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电动汽车和其他储能装置的快速发展加速了高比容量锂离子电池电极材料的需求。镍钴锰酸锂正极材料（简称三元材料）因具有高能量密度、低成本等优势,已成为新一代商业化锂离子电池正极材料。但是,随着镍含量的增加,三元材料存在倍率性能和循环稳定性较差等缺点,不能满足高性能锂离子电池需求。研究表明,电极材料的电化学性能及结构稳定性与材料的组成、微结构、形貌等因素有着密切关系。本论文旨在研究多元金属离子共沉淀反应调控机制,并结合后续的煅烧处理,对三元材料的粒子尺寸、形貌结构、多孔性、结晶性、比表面积以及金属离子分布状况等进行有效调控,提高其锂离子扩散速率,改善其结构稳定性与安全性能,从而设计制备出能量密度高、倍率与循环性能优异、安全性能好的高性能锂离子电池电极材料。论文的主要研究内容包括以下几方面。提出了一种新的“基于结晶性差异诱导的非平衡界面扩散”方法制备空心结构材料,将该方法成功应用于一维空心结构MC2O4·x H2O（M=Ni、Co、Mn、Cu和Fe）前驱体的合成。并通过实验论证了结晶性差异诱导的非平衡界面扩散合成空心结构的机理,即:通过设计顺序共沉淀反应体系合成核壳型草酸盐前驱体,其核层的结晶性较差,壳层的结晶性较好,内外层之间因为结晶性差异导致相互扩散速率的差异,结晶性差异是空心结构形成的驱动力。实验结果表明,这种由于内外层结晶性差异诱导的非平衡界面扩散对于合成多元金属草酸盐空心结构具有通用性,可以合成不同组成、不同比例的草酸盐前驱体。该方法不仅适用于水溶液体系合成,也同样适用于水醇体系合成。此外,也可以拓展该方法在水溶液体系中合成多元金属碳酸盐空心结构。该方法反应条件温和,且具有较好的通用性,为制备空心结构材料提供了一种有效的新方法。鉴于空心结构材料在储能方面具有独特的优点,我们将制备的一维空心结构草酸盐前驱体通过后续混锂煅烧成功制备了多种一维空心管状结构正极材料,包括Li Ni0.8Co0.1Mn0.1O2、Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2、Li Ni0.6Co0.2Mn0.2O2和Li Ni0.8Co0.15Al0.05O2微米管三元锂离子电池正极材料。一维空心结构草酸盐前驱体管壁较薄,在煅烧过程中有利于离子扩散传输,从而提高材料的有序性,降低阳离子混排,有利于提高材料的倍率性能和循环性能。所制备的一维空心结构高镍三元正极材料Li Ni0.8Co0.1Mn0.1O2表现出优异的倍率性能和循环性能,在0.2 C倍率下,首次充、放电比容量分别为232.2和194.5 m Ah g-1,首次库伦效率为83.7%;在0.5 C倍率下循环100次之后的容量保持率达到87.4%。此外,通过后期混钠煅烧,制备了一维空心结构Na0.56Ni0.13Co0.13Mn0.54O2微米管三元钠离子电池正极材料,并表现出较好的电化学性能。基于多元金属碳酸盐共沉淀体系,分别设计了顺序共沉淀和传统共沉淀反应,成功合成了多级海胆状Ni Co2O4空心纳米球和实心纳米球。将所合成的多级海胆状Ni Co2O4空心纳米球和实心纳米球作为锂离子电池负极材料,对其储锂电化学性能进行了研究。所制备的多级海胆状Ni Co2O4空心纳米球在0.1 C倍率首次放电比容量为973.7 m Ah g-1,在0.5 C倍率、100次循环后的容量保持率为95.6%。类似地,基于多元金属草酸盐共沉淀体系,采用顺序共沉淀方法制备了一维空心结构Ni Co2O4,并作为锂离子电池负极材料。研究表明,所制备的Ni Co2O4空心结构材料由于具有较大的比表面积、更短的锂离子扩散路径,因而具有较好的倍率性能。此外,在充放电过程中,空心结构可以更好地抑制结构应变,而具有更好的循环性能。