尖晶石型结构的LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有工作电压高（⁴.7 V vs.Li/Li⁺）、理论比容量大(146.7 mAh g^-1)和成本低等诸多优势,同时拥有三维锂离子扩散通道,被认为是下一代最具吸引力的动力型锂离子电池正极材料之一。然而,LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料在高压条件下容易与电解液发生副反应而导致容量衰减。针对以上问题,本文首先对LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料进行了制备工艺的优化,并且通过改性研究探讨了Mn³⁺含量、晶面取向、Ni/Mn有序程度等因素对材料电化学性能的影响。通过溶胶凝胶法制备多面体形貌的LiNi_0.5Mn_1.5O₄单晶颗粒,并且探究了pH值、热处理气氛和温度对材料性能的影响。通过表征分析,得到在pH值为7的反应体系中,空气下850℃热处理得到的样品具有最优的电化学性能。在1 C电流密度下,该样品首次放电比容量为124.1 mAh g^-1,100次充放电循环后仍有120.2 mAh g^-1,容量保持率高达95.9%。此外,还采用共沉淀法制备了二次球形形貌的LiNi_0.5Mn_1.5O₄样品,其二次颗粒尺寸约为20μm,振实密度高,适用于工业化生产。通过表面Li₂ZrO₃包覆和表层Zr掺杂的协同改性策略,对溶胶凝胶法所制备的LiNi_0.5Mn_1.5O₄多面体颗粒进行表面改性研究,同时优化了Li₂ZrO₃的用量。并且通过XRD、SEM、TEM、FIB、恒流充放电、循环伏安法等手段对材料的结构形貌以及电化学性能表征分析。结果表明,改性之后,部分Zr元素扩散到材料表层,诱导产生了少量的Mn³⁺,但是材料的主体结构被没有发生改变。同时包覆含量为2 wt%的改性样品表现出最优的电化学性能,在室温5 C倍率下,首次放电比容量可达123.2mAh g^-1,1000次长循环后的容量保持率高达82.4%。甚至在高温条件下,1 C循环200次的容量保持率由61.1%提高至83.5%。采用共沉淀法制备了异质结构的LiNi_0.5Mn_1.5O₄@LiNi_0.5Co_0.05Mn_1.45O₄正极材料,并与LiNi_0.5Mn_1.5O₄空白球形样品做了对比分析,结果显示,两种样品一次颗粒的晶面取向出现明显差异。同时异质结构样品表现出极其优异的高倍率长循环性能,在10 C倍率下室温循环2000次后仍有92.1 mAh g^-1的放电比容量,容量保持率高达85.6%。