日益严重的能源危机和环境问题促进了人们对先进能源材料的探索和开发。锂离子电池作为一种新型的储能装置,已成功应用于电动汽车和智能电网。与传统燃油汽车相比,电动汽车由于动力锂电池的能量密度有限而面临里程焦虑。因此发展高比能锂离子电池成为学术界和工业界亟待解决的问题。目前商业化的石墨负极已经能够提供较高的比容量(372 m Ah g-1),限制动力锂离子电池续航能力的主要原因在于作为锂源的正极容量较低。高镍三元正极材料具有优越的理论容量(278 m Ah g-1),高的工作电压（3.8V）,高的离子扩散系数(10-10 cm~2 s-1)和相对较低的成本,被广泛认为是下一代高性能锂离子电池最有前途的候选者。研究发现,提高三元材料中的Ni含量和上截止电压能够进一步提升其能量密度。然而,在Li+提取/插入过程中,剧烈的体积变化引起的应力的产生和积聚将导致严重的结构退化,随后在其二次颗粒核心处会产生大量微裂纹,这些微裂纹会沿着晶界扩展至表面,为液体电解质的渗入提供了通道,这将不可避免地引起正极和电解质之间严重的寄生副反应的发生,最终导致高镍正极二次颗粒的严重粉化和快速的容量衰减,并且这种现象随着Ni含量的提升变得更加严重。另一方面,提高截止电压可以提升高镍正极的容量。然而截止电压升高时,Co3+将参加氧化还原反应（≥4.35 V）,由于Co3+/4+的eg能级和O2-的2p能级具有较大重叠,因此提高电压会导致晶格O的析出,析出的晶格O被氧化成O2时会与有机电解液发生剧烈的放热反应,导致严重的热失控问题。为了改善高镍正极材料的结构稳定性以提升其电化学性能,研究人员对其进行了一系列的改性修饰。常见改性方法包括表面包覆,异质原子掺杂,壳核结构等,其中表面包覆不仅能够防止电解液对活性材料的侵蚀,也可以缓解表面微裂纹的形成和扩展。但是在循环过程中,由于晶格失配,界面应力的存在,经常导致包覆层在重复循环过程中脱落,因此寻找能够适应内部材料体积变化的包覆层是有必要的。压电材料具有独特的压电特性,在外力和外电压下,具有高度不对称晶体结构的压电材料内部正负电荷偏离原来中心,产生极化电场。利用压电材料表面修饰高镍材料,在循环过程中,高镍材料内部强烈的应变作用向外部压电涂层传递,此时压电材料内部将会产生极化电场进而调控界面离子的输运。此外,压电材料受到内部材料的应力之后,其本身由于极化效应体积也会不断地发生变化,因此在重复循环过程中能够适应内部材料的体积变化而不会脱落。基于以上考虑,在第一个工作中,我们选择了与高镍材料晶格匹配度良好的典型压电材料LiTaO3（LTO）同时修饰相同形貌和尺寸的镍含量适中的Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2（NCM622）和高镍含量的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2（NCM811）,探究LTO对高镍材料的改性机理,并建立压电材料对不同Ni含量的三元正极材料的改性作用。在第二个工作中,我们采用一步法烧结、原位构筑的方式使具有更高压电系数和离子传输系数的Li2B4O7（LBO）包覆在NCM811表面,并且使得B3+掺入NCM811中的每一个一次颗粒近表面晶格中,强的B-O键(809 KJ mol-1)有效地稳定了晶格O,缓解了由于晶格O析出而引发的一系列安全问题。原位构筑的LBO外壳缓解了应力积聚,抑制了表界面副反应的发生,并且其产生的与Li+离子传输方向一致的极化电场有效调控了离子输运。基于以上考虑,本工作利用压电材料LiTaO3和Li2B4O7对高镍三元材料进行改性。具体工作归纳如下:1、采用溶胶-凝胶法将LiTaO3（LTO）均匀的包覆在NCM622和NCM811表面。XRD,SEM测试结果显示出经过LTO修饰后,高镍材料的体相结构和形貌没有明显的变化,TEM指认和Mapping测试结果可以看到在高镍材料的表面存在均匀的纳米LTO包覆层。电化学测试显示出经过LTO修饰之后,两种材料的电化学性能都有提升,但是改性后的NCM811的性能提升更加明显,经过一系列原位/非原位测试和多物理场模拟,结果表明NCM811更大的体积变化诱导LTO产生了更大的极化电场,更有效地调控了Li+的输运。利用有限元分析对LTO产生的电场进行模拟,发现在充放电过程中LTO产生的极化电场方向始终指向内部高镍材料。在充电过程中这个变化的极化电场使得Li+的脱出变慢,这有助于稳定内部材料结构;在放电过程中这个界面极化电场会促进Li+的快速传输,减弱固液界面应力的产生和积累。理论计算和有限元分析结果表明,LTO的修饰有效的降低了Li+扩散势垒,减弱了高镍材料的应力积聚。为了探究NCM材料能够进一步引起LTO涂层的极化,我们采用放大实验证实了在循环过程中LTO的极化,表现为属于LTO的（012）衍射峰的偏移。2、通过原位构筑（一步法）的方式将NCM811前驱体,硼酸,碳酸锂高温退火,使得压电材料Li2B4O7（LBO）包覆在NCM811二次粒子表面,而每个一次颗粒近表面都有B3+的掺杂,具有压电特性的LBO涂层产生的极化电场有效的调控了Li+的输运,同时保护了整个二次颗粒免受电解液的侵蚀;强的B-O键抑制了晶格O的析出。为了验证上述实验设计,我们首先进行了DFT计算,首次发现B在高镍材料的掺杂位置为Li层四面体的位置,并且掺杂后高镍正极氧空位生成能明显降低。对修饰前后的电极做了原位DEMS测试,结果显示出经过上述修饰之后,材料的晶格O稳定性明显增强。为了证明B3+的成功掺杂,我们进行了FIB-SEM、XANES、深度XPS、TEM线扫和Mapping测试,Ni离子平均价态降低,深度XPS的归一化结果和FIB-SEM的结果均表明,B3+成功掺杂到NCM811的近表面,并且每个一次颗粒近表面均有B3+的掺杂。为了验证上述修饰对高镍材料晶体结构稳定性的影响,我们进行了原位XRD测试,结果显示出,修饰后的正极H2-H3相变时的晶格坍缩明显减弱,这是因为高度脱锂态时,掺杂的B3+在Li层起到支柱作用,有效地缓解了c轴的晶格坍缩。这与良好的电化学稳定性一致。为了进一步验证上述修饰对高镍材料晶体结构稳定性的影响,我们对高度脱锂态（4.5 V）的电极材料进行原位变温XRD测试。结果显示出,经过修饰之后的高镍材料的热稳定性明显增强,表现为相变温度的升高。最后,利用相场模拟,证实了经过上述修饰之后,高镍材料的应力积聚明显减弱。