尖晶石型LiMn₂O₄具有工作电压高、安全性能好、生产成本低、对环境友好等特点，是21世纪最具有发展前景的锂离子电池正极材料之一。但尖晶石型LiMn₂O₄的理论比容量较低，电化学循环性能较差阻碍着其规模化应用。为寻找提高尖晶石型LiMn₂O₄的体积比能量和抑制容量衰减的有效方法，本文进行了高密度锰氧化物的制备、尖晶石型LiMn₂O₄的制备、掺杂对尖晶石型LiMn₂O₄的影响和Li⁺离子脱／嵌过程探索等研究工作。以电解锰粉为原料，采取低温焙烧-机械活化-高温焙烧的工艺制备高密度锰氧化物。考查了焙烧温度、焙烧时间和升温速率对物化性能和微观形貌的影响。结果表明：低温过程是锰的氧化过程，高温过程是锰氧化物的晶化过程。优化的热处理制度为：低温焙烧温度为700℃，保温7h，高温焙烧温度为1050℃，保温时间为7h。高密度锰氧化物为Mn₃O₄和Mn₂O₃的混合物，D₅₀≈4.0μm时粉体的振实密度为2.70g·cm^-3。以高密度锰氧化物为前驱体，以Li₂CO₃为锂源，采用机械活化和固相烧结相结合的二段烧结法制备了尖晶石LiMn₂O₄。研究了烧结温度、烧结时间和配锂量对尖晶石结构、微观形貌和电化学性能的影响，结果表明：烧结温度对尖晶石结构、微观形貌和电化学性能有显著影响。烧结时间对尖晶石结构、微观形貌和电化学性能影响较小。配锂量对微观形貌影响小，对电化学性能影响大。缺锂型锂锰氧化物电化学循环性能差，富锂型锂锰氧化物电化学循环性能好，尖晶石锰酸锂的首次放电比容量的最大值出现在配锂量x（Li_xMn₂O₄）＝1.0附近，其中Li_1.015Mn₂O₄的首次放电比容量最高，为111.25mAh·g^-1（0.1C，4.2V，vs．C、），循环30周期容量保持率为95.03％。分别以CO₃O₄、NiO、TiO₂和ZrO₂为掺杂体，制备了掺杂锂锰氧化物Li_1.015Mn_2-xM_xO₄（M＝Co、Ni、Ti、Zr）。考查了掺杂离子、掺杂量对锂锰氧化物结构、微观形貌和电化学性能的影响，结果表明：掺杂改善了锂锰氧化物体系中阳离子混排程度，而未明显改变尖晶石结构。Ni掺杂改善了颗粒微观形貌，Co、Zr掺杂细化了微观颗粒。Ti掺杂提高了首次放电比容量。随着掺杂量的增大，首次放电比容量降低，电化学循环稳定性增强，掺杂有效抑制了电化学容量衰减。采用交流阻抗技术对尖晶石型LiMn₂O₄脱／嵌锂过程进行了探索，结果表明：掺杂提高了交换电流密度，稳定了尖晶石结构，也对锂离子扩散系数有影响。