随着锂离子电池在大规模储能(如太阳能、风能和电网调峰储能等)方面的应用,安全性问题已经成为制约其规模化应用的关键因素。而在锂离子电池各种安全问题中,过充问题最普遍、最危险而又最难以解决。电池过充会引发正极活性材料结构破坏、电解液分解、温度升高以及压力增大等一系列恶性连锁反应,从而导致电池胀气、短路、起火甚至爆炸等安全问题。本论文针对锂离子电池过充安全问题,提出了一种新的过充安全保护解决方案“正极抗过充固体添加剂”,即通过正极材料中的固体添加剂在过充时的激发反应来提供过充安全保护,而非传统的电解液添加剂激发的过充保护。围绕这种新方法,本论文在添加剂的筛选、抗过充作用、抗过充机制等方面进行了详细系统的探索研究工作,并且在几种不同的正极材料体系中均验证了该方法的抗过充效果。在第一章中,介绍了锂离子电池及其关键组件材料的研究进展,对锂离子电池的几种主要正极材料及氧化物负极材料进行了概述;重点论述了锂离子电池现存的若干安全问题及解决方案的研究现状。在第二章中,介绍了本论文中使用的实验试剂、实验方法和实验仪器。主要介绍了常用的材料结构、形貌和电化学性能表征的方法及扣式电池的制作流程。在第三章中,我们提出并验证了一种新的锂离子电池抗过充方法“正极抗过充固体添加剂”。探索了利用一系列金属单质和金属氧化物作为正极材料抗过充固体添加剂的可能性,并且利用CuO和Cu2O两种添加剂材料初步验证了该方法的可行性,研究发现:LiCoO2正极材料中5%CuO添加剂可有效抑制过充电压失控及电解液分解,从而提高过充安全性,且对于电池的正常容量循环性能无负面影响;Cu2O作为添加剂也具有优异的抗过充效果及与电池组件的兼容性。该方法的提出为解决锂离子电池的过充安全问题提供了新的思路。在第四章中,利用酚醛树脂辅助的溶胶凝胶法制备得到了电化学储锂性能优异的锂离子电池二元正极材料LiNi0.5Mn1.5O4。在该方法中,酚醛分子可作为有效的金属离子螯合剂及凝胶交联剂,而热处理的温度、气氛、降温速率等对最终产物的结构及电化学性能具有决定性影响,研究表明,晶胞参数和晶粒尺寸随着温度的升高而增大,850℃空气中得到的Fd3m相的LiNi0.5Mn1.5O4表现出最优的循环保持率(96.3%@0.25C,60次;89%@1C,200次)及倍率性能(110mAh g-1@10C);作为比较,在850℃氧气中得到的P4332相的LiNi0.5Mn1.504样品的倍率性能则非常有限(45 mAh g-1@10C),且表现出较大的交流和直流阻抗。此外,(LiNi0.5Mn1.504+5%CuO)/Li也表现出典型的抗过充特征曲线,拓展了氧化铜抗过充添加剂在新的电池体系中的应用。在第五章中,利用γ射线辅助的辐照凝胶法制备得到了颗粒均一的、具有优异电化学储锂性能的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2粉体。在该方法中,γ射线辐照下的丙烯酸可快速聚合交联成凝胶并有效螯合金属离子。系统研究了该方法的合成机制及高温(固定900℃)下煅烧时间对最终产物结构及电化学性能的影响,结果表明:随着煅烧时间的延长,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2中锂镍混排程度逐渐增加,而晶胞参数c逐渐减小;900℃-25h烧结得到的粉体表现出最优的电化学储锂性能,首次放电容量为188mAhg-1(2.8-4.5V,C/10),30次循环保持率为90.1%,倍率性能为 153 mAh g-1@3C和 125 mAhg-1@6C。此外,(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2+5%CuO)/Li也表现出典型的抗过充特征曲线,拓展了氧化铜添加剂在新的电池体系中的应用。在第六章中,利用一种简单易行的热处理含钴RF凝胶的方法,制备得到一种独特的具有碗状空心微球结构的Co3O4粉体。在这种空心微球结构中,Co304颗粒相互连接组装构成了空心微球的表面壳层,并且在壳层的颗粒间存在大量的微孔结构。这样一种疏松的空心微球结构有利于锂离子的质传递且可有效缓解电极材料的充放电过程中的体积变化而带来的内应力,电化学储锂性能测试表明其具有优异的倍率性能(650 mAh g-1@5C),而循环过程中颗粒表面凝胶状膜生长及可逆储锂特性,也使其具有高的循环容量保持率(111%@0.2C,50次);且该电化学储钠性能测试表明,该材料表现出较高的首次放电容量,但在循环性方面还有较大的提升空间。此外,利用该Co3O4空心微球作为负极组成的全电池(LiNi0.5Mn1.5O4+5%CuO)/Co3O4也表现出典型的抗过充特性,拓展了氧化铜添加剂在新的全电池体系中的应用。第七章,对论文的创新和不足之处作了总结,并对未来研究工作进行了展望。