富锂锰基正极材料由于较高的比容量和能量密度以及原材料料丰富等特点,被认为是最有希望应用到实际生活中的锂离子电池正极材料之一。但由于富锂锰基正极材料相对较低的离子导电率和较差的结构稳定性,致使这类正极材料在循环过程中,其放电比容量和平均放电电压逐渐衰减,严重制约了在锂离子电池中的实际应用。本论文首先从合成条件入手制备出最佳的前驱体材料,然后通过掺杂和包覆对电化学循环中结构相变的问题加以研究,从而对富锂锰基正极材料的电化学性能有所改善,为推动其实现商业化发展提供必要的理论依据和技术途径。主要研究内容如下:（1）干燥过程中的温度高低是影响溶胶-凝胶反应过程的决定性因素。干燥温度较低时合成的前驱体颗粒细小,形态不规则;干燥温度过高时,合成的前驱体颗粒也较小,且分布不均匀,团聚现象严重。只有在适当的温度下合成的前体才具有较好的形貌和均匀的分布。针对此类问题,采用溶胶-凝胶法制备了干燥温度为120°C、140°C和160°C的富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂,系统研究了干燥温度对电化学性能的影响。通过对每种材料的晶体结构、形貌和电化学性能进行了测试,和对所得数据进行了表征和分析。结果表明,当干燥温度为140°C时,所得材料的性能最佳。（2）富锂锰基正极材料由于氧气释放的不可逆过程导致材料的首次放电比容量较低,由于Al⁺与O的结合能力较强,可以抑制首次循环过程中O₂的释放。因此,掺杂Al⁺也可以有效地提高富锂锰基正极材料的首次放电比容量。用Al代替Li_1.2.2 Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂中的部分Li元素,得到了含Al量不同的掺杂材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等对掺Al材料进行了表征和分析,发现掺Al材料不仅具有良好的晶体结构和层状结构,而且提高了结构稳定性。电化学结果表明,Al掺杂材料Li_1.16Mn_0.54Ni_0.13.13 Co_0.13.13 Al_0.04O₂具有最优异的电化学性能。在室温下0.1 C的初始放电比容量达到271 mAh/g。即使在0.5 C和2 C的高倍率下,材料的放电比容量也达到185 mAh/g和156.1 mAh/g,经过200圈的循环后容量保持率分别为85.2%和87.3%。（3）随着循环进行材料表面结构发生相变,导致材料的中值电压和稳定性持续衰减。在富锂锰基材料中添加过渡金属化合物TiO₂,可以在材料表面形成不连续的包覆层,同时可以削弱活性材料与电解液之间的化学反应,使得首次充电完成时氧空位的消失得到抑制。同时,烧结过程中部分过渡金属离子进入母体材料晶格,这一过程在一定程度上对于材料的稳定性起到了决定性的作用。在这项工作中,首先采用溶胶-凝胶法获得富锂正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13.13 O₂,然后通过湿化学过程将TiO₂纳米粒子成功包覆到样品上。与原样品相比,TiO₂-1%样品的电化学性能有了明显改善。首次库仑效率和放电比容量有都得到明显提升,首次库仑效率在0.1 C时从75.9%提高到80.8%,初始放电比容量达到276.5 mAh/g。在2 C下,经过200次循环,包覆TiO₂-1%的容量保持率在87.8%。其良好的初始库仑效率、循环稳定性和倍率能力可以归因于TiO₂包覆层在初始电荷结束时抑制氧空位损失的能力,以及良好的结构稳定性。