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能源和环境是人类社会可持续发展的两大战略问题，其中能源与人类社会的生存和发展密切相关。人类社会要实现可持续发展战略，必须发展新材料和新能源技术，保护自然环境和自然资源；另外，随着现代电子技术的飞速发展，导致各种电子产品不断向小型化、轻量化和高性能化方向快速发展加之人们对环境保护意识的不断增强，迫切需要开发出对环境友好、性能更优的绿色环保电源，而锂离子电池作为二十一世纪的理想能源引起全世界的重视，它具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、安全性能好以及使用温度范围宽等特点。在锂离子电池众多的正极材料中，尖晶石型LiMn2O4化合物，由于其原材料资源丰富，价格低，环境污染小，合成工艺简单，成为最有希望取代LiCoO2的材料，但LiMn2O4存在容量衰减大，循环寿命短等问题，阻碍了其商品化应用；容量衰减的原因主要有在放电过程中伴随着Li+离子嵌入发生的Jahn-Teller效应，正极材料中的锰的溶解和电解液的分解。
本文对小批量制备尖晶石型LiNixMn2-xO4材料的合成工艺条件进行了研究，主要包括烧结温度、烧结时间、预处理温度和原材料配比4个方面，从而对LiNixMn2-xO4材料的生产工艺过程进行优化，为LiNixMn2-xO4材料的工业化生产提供科学依据。以Li2CO3、电解MnO2和Ni(OH)2为原料，在750℃烧结温度下采用分步高温固相法制备的LiNixMn2-xO4(x=0，0.05,0.1，0.2，0.3)材料，通过XRD测试结果表明所制备的材料都呈尖晶石结构，掺杂的Ni替代八面体16d的位置上的Mn，使材料晶胞参数减小，同时提高了Mn的平均价态，有效地抑制了Jahn-Teller效应，增强了晶体结构的稳定性；材料的电化学性能测试在实验电池中完成，制备的LiNi0.1Mn1.9O4材料比容量达到98mAh·g-1左右，经过100次循环，电池的容量仍保持在92﹪以上，电池的内阻增加值仅为4.8mΩ，材料的月自放电率在6﹪以下，Ni离子的掺杂提高了材料的循环性能，增加了尖晶石LiNi0.1Mn1.9O4材料的电化学反应电阻，对材料的大电流放电有着不利的影响，但LiNi0.1Mn1.9O4材料在2C倍率下放电性能得到了明显的提高，在2C条件下，仍能很好的工作，放电容量为0.1C条件下放电容量的84﹪以上，有效地抑制了容量的衰减，具有良好的循环性能。可见，LiNi0.1Mn1.9O4材料是一种极有希望的锂离子电池正极材料。