在能源危机和环境污染的双重压力下,开发新能源、提高能源利用效率迫在眉睫。锂离子电池作为高效的能源存储设备受到了人们的关注,被广泛应用于便携式设备中,并逐渐向动力电池领域拓展。作为影响锂离子电池关键技术参数的正极材料,也不断向更高能量密度的方向发展。在这样的机遇与挑战中,尽管存在一些缺陷,层状富锂锰基材料由于其本身高容量低成本的优势成为了下一代正极材料有利的候选者。本论文以推进层状富锂材料实用化为出发点,研究了锰基材料中抑制电压衰退的有关策略,并从动力学相关因素的角度,对电压衰退的机理提出了新的认识,在降低材料充电电压的方面做出了尝试,并探索了新的廉价富锂材料,利用同步辐射X射线吸收谱作为有效的表征手段,对富锂材料结构和性能之间的关系展开了深入研究。主要内容包括:1.利用溶胶凝胶法成功制备了铼(Re)/硼(B)共修饰的层状富锂锰基正极材料,表现出优异的电化学性能,容量保持率显著提高,且在抑制材料电压衰退方面有明显的效果。2C倍率下300圈循环之后Re掺杂样品的中值电压保持率为81%,而原始样品仅为62%。通过详细的结构表征可以判断,Re被成功地引入到过渡金属层中锰(Mn)的位点。利用X射线吸收谱并结合第一性原理计算,Re掺杂对性能的优化,尤其是对电压衰退的抑制作用,归结于Re的引入调制了附近氧(O)的局域电子结构,使之保持稳定而不以O2的形式释放造成结构的破坏。因此,利用铼调制层状富锂锰基材料的电子结构对于设计其它高比容量、高稳定性的正极材料具有很好的借鉴意义。2.通过对富锂锰基正极材料电化学循环前后的样品进行结构表征和电化学测试后,提出动力学恶化是影响富锂锰基正极材料电压衰退的关键因素。进一步通过原始材料与MgCl2等金属卤化物反应模拟制备了具备高放电比容量但电压衰退明显的样品,结果表明颗粒表面生成缺锂立方岩盐相,其电子/离子传输差,会大幅增加锂离子在颗粒表面迁移的阻碍,导致材料表面的动力学性能变差,造成严重的电压滞后,并随着循环的逐渐进行而加剧,表现出电压不断衰退。从而提出减少颗粒表面岩盐相的生成,是抑制高容量高稳定性材料电压衰退的新策略,为抑制富锂锰基正极材料电压衰退推进其商业化进程提供了新的研究方向。3.以降低材料的充电电压为目标,采用常规的制备方法对富锂锰基正极材料的阴离子掺杂进行了广泛的研究。发现常温常压下的手段并不能实现阴离子氯Cl-取代材料中晶格氧,超过热力学能垒的高温高压法及非平衡态可能是实现层状富锂锰基材料阴离子掺杂的突破口。为富锂锰基阴离子掺杂的探索提供了重要的参考。4.结合铁(Fe)元素来源广泛、环境友好和钼(Mo)元素多电子反应的优势,采用固相法制备了Li1.23Mo0.47Fe0.3O2富锂正极材料,并对其结构、形貌和电化学性能进行了研究。Li1.23Mo0.47Fe0.3O2层状富锂材料初始放电容量达176.69 mAh/g,容量保持率达74.66%。探究截止电压对其电化学性能的影响,利用非原位X射线衍射和吸收谱测试对材料的充放电过程进行了表征,低电压平台对2.5V放电平台具有一定调制作用。作为一种原料价廉、制备方法简单、性能良好的正极新材料,是开发新一代高性能正极材料有益的探索。