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本文概述了锂离子电池的工作原理、发展现状和正极材料的研究概况,重点介绍了LiMn2O4的物化性质及其制备方法,其存在的问题和解决的途径。在此基础上开展了LiMxMn2xO4（x=0～0.5）正极材料的制备,研究了其结构、形貌和电化学性能,并从理论上初步探讨了LiMxMn2-xO4电极的能带结构及掺杂金属离子对开路电位的影响。 首先,采用液相沉淀—高温焙烧法制备了LiMn2O4样品,考察了焙烧温度和时间对其物化性能的影响。发现前驱体在350℃已开始形成LiMn2O4相,高于700℃可得到纯LiMn2O4。由于少量的锂挥发,晶胞参数和单位晶胞体积随着焙烧温度的升高而下降。焙烧时间延长,晶胞参数随着焙烧温度的升高而增大,但Mn-O键振动频率不随热处理温度的变化和时间的延长而改变。FWHM311和FWHM400随着焙烧温度的升高先减小后增大,在750℃时达到最小。LiMn2O4样品的放电电位和放电比容量随着焙烧温度的升高先增大后减小。750℃的LiMn2O4样品因其较小的单位晶胞体积、较高的结晶度以及较小的颗粒尺寸导致的低电化学极化和扩散极化而具有较高的放电电位、较大的放电比容量和较好的电化学循环稳定性。延长焙烧时间能在一定程度上提高样品的放电比容量。 其次,采用液相沉淀—高温焙烧法制备了掺杂型LiMxMn2-xO4（M=Ni,Co,Ni/Co）尖晶石化合物,并详细考察了Ni,Co,Ni/Co掺杂LiMn2O4样品的结构、形貌和电化学性能。单独掺杂Ni可使Mn（Ⅳ）-O和Mn（Ⅲ）-O键的红外吸收峰分别发生蓝移或红移,随着镍掺杂量的增加,出现新的Ni-O振动峰,振动强度逐渐增大。单独掺杂Co可使Mn（Ⅳ）-O和Mn（Ⅲ）-O键的红外吸收峰均发生蓝移。复合掺杂Ni/Co可使Mn（Ⅳ）-O红外吸收峰发生蓝移,Mn（Ⅲ）-O红外吸收峰不发生变化。LiMxMn2-xO4（M=Ni,Co,Ni/Co）中的Mn-O键的伸缩振动不受焙烧温度升高或焙烧时间延长的影响,但晶胞参数随着焙烧温度的升高或时间的延长而减小。因较强的M-O（M=Ni,Co,Ni/Co）键作用及掺杂离子半径较小的因素,LiMxMn2-xO4（M=Ni,Co,Ni/Co）样品的晶胞参数随着掺杂金属离子含量的增大而减小。其中Ni掺杂会导致阳离子的混合度增加,颗粒尺寸减小,样品的分散度得到改善,而Co掺杂则导致阳离子的有序度增加,颗粒尺寸减小,样品的分散