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随着锂离子电池在技术上的创新和进步，其能量密度和功率密度不断得到提升，传统正极材料如磷酸铁锂(LiFePO4)和钴酸锂(LiCoO2)等因自身结构的缺陷，目前已很难满足电动汽车及3C数码产品的技术需求。为此亟需一种新型的高能量密度、长循环寿命、热稳定性好、并且可快速充放电的锂离子电池正极材料。镍钴锰酸锂(LiNixCoyMn1-x-yO2)综合了镍酸锂(LiNiO2)（高容量）、LiCoO2（优异的倍率性能、循环性能）、锰酸锂(LiMnO2)（低成本、高安全性）三种材料的优点，被认为是最具有应用前景的正极材料之一。尽管高镍三元正极材料具有如此明显的优势，但是该类型材料在较高的充电截止电压或者高温环境下的循环性能和热稳定性性能均很差，容易引起严重的安全事故。更糟糕的是，在高充电截止电压下，高镍正极材料中高浓度的Ni4+容易在电极材料与电解液界面处形成稳定且绝缘的NiO相，造成界面电阻的增加导致电池容量的快速衰减。针对高镍三元正极材料的以上缺点，本论文主要围绕高镍正极材料微结构的调控及性能优化展开系列研究，主要内容如下: (1)通过共沉淀和高温烧结技术，创新地将高镍三元正极材料LiNi0.6Co0.15Mn0.25O2的结构设计成内核富镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，外层富锰LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的全浓度梯度正极材料。利用XRD、SEM等系列手段对该材料的结构和形貌进行了详尽的表征。恒电流充放电测试结果显示全浓度梯度正极材料以0.05mA cm-2的电流密度充放电时，首次放电比容量为190mAh g-1;以10C电流密度进行充放电时，电池首次放电比容量为125mAh g-1，并展现出优异的倍率性能;在5C电流密度下经1000充放电循环次，容量保持率为80％，相关性能远远优于均相LiNi0.6Co0.15Mn0.25O2正极材料。除此之外，全浓度梯度正极材料具有更加稳定的热安全性能。 (2)为了解决锂离子电池普遍存在低温性能差的问题，通过共沉淀方法和高温烧结技术成功合成出三种不同尺寸（3μm、6μm、12μm）的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料。利用XRD、SEM等手段对材料的结构和形貌进行了详细表征。结果表明颗粒尺寸、一次颗粒纳米结构、比表面积及孔尺寸分布都可通过优化实验参数进行控制。电化学测试结果表明3μm的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2展现出最高的起始库伦效率(94.4％)，优异的倍率性能（5C电流密度放电容量156mAh g-1）及卓越的低温特性（0℃，1C电流密度放电容量157mAh g-1）。更为重要的是，0℃，1C电流密度下，经300次循环后比容量为156mAh g-1。如此优异的性能主要归因于3μm尺寸正极材料纳米棒状结构的一次颗粒形状、大比表面积，并有效缩短了锂离子和电子的传输路径。 (3)高镍层状过渡金属氧化物(LiNixCoyMnzO2)(简写为LNCM)(x＞0.5，x+y+z=1)由于其优异的高容量、高倍率特性已成为目前最具应用前景的正极材料替代者。为了进一步拓宽锂离子电池在低温环境领域的应用，通过在3μm尺寸的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(LNCM-3)正极材料表面包覆一层导电高分子材料成功制备出一种超耐低温的正极材料。相比于初始的LNCM-3，包覆后的材料具有明显改善的电子导电性，较高的低温放电容量（0.1C电流密度下，放电容量152mAh g-1，-20℃），优异的倍率性能(5C电流密度下，放电容量125mAh g-1)和优异的循环稳定性（经1150次循环后，容量保持率为90％）。