锂离子电池自二十世纪末问世以来,由于其具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长等优点,成为最受青睐的二次电池。新世纪面临能源短缺和环境污染二大难题,迫切需要发展高功率和大容量锂离子电池,以满足节能环保型动力汽车或混合动力汽车以及储能电池的要求。研制和开发高比能量、价格便宜、安全可靠的新一代锂离子电池是近几年来化学电源研究领域的焦点之一。经过近二十年的发展,锂离子电池已在移动电话、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备上得到广泛应用。但迄今为止,锂离子电池还不能满足动力锂离子电池的要求,主要存在安全性和稳定性问题,例如:电池的循环寿命5年左右,低于电动汽车或混合动力汽车所要求的10～15年的使用年限;电池在滥用条件下会发生爆炸、起火等安全问题;在较高的环境温度下(≥50oC)电池容量快速下降等。这些问题与电解质密切相关,本文拟开展功能电解质关键组分的设计、制备及性能研究,涉及的功能组分包括电极界面形成功能分子、电解质锂盐、阻燃添加剂、过充电保护添加剂等,旨在解决锂离子电池目前存在的稳定性及安全性问题。在第三章中,用电化学方法、核磁共振、X-射线光电子能谱及密度泛函理论(DFT)等方法研究了1,3-丙磺酸内酯(PS)作为锂离子电池电极界面膜形成功能分子及其作用机理。研究结果表明,PS在石墨电极表面优先于电解液溶剂发生还原反应,参与SEI膜的形成过程,其还原产物主要为烷基磺酸锂或其衍生物。同时,PS的引入能够抑制正极表面LiF、LixPOyFz等无机物形成,提高电极表面界面膜的电导率。另一方面,由于电池在含PS电解液中形成的界面膜比较稳定,经高温存储之后界面膜组成改变不大,电极表面有机物含量高;而电池在不含PS的电解液中形成的界面膜热稳定性不高,高温存储后烷基碳酸锂等有机物组分转化为无机锂盐,如Li2CO3、LiF、LixPOyFz等,导致电极表面阻抗增加,电池充放电效率降低。在第四章中,用电化学方法、核磁共振、XPS以及密度泛函理论(DFT)等方法研究了二甲基-碳酸亚乙烯酯(DVC)作为锂离子电池电极界面膜形成功能分子及其作用机理。研究结果表明,DVC具有较高的反应活性,优先于电解液溶剂在电极表面分解参与界面膜的形成,其分解的主要产物为DVC的聚合产物,能够显著提高界面膜的稳定性。在第五章中,制备并纯化了一种锂盐,四氟草酸磷酸锂(LiPF4C2O4)。该盐的碳酸酯电解液体系在-40～65oC的温度范围具有与LiPF6类似的离子电导率。铜箔和铝箔集流体在其碳酸酯电解液体系中也具有较好的电化学稳定性、较宽的电化学窗口。然而,LiNi0.8Co0.2O2/MCMB电池以该盐的碳酸酯体系为电解液,其室温首次放电容量略低于LiPF6基电解液电池,但两者的充放电库伦效率相当。尤其有意义的是,LiPF4C2O4/碳酸酯电解液体系的热稳定性比LiPF6基电解液的热稳定性得到显著提高,在85oC高温条件下,存储6个月电解液基本不分解、不变色、无沉淀析出。在第六章中,提出以二甲氧基甲基磷酸酯(DMMP)为阻燃添加剂、双草酸硼酸锂(LiBOB)为界面膜形成功能分子的一种新型阻燃电解液DMMP/LiBOB。该电解液能够有效抑制电解液的燃烧,其低温离子电导率与标准电解液相当。电解液的热稳定性得到显著提高,在85oC储存2个月电解液本体不发生分解、颜色不改变、无沉淀析出。DMMP/LiBOB阻燃电解液在室温条件下的首次放电容量略低于标准电解液电池的放电容量,但其循环稳定与标准电解液相当,高温循环稳定性更高。在第七章中,研究了过充电保护添加剂—环己苯(CHB)的作用机理。环己苯氧化聚合电位在4.7 V左右,含5%CHB的电池在过充电过程中,电压缓慢上升至4.7 V左右后出现充电平台,消耗充电电量,从而对电池起到过充电保护作用。对含CHB电池过充电过电极表面和隔膜的形貌进行SEM观察,正极表面和隔膜表面均有一层明显的聚合物薄膜覆盖。CHB的加入对于锂离子电池在正常充放电制度下的循环性能、放电容量等影响不大,但能够显著提高锂离子电池在过充电滥用条件下的安全性能。