化石能源的剧烈消耗和环境问题的日渐加剧，促使了人们对清洁能源和节能技术的追求，锂离子电池作为高效的能源存储和转换装置而受到广泛关注。然而，缺少高性能的锂离子电池正极材料逐渐成为制约先进锂离子电池发展的瓶颈，许多研究者都致力于开发具有高比能量和高比功率的正极材料。本论文通过总结分析锂离子电池正极材料的研究进展及现状，选择高比容量层状富锂锰基正极材料作为研究对象，以制备高比容量、高倍率性能、高循环和热稳定性的正极材料为出发点，系统地研究了层状富锂锰基正极材料的材料设计、合成和改性工艺。主要取得了以下几方面的研究进展和成果：采用“超大半径异价阳离子”掺杂改性高容量层状富锂锰基材料，利用草酸盐共沉淀法成功实现超大异价阳离子Y3+(r (Y3+)=0.090nm)对层状富锂材料中Mn4+(r(Mn4+)=0.053nm）的取代。超大阳离子进入层状晶格，使过渡金属层间距增大，从而有利于改善锂离子在层状结构中的扩散；同时，Y-O键的强结合力显著提升层状结构的稳定性。电化学结果表明，通过适量的超大异价阳离子掺杂改性，层状富锂锰基材料倍率性能和循环稳定性显著提升。此独特的材料掺杂工艺尚未报道于其他文献，且具有很强的产业化价值。采用具有嵌脱锂活性的欠锂态氧化物MnOx表面“厚包覆”改性层状富锂锰基材料，我们拓宽了材料表面包覆的概念，不仅使用了电化学活性的欠锂态氧化物作为包覆介质（常规为电化学惰性物质），而且在材料的包覆厚度上明显厚于传统包覆工艺。欠锂态锰氧化物MnOx不仅可以保留主体层状结构锂、氧空位，其MnOx厚包覆层自身亦能提供嵌锂位，从而有效提升层状富锂锰基材料的首次比容量和库伦效率（从71.6%提升至100%以上）；此外，厚包覆层能有效抑制电解液对材料本体的溶解和腐蚀，降低材料表面电荷传递阻抗，使得材料30周循环后容量仍保持在265mAh g-1，倍率性能亦显著改善。这种新型的材料表面改性工艺对开发用于高比能量、高比功率锂离子电池的正极材料具有重要的促进作用。设计和合成出一种尖晶石/层状富锂锰基的异质结构材料：内核为具有高锂离子存储能力的层状富锂成分，外层为具有高锂离子传导能力的尖晶石成分，高温处理后内核与外层界面具有很好的锂离子穿透能力，三维嵌脱锂结构的外层尖晶石有利于内核与电解液之间快速锂离子传质。这种异质结构材料能充分发挥尖晶石材料和层状富锂材料的潜能，异质结构材料在1C、2C、5C和10C倍率下放电比容量分别可达274.6mAhg1、268.8mAh g1、218.9mAh g1和189.5mAh g1，远远高于原始材料且循环稳定。这种异质结构复合材料的设计和开发为锂离子电池材料的研发提供了新的科学思路，并对高比能量、比功率锂离子电池的发展具有促进作用。采用仿生学方法和超薄纳米修饰工艺设计和制备了超薄尖晶石膜包覆的层状富锂锰基正极材料。众所周知，细胞膜不但能维持细胞在环境中的稳定，同时细胞膜蛋白能作为“离子泵”主动运输胞内外碱离子。同理，超薄的尖晶石膜在层状富锂锰基材料表面不但能维持层状材料的稳定，且尖晶石膜三维嵌脱锂通道能像“离子泵”一样有效促进锂离子的传导。超薄纳米修饰工艺中PVP作为分散剂首先被分散在层状富锂材料表面，既而促进溶解性锰盐均匀分散在材料表面，在高温煅烧和离子扩散的共同作用下，超薄尖晶石膜则能在层状富锂材料表面生成。所得材料在1C、2C和5C倍率下最大放电容量分别可达247.9mAh g1、223.8mAh g1和200.1mAh g1且循环稳定。此外，层状富锂材料的本征缺陷如压降问题和热稳定差等方面亦得到抑制。这种高性能的正极材料对开发高比能量、高比功率锂离子电池在未来新能源汽车和储能等方面的应用具有重要的促进作用。