随着电动汽车产业的迅速发展,锂离子电池迎来了广阔的应用前景。正极材料作为锂离子电池的关键组成部分,对电池性能起着至关重要的作用。传统正极材料存在比能量不高和工作电压低的不足,无法满足动力型锂离子电池对于能量密度的要求。高镍Li Ni0.8Co0.15Al0.05O2（NCA）正极材料具有高比容量和高电压平台的优势,能满足电动汽车对续航能力的需求,因此可以广泛应用于电动汽车领域。但在电化学循环过程中存在的不可逆相变、界面副反应、微裂纹等问题,使其实际应用受到了限制。普通的NCA材料是由大量晶体聚集而成多晶型颗粒,这类材料虽然有较小的比表面积,但在电化学循环过程中易产生微裂纹或粉化现象,导致电池循环性能的迅速衰减。近年来研究者们提出了“单晶化”的思路,这种材料由少量晶体构成,具有良好的结构稳定性,可以极大提高电池的循环寿命,然而也存在动力学性能不足与制备工艺尚不成熟的缺点。因此,本论文对单晶型NCA材料进行制备和改性研究,以提升其综合性能。通过共沉淀法制备出Ni0.8Co0.15Al0.05（OH）2前驱体,在此基础上采用固相烧结法及熔盐辅助高温煅烧法分别合成了多晶和单晶型NCA正极材料。通过物理表征观察到制备的单晶型NCA材料结晶度高、形貌规整、粒径适宜。研究发现单晶型NCA材料相比于多晶型NCA材料,无论是在常温还是高温下均具有良好的循环性能。55℃条件下200次充放电循环后,单晶型NCA材料容量保持率为74.5%,高于多晶型材料的53.3%。适宜的粒径提升了锂离子扩散速率,使材料获得较佳的倍率性能,5 C倍率下单晶型NCA放电比容量为154.8 m Ah g-1。分析发现,在高温条件下循环后,多晶型材料的结构被严重破坏,界面副反应严重,而单晶型NCA材料具有良好的晶体结构和较少的副反应产物,这表明单晶型材料在高温下仍能维持材料结构和界面的相对稳定。为进一步改善单晶型NCA材料的高电压性能及倍率性能,采用快离子导体Li5La3Nb2O12（LLNO）对单晶型NCA材料进行掺杂和包覆协同改性。通过密度泛函理论计算和XPS刻蚀测试发现,部分Nb原子可以进入NCA材料近表面实现元素掺杂,而La原子则倾向于留在表面形成富La的快离子包覆层。研究表明,LLNO改性后单晶型NCA材料的首次库伦效率和循环性能得到了有效提升。LLNO含量为3wt%时材料的性能最佳,首次库伦效率为88.2%,200次循环后容量保持率为94.5%。在2.7-4.5 V电压窗口下,对材料进行循环性能测试发现,改性后的材料200次循环后容量保持率达到74.3%,高于未改性材料的61.5%,展现出优异的高电压性能。改性后的材料在5 C倍率下放电比容量为161.1 m Ah g-1,具有良好的倍率性能。Nb掺杂形成的强的Nb-O键可以稳定电化学过程中材料的晶体结构,减少不可逆相变的发生,富La的快离子包覆层避免了材料与电解液的直接接触,抑制了界面副反应,使材料高电压性能得到提升。倍率性能改善是由于快离子导体包覆层为锂离子提供了快速传输通道,Nb掺杂拓宽了晶体的层间距,最终提高了锂离子的迁移速率。