本文概述了锂离子电池的发展、工作原理、正极材料的研究现状，重点介绍了尖晶石LiMn₂O₄的制备方法、容量衰减原因和改性研究。以此为基础，提出了一种新的合成方法——无焰燃烧合成法来制备尖晶石型LiMn₂O₄，研究了不同因素对材料结构、形貌和电性能的影响，并探讨了掺杂型LiM_xMn_2-xO_4-yQ_y的不同掺杂离子、掺杂量对材料的影响。首先，利用锂、锰的硝酸盐和醋酸盐为原料，在500℃保温3h的条件下，改变不同的NO₃-/Ac-摩尔比合成正极材料。当n（NO₃-/Ac-）=1和3/2时，得到的产物非常蓬松，粒径均匀，为无焰燃烧合成的产物；n（NO₃-/Ac-）＜1时，不完全是无焰燃烧的产物；n（NO₃-/Ac-）＞3/2时，是有焰燃烧的产物。当n（NO₃-/Ac-）=1，产物颗粒尺寸最大，为120-200nm。其混合原料在280℃就开始形成LiMn₂O₄，400℃以上可得到较纯的尖晶石型LiMn₂O₄。不同的NO₃-/Ac-摩尔比合成的产物的主晶相均为尖晶石型LiMn₂O₄，当n（NO₃-/Ac-）＜7/3时，杂质为Mn3O4；当n（NO₃-/Ac-）＞7/3时，杂质为Mn₂O₃；当n（NO₃-/Ac-）=3/7和7/3时，能合成纯相的尖晶石型LiMn₂O₄，此时产物有最大的初始比容量，在0.1C倍率下最高为115mAh·g^-1，20次后容量保持率为85.7%。所以，无焰燃烧合成我们选择NO₃-/Ac-摩尔比为1。然后分别考察了燃烧温度、保温时间、二次焙烧和Li/Mn摩尔比对其性能的影响。升高温度能提高样品的结晶性，但温度大于700℃则会分解产生杂质；延长保温时间对样品的微观形貌有一定的改善，结晶性变好，使比容量提高；但Mn-O的振动峰并不随温度、时间的改变而移动。在较低的温度（400-600℃）下，保温12小时可制备得到性能较好的产物，500℃保温12h比容量可达116.1mAh·g^-1；而在较高的温度（700℃）下，保温9小时得到的产物性能较好，比容量为104.1mAh·g^-1。对n（Li/Mn）=1/2，n（NO₃-/Ac-）=1，500℃保温3h的样品在600℃进行二次焙烧，发现二次焙烧一定时间能提高产物的电化学性能，二次焙烧6h就可得到电性能较好的产物，为111.5mAh·g^-1，比容量提高了13.7%，继续增加二次焙烧时间，对电性能的提高不大。所以，无焰燃烧的最佳条件为：500℃，12h，二次焙烧6h。在n（Li/Mn）=1/2，n（NO₃-/Ac-）=1，在500℃保温3h的基础体系上制备了阳离子掺杂尖晶石型LiM_xMn_2-xO₄（M=Li、Mg、Co、Cu、Ni、Al、Cr、Fe）以及阴离子掺杂尖晶石LiMn₂O_4-yQ_y（Q=F、Cl），确定了最佳掺杂量。掺杂后样品的晶格发生收缩，晶胞参数减小，微观形貌也得到了改善，比容量和循环性能得到提高，不同掺杂元素不同掺杂量对电性能的影响也不同。掺x（Mg）=0.02时，有最高的比容量138mAh·g^-1，5C倍率下充放电比容量仍保持在100mAh·g^-1。阴离子掺杂的样品晶格常数先减小后增大，少量掺杂（y≤0.1）能提高样品的比容量，但循环性能并没有得到改善。掺y（F）=0.02的样品有最高的放电比容量为135.5mAh·g^-1，不适合大电流充放电。在此基础上，制备了复合掺杂尖晶石型LiM_xMn_2-xO₄-yQy（M=Li、Mg、Al、Co、Ni; Q=F）。结果表明， Li和Al、Co和Ni共掺杂的样品，均比单离子掺杂的样品的比容量和循环性能好。Li_1.08Al_0.1Mn_1.9O₄样品的初始比容量最高，为114.7mAh·g^-1，40次后容量保持率为81.9%； LiCo_0.02Ni_0.02Mn_1.93O₄和LiCo_0.05Ni_0.02Mn_1.93O₄的比容量最高，为107mAh·g^-1，50次后容量保持率分别为77.7%和72.7%。而Mg和F共掺杂的样品，其循环性能较单离子掺杂的样品有微小的提升，但放电比容量却降低很多。LiMg_0.02Mn_1.98O_3.98F_0.02比容量最高，仅为111.2mAh·g^-1，容量保持率为78.8%。