随着便携式电子设备的普及和电动汽车的发展,对于锂离子电池的性能要求日益提高。作为锂离子电池中的一个重要部件,隔膜不仅隔离正负极作用,决定电池的内阻,也影响电池的能量密度、倍率性能、循环性能、安全性能等,因此,隔膜性能的提高对改善锂离子电池的性能有重要意义,同时相对于电极材料的研究,这个方向研究相对较少。基于此,本论文的研究从改善隔膜的离子和电子的扩散速率出发,在商业化隔膜上增加了石墨烯复合导电功能层,获得了具有优异的锂离子透过性和单侧(石墨烯层)导电性新型隔膜。首先,制备了石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜并进行性能研究。采用涂覆方法在商业化隔膜上获得了石墨烯/聚偏氟乙烯功能层。石墨烯片层搭接形成三维导电网络,提高了隔膜与电解液的接触面积,聚偏氟乙烯有极性键,与电解液的相溶性较好,改善了隔膜与电解液的浸润性,功能层能够同时提高离子和电子的扩散速率,同时也提高了热稳定性。石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜应用于磷酸铁锂为正极的锂离子电池中,2C时,容量保持在120 m Ah/g左右,约为使用普通隔膜的3倍,5C时,容量仍能80mAh/g以上。通过同时提高离子和电子的扩散速率,可以实现锂离子电池的倍率性能提高。该方法简单,易操作,便于工业化生产。其次,提出水浴处理的方法,来调控石墨烯/聚偏氟乙烯功能层的孔结构进一步提高对于电解液的吸液能力。通过常温水浴相转化,来获得多孔结构功能层。多孔功能层吸收电解液后,可形成三维导电凝胶网络,与致密功能层相比具有更好的吸液保液能力,因而更利于离子和电子的传输。多孔石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜应用于以磷酸铁锂为正极的锂离子电池中,5C时,比容量可达110mAh/g,且600次循环后的容量保持率接近100%。多孔石墨烯/聚偏氟乙烯功能层隔膜也可拓展到锂硫电池中,可吸附阻挡多硫离子,利于锂离子和电子快速传输,提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。本研究为制备长寿命、可快充及高功率锂离子电池和锂硫电池提供了新的解决方法。