等反应,并且表面的包覆层还可作为物理防护层防止材料和电解液的直接接触导致副反应的发生,但这些方法都难以很好的解决材料的应力积聚和体积膨胀的问题。针对体积膨胀这一瓶颈,本文从材料自身结构和性质出发,选取了两种负热膨胀材料Zr V2O7（ZVO）,Li Zr2（PO4）3（LZPO）对高镍三元层状材料LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2（NCM622）进行修饰改性。改性后的电极材料电化学性能均得到了提高,研究结果表明包覆后的材料不仅仅能够抑制电解液对正极材料的侵蚀,并且原位XRD和变温XRD以及同步辐射测试表明,由于包覆材料独特的负热膨胀特性可以主动“收缩”来限制高镍材料在不断循环的过程中或者是在高温环境下的体积热膨胀,进一步提升了材料的结构稳定性。理论计算研究表明,ZVO修饰后的材料不仅具有更为稳定的化学表面,并且能有效抑制Ni的迁移和材料的相变。本论文主要包括以下几个部分:ZVO作为一种典型的负热膨胀材料来修饰NCM622三元材料。运用湿化学法成功地将ZVO层包覆在NCM622材料表面,经过XRD、TEM、SEM等物理表征表明,修饰后材料的晶体结构并没有发生较大改变;电化学数据结果显示NCM622@ZVO的循环稳定性以及倍率性能都得到了较大的提高。通过原位XRD测试发现,NCM622@ZVO的晶胞参数c在不断循环和高温环境下得到了有效地抑制,表明材料的体积膨胀得到了抑制,因此从机理上解释了材料的稳定性得到提升的原因。运用湿化学法将室温响应的负热膨胀材料LZPO包覆于NCM622的表面。XRD、TEM、SEM等物理表征表明,修饰后材料的体相结构并未发生较大改变,但存在部分表面掺杂;电化学数据结果显示ZVO表面修饰后NCM622的循环稳定性以及倍率性能均得到了提高。同步辐射数据显示,经过LZPO修饰后,材料中Ni的平均氧化态得到了提高,表明离子混排减弱了。并且原位XRD和变温XRD显示LZPO修饰后的材料的晶胞参数a,c都得到了抑制。利用LZPO在室温下的负热膨胀特性,能减弱NCM622材料在不断循环或高温环境下的过度膨胀导致的结构退化,提升材料的电化学寿命。