尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）正极材料由于其高工作电压（4.7 V vs.Li/Li+）、高能量密度(650 Wh kg-1)、无昂贵的钴元素和低环境影响等优点而备受学术界和产业界的共同关注。但其结构退化严重,过渡金属离子溶解,表界面副反应和快速的容量衰减,限制了其实际的应用和潜在的商业化。针对以上问题,本文从晶体结构调控、微观形貌设计和表面改性处理三个方面对LNMO正极材料进行了研究,以期改善LNMO正极材料的各项性能。具体研究内容为:采用简单的固相反应控温策略制备了具有不同Mn3+含量的无序单晶LNMO正极材料,并系统研究了Mn3+含量和体相微结构的相互调制对LNMO晶体结构稳定性以及电化学性能的影响。温度调节策略不仅会在宏观上影响LNMO产品的形貌和粒径,而且会在微观上带来结构差异。实验结果表明,适量的Mn3+的存在能有效增强晶体结构的稳定性,构建快速锂离子输运通道,缓解结构衰退和容量衰减。优异的性能源于亚微米粒子可以同时抑制微裂纹的形成和界面副反应,确保了Li+在嵌入/脱出过程中的快速扩散。因此,LNMO-800样品在高低温下都具有优异的循环稳定性,以及显著的倍率性能(10 C,115 m Ah g-1)和快速的锂离子扩散系数(1.57×10-9cm~2s-1)。通过从前驱体开始的化学和微结构调控,制备了具有晶粒径向生长微结构的多晶LNMO正极材料,并研究了这种独特微结构具有增强的电化学性能作用机理。R-LNMO电极优异的倍率性能证明了晶粒径向生长的微结构有助于Li+从颗粒内部到表面的快速扩散路径和高效传输,其晶粒定向排列有助于电解质进入,减小极化效应,从而赋予了LNMO优异的倍率性能。与传统多晶正极相比,在10 C的大电流密度下放电时,R-LNMO电极仍能提供101.5 m Ah g-1的高放电比容量,10 C/0.2 C的保持率为86.9%。即使在10 C高倍率长循环1000次后容量保留率仍能达到77.2%,具有出色的循环稳定性。利用尿素对LNMO正极表面改性处理以获得高稳定的正极/电解质界面,有效地减小了界面阻抗并显著提升电化学性能。研究结果发现:尿素热解产生的氨气能诱导表面部分锰离子的还原并产生有利的氧空位缺陷,并将LMNO材料的表层结构调整为无序相尖晶石结构;与此同时,尿素热解会原位生成纳米碳氮有机层包覆在材料颗粒表面。因此,经过双功能尿素热处理改性后的样品（U-LMNO）在0.2 C的首次放电容量为130.1 m Ah g-1,1 C下循环200次后的容量保持率为95.1%。其优良的电化学性能主要归因于活性粒子材料表层相结构的调整,以及纳米碳氮纳米涂层能有效改善电荷转移阻抗和形成高稳定的电极/电解质界面。