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经过20多年的发展,锂离子电池由于其能量密度、循环寿命等方面的优势,在小型电子产品上获得了广泛的应用。电动汽车和智能电网等市场的快速发展,迫切需要具有高功率密度、高能量密度、长寿命的锂离子电池的支持。而开发此类动力电池或储能电池的关键,在于研究开发合适的电极材料。本论文的研究内容集中于潜在的下一代锂离子电池正极材料层状三元材料的合成、改性以及负极材料尖晶石型钛酸锂的纳米化合成。论文的第一章中简要地介绍了锂离子电池的发展历史、结构和工作原理,对锂离子电池的应用前景进行了展望。在对锂离子电池的正负极材料分别进行概述后,重点论述了三种电极材料(层状三元材料LiNixtCoyMnZO2、富锂相三元材料Li2MnO3·LiMO2和尖晶石型Li4Ti5O12)的结构、反应机理、合成及改性的研究现状。论文的第二章介绍了本论文中使用的实验试剂、实验方法和实验仪器。重点介绍了2032型扣式电池的制备方法,以及常用的材料表征手段和电化学测试方法。论文的第三章中,我们采用了一种简单的丙烯酸热聚合法制备了三元正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。经过850～1000℃不同温度和6-25h不同时间的烧结后,得到的样品均为纯相的α-NaFeO2结构。经过对烧结温度和烧结时间的优化,发现950℃烧结15h合成的LiNi1/3CO1/3Mn1/3O2电化学性能最佳。0.1C电流下首次放电比容量为188mAh/g,0.33C经过100次循环后容量保持率为87.0%。同时也具有良好的倍率性能,1C下放电比容量为169mAh/g,6C下放电比容量依然可达到110mAh/g。论文的第四章中,我们用丙烯酸热聚合法合成了一系列的LiNi1/3CO1/3Mn1/3-xMxO2(M=Mg、Al、Ti和Zr)样品,考察了不同掺杂元素以及不同掺杂量的掺杂效果。测试发现,四种元素的掺杂都降低了材料的可逆比容量,而且比容量下降随着掺杂量的上升而增加。Mg2+和Al3+掺杂导致材料结构稳定性下降,电极阻抗增加,循环性能和倍率性能下降。而采用Ti4+和Zr4+掺杂时,由于离子半径更大,Ti-O和Zr-O键能更强,因此材料的锂离子电导率上升,而且材料的结构稳定性也得到了提高,电极阻抗的增长得到了抑制。因此,适量的Zi4+和Zr4+掺杂能够改善材料的循环性能和倍率性能,最优化的掺杂量为x=0.01。其中,LiNi1/3CO1/3Mn1/3-0.01Zr0.01O2表现最佳,在0.5C电流下100次循环后容量保持率为92.7%,8C下放电比容量可达133.9mAh/g。与传统的三元材料相比,富锂相三元材料Li2MnO3·LiMO2具有更高的比容量,是一种潜在的高能量密度的正极材料。在第五章中,我们采用丙烯酸热聚合法成功地制备了富锂相三元系列材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni1/3Co1/3Mn//3, x=O～l),确定了材料的最佳烧结温度为950℃。我们考察了不同组成的富锂相三元材料的结构和形貌,以及它们在2.8～4.5V和2.8～4.8V两种充放电区间的电化学性能。2.8～4.5V时,首次充电过程中Li2MnO的电化学活化过程并没有完全完成,在后续的充放电循环中此活化过程继续进行。因此,此系列材料在2.8～4.5V的循环性能呈现出独特的变化规律。而由于电化学惰性Li2MnO的影响,富锂相三元材料的倍率性能不佳。2.8～4.8V时,首次充电结束时样品中的Li2MnO3电化学活化过程全部完成(x=0.8的样品除外)。但在如此高的截止电压下,材料的比容量衰减严重,循环性能不佳。我们还制备了Zr掺杂的富锂相三元材料,发现Zr掺杂并不影响材料的结构和形貌,2.8～4.5V下对于材料的电化学性能基本没有改善。论文的第六章中,我们采用糠醇(FA)辅助的聚合凝胶法制备了纳米Li4Ti5O12负极材料。研究发现,700℃或更高温度烧结时,产物为纯相的尖晶石型Li4Ti5O12,充放电测试表明700℃是最佳的烧结温度。通过合成过程中柠檬酸(CA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)三种表面活性剂的加入我们考察了表面活性剂对产物的形貌和性能的影响。表面活性剂能够减小纳米Li4Ti5O12颗粒的团聚程度并减小颗粒粒径,增大粉体的比表面积,改善Li4Ti5O12材料的循环性能,并大幅提高材料的大倍率性能和低温性能。其中,加入CTAB CTAB合成的Li4Ti5O12粉体电化学性能最佳：可逆容量和长循环容量保持率最高；大倍率性能表现十分出色,10C下充电比容量依然高达156.7mAh/g;低温性能出众,在-20℃的低温下以1C进行充放电,充电比容量依然高达141mAh/g。最后,在论文的第七章,作者对论文的创新和不足之处进行了总结,并对未来的研究工作进行了展望。