层状富锂锰基固溶体正极材料xLi₂MnO₃·（1-x）LiMO₂凭借高电压平台、高比容量、高能量密度等优点成为近年来正极材料研究领域的热点之一。但是富锂锰基材料本身所具有的一些缺陷在很大程度上限制了该正极材料的进一步发展,因此有必要通过改性的方法改善其电化学性能,以满足更高的应用要求。本文以层状富锂锰基正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂为研究对象,以解决富锂锰基正极材料循环稳定性和倍率性能差等缺陷为主要目的,对其进行阴、阳离子掺杂改性,得到性能最佳的共掺杂改性后的正极材料Li_1.12Na_0.08Ni_0.2Mn_0.6O_1.95F_0.05。同时,采用丰富的表征手段,系统研究了阴阳离子掺杂改性对材料结构、形貌及电化学性能的影响及其作用机理。主要研究内容如下:分别以CH₃COONa和Na₂CO₃为Na源对正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂进行Na掺杂改性,研究结果表明,Na掺杂改性可以有效提高正极材料的放电比容量、增强材料的结构稳定性并改善正极材料的倍率性能。在相同的制备条件下,当采用CH₃COONa作为Na源进行掺杂时,改性后的正极材料电化学性能最佳,其循环稳定性及倍率性能等电化学性能均优于采用Na₂CO₃作为Na源掺杂改性后的样品;对正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂进行不同Na含量掺杂改性,掺杂量为0、0.03、0.05、0.08、0.10。XRD及TEM结果表明,Li_1.2-xNa_xNi_0.2Mn_0.6O₂具有良好的层状结构,且晶格参数随着Na掺杂量的增加而增加。电化学测试结果表明,当Na掺杂量为0.08时,正极材料具有最佳的电化学性能,在0.2 C电流密度下50次和100次充放电循环容量保持率分别达到100%和96%,5.0 C大电流密度下放电比容量达到112 mAh·g^-1。EIS结果证实Na掺杂能够有效降低电荷转移阻抗,提高Li在材料中的扩散速率,改善材料的倍率性能。循环后的XRD及HR-TEM结果表明,Na掺杂改性通过抑制循环过程中层状结构到尖晶石结构的相变来稳定层状结构,使得改性后的正极材料具有最佳的循环稳定性。分别以LiF、NH₄HF₂、PVDF三种氟化物为不同F源对正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂进行F掺杂改性,掺杂量均为0.05。XRD、SEM及TEM结果表明,F成功实现体相掺杂,采用三种F源掺杂改性后的正极材料都具有良好的α-NaFeO₂层状结构。电化学测试结果表明,采用不同F源掺杂对正极材料的改善效果有较大的影响,当采用PVDF作为F源进行掺杂改性时,正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O_1.95F_0.05具有最佳的电化学性能,0.2 C电流密度下,正极材料放电比容量达到240 mAh·g^-1,5.0 C大电流密度下的放电比容量达到120 mAh·g^-1。对层状富锂锰基正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂进行Na、F共掺杂改性研究,XRD、SEM及TEM结果表明,改性后的正极材料具有良好的层状结构,颗粒形貌良好,且粒径分布在200-800 nm之间。Rietveld结构精修结果表明,由于共掺杂导致离子半径变化所引起的结构变化有利于降低阳离子混排现象,增强结构稳定性。XPS结果表明Na、F分别以Na⁺、F^-的形式掺杂到正极材料中,F掺杂引起Ni³⁺到Ni²⁺的部分还原反应。电化学测试结果表明,共掺杂改性后的正极材料Li_1.12Na_0.08Ni_0.2Mn_0.6O_1.95F_0.05表现出最佳的电化学性能,0.2 C电流密度下放电比容量达到243 mAh·g^-1,100次循环容量保持率为100%,5.0 C充放电倍率下的放电比容量达到135 mAh·g^-1。EIS结果从阻抗及锂离子扩散系数两个方面证明,F掺杂能够有效提升正极材料的放电比容量和倍率性能。循环后的Raman及HR-TEM结果表明,Na掺杂能够有效改善正极材料的结构稳定性。