锂离子电池作为一种高效的储能技术,能够充分地实现对风能、太阳能、地热能和潮汐能等清洁可再生能源的转换、存储和运输,在保护环境的同时能够帮助解决日益严重的全球能源短缺问题。因此发展具有较高能量密度和功率密度的锂离子电池储能体系具有重要意义。尖晶石结构LiMn₂O₄正极材料具有工作电位（4 V vs.Li⁺/Li）较高,理论比容量高(148 mAh g^-1),成本低廉,环境友好,以及锂离子三维扩散通道等突出优点,是一类理想的锂离子电池正极材料。然而LiMn₂O₄电极的循环性能较差,在高温条件下,容量衰减现象更为明显,限制了LiMn₂O₄正极材料的实际应用。本论文针对上述问题,在LiMn₂O₄材料的合成过程进行优化,利用离子掺杂和表面包覆手段对LiMn₂O₄进行改性研究,旨在获得电化学性能优异的LiMn₂O₄正极材料。具体的研究内容如下:（1）利用优化的烧结工艺制备LiMn₂O₄材料。通过采用双阶段烧结工艺,即先经过600℃预烧结后升温至700℃烧结10 h,制备得到的LiMn₂O₄样品结晶完整,颗粒尺寸为亚微米级,大小均一,电化学性能优异。在0.5C的电流密度下首周放电比容量为125.2 mAh g^-1,常温循环200圈之后容量保持率为84%,其电化学性能优于单阶段10 h烧结所制备的LiMn₂O₄样品。（2）采用Nb⁵⁺与Li⁺对LiMn₂O₄材料进行共掺杂改性研究。通过制备不同比例Nb和Li掺杂的Li_1+xMn_2-yNb_yO₄（x=0,0.05,0.10,0.15;y=0,0.01,0.02,0.03,0.04）,发现随着Nb掺杂量的增加,LiMn₂O₄样品的颗粒尺寸逐渐增大,表面变得更加光滑平整,与电解液的接触变小,锰的溶解得到抑制,循环稳定性得到改善;Li掺杂能够进一步提高电极材料的可逆容量。在Nb和Li掺杂量分别为0.03和0.05时,制备的Li_1.05Mn_1.97Nb_0.03O₄样品的电化学性能最佳。Li_1.05Mn_1.97Nb_0.03O₄电极在常温25℃时以75 mA g^-1（0.5C）的电流密度循环100圈,容量保持率为94.9%,在高温55℃条件下循环100圈,容量保持率为84%,相较于未掺杂LiMn₂O₄均有显著提高。同时,Li_1.05Mn_1.97Nb_0.03O₄材料展现出优良的倍率性能,在750 mA g^-1（5C）、1500 mA g^-1（10C）的电流密度下分别具有90 mAh g^-1和50 mAh g^-1的放电比容量。（3）表面活性剂辅助Al₂O₃包覆LiMn₂O₄材料改性研究。针对常规液相包覆法难以在LiMn₂O₄表面形成均一完整包覆层这一问题,本研究利用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）表面化学键对金属离子的吸附作用成功制备得到Al₂O₃均匀包覆的LiMn₂O₄复合材料（LiMn₂O₄@Al₂O₃（PVP））。电化学测试表明,LiMn₂O₄@Al₂O₃（PVP）常温25℃条件下,以75 mA g^-1（0.5C）电流密度循环200圈,容量保持率为93.8%,高温55℃下循环100圈容量保持率为87.4%,相较于LiMn₂O₄和未添加PVP的LiMn₂O₄@Al₂O₃,循环性能有较大提升。