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锂离子电池作为一种高效的能量存储与转换装置,具有能量密度高、循环性能好、自放电率低、环境友好等优点,目前已广泛应用于便携式电子设备。随着电动汽车、大型能量存储系统等新兴产业的兴起,人们对锂离子电池的需求越来越大,性能要求也越来越高,长寿命是动力和储能电池的最根本要求,也是锂离子电池在这些领域规模化应用的最大挑战之一。锂离子电池容量衰退往往是电池中许多物理化学过程及其相互作用的共同结果,揭示锂离子电池容量衰退的核心原因和详细机制,并在此基础上寻找相应的对策,对发展未来超长寿命的高性能锂离子电池具有重要意义。本文以商业18650型磷酸铁锂（LiFePO4）/石墨电池和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523）/石墨电池为研究对象,系统研究了这两种电池在3000次左右的长期循环及不同放电深度（DOD）的恒压条件下容量衰退,通过电化学及电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-OES）技术定量研究了锂离子电池容量衰退的多种因素比重,发现电池中活性锂消耗是这两类最具大规模应用前景的锂离子电池长期循环过程中容量衰退的最关键原因,而电极力学性能和电极表面SEI膜的稳定性是导致电池锂消耗的最关键原因。在此基础上,通过改性化学气相沉积方法在石墨表面原位催化生长碳纳米管,通过碳纳米管增强技术制备了具有高抗拉强度和低杨氏模量的石墨电极片,大大延长了电极片的寿命。磷酸铁锂（LiFePO4）基电池是未来大规模储能电池的首选电源,通过对在不同循环阶段、不同恒压条件下的电化学表征和ICP测试,发现电池在不同的容量衰减程度下（5%、10%和15%）,电池的容量衰退与电池内部活性锂的损失密切相关,在不同的循环阶段,活性锂消耗至少电池容量衰退的80%以上,而正极损失的活性锂90%左右沉积在石墨负极表面,因此,由于石墨负极表面SEI膜生长而造成的的锂消耗是磷酸铁锂/石墨电池容量损失的最关键因素。电池在不同的DOD状态下（100%,50%和0%）下恒电压60天,电池的容量衰减量很小,表明电池容量衰退受电压状态的影响不大,电池在静态条件下的容量损失远远小于电池在动态条件下的容量损失,表明电池在反复充放电过程中的体积效应是导致的电极表面SEI膜破裂和重整的最重要原因。LiNixCoyMnzO2（NCM）/石墨电池是未来最具有应用和发展前景的动力锂离子电池,通过对18650型LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523）/石墨电池在约3000次循环过程的不同阶段进行了电化学和ICP定量分析。研究发现,造成这类电池容量衰退的最关键因素有2个,其中活性锂损失约占电池容量损失的60%以上,这种因素的占比明显低于磷酸铁锂电池,此外,NCM523正极材料本身的性能衰退占电池容量损失的30%以上,这是因为NCM材料在脱嵌锂时产生机械应力,引起不规则的二次颗粒发生破裂,同时,晶格中Li-Ni混排也会引起NCM正极性能衰退。高功率脉冲测试表明,正极活性物质的溶解以及由此造成的电池阻抗升高不是这类电池正常循环条件下容量衰退的关键原因。通过改性的化学气相沉积方法,以吡啶二羧酸为碳源,以硝酸镍为催化剂前驱体在高温下制备了毛球状石墨@碳纳米管（CNT）复合材料。在氩氢混合（95:5）气氛中,Ni（NO3）2被还原成镍纳米颗粒,吡啶二羧酸被热解成碳片。在纳米镍颗粒的催化作用下,石墨表面可以原位生长碳纳米管。这种多级结构的石墨@CNT复合材料有效建立了石墨颗粒之间的连接性,显著提高了电极的机械性能和电导率,在石墨颗粒之间产生了较大的柔性空间缓解石墨在长期循环过程中的体积变化,显著提高了石墨电极的倍率性能和长期循环性能。这种简单有效的石墨表面原位生长碳纳米管方法为发展长寿命锂离子电池提供了一种提高材料电性能的新途径。