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锂离子电池相比其他化学电源具有电压高、体积小、质量轻、比能量大、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、环境污染小等优点而受到人们广泛关注。随着动力锂离子电池在电动汽车等领域的应用，对锂离子电池的性能，尤其是能量密度性能，提出了更高要求。目前常用商业化锂离子电池正极材料的实际可用克容量均＜200mAhg-1，并且电压平台较低，因此研究新型高容量、高电压正极材料对推动动力锂离子电池在电动汽车产业的发展具有重要意义。本论文选取具有较高电压平台和放电容量高达200mAhg-1以上的新型层状复合富锂正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Mn0.5Ni0.5，Mn1/3Ni1/3Co1/3;x=0.1～0.5)为研究对象，对其合成方法及影响其电化学性能的因素进行了系统研究。
首先采用共沉淀法合成了具有优异电化学性能的二元和三元复合富锂材料。研究了烧结工艺对二元复合富锂材料Li1+xMn0.5+0.5xNi0.5-0.5xO2(x=0.1～0.4)的组成，颗粒大小及形貌的影响，讨论了材料组成和烧结工艺对合成材料电化学性能的影响。研究结果表明，较高烧结温度可以增加Li2MnO3组分的含量，增加材料尺寸，导致材料向非球形颗粒转变;烧结时间会改变材料形貌和粒径分布。二元复合富锂材料具有最佳电化学性能的组成为x=0.3，最佳烧结工艺为900℃加热16h;此外，研究了原料和组成对三元复合富锂材料结构和电化学性能的影响，硫酸盐为原料合成的材料具有更为优异的电化学性能。
设计了一种新型两步熔盐法来制备二元和三元复合富锂材料，并对所得材料组成、微观结构、形貌和尺寸、表面性质和价态以及电化学性能进行了研究。合成工艺研究表明，两步熔盐法主要涉及的是低温(350℃)下CH3CCONa的熔融过程和高温(900℃)下Na2CO3的熔融过程。第一个熔融过程主要使前躯体充分接触，而第二熔融过程促使层状复合富锂材料形成;合成的二元复合富锂材料Li[Li0.11Mn0.57Ni0.32]O2颗粒分布均匀，显示出比共沉淀法合成材料更优异的电化学性能。与共沉淀法相同，两步熔盐法获得的三元复合富锂材料同样在x=0.3时显示出最佳电化学性能，并且该材料具有优异的高温性能。三元复合富锂材料中的Li2MnO3组分活化和SEI膜形成依赖于工作电压窗口，选择合适的工作电压窗口是获得高容量和优异循环性能的关键因素之一;复合材料的高低温性能与其电导率密切相关，其优异的高温性能来自于高的电子电导和快的离子扩散，较差的低温性能源于低温条件下材料的电导率下降。电导率数据显示电子电导较差是限制三元复合富锂材料另一个关键因素。复合富锂材料的电化学性能受电解液影响严重，主要体现在SEI膜形成和活性物质溶解度上。研究表明，室温下，电解液1MLiPF6|EC+DMC+EMC(体积比1:1:1)显示出最佳容量性质和循环性能;高温下，电解液1MLiPF6|EC+DEC+EMC(体积比1:1:1，添加10％的VC)显示出最高首次比容量，而电解液1MLiPF6|EC+EMC(体积比3∶7)显示出最佳循环性能。