随着能源与环境问题的日益突出以及现代科技的高速发展，对电池性能提出了更高的要求。锂离子电池以其高工作电压、长循环寿命、高能量密度、无环境污染等优势而成为人们的首选。本文在综合评述锂离子电池及其正极材料研发现状的基础上，以提高锂离子电池性能、降低电池成本、促进其产业化为目的，将各种电化学研究手段与XRD、SEM、BET及激光粒径分析等现代波谱技术相结合，对锂离子电池正极材料的合成与性能及电池制作技术进行了研究，重点考察了三种有代表性的正极材料的特性，并对锂离子电池的整体制作工艺进行了开发。 对热处理制度、气氛以及原料等合成条件与LiCoO₂结构形貌等物理性能的关系进行了研究。高温下LiCoO₂的生长呈现出各向异性并有层状结构的外露，且易于出现烧结、微晶晶块增大的现象：提高氧分压有助于LiCoO₂微晶晶块及粒径的减小，还可抑制颗粒之间的团聚。在此基础上提出了以两段连续烧成法合成LiCoO₂，简化了合成工艺，解决了低温下反应速度慢，高温下易于烧结而难于控制粒径的问题。合成条件的研究对LiCoO₂材料的结构及形貌的可控性奠定了基础。 在建立了合成条件与LiCoO₂物理性能关系的基础上，系统研究了对电极界面状态有着重要影响的物理参数——粒径分布、比表面积及表面形貌等对LiCoO₂电化学性能的影响。结果表明：粒径及比表面积对LiCoO₂电极的容量循环稳定性及电压循环稳定性有较大的影响。较窄的粒径分布有助于提高LiCoO₂电极的循环稳定性，过大的比表面积会使电极循环稳定性急剧下降。随着晶块尺寸的减小，LiCoO₂材料在大电流下的放电性能得到改善。在优化条件下合成的LiCoO₂样品具有最佳的高倍率性能、良好的容量及电压循环稳定性，可以有效地降低单次循环使用成本，可望应用于动力型锂离子电池。以球状电极模型对LiCoO₂电极进行了处理，在简化的假设条件下，推导出了LiCoO₂电极的扩散电流表达式。扩散系数的测定结果从动力学角度揭示了LiCoO₂材料大电流性能差异的本质原因。 分别用碳酸盐与氢氧化物合成了LiNi_0.5Co_0.5O₂，合成条件对其结构影响的研究表明：用氢氧化物为原料及氧气气氛、适当提高温度、延长反应时间有利于LiNi_0.5Co_0.5O₂的合成。在740℃，氧气气氛下以氢氧化物为原料反应15h可以合成结构理想的LiNi_0.5Co_0.5O₂。首次通过结构因数|F_hkl|²的引入，为I₀₀₃／I₁₀₄及(I₀₀₆+I₀₁₂/I₁₀₁作为Ni原子在LiNiO₂中占位有序度的经验表征提供了理论依据，并将二者统一起来。对LiNi_0.5Co_0.5O₂的电化学性能的研究表明其可望作为LiCoO₂的廉价取代物。 研究了掺杂（Co，Cr，Al，Ni）LiMn₂O₄的电化学性能，结果表明：掺杂改善了LiMn₂O₄的循环性能，增大了锂离子的扩散系数，但掺杂后材料的初始容量有不同程度的下降。运用晶体场理论对充放电过程中LiMn₂O₄容量衰减机理及不同掺杂金属元素对LiMn₂O₄电化学性能的影响机理进行了研究。循环过程中LiMn₂O₄容量的严重衰减是由于八面体场中Mn³⁺的d电子排布容易发生Jahn-Teller畸变引起的，掺杂金属离子提高了LiMn₂O₄结构的稳定性，从而改善了LiMn₂O₄的电化学性能。不同掺杂金属离子价电子排布的稳定性不同是造成LiMn₂O₄初始容量不同程度下降的本质原因。中南大学博士学位论文摘要 提出了锉离子电池正极材料的脱/嵌铿反应机理。在模型假设的前提下，建立了相应的等效电路，并从理论上推导了铿离子脱/嵌过程的交流阻抗图谱:复数平面图由位于第一象限的两个半圆和一条与实轴成45‘角的直线三部分组成，分别代表电解液中铿离子在正极材料表面的吸附、材料内的电荷转移反应及铿离子在固相中的扩散过程。运用交流阻抗技术对几种正极材料LICooZ、LINi。乃Cooj02、LIMnZo4、LIMyMnZ一yo;的脱/嵌铿过程进行了研究，测试结果与理论推导一致，证.明了所提机理、所建模型及交流阻抗理论推导的正确性;并从动力学角度进一步说明上述几种正极材料之间电化学性能的差异。 从产业化角度出发，研究了铿离子电池的整体制作技术。对锉离子电池中的主要材料进行了筛选。通过对粘结剂、添加剂用量的研究，优化了电极配方，并对其作用机理进行了探讨。以微分容量曲线及循环伏安方式对电池首次充放电的历程进行了研究，提出了合理的化成制度。首次采用循环伏安方法对正负极料量比对电池性能的影响进行了研究。以MCMB、lmol·L一’LIPF6/（Ee+oEe+nMe=l:l:l）和本研究制备的Lieoo:采用本技术制成的063045型方形铿离子电池具有高能量密度、优异的高低温性能及循环性能、良好的贮存性能和可靠的安全性能，与国外知名公司的同类产品比较，在大电流放电性能方面体现了明显的优越性，处于国际先进水平。研究开发了水溶液粘结剂体系的极片制作工艺，进一步完善了电池制作工艺。