出于环保压力和能源短缺方面的考虑,近年来随着各国政府的大力推行,国内外电动汽车发展迎来了爆发式的增长。但是目前的电动汽车尚未能满足普通民众最关心的需求——续航里程(充电速度)和市场价格,所以电动汽车在市场上的接受程度仍然远远不如燃油汽车,其中最根本的原因在于动力电池的性能有限而且成本居高不下。一方面,动力电池制造厂商需要不断改进电芯制备技术,从而提升电芯能量密度并降低成本。另一方面,从目前的锂离子电池采用的材料体系来看,负极材料基本都采用石墨,所以正极材料的能量密度就决定了一个电池的能量密度。而高镍三元正极材料相对于磷酸铁锂和锰酸锂等材料有较大的能量密度优势,因此,本论文选取高镍三元材料作为研究对象,针对三元材料在实际应用中面临的一些问题,如较差的循环寿命、倍率性能及安全性能等,开展了一系列的表征评估及改性研究,为高镍三元材料的实际应用提出一些建议及策略。论文第一章主要介绍了锂离子电池的构成和工作原理,并着重综述了目前几种动力型正极材料的研究现状及发展趋势。其次,也对锂离子电池的负极材料作出简单概述。最后,介绍了本论文的研究背景及意义。第二章集中罗列了本论文实验中所用到的试剂、材料合成及表征设备,并详细介绍了扣式电池的组装过程和测试方法。在第三章中,利用丙烯酸热聚合的方法合成了镍钴铝酸锂(NCA)和镍钴锰酸锂(NCM811)两种高镍三元正极材料。通过系统的对比研究发现,NCA更容易形成结晶度良好的层状结构,而NCM811中由于存在Mn4+,导致镍元素价态偏低,锂镍混排程度较高。此外,在充电过程中,NCM811的体积变化高达3.6%,而NCA仅为1.1%,因此NCM811长循环寿命不如NCA。不过,热稳定性分析(DSC)显示NCA和NCM811的热稳定性均较差。在第四章中,利用丙烯酸热聚合法合成了高镍NCA三元材料,并从实验和理论计算两个方面研究了高镍三元材料中锂镍反占位缺陷(阳离子混排)对材料的电化学性能的影响。实验结果表明,具有2.3%反占位缺陷的NCA锂离子扩散系数最高,而且倍率性能最好;理论计算结果显示,高价态的过渡金属离子(主要为Ni2+)进入锂层后,使其最近邻的六个锂离子扩散活化能显著降低,从而提高了材料的倍率性能。在第五章中,利用Na2S2O8水溶液对NCA氢氧化物前驱体进行预氧化处理,在前驱体表层进行结构重组生成一层β-NiOOH中间产物,然后再与锂源混合进行烧结,以此消除NCA表层晶体的缺陷。电化学测试表明,消除了表层晶体缺陷的NCA在长循环及高电压测试条件下均表现出良好的结构稳定性,倍率性能得到了较大改善。在第六章中,提出利用NH4H2PO4预先包覆NCA前驱体,然后再混锂烧结的合成路线。NH4H2PO4具有弱酸性,可以与碱性的前驱体发生反应,因此可以均匀包覆在前驱体颗粒表面。在后续的高温烧结过程中NH4H2PO4可以与NCA表面的残锂发生反应,同时生成Li3PO4包覆层。测试结果表明,包覆后NCA材料表面的残锂可以有效去除,生成Li3PO4包覆层的NCA倍率性能、高温循环性能明显改善。在第七章中,利用乙炔黑与LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)表面能和粒径的差异,通过简单的行星球磨方法成功将乙炔黑均匀包覆在NCM523颗粒的表面。这样在制备的电极片中,碳包覆层与导电添加剂形成了完整畅通的电荷传输通道,提高了材料的电子电导率,从而显著改善了材料的倍率性能。同时碳包覆层能够抑制电极材料与电解液之间的副反应,改善了材料的循环性能。在第八章中,以NCM523为例,系统地研究了三元材料在变质前后的形貌、结构及电化学性能等方面的变化,然后通过气氛模拟实验研究了CO2和H2O在三元材料变质过程中的作用,并提出了三元材料在储存过程中的一种变质反应机理。此外,提出利用微波加热的方法对变质NCM进行二次高温处理,可以快速恢复变质三元材料的电化学性能。在第九章中,对全篇论文进行总结,提出论文的创新和不足,并对进一步的研究规划作出展望。