化学电源技术丛书--锂离子电池电解质

锂离子电池是20世纪90年代出现的绿色高能电池，在能源化学与材料化学领域备受关注。电解质是锂离子电池的重要组成部分，不仅在正负极输送和传导电流，而且在很大程度上决定电池的工作机制，影响电池的比能量、安全性能、倍率充放电性能、循环寿命和生产成本等。综观锂离子电池的发展，电解质体系的革新为锂离子电池多样化做出了实质性的贡献，人们常根据电解质的类型把锂离子电池分为液体锂离子电池、聚合物锂离子电池和全固态锂离子电池，并用以满足不同的生产和生活实践。

基于锂离子电池电解质的重要性与多样性，与此相关的科学研究日益深入，涉及该领域的科学内容也不断丰富和完善，系统归纳和深入分析该领域的科学成果、总结电解质与电极材料相容性的规律无疑将为锂离子电池的持续发展提供有益的帮助。本书系统探讨了离子液体电解质对锂离子电池性能的影响，分述了有机液体电解质、聚合物电解质、室温离子液体电解质、无机固体电解质和水系电解质的制备方法、理化性质、与电极材料的相容性以及优化方法。可以作为研究生的学习和参考用书，同时对从事锂离子电池研究和开发的专业人员具有很好的参考价值和指导意义。

本书的主要工作是在国家自然科学基金（20573033、20273019、29973009）、河南省杰出青年科学基金（04120001100）、河南省高等学校杰出科研人才创新工程基金（2004KYCX011）和河南省高校新世纪优秀科研人才支持计划的支持下取得的，本书的出版得到了河南省教育厅和河南师范大学优秀学术专著出版基金的支持，在此一并表示衷心的感谢！

本书由郑洪河（撰写第1章、第3章、第4章、第7章、第8章和第9章）、轩小朋（撰写第2章）、张虎成（撰写第5章）、付延鲍（撰写第6章）编著，最后由郑洪河统稿、定稿。编著过程中，湖南大学徐仲榆教授、河南师范大学王键吉教授、厦门大学杨勇教授、《电池》杂志主编文力研究员、日本京都大学小久见善八教授和安部武志教授对本书的出版给予了极大的关心和热情的指导，在此表示真诚的感谢！

真诚感谢化学工业出版社相关编辑及其它有关同志对本书的关心和在本书编辑出版过程中付出的辛勤劳动！

尽管我们力图使该书达到高质量，但由于时间仓促，书中难免存在不足之处，敬请国内外同行批评指正。



编著者

2006年5月

锂离子电池是现代电化学发展的成功范例。电解质作为锂离子电池的关键材料影响甚至决定着电池的比能量、寿命、安全性能、倍率充放电性能和高低温性能等多种宏观电化学性质。本书集中反映了许多国际、国内有关锂离子电池电解质的最新研究成果，系统介绍了有机液体电解质、聚合物电解质、室温离子液体电解质、无机固体电解质和水系电解质用于锂离子电池的专门知识，明确了各类电解质体系的发展现状、存在问题和优化方法，集中展现了锂离子电池电解质研究的新理论、新应用和新动态。

本书的编著力求概念明确、思路清晰、内容全面、深入浅出，对从事锂离子电池与功能电解质的研发人员具有较高的参考价值和指导意义，也可供化学、化工、材料和环保等领域的研究人员以及相关专业的高等院校师生参考与学习。

第1章绪论1

11锂离子电池概述1

111锂离子电池的诞生与发展1

112锂离子电池的工作原理3

113锂离子电池的优势4

12锂离子电池的关键材料6

121正极材料6

122锂离子电池负极材料8

123隔膜材料11

124电解质材料12

13锂离子电池电解质概述12

131锂离子电池电解质的基本要求13

132锂离子电池电解质的分类13

133电解质对电池性能的影响15

14本书的主要内容18

参考文献18

第2章有机液体电解质的理化性质21

21概述21

22有机溶剂21

221碳酸酯及其性质22

222羧酸酯类有机溶剂28

223醚类有机溶剂29

224含硫有机溶剂30

225锂离子电池电解液有机溶剂的发展趋势31

23锂盐31

231无机锂盐32

232有机锂盐34

24电解液中的杂质及其纯化43

25液体电解质应用过程中存在的问题44

26有机液体电解质的性质44

261电化学稳定性44

262传输性质48

263电解液的热稳定性56

264光谱性质60

参考文献65

第3章有机液体电解质与电极材料的相容性69

31电解液与炭负极材料间的相容性69

311炭负极/电解液相容性的基本内涵69

312炭负极界面SEI膜机制71

313SEI膜性质与炭负极/电解液的相容性78

314炭负极的性质对电极/电解液相容性的影响79

315电解液性质对电极/电解液相容性的影响89

32电解液与正极材料间的相容性93

321正极材料的表面膜机制93

322影响正极材料/电解液相容性的因素97

323改善正极材料与电解液相容性的方法103

33结论112

参考文献112

第4章有机液体电解质的添加剂116

41成膜添加剂116

411炭负极表面成膜添加剂116

412炭负极成膜添加剂的分类介绍117

42导电添加剂132

421阳离子配体133

422阴离子配体133

423中性配体134

43阻燃添加剂134

431阻燃机理135

432阻燃添加剂的分类介绍136

44限压添加剂139

441氧化还原电对添加剂139

442电聚合添加剂143

443气体发生添加剂143

444代表性限压添加剂的比较144

45多功能添加剂144

参考文献145

第5章聚合物电解质基础148

51聚合物电解质的概述148

511聚合物电解质的特点和研究目的148

512聚合物电解质的发展历程和分类149

52固体聚合物电解质的组成与结构151

521形成聚合物电解质的基本条件151

522PEO盐聚合物电解质的结构156

523PEO盐聚合物电解质的相图161

524改性的PEO盐聚合物电解质163

53固态聚合物电解质的传输性质168

531离子在PEO中的传输机理168

532准热力学模型170

533逾渗模型172

534离子迁移数及测定方法173

54复合聚合物电解质180

541无机粒子固态聚合物电解质复合物180

542其它类型的复合聚合物电解质184

55凝胶聚合物电解质186

551凝胶聚合物电解质的概念186

552增塑剂与聚合物187

553凝胶聚合物电解质的分类介绍188

56其它聚合物电解质体系195

561单离子导体195

562盐溶聚合物电解质199

563有序聚合物电解质201

参考文献206

第6章聚合物电解质在锂离子电池中的应用211

61锂离子电池聚合物电解质的制备技术212

611物理方法212

612化学方法215

62聚合物电解质电化学性能的评价方法216

621测试电池216

622聚合物电解质电导率的测试与评价217

623聚合物电解质锂的离子迁移数220

624聚合物电解质电化学稳定性221

625聚合物电解质与电极材料的界面相容性与稳定性研究221

63聚合物锂离子电池制备技术与性能230

631Bellcore技术231

632SONY技术231

633BEI技术232

634Yuasa PLB技术233

635Sanyo PLB技术234

64小结235

参考文献235

第7章室温离子液体电解质237

71室温离子液体的分类237

72室温离子液体的研究进展237

73室温离子液体的制备方法239

731两步法合成室温离子液体239

732一步法合成室温离子液体240

74室温离子液体的理化性质241

741熔点241

742黏度241

743密度242

744电导率243

745溶解性245

746稳定性245

75室温离子液体在锂离子电池中的应用247

751咪唑类离子液体电解质在锂离子电池中的应用247

752季铵盐类室温离子液体电解质在锂离子电池中的应用250

753哌啶和吡咯类离子液体在锂离子电池中的应用258

754离子液体与聚合物复合电解质259

76小结260

参考文献261

第8章无机固体电解质264

81锂陶瓷电解质264

811锂陶瓷电解质的分类264

812锂陶瓷电解质的制备方法264

813不同结构的锂陶瓷电解质的分类介绍267

814锂陶瓷电解质在锂及锂离子电池中的应用274

82玻璃态锂无机固体电解质275

821玻璃态锂无机固体电解质的常用制备方法275

822玻璃态锂无机固体电解质的分类介绍277

83小结285

参考文献286

第9章水系电解质290

91水系电解质的优势与不足290

92水系锂离子电池电极材料的选择291

93水系锂离子电池的正极材料292

931尖晶石LiMn2O4292

932其它过渡金属嵌锂氧化物295

933过渡金属氧化物297

94水系锂离子电池的负极材料298

941过渡金属嵌锂氧化物298

942储锂合金298

943金属氧化物299

95几种水系锂离子电池的电化学行为300

96小结302

参考文献302