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LiMn2O4具有尖晶石结构，其理论放电容量达148mAh/g，由于制备工艺简单、价格低廉、对环境友好等，是一种很有应用前景的锂离子电池正极材料；尖晶石LiMn2O4正极材料在充放电循环过程中由于锰元素的溶解、晶格发生Jahn-Teller变形和电解液的氧化分解，使得容量衰减较快，至今未能商业化。本文采用掺杂Al元素和Mg元素的方法改善材料性能。
掺杂LiMn2O4材料采用溶胶-凝胶-络合法合成，以柠檬酸作为螯合物的载体，首先形成柠檬酸前驱体，再干燥除水，并将前驱体在箱式炉中以300℃进行预烧，除去有机物，轻轻研磨，再将其粉末在不同温度下焙烧形成所需的材料。
通过TG-DTA、XRD、SEM、TEM对材料进行结构测试，通过充放电循环等手段对材料进行性能测试，比较不同合成温度、烧结时间和元素的不同掺杂量等条件对材料性能的影响，优选出提高材料容量和循环性能的工艺参数。
XRD结果表明，溶胶-凝胶法制备的LiMn2O4和LiAlxMn2-xO4属于尖晶石结构。从XRD的峰形得知，随着焙烧温度越高，晶形越完整。XRD图中的杂质峰表明生成了Mn2O3和其它杂质，在800℃才能生成完整的尖晶石粉体。SEM观察结果表明，随着焙烧温度的升高，颗粒长大。
充放电结果可以看出未掺杂的LiMn2O4正极材料的首次充电容量119.3mAh/g，首次放电容量111.1mAh/g，首次充放电效率93.1％。25次循环后容量还有93.7mAh/g，容量衰减15.66％。
铝的引入只是取代了部分Mn原子，以键能较强的金属氧键取代了键能较弱的Mn-O键，使得LiMn2O4的晶胞发生收缩，晶胞体积变小，而没有改变尖晶石晶体的结构类型。这样提高了LiMn2O4作为电极材料时的结构稳定性，使得电极材料的循环性能得到改善。LiAl0.05Mn195O4正极材料虽然前几次循环的容量没有未掺Al的高，但很明显循环稳定性大大提高了。首次放电容量为103.8mAh/g，25次循环后容量还有100.6mAh/g，容量衰减仅为3.08％。
Mg由于原子量小、化学稳定性高而备受关注。LiMg005Mn195O4的初始放电容量为128.6mAh/g，25个循环后容量衰减为117.5mAh/g，容量衰减率为8.63％；比未掺杂的LiMn2O4的容量要高且循环性能也提高了。掺Mg尖晶石的循环性稳定性较好主要有两个方面的原因：一是Mg2+取代了Mn3+，占据Mn3+的八面体间隙，使放电末期锰的平均氧化态高于3.5，从而抑制了Jah-Teller效应；其二是掺Mg的尖晶石晶格常数变小，晶胞收缩，使LiMgyMn2-yO4在充放电前后单胞体积的变化幅度减小，从而稳定了尖晶石结构。