随着科技的断进步，新型消费类电子产品，无人机和新能源汽车等对锂离子电池综合性能的要求不断提高。高镍层状氧化物(LiNixCoyMnzO2)正极材料由于其能量密度高和成本低等优势有望取代LiFePO4和LiCoO2在商业化锂离子电池正极材料的主导地位。本文通过优化合成工艺和表面涂层改性策略对高镍三元材料的综合性能进行改善，进一步提高锂离子电池的电化学性能与存储稳定性。同时，拓宽了三元材料NCM的工作电压与温度，使基于高镍三元材料NCM的锂离子电池能在极端环境下保持工作。最后，对全固态锂离子电池进行了初步探索，从而为实现下一代新型锂电池提供理论支撑。本论文通过对改性前后高镍三元材料NCM样品进行结构分析，微区观察，电化学性能测试与模型分析，证实了合成工艺优化和表面涂层改性能有效提高高镍三元材料NCM的综合性能，并对其性能改善的原因进行分析。本论文对开发高性能高镍NCM正极材料与三元材料NCM界面改性具有借鉴意义。研究内容如下：
　　(1)利用梯度法探索Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2前驱体与LiOH·H2O的最佳化学计量比与最佳的烧结温度，总结了高镍三元材料NCM的最佳合成条件。这一条件下，高镍三元材料NCM具有最小的Li/Ni阳离子混排和最佳的层状结构。通过电化学性能测试，在最佳条件下合成的三元材料首次效率为82%，在200次循环后放电比容量为145.5mAhg-1，拥有78.2%的容量保持率。
　　(2)在高镍三元材料NCM表面构造具有高电子电导的CNTs与高离子电导的Li3PO4复合多功能涂层。不仅降低高镍三元材料NCM颗粒表面残锂含量，而且提高了三元材料NCM颗粒表面电子与离子的扩散速度，进一步提高了高镍三元材料NCM的循环稳定性，热稳定性与存储稳定性。具有LPO-CNT涂层的三元材料NCM首次库伦效率为85.1%，以电压区间为3.0-4.3V进行500次循环后依然拥有171.2mAhg-1的放电比容量，而且在高倍率下CNT-LPO-NCM拥有63.9％容量保持率。将高镍三元材料暴露于高湿度空气中进行存储稳定性测试，500次循环后放电比容量为157.1mAhg-1。在极端条件下(高压，高温)对高镍三元材料NCM进行循环稳定性测试，实验结果表明以电压区间为3.0-4.5V进行500次循环后依然拥有68.6％的容量保持率，而LPO-CNT涂层在高温条件下对高镍三元材料NCM的改善效果不理想。
　　(3)利用紫外光合成技术，PPy单体与柠檬腈单体自组装于高镍三元材料NCM表面用于构建具有电子电导与离子电导的聚合物涂层。利用聚合物在高温下链段运动的特性，保证涂层的完整性，进一步提高高镍三元材料NCM在高温条件下的循环稳定性。由于柠檬腈拥有两对碳碳双键合成的聚合物涂层为网状交联聚合物，PPC涂层(吡咯与柠檬腈共聚物)不容易溶胀溶解于电解液中，并且在循环过程中能够有效抑制高镍三元材料NCM产生不可逆相变，提高了锂离子电池的循环稳定性。NCM811@PPC以0.5C的电流密度在3.0-4.3V电压区间进行300次循环后，比放电容量为145.2mAhg-1。将NCM811@PPC进行全固态电池的装配后，PPC涂层降低了高镍三元材料NCM与聚合物固态电解质之间的界面阻抗，增加界面的电子与离子的迁移率。NCM811@PPC全固态电池首次放电比容量为208.8mAhg-1，其首圈库伦效率得到了明显的提高，这也是提高锂离子电池的能量密度的方法之一。