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在提高尖晶石型LiMn 2 O 4的循环性能方面，利用杂质离子稳定尖晶石型LiMn 2 O 4的结构被认为是解决循环容量退化最有效的方法之一。杂质离子的选择直接影响掺杂效果。有许多金属离子可用于掺杂尖晶石LiMn 2 O 4。在众多的掺杂离子中，哪些离子可能有更好的效果呢？
1.引入价态稳定的阳离子
通过引入小而稳定的阳离子（如Mg 2+、A1 3+、Ga 3+等）取代尖晶石结构中的部分Mn3+，降低Mn3+在尖晶石结构中的含量尖晶石，从而达到抑制Jahn-Teller效应的目的。Al 3+
的引入使得LiAl y Mn 2-y O 4 (y=0, 1/12, 1/9, 1/6, 1/3)在y=1/12样品循环200次后，容量保留率仍为90%，锂离子扩散系数提高了一个数量级。然而，A1 3+掺杂导致容量显着降低。掺杂Mg 2+可以提高放电比容量，锂离子扩散系数可以提高到10 -8 cm²/s，但随着LiMg y Mn 2-y O 4 (0≤y≤0.15)中y的增加，放电比容量下降. 上述研究表明，在尖晶石结构中引入Mg 2+和Al 2+等阳离子可以提高锂离子扩散系数。
尖晶石阳离子掺杂
2、掺杂变价阳离子
掺杂少量Ti、Fe、Co、Ni、Cu等变价阳离子，尖晶石型锰酸锂4V区容量虽然降低，但其循环稳定性大大提高。例如掺杂Fe阳离子，在Li 0.9 Fe x Mn 2-x O 4 (0≤x≤0.2)和LiFe x Mn 2-x O 4 (0≤x≤0.5)中，Fe以高自旋为主Fe 3+、Fe 4+依次占据尖晶石结构的16d位，随着y的增大，Fe掺杂产物的晶胞参数增大，热稳定性提高。
掺镍尖晶石LiMn2O4
增加镍掺杂量，LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4可在4.66V下获得114mA·h/g的放电容量，具有较好的循环稳定性。LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4薄膜电极的循环伏安曲线在4V区没有Mn 3+ /Mn 4+氧化还原对。4.7V时放电比容量为155mA·h/g，容量保持率为50次循环。91%，增加Cr、Co或Cu的掺杂量也显得相似，例如LiCrMnO 4和LiCoMnO 4的理论放电容量分别为151mA·h/g和145mA·h/g，放电比容量由实验测得。分别为75mA·h/g和95mA·h/g。在LiCu 0.5 Mn 1.5 O 4的CV图中，在4.9V的高电位区也出现了一对明显的氧化还原峰。这个峰的容量是总容量的1/3。由于没有 CuO 的分解，该峰对应于 Cu 2+ /Cu 3+氧化还原对。由于锂离子电池的正负极材料都是嵌锂化合物，如果负极选择工作电压为1.55V的Li 4 Ti 5 O 12形成Li 4 Ti5 O 12 /LiM 0.5 Mn 1.5 O 4电池获得稳定的3V工作电压，有可能在此基础上进一步改进锂离子电池，此类5V材料将具有很好的应用前景。
3.阴离子掺杂
阴离子掺杂还可以稳定尖晶石结构。对于氧离子掺杂，离子仅限于性质接近氧离子的一价或二价阴离子，如F -、Cl -、S 2-等。由于F的原子量小于氧的原子量，如果加入适量的F，可以提高尖晶石型LiMn 2 O 4的容量。另外，用单价离子代替氧离子掺杂可以降低锰的平均价数，使锰离子的阳离子掺杂范围更大。掺杂Al和F可有效提高LiAl y Mn 2-y O的放电比容量和循环稳定性4-z F z (0≤y≤1/12, 0≤z≤0.04)。EIS结果表明掺杂F后材料的电化学阻抗明显降低。
锂离子电池用掺氟LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2
掺杂离子的种类、掺杂离子的量和掺杂工艺是决定掺杂效果的三个重要因素。阴阳离子掺杂和复合掺杂的效果主要体现在以下几个方面：
①当掺杂阳离子的价态低于或等于3时，尖晶石中Mn 3+的含量会降低，Jahn -抑制特勒效应，增强尖晶石结构的稳定性。尖晶石锂锰氧固溶体的体积变化减小，从而提高了尖晶石LiMn 2 O 4的循环性能。②通过阳离子掺杂使晶格常数变小，Mn 3+与Mn
之间的距离4+会缩短，从而增加D Li +和电子电导率，提高LiMn 2 O 4的大电流充放电性能。
③阴离子和阳离子掺杂都会影响尖晶石LiMn 2 O 4的氧化还原电位。
④由于过渡金属离子具有变价性，当掺杂Ni、V、Cr、Cu、Co等过渡金属离子时，尖晶石型LiMn 2 O 4会在5V左右产生另一个放电平台。
⑤ 阳离子掺杂的负面作用是降低4V区的容量，但掺杂后提高了固溶体的结构稳定性。可以认为，掺杂的离子实际上充当了过充电和过放电的指示器。在充电和过放电之前达到终止电压，从而保证了固溶体的结构稳定性和循环稳定性。
