新型离子液体/陶瓷复合电解质体系及其在二次电池中的应用研究

硫能可逆存储碱金属离子（Na+,Li+等），具有较高理论容量，是二次电池中很有潜力的正极材料，但活性利用率低、循环性差、导电率低及反应产物溶于常规有机电解质等缺点是制约其应用的主要障碍。本项目设计一类具有一体化结构的纳米晶态多孔/致密薄膜陶瓷，进一步在多孔陶瓷骨架中在线复合设计的新型离子液体，构筑高导电率复合电解质。在特定工艺条件下利用改性微乳液法等方法在多孔陶瓷中在线形成颗粒尺寸低于20-30纳米的活性硫/导电复合相；利用陶瓷电解质与活性硫形成相对稳定的界面特性，同时离子液体提高活性硫与陶瓷电解质之间固/固相界面的润湿特性，抑制反应产物溶解及提高反应可逆性。项目将系统研究纳米复合硫在设计的新型复合电解质中可逆嵌脱Li+或Na+的动力学和热力学行为，建立不同反应深度下碱金属离子/电子的电化学交换反应模型，分析影响硫电极电化学性能的主要因素，进一步设计高容量原理型薄膜固态二次电池。

硫由于具有高的理论比容量和能量密度，且原料来源丰富和成本低等优点，是下一代锂电池最有希望的正极材料。然而将硫作为正极与碱金属负极组装成电池还存在很大的挑战，目前仅在高温电池中实现了商业化。由于硫和最终的产物都是绝缘体，同时电化学反应中间产物会溶解到有机电解液中，造成活性硫的损失及电池循环性能的快速衰减。为了改善硫电极的电化学循环稳定性、抑制放电中间产物的溶解，围绕本项目规定的任务，一方面制备纳米复合结构的硫电极，利用高导电性物质负载纳米硫及吸附放电产物；另一方面制备离子液体复合电解质抑制多硫化物的溶解，提高硫的利用率。所制备的管状聚吡咯-硫复合电极，在有机电解液中首次放电容量为1170 mAhg-1，循环80次后容量还能达到650 mAhg-1。该复合电极在离子液体凝胶电解质中循环20次后容量为800 mAhg-1。通过改进导电相的形貌和结构，改善硫在导电相中的分布均匀性来提高锂硫电池的电化学性能。本项目的开展为高性能锂硫电池的研究奠定基础，设计陶瓷基/离子液体复合电解质，丰富了固态电池的制备技术。. 该项目已发表论文21篇，其中16篇为SCI收录，发表的文章中英文18篇，此外还有审稿中和完稿的4篇英文研究论文。该项目共参加国际会议5次，发表会议文章5篇，申请发明专利5项，培养博士研究生4名。