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作为一种新型的二次电池，锂离子电池是目前综合性能最好的可充电化学电池。随着社会的发展，人们对锂离子电池电化学容量和可逆循环性能的要求越来越高。在锂离子电池的充放电过程中，电极和电解质界面区由于电解质与电极材料之间的相互作用而在电极表面形成一层厚度在几个纳米范围的表面层，这个表面层被称为固体电解质中间相(SolidElectrolyteInterfaceFilm，简称SEI膜)。它对锂离子电池的电化学容量、安全性、循环性、自放电等性能有十分重要的影响，并逐渐成为锂离子电池研究的重要方向。 由于SEI膜很薄，对其研究需采用一些灵敏度较高的表面分析方法，比如FT-IR、HRTEM、AFM、XPS等。但是以上方法中成分分析的红外光谱和能谱不足以区分所有物种，结构分析又不能提供吸附态的信息。而拉曼光谱不但具有很高的检测灵敏度，而且可以提供有关SEI膜的组分、结构、表面吸附态的信息，是一种理想的检测方法。 目前对SEI膜的研究主要集中在负极材料方面，对正极材料表面的SEI膜研究则较少。因为相对负极来说，正极SEI膜厚度较薄，电化学性能表现得不明显，直接观察有困难。我们小组前期的工作已利用活性银衬底对负极材料表面SEI膜的表面增强拉曼光谱(Surface-enhancedRamanScattering，简称SERS)光谱进行了研究。但银衬底却不能应用于正极材料表面SEI膜的研究当中，因为锂离子电池中正极的工作电位可达4.0V以上，而银在3.6V(vsLi/Li+)附近就开始发生氧化反应，在第一次充电过程中，正极材料表面包覆的银颗粒就会因电化学反应溶入电解液中，不再具有表面增强的效果。但是金可以承受高的氧化电压，直到5.02V(vsLi/Li+)才开始氧化，而且金纳米颗粒也是良好的SERS活性衬底。 于是我们制备了SERS活性金衬底，利用检测灵敏度极高的SERS光谱来研究正极材料LiMn2O4表面的SEI膜。同时使用带石英窗口的电池，进行SEI膜拉曼谱的原位观测。之所以选择材料LiMn2O4是因为它成本低廉，在价格上占优势，是现在和今后一段时间内正极材料的主要研究对象。 本论文主要进行了以下几个方面的工作：1.首创在正极材料表面沉积具有SERS活性纳米金颗粒的方法。制备了直径为50nm的金胶体，一定温度下将正极材料LiMn2O4与金胶混合搅拌，过滤烘干后纳米金颗粒沉积在LiMn2O4粉末表面上，制成SERS活性衬底。 2.研究电解液浸泡正极材料LiMn2O4表面SEI膜的SERS光谱。密封条件下，用电解液浸泡表面沉积了纳米金颗粒的LiMn2O4材料。测量材料表面生成SEI膜的SERS光谱，同时对比用量子化学方法计算得到的可能存在于SEI膜中物种的理论拉曼振动谱，分析可能存在于SEI膜中锂盐的具体组分。利用SERS方法得到的SEI膜拉曼信号较多且相对强度较大，更多的锂盐物种得到了增强而被观察到，说明纳米金颗粒确实具有很强的增强效果。根据实验结果并结合理论计算推断SEI膜中可能存在的组分不仅有Li2CO3、LiOH·H2O、LiF。另外还有(CH2CH2CO3Li)2、CH3CH2CH2CH2CO3Li、LiOCH2CH2CO2CH2CH2CO3Li、LiCH2CH2CO3Li这四种物种出现。 3.研究正极材料LiMn2O4在第一周不同充电电压条件下表面SEI膜的非原位拉曼光谱。结合非原位正常和增强拉曼光谱的研究，我们知道，在第一周充电过程中，正极材料表面SEI膜中存在有Li2CO3、LiOH·H2O、CH3CH2CO3Li、CH3CO3Li、LiCH2CH2CO3Li、LiCOOCH2CH2OLi、LiOCH2CH2CO2CH2CH2CO3Li这些产物。另外增强拉曼光谱结果表明4.2V条件下，有大量新拉曼谱峰出现，可见这个电压条件下，SEI膜的成分最复杂，产生的物种最多。 4.研究正极材料LiMn2O4在第一周不同充电电压下表面SEI膜的原位拉曼光谱。原位研究不改变体系的实际状态，因此可以得到真实而准确的结果。将表面沉积纳米金颗粒前后LiMn2O4材料分别做成电极，对电极为锂片，装入两个实验电池。由充放电仪控制实验电池的充放电状态，通过与共聚焦显微激光拉曼光谱仪的联用，可以实现电池中任一状态下SEI膜的拉曼光谱测量，以期得到较为完整而准确的SEI膜的组分和演化过程的信息。 结合原位的正常拉曼和增强拉曼光谱研究结果以及理论计算，可知在第一周的充电过程中材料表面SEI膜中除了存在有Li2CO3、LiOH·H2O，还有物种CH3CO3Li、CH3CH2CO3Li、CH3CH2CH2CH2CO3Li、LiOCH2CH(OLi)CH3、CH3CH2CH2CO3Li、LiCH2CH2CO3Li、LiOCH2CH2CO2CH2CH2CO3Li、LiCOOCH2CH2OLi生成存在。其中物种15是不同电压条件下的SEI膜的稳定的成分。通过原位增强拉曼光谱分析还发现了这些物种随电压的演变情况。