低温热电池可以利用地热环境中的热量激活和工作,从而可以大幅度简化以传统军用热电池为基础的复杂电池结构,提高比容量,同时降低电池生产制造成本。而正极材料是提高热电池电压、比容量和比功率的关键材料之一。正极材料中,尖晶石型锰酸锂因为电极电位正、理论容量高且对环境友好等特性而备受关注。但是锰酸锂在放电时,其稳定性较差从而会发生相变。因此,本文对尖晶石型锰酸锂进行掺杂以提高其稳定性,进而改善其在热电池中的电化学性能。我们对电极材料间相容性进行测试,并在特定温度与电流下对单体电池进行放电测试,从而推动热电池在地热资源开采和石油-天然气等地下资源勘探过程中的应用。主要研究内容与结果有:1.采用固相法制备出铬掺杂的尖晶石氧化物LiCr_xMn_2-xO₄,并将其应用于Li-Mg-B/LiNO₃-KNO₃-Ca（NO₃）₂/LiCr_xMn_2-xO₄热电池体系。DSC测试结果表明LiCr_xMn_2-xO₄与硝酸盐在室温至400°C的温度范围内有良好的相容性。铬掺杂量、温度以及电流密度对Li-Mg-B/LiNO₃-KNO₃-Ca（NO₃）₂/LiCr_xMn_2-xO₄电池的放电性能有很大影响。其中,LiCr_0.1Mn_1.9O₄正极材料在200°C,10 mA·cm^-2的放电条件下比容量达到998 mAh·g^-1。掺杂三价铬离子提高了尖晶石材料的稳定性,从而使锂锰尖晶石氧化物有更好的电化学性能。2.Cr³⁺、F^-双离子通过高温固相法成功掺杂到尖晶石锰酸锂氧化物中,并通过XRD和XPS测试得到验证。掺杂F^-离子后尖晶石在250°C和10 mA·cm^-2的放电条件下电池性能明显得到改善。其中LiCr_0.1Mn_1.9O_3.6F_0.4样品在该放电条件下的放电比容量为820.78mAh·g^-1,比无氟掺杂样品的放电容量高35.6%,这主要是因为氟掺杂提高了其稳定性。此外,我们测试了LiCr_0.1Mn_1.9O_4-xF_x/LiNO₃-KNO₃-Ca（NO₃）₂/Li-Mg-B电池系统适宜的工作温度为200²50°C,电流密度为10 mA·cm^-2。最后,通过对LiCr_0.1Mn_1.9O_3.7F_0.3样品放电产物的XRD检测,我们研究了尖晶石锰酸锂在硝酸盐电解质体系中的放电机理。3.通过Cr-Ni共掺杂制得的尖晶石LiCr_x Ni_yMn_2-x-yO₄（0≤x≤0.3,0≤y≤0.3）材料保持了基体的Fd3m空间结构。在200³00°C的温度范围和10³0 mA·cm^-2的放电条件下,用Cr³⁺和Ni²⁺部分取代尖晶石中的Mn³⁺提高了电池的放电电压和容量。在300°C下和10 mA?cm^-2的放电条件下LiCr_0.1Ni_0.3Mn_1.6O₄样品的比容量达到713.29 mAh?g^-1。改性后该电池系统放电性能显著提高主要是由于铬和镍的掺杂提高了尖晶石锰酸锂的结构稳定性。而稳定的结构使得正极材料能承受较大的电流密度,从而使电池的放电性能改善。