锂离子电池功能化复合聚合物电解质的制备及性能研究

Rapidly growing demand for high energy-density and high power-density lithium-ion batteries has motivated researchers to focus on the accompanying battery safety failures. In particular, from the viewpoint of suppressing internal short-circuit problem, a separator in a lithium-ion battery is considered a critical component to secure battery safety.This project is focused on the SiO2 based polyolefin ceramic separators, which includes 3 parts: (1) Research on the relationship between the morphology of the ceramic and the performance of the separators, to make sure the mechanism of the structure and the interface act on the thermal stability and electrochemical properties. (2) Building one to three dimensional organic/inorganic composite ceramic structures to improve the performance of the ceramic separators. (3) Research on the functional SiO2 ceramic preparation and their effect on the performance of the separators. To enlarge the research contents of ceramic separators by introducing the electron-lacking group B-O and silane flame retardant group into/onto Si-O framework or surface and gain some functional ceramic separators.

解决锂离子电池的安全性问题，研究高安全性电解质材料则是其中最为直接和关键的课题，复合聚合物电解质(CPE)是从电解液和隔膜协同的角度解决这一问题的途径之一。但填料在CPE中的作用机制并不明确。本课题拟以二氧化硅做为填料的目标材料，从形貌、结构、成分等角度设计并合成功能化的二氧化硅填料，构筑不同的填料/聚合物界面，研究填料在CPE中的作用机制，具体研究：(一) 形貌明确的(Well defined)填料与CPE的性能及作用机制,研究不同形貌的填料在CPE中的作用机制，建立填料微观形貌与CPE宏观性能的“构效关系”; (二) 结构优化的有机/无机复合功能化填料与CPE的性能及作用机制，确认填料表面状态对CPE性能的影响机理; (三) 成分功能化的填料与CPE的性能，通过引入具有电化学活性的官能团，获得具有复合功能的CPE体系。

本项目重点开展了复合聚合物电解质(CPE)研究，构效关系研究着重研究了陶瓷粉体微观结构与CPE宏观性能的相互关系；功能化研究则从结构功能化和成分功能化对CPE的功能进行了优化，并通过溶液聚合和辐照预接枝等方法发展了多种基于成分功能化的单离子导体聚合物电解质及通过原位水解、氧化、锂化的过程，成功制备适用于锂硫电池的聚合物电解质膜；此外，项目在开展期间，针对填料功能化适用领域宽等特点，还主动将研究范围横向扩展到陶瓷涂覆功能隔膜等，扩大了课题的研究内容的内涵和外延。本课题在国际学术刊物上正式发表SCI论文8 篇（包括JCR 一区期刊1篇Energy & Environmental Science和2篇Journal of Membrane Science），研究成果获得国内外同行的好评。同时，以本课题为依托培养博士研究生5人（其中已毕业1人），硕士研究生8 人（其中已毕业4人）。