新型含阴离子受体基团的锂离子二次电池聚合物电解质隔膜研究

导电性和离子迁移数是锂离子二次电池中广泛使用的微孔聚合物电解质两项重要参数，辐射接枝酯类单体可改善微孔聚合物电解质隔膜与有机电解液相容性从而提高其离子电导率；含阴离子受体基团的氮杂醚类化合物添加剂能与锂盐阴离子形成络合物，促进锂盐的解离、抑制阴离子运动，提高锂盐的导电率和锂离子迁移数。本研究结合上述两者的优点，采用辐射接枝方法将含氨基的酰胺或酯类单体共价键结合到PE/PVDF聚合物电解质隔膜上后将氨基活化为阴离子受体基团，进行新型含阴离子受体基团的聚合物电解质隔膜的结构性能研究。通过研究氨基单体接枝率、阴离子受体引入量、分布等性质与改性聚合物电解质隔膜的结构、电化学性能及电池性能的规律，指导具有高电导率和高锂离子迁移数的新型聚合物电解质隔膜的研究，为高性能锂离子二次电池用聚合物电解质隔膜的研制奠定基础，提供新的思路，为锂离子二次电池的发展及国家的能源结构升级做出贡献。

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、安全性能高等优点，被广泛应用于个人电脑、相机、手机等数码电子产品中。通常由隔膜、电解液、正极和负极组成。电池隔膜是重要组成部分，能够阻止电池正负极接触同时多孔结构又能保证锂离子的快速通过，对电池的电容量、循环特性、安全性能等都有很大的影响。辐射接枝是一种应用广泛的聚合物改性方法，通过高能电离辐射作用于聚合物进而引发接枝聚合,赋予聚合物新的特性，无需添加剂,绿色环保无污染且操作简单易行。.采用辐射接枝的方法，在PE、PP商用隔膜上成功接枝丙烯酰胺单体，改变单体参数得到不同接枝率的PE-g-PAAm、PP-g-PAAm膜，选择电解液溶剂作为浸润剂，测量对电解液的吸附能力，并对接枝膜进行化学结构的分析和各种性能的表征。在吸液量和电导率测试方面，接枝后隔膜性能均明显优于于原始的PE、PP隔膜。组装的纽扣电池充放电性能表明，接枝PAAM后的隔膜组装的锂离子电池性能明显优于原始PE、PP隔膜组装电池的性能。.将接枝PAAM后PE、PP隔膜与三氟甲烷磺酸酐反应制备得到含三氟甲烷磺酸阴离子受体基团的隔膜样品，并对隔膜膜进行化学结构的分析和电化学性能的表征。引入三氟磺酸阴离子受体基团后，隔膜锂离子的电导率反而大大降低，锂离子迁移数也明显降低。.选择PE无纺布为基材，通过γ射线辐照引发PE无纺布接枝醋酸乙烯酯单体制备锂电隔膜，研究反应单体浓度对接枝率的影响。采用常规的高分子表征方法如FT-IR、DSC、TG、XPS、SEM、接触角测试等对上述隔膜进行化学结构及物理性质进行表征。接枝后隔膜对电解液的吸附能力明显增强，同时PE-g-PVAc隔膜对电解液溶剂的接触角迅速降低，表明接枝的聚醋酸乙烯酯支链与电解液溶剂之间有更好的相容性，锂离子的电导率也有效提高。恒电流充放电循环测试及不同倍率充放电性能表明接枝后隔膜构建的锂离子二次电池比容量明显提高，高倍率充放电时电池性能更好。.还开展了其他辐射化学及锂离子电池电极材料相关研究，利用辐照还原方法，在醇/水混合体系中，无氧条件下，通过高能射线辐照产生的还原性辐解产物，成功实现了氧化石墨烯的还原制备。将化学还原得到层状石墨烯片组装成锂离子电池负极材料进行循环充放电测试，显示了其具有良好的电化学稳定性和锂离子充放电性能。利用化学还原自组装方法，成功地在乙二胺/水体系中将氧化石墨烯还原组装成超轻三维石墨烯气凝胶材料等