图9  纳米Fe2O3电极与Fe-Li复合氧化物电极的循环性能比较 

4  高安全性电解质体系

　电解液中包含易燃的高活性的有机溶剂是导致锂离子电池安全问题的一个重要原因，开发高安全性电解液是解决其安全问题最直接有效的途径。由于甲基膦酸二甲酯（DMMP）具有比TMP等磷酸酯更高的磷含量，有望表现出更高的阻燃效率，DMMP较高的介电常数和较低的粘度可能保证电解液的电化学性能不受影响，而较低的凝固点更有望改善现有电解液的低温性能，此外DMMP的价格优势也为其广泛应用增加砝码 [7]。

　本课题组设计了一种含50%DMMP的电解液，该电解液具有高达36的极限氧指数（Limited Oxygen Index, LOI），表现出极高的安全性，可以称为“绝对”不燃电解液。这种电解液在低温下表现出比通常的电解液（1M LiPF6/EC+DEC(1:1 wt.)）更高的电导率，在LiCoO2/Li正极半电池中表现出更高的放电容量，具有更好的低温性能 [8]。

图10  两种电解液的燃烧性能比较

      DMMP虽然可能和很多其他添加剂一样，存在和石墨负极难兼容的问题，但是它较高的阻燃效率可以通过减少用量来缓解阻燃功能与石墨兼容的矛盾，并且可以通过(1)使用表面改性石墨，(2)和成膜添加剂复配两种途径来解决这一矛盾。通过在上述电解液中添加5%的成膜添加剂乙烯基碳酸乙烯酯（VEC），电解液与球形石墨MCMB和无定形炭表面包覆石墨（SMG）之间的兼容性明显得到改善，在LiCoO2/MCMB和LiCoO2/ SMG 全电池中表现较理想的循环性能，LiCoO2/ SMG全电池，在循环50次后，容量保持率为82%以上。

图11  高安全性电解液1M LiPF6/EC+DEC+DMMP(1:1:2 wt.)+5% VEC在LiCoO2/MCMB和LiCoO2/ SMG全电池中的循环性能。

     结构稳定的Li4Ti5O12负极与DMMP基电解液存在较高的稳定性，我们将Li4Ti5O12与5V的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料配合形成的新型3V电池中，使用上述高安全的DMMP基电解液，在未加成膜添加剂时即可以与正负极较好地兼容，并且在全电池中表现出可与常规电解液相媲美的电池性能，这为这种高安全性电解液在使用钛酸锂负极的动力电池和储能电池领域展现出广阔的应用前景 [9]。

5  结论

　　锂离子电池的高安全性依赖于高安全材料的使用。LiFePO4和Li3V2(PO4)3磷酸盐正极材料具有优异的安全性，我们通过固相法制备的粉体具有良好的电池性能，尤其是具有突出的倍率性能，有望于在下一代动力电池中的获得应用。金属氧化物负极材料表现出比现有石墨负极更好的安全性，我们通过热聚合法合成的纳米Li4Ti5O12负极材料具有优异的倍率性能，而固相法制备的Li4Ti5CuxO12+x粉体，由于能够原位生成Cu单质，显著提高的电极的电子电导，明显提高了电池的倍率性能；纳米Fe2O3和纳米Fe-Li复合氧化物负极材料是一类具有高容量和安全性的负极材料，具有广阔的应用前景。高安全性电解质材料的使用是解决锂离子电池安全性的最经济有效的途径，DMMP基电解液具有优异的安全性，并且在常规的LiCoO2/C电池体系和新型的LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12电池体系都表现出较好的电池性能，这类电解液在工业电芯中有望很快获得使用。