尖晶石型LiMn₂O₄是近年来发展起来的一种锂离子电池正极材料，它的理论容量为148mAh/g。LiMn₂O₄具有价格便宜、环境友好、电压高等优点而受到人们的广泛关注。但是该材料容量较低，在大电流充放电的条件下，循环性能有待改善。本论文在详细评述了锂离子电池及其正极材料研究进展的基础上，选取尖晶石结构的纳米LiMn₂O₄为研究对象，对其合成和改性进行了研究。采用水热法、溶胶-凝胶法和湿法分散球磨固相法等方法合成了纳米LiMn₂O₄。通过X射线粉末衍射（XRD）分析了合成产物的结构，透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）观察了材料的形貌，充放电测试了合成材料及改性材料的比容量和循环性能，循环伏安（CV）和交流阻抗（EIS）及对阻抗谱图进行等效电路模拟研究了材料的电化学反应机理。结果表明，以上方法合成的材料其晶粒尺寸都为纳米级，特别是水热法和湿法分散球磨固相法合成的材料晶粒分布均匀，大电流充放电能力有了一定的提高。在此基础上，尝试了对合成的材料进行改性。研究表明：我们以MnO₂为前躯体，首次利用水热法制备的纳米LiMn₂O₄具有较好的电化学性能，其首次充放电容量达到120mAh/g以上（0.2C倍率）。采用湿分散高能球磨法降低了合成温度和时间，优化了传统的固相法合成LiMn₂O₄流程，材料的电化学性能比传统固相法合成的材料有了较大的改善。通过对合成的部分纳米LiMn₂O₄进行了改性（掺杂、复合）研究，结果显示：掺杂Ag和复合炭气凝胶后增大了电极材料的电导率，改善了材料的电化学性能；掺杂V后，降低了材料的比容量，改善了材料的循环性能；复合纳米VO₂（B）拓宽了电极材料的电化学窗口，有效利用了3V放电平台，大大增大了复合材料的比容量。