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近年来,随着新能源汽车和智能电网等新能源领域的发展,对具有高安全性、高能量密度和长循环寿命的新一代高性能锂离子电池的需求日益迫切。目前,商业化正极材料偏低的放电容量是制约锂离子电池能量密度提升的关键因素。富锂锰基正极材料凭借比容量大(≥250mA hg-1)、工作电压高、循环使用寿命长、成本低和无污染等优点,成为了最有潜力的锂离子电池正极材料之一。然而,首次库仑效率低、容量和电压衰降严重以及倍率性能差等问题严重阻碍了其商业化应用进程。因此,本论文旨在改善富锂锰基正极材料的综合电化学性能。采用溶剂热法和高温固相法制备分级多孔结构的富锂锰基正极材料,系统研究了合成条件对材料形貌、微观结构和电化学性能的影响。在此基础上,提出了构筑表面氧空位缺陷和尖晶石异质层的技术路线来改善富锂锰基正极材料的倍率性能和循环稳定性,探明了氧空位缺陷和尖晶石异质层对提升离子扩散速率和材料结构稳定性的作用机理。最后,从推动富锂锰基正极材料应用的角度出发,表征了其在不同全电池体系下的电化学性能。首先,通过溶剂法和两步煅烧法合成了分级多孔球形富锂锰基正极材料,系统研究了PEG600、锂盐添加量、混锂煅烧温度和过渡金属元素比例等实验条件对材料形貌、微观结构和电化学性能的影响。结果表明,当添加PEG600作为螯合剂,并控制Mn、Co和Ni的比例为4:1:1,LiOH·H2O的添加量为过渡金属摩尔数的1.5倍,混锂煅烧温度为800℃时,能够获得具有最优异电化学性能的分级多孔球形富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2。在0.1C电流密度下该电极材料的放电比容量为294.9mAhg-1,首次库仑效率达到了85.5%;1.0C电流下循环200圈后仍有211.7mAhg-1的容量,容量保持率为81.1%;当在5.0C下循环200圈后,容量稳定在178.7mAhg-1;当电流继续增大至10.0C后,仍具有170.9mAhg-1的放电比容量,表现出优异的倍率性能。其次,针对分级多孔富锂锰基正极材料Lih.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2,进一步通过盐酸多巴胺包覆以及后续热处理,成功在表面引入氧空位缺陷和高锂离子导率的尖晶石异质层进行修饰改性(L@S)。氧空位缺陷的构筑不仅可以提前激活富锂相Li2MnO3以减少首圈循环中的不可逆容量损失,还有利于降低Li+的扩散能垒,从而提升Li+扩散动力学。高锂离子导率的尖晶石异质层不仅可以提供三维Li+扩散通道,还可以抑制表面副反应并稳定材料的层状结构。表面改性材料L@S的首次库仑效率高达92.3%,在10C电流下经过100次循环后,仍能具有高达222mAhg-1的可逆比容量以及95.7%的容量保持率；即使在20C的极高倍率下循环100圈后,L@S的放电比容量仍可维持153mAhg-1。最后,以改性富锂锰基材料L@S为正极,人造石墨(AG)、复合Si/C和Li4Ti5O12为负极,分别封装了L@S-AG、L@S-Si/C和L@S-Li4TisO12扣式全电池。结果表明,AG和Si/C负极材料表面发生的副反应会持续消耗全电池体系中的Li+,从而导致严重的循环容量衰减。相比之下,L@S正极与Li4Ti5O12负极具有更高的匹配度,L@S-Li4Ti5O12全电池在0.2C的首圈放电比容量达到了196.6 mAhg-1;在3C下经过400圈循环后,放电比容量为140.4mAhg-1(容量保持率超过80%),更重要的是循环过程中的压降得到了很好地抑制(电压保持率高达97%)。