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随着可再生能源技术的发展,以锂离子电池为代表的新型储能装置受到高度重视。尖晶石Li Ni0.5Mn1.5O4（LNMO）正极材料作为最有前途的锂离子电池正极材料之一,具有成本低、工作电压高、能量密度高、环境友好等优点,获得广泛关注。然而,Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料在高温制备过程中容易产生LixNi1-xO杂相、高压充放电过程与电解液发生副反应以及Mn溶解等问题,导致尖晶石Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料容量快速衰减,倍率性能和循环稳定性能较差,降低其使用寿命。因此,本论文主要从两个角度对Li Ni0.5Mn1.5O4进行改性研究,第一,研究体相结构调控对材料电化学性能的影响;第二,研究界面结构调控对材料电化学性能的影响。基于水热法对Li Ni0.5Mn1.5O4材料进行体相结构调控。研究结果表明采用Ru元素调控Li Ni0.5Mn1.5O4材料的体相结构,材料呈现Fd3m空间群结构,可以有效抑制LixNi1-xO杂质相的形成。此外,在调体相结构的同时,Li Ni0.5Mn1.5O4材料一次颗粒结构得到细化,减小了锂离子和电子的扩散路径,从而提高了锂离子和电子的传输性能。在50m A g-1的电流密度下,Li Ni0.46Ru0.04Mn1.5O4（Ru-4）的初始放电比容量为140.16m Ah g-1,远高于Li Mn1.5Ni0.5O4(93.64 m Ah g-1);在1C的电流密度下循环了100圈后,Li Ni0.46Ru0.04Mn1.5O4（Ru-4）和Li Ni0.44Ru0.06Mn1.5O4（Ru-6）的容量保持率分别为99.86%和97.82%,均高于纯样品（95.39%）,表明Ru离子掺杂对于提高Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料在大电流密度下的放电比容量具有显著效果。采用Mg元素对Li Ni0.5Mn1.5O4材料进行体相结构调控时,在晶体结构、锂离子和电子传输性能等方面能起到类似的改善效果,但是由于采用Mg元素调控不能有效抑制正极材料与电解液间的副反应,使得在高倍率下的电化学性能改善效果不明显。基于固相法对Li Ni0.5Mn1.5O4材料进行体相结构调控。以球状Ni0.5Mn1.5CO3前驱体为模板,采用Ru和La元素对Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料进行体相结构调控。研究发现,Li Ni0.5Mn1.5O4保持了模板的球状形貌,颗粒表面出现许多空腔,形成多孔的特殊结构。Ru离子掺杂增加了Li Ni0.5Mn1.5O4的层间距,有利于锂离子的嵌入和脱嵌,降低了电荷转移阻抗(Rct),从而提高材料的电化学性能。电化学性能测试表明,在0.2C的电流密度下,改性后Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料的放电容量为123.1 m Ah g-1（Ru-4）和125.3m Ah g-1（Ru-6）,相比纯相Li Ni0.5Mn1.5O4(107.9 m Ah g-1)提升了16%,且随着充放电电流密度的增加,改善效果越明显。然而,采用La元素对Li Ni0.5Mn1.5O4材料进行体相结构调控时,对材料本体结构的影响较大,容易产生杂相,导致材料的改性效果较差,在0.2C的电流密度下,改性后材料的放电比容量仅为110m Ah g-1。双元素协同调控体相结构的理论研究。基于密度泛函的第一性原理计算,探讨了单元素Ru调控以及Ru-Mg双元素调控对尖晶石Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料晶体结构的影响,研究发现Ru-Mg双元素调控手段能够在不同程度上抑制了Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料在脱嵌锂过程中的体积变化,预示Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料的循环性能将得到提升。经第一性原理计算可知,Ru-Mg双元素调控Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料在脱嵌锂过程中的体积变化率最小,体积变化率仅为2.5%,且当Mg:Ru配比为1:1时,经双元素调控后的Li Ni0.5Mn1.5O4材料表现出最高的放电比容量和较优的循环稳定性。LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的界面修饰改性研究。首先,研究了不同的络合剂特性以及包覆剂对Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料电化学性能的影响。结果表明,采用柠檬酸为络合剂制备的LNMO正极材料具有比苹果酸和乳酸更好的放电容量(111 m A hg-1,0.2C)和倍率性能(70 m A hg-1,5C)。然后,采用Al F3和Ce F4对Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料进行界面修饰改性,并研究界面微观结构变化对电化学性能的影响。当Al F3修饰量为1.5%时,在0.2C倍率下,放电比电容量为117.25m Ah g-1,在1C倍率下循环100圈后放电比容量为108.79 m Ah g-1,表现出良好的循环稳定性。采用Ce F4对Li Ni0.5Mn1.5O4正极材料进行界面修饰时,也实现了类似的改性效果,当Ce F4修饰量为3%时,在1C倍率下循环100圈后的放电比容量为120m Ah g-1。