随着新能源汽车的发展与普及,对电池的性能要求也越来越高,而具有高能量密度与高功率密度的锂离子电池就成为绿色二次能源的重要发展方向之一。目前商品化的锂离子动力电池电极材料在实际使用的过程中都存在一定的缺陷,导致电池循环寿命的降低,安全性下降等问题。为了解决这些问题,本论文针对几种商品化锂离子动力电池正负极材料的失效分析,电极/电解液界面性能以及新型富锂锰基电极材料的电极界面特性研究等方面展开了系统的研究,主要的研究内容及所得到的结论如下：为了选择合适的研究体系,课题首先对不同电解池体系CV测试结果以及EIS结果进行分析。对于两电极扣式电池,由于其本身缺少参比电极以及接触阻抗过大的缺点,在各个方面均不具备作为研究电极/电解液界面特性有效工具的条件。三电极扣式电池虽然有了参比电极的引入,在电位的检测方面比两电极体系有所改进,消除了电极极化所带来的不利影响,接触阻抗大幅减小,但是在研究固态电解质相界面(SEI)膜阻抗以及电荷传递电阻规律性方面存在一定的不足。而自制三电极玻璃电解池在表现电极界面特性方面能真实体现各动力学参数的变化规律,具备这样的条件是研究电极材料反应机理、失效机制以及电极界面特性的前提。接着对锂离子动力电池应用最广泛的石墨负极材料进行了系统的研究,主要运用EIS技术对碳酸乙烯酯(EC)基液态电解液体系以及EC基凝胶电解液体系中石墨负极进行了失效分析,并分别对氟代碳酸乙烯酯(FEC)以及碳酸亚乙烯酯(VC)两种电解液成膜添加剂的成膜机制和改性机理进行了深入探讨。研究发现石墨负极在EC基液态电解液体系以及EC基凝胶电解液体系中失效均主要发生在电极/电解液界面,在锂离子嵌入脱出石墨颗粒的过程中引起的体积膨胀,不稳定SEI膜的破裂和再生成造成电极/电解液界面阻抗的增加,进而对锂离子在界面的传输造成较大的阻碍,电荷传递过程可逆性降低,电池内阻持续增高,造成电池的失效。而电解液成膜添加剂能够有效的改善电池的电极/电解液界面稳定性,但是研究结果表明,对于FEC以及VC添加剂,在使用过程中都要控制添加量,添加量过大同样能引起电极/电解液界面性能的恶化。运用EIS结合CV、LSV、 SEM、XPS以及FTIR等技术对两种添加剂的成膜机制进行了深入的探讨,发现此类成膜添加剂的成膜电位均高于EC或者电解液其他组分的成膜电位,从而能在石墨负极表面预先形成电化学和结构稳定的SEI膜,抑制EC以及其他组分还原分解生成不稳定SEI膜的过程,提高了SEI膜的锂离子传输效率以及适应嵌锂过程中石墨颗粒体积膨胀的能力,从而改善了电池的电化学性能。之后对锂离子动力电池应用比较广泛的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2电极材料进行了深入的研究,主要运用EIS技术对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2电极在3.0-4.5 V高截止电位以及55℃高温下的电极反应机理以及失效机制进行了系统的研究。研究表明,高电压(>4.3 V)下LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2电极表面的相转变以及Li-Ni原子混排会对电极／电解液界面的电荷传递过程造成不利影响,从而使电池电化学性能恶化。而在高温(55℃)条件下,高电位下生成的Ni4+会具有更强的催化活性,加上相转变过程的影响,使电极表面形成了更厚且不稳定的SEI膜,电极电化学性能受到严重影响。通过实验结果推测SEI膜性能的恶化是高温条件下电极电化学性能恶化的主要原因,改善SEI膜稳定性能够改善LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2电极耐高温性能,之后利用系统的EIS测试对氟代醚添加剂在LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2电极SEI膜改性方面的研究结果证明了之前的推测。富锂锰基电极材料因其高的能量密度和功率密度被认为最有希望成为下代锂离子动力电池正极材料,但其脱嵌锂机制目前仍然没能达成一致意见,因此我们通过对商品化富锂锰基电极进行系统的电化学测试,特别是EIS的研究,讨论了富锂锰基电极的脱嵌锂机制以及高温条件下电极失效机理。发现材料本身高电位下的结构转变以及电极界面的失效是造成富锂锰基电极高温性能恶化的主要原因。之后利用共沉淀法合成了材料颗粒更小,结晶度更高的0.5Li2MnO30.5Li(Ni0.44Mn0.44Co0.12)O2富锂锰基电极材料并进行了一系列的电化学性能表征,与商品化富锂锰基电极材料对比后发现,0.5Li2MnO30.5Li(Ni0.44Mn0.44Co0.12)O2富锂锰基电极室温条件下首周不可逆容量较大,但是可逆容量保持率以及倍率性能均得到了一定的提升,更为重要的是电极／电解液界面的高温稳定性有了很大的改善,从而提高的了电池的耐高温性能。最后结合之前对LiCoO2和LiMn2O4电极感抗产生机制的研究结果并通过对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2电极以及商品化富锂锰基电极EIS测试结果进行系统分析后发现,不同的电极材料感抗产生的主要原因都是电极片的不均匀性,并且由于低温严重影响材料的电导率以及锂离子的迁移速率,低温条件下更容易产生感抗。而感抗随电极极化电位的变化规律显示,不同的材料感抗与电极极化电位的依赖关系并不相同,LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2电极以及商品化富锂锰基电极感抗不仅与锂离子的嵌入脱出不均匀性有关,也与电极／电解液界面的性能有很大的关系,这在商品化富锂锰基电极感抗变化规律与SEI膜阻抗变化关系强的依赖性上能够更好的体现。