为了满足新能源汽车等产品的发展,我们迫切需要研发具有更高能量密度、更高倍率性能和更高循环性能的新一代锂离子电池。众所周知,正极材料的研究与锂离子电池的发展密切相关,而提高正极材料能量密度的基本方法有两种:一是提高材料的实际容量;另一种是提高电池的电位电压。基于此,我们选择了高理论容量的正极材料Li₂MnSiO₄和Li₂FeSiO₄以及高电位电压材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄。然而,由于电子电导率低、锂离子扩散系数低和结构破坏等问题导致这些材料很难有进一步的发展。所以针对以上问题,我们采用模板法制备了具有微纳米中空结构的复合材料,通过对其结构的合理控制,以获得更高的电化学性能。主要内容如下:1)为了提高电子电导率和锂离子扩散速率,缓解过渡金属离子在电解液中的溶解,我们采用硬模板法设计并合成了纳米中空结构的CNT@Li₂MnSiO₄@C正极材料。该材料具有均匀的核壳结构,并通过双重碳的复合来提高电极材料的电子电导率,同时精确的控制Li₂MnSiO₄层的厚度来实现锂离子扩散速率的提高,外层碳的包覆还有效地降低了锰离子的溶解。最后,得到的纳米中空结构CNT@Li₂MnSiO₄@C正极材料的实际容量达到225 mAh/g以上。当以0.2 C电流密度充放电时,经过50次循环后其放电容量保持率仍在80%以上。2)为了制备出比CNT@Li₂MnSiO₄@C电化学性能更优异的正极材料,我们选用了Li₂FeSiO₄,但是,结果表明,它虽然与Li₂MnSiO₄同属聚阴离子正极材料,其理论容量（166 mAh/g）却只有Li₂MnSiO₄的一半,而且纯Li₂FeSiO₄的导电率和锂离子扩散系数很低,不利于电化学反应。纳米中空结构的CNT@Li₂FeSiO₄@C却解决了这个难题,使其实际容量、循环性能和倍率性能都得到了一定程度的优化。当0.2 C电流密度充放电时,经过150次循环后其放电容量保持率仍在80%以上。3)为了促进了锂离子和电子的传输,减轻了体积变化造成的结构破坏,我们采用自模板合成法通过溶剂热反应和锂化工艺制备了微米中空长方体状LiNi_0.5Mn_1.5O₄,该方法便于控制其形貌和尺寸的形成,其所得的微米中空长方体结构可以提高尖晶石结构的高电位电压LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的循环性能和倍率性能。当以1 C电流密度放电时,放电容量可达125 mAh/g;当放电速率高达30 C时,放电容量仍有109 mAh/g,经过900次循环后放电容量保持率可达94.4%。