锂离子电池作为一种重要的电化学能量储存与转换装置，已经广泛地应用在手机、笔记本电脑、电动汽车以及混合电动汽车等领域，成为缓解能源危机与环境污染等问题的一种有效途径。锂离子电池的性能在很大程度上取决于正极材料的性能，以LiCoO₂为代表的传统正极材料由于资源紧缺、原料成本高和对环境有污染等缺点在工业化生产中受到制约。近年来，富锂层状正极材料以其低廉的成本，高的能量密度和良好的安全性能成为了人们研究的重点。本文以富锂层状正极材料Li[Li_{（1/3-x/3）}Co_xMn_{（2/3-2x/3）}]O₂为研究对象，针对材料特殊的充放电机理，深入地研究了材料的内部结构、动力学性能和电化学反应机制等问题。首先，我们采用溶胶凝胶法合成了亚微米尺寸的Li[Li_0.2Co_0.4Mn_0.4]O₂材料，利用拉曼散射确定了富锂层状正极材料具有单相固溶体结构而不是LiCoO₂和Li2MnO3两种物质的纳米复合结构。恒电流间歇滴定法（GITT）定量计算表明，材料的锂离子扩散系数在首次充电至4.45V时达到最小值10^-19cm²s^-1，说明此时材料中氧气的释放、锂离子的脱出、以及结构的重排是动力学受限的过程。随着材料结构重排的结束，在首次充电完成时，形成新的层状结构Li_xMO₂，同时扩散系数明显增大。其次，我们研究了材料在低温下的电化学性能。电化学阻抗谱研究表明材料在-20°C下电荷转移阻抗急剧增加，同时，X-射线光电子能谱及循环伏安分析表明材料中的Mn⁴⁺离子基本未被激活。上述原因导致材料在低温下电化学容量降低。最后，我们通过对材料在不同截止电压下进行充放电测试，发现在2.0-4.6V电压区间内，材料在首次充电过程中的氧气释放反应基本结束，首次放电容量高达213mAh g^-1，同时循环性能相对稳定。因此，这个区间是富锂层状正极材料适宜的充放电电压区间。此外，我们还对材料进行了首次高电压及低倍率的预充电处理。通过对材料在第一次充电过程中进行高压预充电处理，激活了材料中的Mn⁴⁺离子，使其参与到后续电化学过程中。在此基础上，将材料在低电压范围内进行充放电循环，可在获得较高容量的同时，显著提升材料的循环稳定性。通过这种预充电技术，使富锂层状正极材料在目前商用电解液允许的电压范围内最大限度地发挥了其高比容量特性，有力地促进了材料的实际应用。