锂离子电池用层状结构的高镍三元正极材料LiNixCoyAlzO2（NCA,x+y+z=1）具有较高的能量密度,在电动汽车领域具有良好的应用前景,但存在在高工作电压下容量衰减快等问题急需解决。本文以高镍NCA材料（Ni%≥90%）作为研究对象,使用离子掺杂对其改性,获得以下研究成果。使用钽掺杂能够提升NCA材料的电导率,在循环过程中内阻较低,由内阻引发的热膨胀行为改善,电极极化程度降低,减缓比容量的衰减。另外,Ta5+半径更大,提高了晶格参数,计算得到锂层厚度增加,从而提高了NCA的倍率性能。不同掺杂量对NCA材料的首圈比容量、容量保持率和倍率性能的改善程度不同。在首圈充放电过程中,0.8TNCA和1.0TNCA的放电比容量与原始样品接近(206m Ah·g-1v.s 209m Ah·g-1)。而在循环测试中,所有掺杂样品的容量保持率均高于原始样品,但1.0TNCA的容量保持率较0.5TNCA材料略有降低（92.15%v.s 85.60%）。1.0TNCA具有最优的倍率性能(5C下157.6m Ah·g-1)。研究发现锆离子掺杂可以同时提高NCA材料的比容量和工作电压,掺杂材料在4.5V截止电压下具有优异的性能。这是因为强Zr-O键抑制了H2-H3不可逆相变的发生。在高电压充电时,掺杂样品的晶格体积变化率更小。锆离子的取代也使锂层厚度增大,导致锂离子的快速扩散。在首圈循环过程中,循环材料的放电容量为225.9m Ah·g-1,库仑效率为89.29%,循环100圈后容量保持率为84.86%。而原始样品的首圈放电容量仅为205.9m Ah·g-1,库伦效率为81.77%,循环100圈后容量保持率为62.02%。在5C下,掺杂Zr后比容量从108.9m Ah·g-1提高到144.7m Ah·g-1。尝试使用第一性原理计算材料的电子结构性质,提出了一种设计策略,即钨离子掺杂可以调节NCA材料的电子结构,使其提高电子导电性。从DFT计算结果得到,0.5%W掺杂样品的能带带隙比原始样品低8.51%。提升的电子导电率有利于降低长期循环过程中电荷转移阻抗,从而导致循环性能的提高。掺杂材料在100圈循环后容量保持率由41.40%提高到92.92%,在5C高倍率下,掺杂W后比容量从114.3m Ah·g-1提高到144.5m Ah·g-1,使得高镍NCA材料在高能量密度锂离子电池中具有广阔的应用前景。