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高容量是未来锂离子电池发展的重要趋势，而目前已经商业化的锂离子电池采用的正极材料主要为LiCoO2，比容量只有140mAh·g-1，同时由于Co有毒，资源有限导致价格昂贵，因此开发新型正极材料成为锂离子电池研究的重点。富锂层状正极材料Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2因其容量高、新的充放电机理、成本低成为近年来锂离子电池正极材料的热点。因为引入结构稳定单元Li2MnO3，当首次充电电压大于4.5V时，会出现L型电压平台，首次放电比容量高达200mAhg-1。基于该材料，本论文的研究内容主要可以分为以下几部分：（1）采用溶胶-凝胶法制备了富锂正极材料，首先探究了煅烧温度对富锂正极材料Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2的性能的影响，在最佳煅烧温度850℃温度下煅烧的材料的首次放电容量为254.2mAh·g-1，首次库伦效率为76.1%，16周循环后，材料保持容量分别为141.6mAh·g-1；在850℃温度下制备了系列富锂正极材料Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2(x=0.1-0.5)，随着x的增大，富锂正极材料的首次充电容量和放电容量都呈现减小趋势，首次库伦效率逐渐变大；对Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2进行Co3+、V5+掺杂研究，发现Co3+掺杂后材料的放电比容量和循环性能都得到了很大改善，而V5+掺杂能提高材料的首次库伦效率，却使材料的结构稳定性和循环性能恶化（2）采用循环伏安法（CV）和容量间歇滴定技术（CITT）两种不同的方法测定了富锂正极材料Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2的扩散系数。循环伏安法测定的了富锂正极材料Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2的表观锂离子扩散系数为6.04×10-12cm2s-1；而根据容量间歇滴定技术（CITT）法计算的锂离子扩散系数为3.13×10-12到1.22×10-10cm2s-1，充电过程中锂离子扩散系数随充电电压的变化趋势为：当电压为3.8V到4.0V之间，锂离子扩散系数随着电压升高而变大，并且在4.0V达到最大值1.22×10-10cm2s-1；当电压达到4.3V时，锂离子扩散系数迅速下降。（3）通过对交流阻抗的等效电路分析，采用多电流密度的时域暂态技术计算了富锂正极材料Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2在不同放电倍率下的各部分极化及其占总极化的百分率。计算结果与试验曲线相吻合，从计算结果我们可以得到，Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2/Li半电池的总极化可以分为欧姆阻抗（R0）极化、界面传输阻抗（R1Q1）极化、电荷转移阻抗（R2Q2）极化和锂离子扩散阻抗（Q3）极化，并且分析了各部分阻抗极化占总极化的大小。整个极化过程可以相对地分为由并联电路R1Q1决定的过程I、有并联电路R2Q2和Q3共同控制的过程II。电荷转移的极化、锂离子穿越SEI膜的极化和固态锂离子扩散极化都要引起重视，并通过优化制备方法和电池设计使其达到最小值，才能改善富锂正极材料的倍率性能。