随着人类社会的迅速发展,能源需求量日益增加,长期使用化石能源造成了世界范围内的能源危机与环境污染。而太阳能,风能,水能等清洁能源取之不尽用之不竭,锂离子电池以其优异的理化性能成为目前最具前景的能量储存装置。目前正极材料因其较低的能量密度与较差的循环寿命限制锂离子电池的进一步发展与应用。结合锂离子电池正极材料的国内外研究现状,本文基于富镍三元正极材料LiNi_0.8CO_0.1Mn_0.1O₂展开研究,分别从富镍三元正极材料的合成方法、包覆掺杂协同改性与电极结构设计优化三个角度展开研究,以提升富镍三元正极材料的循环稳定性、倍率性能和能量密度。为探究合成条件及方法对富镍三元正极材料LiNi_0.8CO_0.1Mn_0.1O₂电化学性能的影响,分别采用了氢氧化物共沉淀法,一步水热法,共沉淀辅助热法合成了富镍三元正极材料。通过XPS与XRD测试,结合基于SEM的EDS能谱,三种合成方法均成功合成出LiNi_0.8CO_0.1Mn_0.1O₂,其中共沉淀辅助热法合成样品NCM811-C具有相对更完整的层状结构与相对较低的锂镍混排程度。通过循环伏安测试、循环充放电测试和充放电阻抗测试表明共沉淀辅助热法合成所得富镍三元材料NCM811-C具有更高的放电比容量与更好的倍率性能,但是其循环稳定性较差。为提升NCM811-C的循环稳定性和倍率性能,进行了基于Ti元素的包覆掺杂协同改性研究,探究了不同的固相温度对包覆掺杂协同改性效果的影响。通过XRD与XPS测试,结合基于SEM的EDS能谱分析与TEM测试表明包覆掺杂协同改性在NCM811-C表面成功包覆有包覆层,且随着固相温度的升高,包覆层部分元素扩散到晶体结构中形成掺杂改性。结果表明850℃固相温度下改性材料具有更为完整的层状结构与更低的锂镍混排程度。对基于Ti元素改性的样品进行循环伏安测试、循环充放电测试和充放电阻抗测试,表明包覆掺杂协同改性大幅提高了NCM811-C的倍率性能与循环稳定性。为进一步验证包覆掺杂协同改性的普适性,对NCM811-C进行了基于Ta、Mo元素的包覆掺杂协同改性研究,通过微观表征测试与循环充放电测试,表明包覆掺杂改性提升了纯相NCM811-C的循环稳定性与倍率性能。为进一步提升富镍三元材料的能量密度,同时不降低其功率密度,通过优化设计电极结构,采用3D打印技术中的气动喷射沉积成型技术沉积出具备高表面积结构的富镍三元正极电极。为得到结构稳定的大表面积结构,充分发挥3D打印技术的优势,建立了沉积线截面模型,沉积模型,通过实验确定出最佳打印参数,完成了单层和双层电极结构的打印成型。通过电化学性能测试,表明具有大表面积结构的电极相对于传统涂覆电极拥有更高的能量密度。