本文以锂离子电池阴极材料LiMn2O4（LMO）为研究对象,采用XRD并结合Rietveld结构精修、TEM、XPS及恒流充放电测试等技术,系统地研究了铝锆偶联剂表面处理、低温冷冻处理对该材料的影响;同时还研究了全电池中LMO阴极材料的结构演变过程,得到以下主要结论:（1）采用铝锆偶联剂在450°C下高温热解的方法对LiMn2O4表面改性。阴极材料表面均匀地包覆了厚度为6 nm左右的非晶态Al2O3/Zr O2复合层。包覆层没有改变LMO的晶体结构、形貌和尺寸,但改善了LMO的倍率性能和循环可逆性。最佳包覆量为3 wt%,阴极的综合电化学性能显著提高,在3C的电流密度下,25°C和55°C时的放电容量分别提高了14.37%和74.95%。在55°C和1C倍率下100次循环后,LMO的容量保留率从61.3%上升到88.1%。LMO阴极材料性能的改善主要是由于Al2O3与Zr O2的协同作用,提高了阴极表面的化学稳定性,抑制了阴极与电解质之间的副反应,增强了Li+的可逆脱出/插入能力。（2）采用冷冻工艺对LMO-α进行低温干燥处理。LMO-α的晶体结构和形貌并没有改变,但在高温下的电化学性能得到提高。在5C和55°C的条件下,LMO-1α、LMO-2α的放电比容量分别为98.9 m Ahg-1和75.2 m Ahg-1,远高于LMO-α样品的36.1 m Ahg-1;在1C和55°C的条件下,经过100次循环后的LMO-1α和LMO-2α的容量保持率分别提高了11.4%和8.6%。材料性能的改善可归因于:在低温冷冻下,LMO-α内部的应力被部分消除,自身的能量降低,晶体的结构稳定性提高,Li+的迁移能力增强,因此改善了LMO-α的电化学性能。（3）对全电池以1C的电流密度进行长周期的充放电循环测试时发现,随着循环周期次数的增加,电池的容量开始衰减,LMO阴极材料脱落严重。XRD分析结果表明,在长循环过程中阴极材料中的锂离子发生重排,其晶格不断变化,这不仅造成材料内部应力增加,晶粒之间结合力减小,导致阴极材料的脱落,而且锂离子的迁移也受到阻碍,电池容量下降。此外,阴极材料在充放电过程中发生Jahn-Teller效应,原本属于立方相晶体结构的LMO向四方相Li2Mn2O4转变,新相的产生进一步破坏了阴极材料的结构稳定性。而随着电流密度的增加,锂离子的浓度越来越高,材料晶格畸变更加严重,材料内部的应力不断增加,从而导致阴极材料的脱落和电池容量的衰减更加明显。