针对新能源汽车实际使用的环境工况、寿命及长续驶里程要求,高镍三元材料因具有质量和体积比能量高,对环境友好等优点而成为近中期产业化应用的首选,但高镍多晶存在热稳定性不高、循环后期颗粒破碎导致容量衰减的难题。本文通过高镍多晶材料包覆改性、高镍多晶与单晶材料混配等方式提高其综合性能;采用多光束激光偏转法在线定量监测充放电过程中正极的应力变化,基于准二维（P2D）锂离子电池模型,建立百安时级方形电池的并联热-电耦合模型,为锂离子电池的快速设计提供理论指导。结合共沉淀法和高温固相法合成了锆硼共改性的Zr/B-NCM材料。XRD结果表明,改性没有改变其晶体结构,改性后（003）峰均向低角度偏离、晶格参数c增加,说明部分Zr4+进入晶格,增加了层间距,提高了锂离子扩散系数;部分B3+进入层状结构中过渡金属层氧原子的间隙中,导致过渡金属的平均价态降低,Li+/Ni2+混排增加。SEM和TEM结果表明,改性材料是一次颗粒组成的多晶材料,由于包覆层对Li+扩散的抑制及空间位阻效应导致Zr/B-NCM的一次颗粒细化,提高了材料的倍率性能,2.0C/0.1C放电容量比为85.2%,循环250次容量保持率83.8%。在该材料的表面观测到明显的包覆层,从而稳定了材料的固/液界面,提高了循环性能。XPS结果表明,全谱中出现Zr和B的特征峰,这与EDS的结果一致,其中加入的Zr O2除部分进入晶格外,分别以Zr O2和Li2Zr O3的形式存在于材料表面;再经B2O3修饰后,表面的Ni2+从修饰前的15.8%提高到24.4%,而没有修饰的NCM为13.9%,这是循环寿命提高的重要原因。为进一步提高Zr/B-NCM正极的压实密度和循环性能,将具有较高机械强度、循环稳定性更好但倍率性能较差的单晶与其进行不同比例混合。首先系统研究了四种比例正极片的表面张力、浸润性、孔隙率、压实密度、电导率和Li+固相扩散系数、倍率性能、循环性能;然后系统研究了工程化放大中最优化比例的正极浆料的流变特性和屈服应力,结合Heckel方程模拟了正极片线性载荷与压实密度的关系,在3m·min-1的线速度下,检测了极片抗压强度、面电阻与压实密度的关系。制备了11Ah软包装全电池,结果表明,NCM-M7/3（多晶与单晶7:3混合材料）Li+固相扩散系数具有最高的9.88×10-9cm~2·s-1,0.5C/0.1C的放电容量比为87.4%。制备的正极获得最高的压实密度及导电率。软包装电池循环700次容量保持率为85.3%。分析循环700次的正极片,XRD证明NCM-M7/3具有更好的结构保持,（018）/（110）衍射峰劈峰更为明显,半峰宽更窄。SEM结果表明,尽管NCM-M7/3和NCM-SP（纯多晶材料）两种正极片的表面均有反应物覆盖,但NCM-M7/3表面更为清晰,颗粒之间的堆积更为紧实,多晶的破碎更轻微。为考查两种正极片制备的电池在组合后循环过程中的膨胀行为,将带气囊的软包电池固定于带膨胀力传感器的夹具上,循环18次后,NCM-M7/3和NCM-SP膨胀力分别为12.94%和19.19%;同时前者不仅直流内阻低,而且高温存储性能更好,具有更好的过充和热滥用安全性能。为深入分析两种正极片的应力行为,用晶片曲率法,结合Stoney方程,以锂片为参比和辅助电极,正极为研究电极,定量监测了脱/嵌锂过程中的应力、电位与荷电状态（SOC）的关系。结果表明,在常温1/30C倍率下,首次脱锂中,在0-20%和70-100%SOC范围内,标称应力是随着SOC的增加而增加,但由于晶型的转变,在20-70%SOC之间,标称应力随着SOC的增加而降低。NCM-SP的脱锂全过程,标称应力变化为15.07MPa,而NCM-M7/3仅为11.60MPa,降低23%,这为保持电极结构,减少多晶裂纹,提高NCM-M7/3的循环性能奠定了理论基础。0%SOC下,活性材料微结构和电极孔结构的变化是标称应力不回到原点的原因。为进一步提高上述材料在更高温度下的循环性能,并快速设计单体电池,在P2D模型的基础上,通过控制方程以及模型物理结构进行模拟,验证及优化,建立了适用于155Ah方形电池的并联热-电耦合模型。该模型结合Maxwell-Cattaneo-Vernotte理论和Marcus-Hush-Chidsey动力学模拟电极内固相的Li+传输惯性和电子传输行为,检测该电池在循环期间的性能和实际温度分布,在25℃下1C放电时,极耳中心的仿真温度相对误差由5.61%降低到4.15%,该模型可以作为一种快速而有效的工具优化电池的设计和开发电池热管理系统（BTMS）,且在公司得到实际应用。