在锂离子电池正极材料中,尖晶石结构的锰酸锂以其低成本、原料丰富、低毒性和高安全性等优点被认为是最有可能取代钴酸锂的新一代正极材料。然而在电池使用过程中,锰酸锂也存在着较大的容量损失,而且高温下更加严重,这就使得锰酸锂的循环性能非常差。为了有效的提升锰酸锂电极材料的循环性能,本文尝试采用多种合成方法制备出了具有不同形貌的锰酸锂材料,并对产物进行了物相及形貌表征,最后对产物的充放电、循环、倍率等电化学性能做了系统测试与分析。本文系统的阐述了锂离子电池的研究背景、组成以及其基本工作原理。并对当前几种典型正极材料的结构及应用情况进行了简单的概括介绍。此外,针对本文的主要研究对象LiMn₂O₄正极材料,我们还对其结构存在的缺点、导致电化学性能变差的因素以及对应的改进方法进行了深入细致的探讨。为了分析材料形貌结构对LiMn₂O₄正极材料电化学性能的影响,本文分别采用水热合成法及溶胶凝胶法合成出了具有纳米棒状和刺球状形貌的前驱体MnO₂,然后又进一步通过水热法及高温固相法制备出了LiMn₂O₄样品。所得LiMn₂O₄样品的形貌基本保持了前驱体的形貌。水热法得到的电极材料在0.1C电流密度下的初始放电容量为127.3mAh/g,在0.1C下循环200次以后仍保留了101.8mAh/g的放电容量。高温固相法得到样品在0.1C下的初始放电容量高达135.4 mAh/g,然而充放电200次以后仅保留了94.7 mAh/g的容量。且在1.0C的大倍率充放电条件下,其容量衰减更为严重,200次循环以后仅保留了68.7 mAh/g的放电容量。表面包覆改性能够有效的遏制电解液对LiMn₂O₄电极材料的腐蚀作用,通过溶剂热法获得纳米棒状结构的MnOOH后,以它作为前驱体与LiOH在高温下制备得到了LiMn₂O₄正极材料,并进一步用PANI对其包覆改性。从SEM和TEM图像中能够分析得出PANI被成功的包覆在了LiMn₂O₄纳米棒的表面。虽然经过包覆改性后的LiMn₂O₄的比容量不可避免的有所减小,但是其展现出了非常好的循环性能和倍率性能。样品在0.1C电流密度下充放电200次以后仍保留了第二次放电容量的91%。最后,我们采用静电纺丝法及后续热处理合成出了具有介孔结构的锰酸锂中空纳米纤维。这种结构能够非常有效地缓解材料在循环过程中的结构膨胀,并为Li+的脱嵌提供更多的反应位点。电化学测试表明,其在0.1C下的首次放电容量为125.9mAh/g,循环200次后仍保留了首次放电容量的87.3%。而且,第200次与第100次循环后的容量相比仅减小了6mAh/g。此外,在1.0C的大倍率下循环200次后的容量也仅仅比0.1C下循环200次后的容量减少了8.1 mAh/g。以上结果都表明通过合成具有特殊形貌结构的LiMn₂O₄材料能够很好的提升材料的循环稳定性及倍率性能。