锂离子动力电池具有能量密度大、工作电压高、环境友好等突出优势,在大型电动工具、电动汽车、储能电网等领域具有广阔的应用前景。正极材料是影响锂离子动力电池性能的重要因素,因此,开发具有高能量密度、长使用寿命、安全性优异的正极材料一直是世界各国研究和关注的焦点。由于热稳定性能不佳,在便携类电子产品领域独领风骚的钴酸锂(LiCoO2)正极材料难以满足动力电池对安全性的苛刻要求,迫切需要开发能够替代LiCoO2的正极材料。尖晶石结构的锰酸锂(LiMn2O4,LMO)具有三维锂离子通道,工作电压较高(约3.9 V vs. Li+/Li),资源丰富成本较低,环境友好污染小,尤其是安全性较好,是理想的锂离子动力电池正极材料。随着人们对锂离子动力电池的容量、功率、安全性、使用环境等的要求越来越高,LMO已经成为正极材料研究的主要方向之一。然而,LMO的可逆循环容量(110-120 mAh/g)偏低,高温(55℃)下容量快速衰减两个重要因素大大制约了其产业化发展。因此,LMO正极材料在锂离子动力电池上的实际应用还有许多工作需要完善。本论文首先研究分析了LMO正极原材料,发现改性的LMO正极材料具有更好的稳定性；随后通过混合镍系正极材料镍钴铝酸锂(NCA),提高了电池的能量密度；接着通过一系列的优化措施,改善了LMO/NCA混合正极电池的高温性能；最后按照优化后的方案,设计出相比同规格LiFePO4电池能量密度更高,低温倍率性能更优,成本较低的LMO/NCA锂离子动力电池。本论文的主要研究结论如下：1.采用粒度分布(PSA)、比表面积(BET)、ICP、XRD等表征方法对LMO、 NCA原材料进行分析,发现LMO在经过锂过量和掺杂改性后晶胞参数变小,晶体结构更稳定,Mn化合价升高抑制了Jahn-Teller效应的发生,充电态比放电态晶胞参数缩小1.5%,材料的比表面积降低,减少了Mn的溶解；通过加工性能、放电平台、安全性能等方面比较,发现加入NCA可以提高LMO压实密度,抑制Mn溶出,但会降低体系热稳定性,综合比较确定LMO:NCA=80:20;比较纯LMO和LMO/NCA混合正极电池的性能发现,LMO/NCA混合电池质量/体积能量密度提高了10%以上,60℃温储存厚度膨胀降低,容量保持率提高7%左右,60℃ 1 C循环500次的容量保持率提高3%,常温和低温倍率性能相当。2.通过改变负极材料、隔膜、电解液和电池使用条件等来优化LMO/NCA电池性能。其中负极材料使用不同形貌和粒径的天然石墨,发现球形石墨负极电池高温(55℃)循环性能明显优于片状石墨；不同材质的隔膜(PP和PE)对LMO电池高温循环性能影响不显著；选用特定商品化电解液能够有效控制电池在储存时的膨胀,使用自配添加剂C的电解液可以明显改善电池的高温储存和循环性能,并且低温和常温倍率性能也得到一定提升；使用夹具将电池夹紧,可以有效控制电池的厚度膨胀,同时增加容量保持率和恢复率;电池高温储存性能劣化的温度拐点在70℃左右,电压拐点在4.10 V左右。设计出规格与现有LiFePO4电池相同的LMO/NCA混合正极材料电池,能量密度明显提升,低温倍率性能较好,高温储存循环性能改善,安全性可靠,同时成本更低。