自新世纪以来,随着社会的高速发展,人类对于清洁的可持续能源的需求越来越高,并且这几十年涌现出了很多新的技术和产品,像智能手机和电动汽车。在这种时代背景下,人们对于先进的电力能源存储系统的兴趣越来越强烈。锂离子电池因为其高能量密度,现在已经出现在几乎所有的便携电子设备中了。虽然锂离子电池研究和应用越来越多,但是锂离子电池在一些方面仍需要进一步的优化,例如能量密度,功率密度,循环寿命和安全性能等。纳米技术被看做是提高锂离子电池性能最重要方法之一。本论文通过设计合适的合成步骤来实现锂离子电池正极材料纳米结构的合成,并且通过其在锂离子电池中的应用探究纳米结构对锂离子电池电化学性能的影响。本论文主要内容包括以下几方面:1、利用二维二氧化锰纳米片作为前驱体和锰源,通过应用不同的合成方法和步骤合成了不同纳米结构的锰基锂离子电池正极材料。这些正极材料因为其纳米结构的特殊性质都表现出了优异的电化学性能。首先,我们利用在聚苯乙烯微球表面生长二氧化锰纳米片合成环状多级锰酸锂纳米材料。这种结构的材料在1C倍率下的放电比容量高达106.3 mAh g^-1,并且在循环100周之后的容量保持率接近100%,循环性能非常出色。然后,在乙二醇和水的混合溶剂中我们利用溶剂热法合成了磷酸锰锂纳米带,并且通过控制溶剂中水和乙二醇的比例来调控纳米带的长宽比。磷酸锰锂纳米带在0.1 C和1 C两种倍率下的放电比容量分别为139.7 mAh g^-1和127.1 mAh g^-1,在两种倍率下的放电比容量都非常高。最后,我们通过在碳纳米管表面生长二氧化锰纳米片合成硅酸锰锂/碳纳米管复合材料。这种材料的首周放电比容量很高,达到了237.8 mAh g^-1,但是在前六次循环中材料的容量衰减的比较快,需要进一步优化其循环性能。2、我们利用二氧化锰模板法合成了富锂锰基正极材料,并且通过选择不同形貌的二氧化锰材料作为模板我们能够控制合成的富锂锰基材料的尺寸和结构。我们挑选了碳包覆的二氧化锰纳米线和二氧化锰纳米棒作为模板。因为碳包覆的二氧化锰纳米线长径比太大,所以在高温烧结的过程中断裂形成了富锂锰基纳米棒,但是二氧化锰纳米线相互连接的结构在最终合成的富锂锰基纳米棒中保留了下来,最终形成了相互连接的纳米棒的结构。另一方面因为二氧化锰纳米棒的长径比和二氧化锰纳米线相比较小,所以其棒状形貌比较稳定,但是最终合成的富锂锰基微米棒的尺寸比富锂锰基纳米棒更大,并且微米棒之间有团聚现象。当把这两种材料应用到锂离子电池中时,因为更小的颗粒尺寸缩短了锂离子的传输距离、更大的比表面积增加了反应面积和更多的内部空间释放了晶体结构变化产生的应力,相互连接的富锂锰基纳米棒表现出了更优异的电化学性能。在0.1 C和1 C两种倍率下的放电比容量分别为286.2 mAh g^-1和237.5 mAh g^-1,并且在0.1 C倍率下循环50周之后的容量保持率接近98%,在1 C倍率下循环100周之后的容量保持率为89%,表现出了优异的循环稳定性。3、我们把一种利用简单廉价的反溶剂法合成的聚甲基丙烯酸甲酯多级多孔薄膜应用到富锂锰基和硅酸锰锂正极材料的合成当中。首先我们把这种薄膜应用到硅酸锰锂材料的合成当中,通过合成过程中酚醛树脂的热聚合作用和碳化,在惰性氛围下合成了硅酸锰锂/碳的复合材料,并且这种材料很好的复制了聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的多孔结构。然后当我们把这种薄膜应用到富锂锰基材料的合成当中时,发现合成的纳米材料相比于传统的高温固相法合成的材料的尺寸更小,结构更疏松,比表面积更大。当把这种富锂锰基纳米颗粒应用到锂离子电池中时,相比于高温固相法合成的材料,电池表现出了更高的放电比容量,在0.1 C和1 C两种倍率下的放电比容量分别达到了284.7 mAh g^-1和233.6 mAh g^-1。这种电化学性能的提升主要归结于纳米颗粒优异的内在性质。