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锂离子电池已经广泛运用到便携电子设备和电动汽车等领域,但目前其能量密度和安全性还难以满足需求,采用锂金属负极能大幅提升电池的能量密度,与此同时也给电池的安全性带来了更大的挑战。聚合物电解质有安全性好和对锂金属稳定性的优点,被认为是最有前景的下一代电解质材料,但要获得兼具优异的电化学性能和力学性能的聚合物电解质仍然非常困难。本文通过向聚氧化乙烯(PEO)基聚合物中引入表面接枝的纳米Si02作为交联剂,提高聚合物电解质的性能,并制备了两种不同结构的PEO基复合聚合物电解质,主要分为两个部分,具体内容如下:(1)利用Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷对纳米Si02进行接枝改性,使其能作为交联剂与聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)和聚醚胺(DPPO)在加热的条件下聚合,生成具有三维交联结构的PEO基复合聚合物电解质(3D-GCPE)。研究结果表明:该电解质的室温离子电导率高达4.65×10-3Scm-1,锂离子迁移数达到了 0.45,还具有5.4 V(vs.Li+/Li)的宽电化学窗口。该电解质拥有不错的力学性能,拉伸强度和断裂伸长率分别达到了 8.95 MPa和181.9%。该电解质还具有良好的对锂金属稳定性,组装的Li/3D-GCPE4/LiFePO4表现出优异的循环性能和倍率性能,1C循环500圈后的容量保持率在90%以上,在10C的倍率下,仍能保持124 mAh g-1的高容量。另外,该电解质还能够配合高电压正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和LiNi0.5Mn1.5O4,并表现出了良好的循环性能。(2)利用简便的紫外光引发,将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷接枝的纳米Si02、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)和聚乙二醇甲醚丙烯酸酯(PEGEMA)聚合形成梳状的PEO网络,聚合过程中该PEO网络与线性的偏氟乙烯-六氟丙烯无规共聚物(PVDF-HFP)网络相互贯穿,形成一种半互穿网络结构的PEO基复合聚合物电解质(Semi-IPN-GCPE)。研究结果表明:该电解质的室温离子电导率高达2.71×10-3Scm-1,电化学窗口达到了 5V,拉伸强度和断裂伸长率分别达到了 7.01 MPa和248.1%,热分解温度高达330℃。该电解质对锂金属稳定性好,组装的Li/Semi-IPN-GCPE/LiFePO4电池表现出优良的循环性能和倍率性能,1C倍率循环300圈后,仍剩余141.3 mAh 的可逆容量,在10C倍率下,具有103.4 mAh g-1的高容量,远优于传统液态电解液的性能。