隨著石油資源的逐漸枯竭,以及汽車尾氣排放帶來的環境污染等問題,使得新能源汽車成為未來汽車的主要發展方向,成為行業研究熱點。鋰離子電池作為新能源汽車的核心零部件得到越來越多的關注。為了更好的滿足用戶需求,解決里程焦慮的問題,開發更高比能量的電池來延長汽車續航里程成為必然。提高鋰離子電池的比能量需要提高活性材料的克容量發揮,擴寬電池的電壓窗口,開發高電壓鋰離子電池。本文以開發高電壓鋰離子電池化學體系為目標,將關鍵原材料的研發和正負極界面膜優化等過程關鍵參數的識別有機結合起來,首先研究了決定高電壓鋰離子電池能量的正極富鋰材料和決定電壓窗口的電解液體系;然后為了高電壓鋰離子電池擁有更加優異的性能,識別了適用于高電壓鋰離子電池負極表面界面膜精修的低電位恒壓化成參數和正極表面可控生長界面膜的高電位下高壓化成參數,并研究了加工過程中不可避免帶入的痕量水分對整個電池體系穩定性的影響;最后將優化的正極富鋰材料、耐高壓分解的電解液和界面膜優化有機結合起來,開發了性能優異的高電壓鋰離子電池化學體系,并對體系的壽命衰減機理進行了分析,進一步優化了高電壓鋰離子電池化學體系。富鋰材料具備較高的克容量發揮,是開發高電壓高能量鋰離子電池優異的正極材料。但富鋰材料在充放電過程中,由于Mn元素的變價,會發生類似尖晶石結構的相變,導致性能的快速劣化。本文采用Cu~(2+)元素摻雜的方法,取代一部分Mn~(4+),增強材料的結構穩定性和導電性,從而提高材料的電化學性能。通過液相共沉淀和球磨法,合成了含有不同比例Cu~(2+)的富鋰材料0.5Li2MnO3·0.5Li(Ni0.5Mn0.5-xCux)O2,采用XRD,SEM,粉末電子電導和電化學充放電等測試方法對摻雜Cu~(2+)的富鋰材料進行了表征。研究表明:摻雜Cu~(2+)之后,材料形貌由顆粒狀變為類棒狀,材料的層間距增大,克容量發揮降低,隨著摻雜Cu~(2+)比例的提高,材料電子電導率逐漸增大,克容量發揮隨之提高,壽命改善也越明顯。摻雜能明顯增加富鋰材料的晶胞體積和層間距,有利于鋰離子在循環過程中的脫嵌,增強材料的結構穩定性,進而改善循環性能。為了拓寬電池的工作電壓窗口,本文研究了基于氟代溶劑D2的耐氧化分解的電解液體系,研究各溶劑組成、鋰鹽濃度對有機電解液的電導率、飽和蒸汽壓、熱穩定性、電化學窗口、正極耐高壓穩定性和負極成膜穩定性的影響。結果表明:隨著電解液中鋰鹽濃度的增大,電導率先增大再降低,飽和蒸汽壓降低,熱穩定性變差;隨著電解液中D2比例的增大,電導率逐漸降低,飽和蒸汽壓逐漸升高;D2溶劑明顯提升了電解液的耐氧化分解特性,并參與了碳酸酯類溶劑在負極上的還原反應。識別化成參數可以優化電池正負極在首次充放電過程中所形成的界面膜,提升高電壓鋰離子電池的循環性能。對于負極,本文研究低電位下恒壓精修SEI膜的化成方法,識別了關鍵控制參數,發現在3.3V下恒壓60min,能夠在負極表面上形成致密、低阻抗、良好均一性的界面SEI膜。針對正極在高電位下持續氧化分解電解液造成電池性能劣化的問題,本文尋找合適的恒壓電位,控制電解液中VC的含量,從化成參數優化的角度,研究VC在電解液中的最佳比例,促使VC添加劑在正極表面充分、有序、可控分解,形成穩定的界面SEI膜,阻止電解液進一步的氧化分解,從而提高高電壓鋰離子電池高壓下的循環壽命。研究發現當電解液中VC含量為0.8%,首次充電截止電壓為4.63V,恒壓40min,電池的循環性能最佳,300次循環后容量保持率達到70%。痕量水分對電池體系的穩定性有較大影響。本文研究了痕量水分對電池體系穩定性的影響,研究發現:水分對于正極,主要影響了電解液在正極表面發生氧化分解反應的電位,水分含量越高,電解液的氧化分解電位越低,氧化分解的產物在正極表面沉積,導致正極界面膜阻抗增大,而對正極材料結構沒有影響;水分在石墨負極表面參與SEI的形成反應,改變了負極界面膜的組成和形貌,水分含量高的負極形成較厚的、疏松多孔的界面膜;不同水份含量全電池的壽命測試顯示,負極水分含量的增大對電池循環壽命的影響要比正極水分含量增大顯著的多;通過三電極分析發現,負極界面膜Rf的增大是電池阻抗增大的主要原因,負極水分含量越高,Rf隨循環增長就越快,最終導致電池壽命衰減加劇。最后,本文采用摻Cu~(2+)改性后的富鋰材料為正極,普通人造石墨為負極,常規PP/PE/PP三層復合聚烯烴隔膜,匹配D2氟化溶劑為主體成分的耐高壓分解電解液,并采用負極界面SEI膜精修的低電位恒壓化成參數和高電位下正極表面可控生長界面膜的高壓化成參數,嚴格控制過程水分在合理的區間范圍,制備了高電壓鋰離子電池,并對壽命衰減機理進行分析,進一步優化了高電壓鋰離子電池的化學體系。