在众多的锂离子电池正极材料中,锰系化合物特别是LiMn2O4具有资源丰富、价格低廉、环境友好等优点,因而在锂离子电池,尤其是在电动汽车(EV)及混合动力汽车(HEV)电源应用方面极具竞争潜力。然而,由于自身结构的原因,容量衰减问题一直制约了LiMn2O4的大规模应用。因此,开发和设计高效、稳定的微结构来提高LiMn2O4的电化学性能已经成了该领域的关键性课题。为此,本论文开展了LiMn2O4和β-MnO2的形貌调控及其电化学性能研究,获得的主要研究内容和结论归纳如下：1.以水热合成的β-MnO2单晶纳米棒为前驱物,利用自模板反应法制备了LiMn2O4单晶纳米棒。发现在由四方相β-MnO2向立方相LiMn2O4转变过程中,前驱物β-MnO2的棒状形貌、单晶特性甚至生长取向均能在终产物中被保留下来。与以商品β-MnO2为前驱物合成的不规则的大尺寸LiMn2O4相比,LiMn2O4单晶纳米棒表现出更优异的电化学性能。即在室温下,0.5C的首次放电比容量为125mAhg-17C倍率下具有约95mAh g-1的放电容量,且以3C的倍率循环500周后仍能保持约75%的容量。其优异的性能应归因于材料的单晶特性和棒状形貌。即单晶内部结构的高度有序性使离子的扩散障碍较小,并具有良好的电子传导能力；而其纳米棒形貌为离子提供了较短的扩散路径便于Li+的嵌入和脱出,且其较高的比表面积便于电解液充分渗透提高了材料的利用效率。上述研究结果为一维结构的电极材料在锂离子电池中的应用提供了一些新的思路。2.在成功合成上述LiMn2O4单晶纳米棒的基础上,制备了掺杂Al的单晶LiMn2O4纳米棒。发现其尺寸大小与未掺杂的单晶LiMn2O4纳米棒基本类似,且随着Al掺杂量的增加,虽然其放电容量逐渐减小,但循环性能逐渐提高。当Al的掺杂量x=0.1时的产物LiAlxMn2-xO4的材料容量保持率较好,并表现出较好的高温大倍率循环性能。即在50℃高温下,以3C倍率循环500周后仍能保持70%的容量,而未进行掺杂的LiMn2O4纳米棒在同等条件下仅能保持33%。上述掺杂Al的LiMn2O4具备较好的高温循环性能,有望成为一种极有前景的动力型锂离子电池正极材料,推动锂离子电池的发展。3.以混合溶剂热法制备的γ-MnO(OH)纳米棒为前驱物合成了LiMn2O4纳米棒,对比研究了不同煅烧温度所得产物的电化学性能。结果表明,600℃煅烧时合成所得产物不仅保持了γ-MnO(OH)的棒状形貌,而且表现出最佳的电化学性能。即在室温下,0.5C的条件下首次放电比容量达125.6mAh g-1,以3C倍率循环100周后容量保持率达95.6%。上述以γ-MnO(OH)纳米棒为模板合成的LiMn2O4纳米棒正极材料具有合成方法简便易行、原料价廉易得、无毒无害以及优良的电化学活性,对高性能锂离子电池的研发具有重要的借鉴意义。4.通过调整反应原料中浓盐酸的用量,采用水热法合成了中空双锥状β-MnO2单晶。研究表明,中空双锥状β-MnO2单晶的形成经历了自组装、溶解-重结晶、亚稳面的腐蚀三个主要过程。与商品β-MnO2相比,合成的中空双锥状β-MnO2单晶表现出了更优异的电化学活性。即在1.5～3.8V,10mAg-1的条件下,首次放电比容量达269mAh g-1,相当于每单元β-MnO2可嵌入0.87个Li+,而商品β-MnO2仅能嵌入0.2个Li+。该中空双锥状β-MnO2单晶具有合成方法简便易行、原料价廉易得、无毒无害以及优良的电化学活性,预计将在锂电池领域的应用中发挥重要的作用。