1. 研究目的与意义（文献综述）

目前大规模商业化的锂二次电池普遍采用有机碳酸酯类的液态电解质，易泄露、易燃烧、易爆炸等安全问题限制了该类电解质的进一步应用。全固态聚合物电解质（all-solid-state polymer electrolytes，ASPEs）电池具有安全性能好、能量密度高、工作温度区间广、循环寿命长等优点，是锂离子电池领域的研究热点之一。PEO基ASPEs 是研究最早且研究最多的全固态聚合物电解质体系，但该体系电解质用于锂二次电池中普遍存在室温离子电导率偏低（约10^–7 S/cm）的严重问题，而提高该体系离子电导率的重要手段之一即向其中添加无机颗粒，目前广泛研究的填料主要有两类：一是惰性陶瓷氧化物如Al₂O₃，SiO₂和TiO₂等，它们不提供锂离子因此不参与锂离子的传导；二是含锂氧化物，如Li₃N，Li₇La₃Zr₂O₁₂等，它们是锂快离子导体，本身就具有较高的离子电导率和锂离子迁移数，可以直接参与锂离子传导过程。近年来，随着金属有机框架（MOF）研究的兴起，其固态电解质中的应用也引起了广大研究人员的关注。MOF本身属于有机-无机混合体系，结构、功能可以调控，因此将其用作一种新型填料在固态电解质中会具有广泛的应用前景。

无机填料主要有以下三个方面作用：① 降低结晶度，增大无定形相区，利于Li 迁移；② 填料颗粒附近可以形成快速Li 通道；③增加聚合物基质的力学性能，使其易于成膜。要开发出能应用于全固态锂电池的聚合物电解质，除了要求其具有高的室温离子电导率外，其电化学稳定性，高的锂离子迁移数，电极之间的兼容性和电解质自身热稳定性都是必须要考虑的。本研究聚焦于惰性陶瓷氧化物SiO₂的表面改性，然后将其与PEO和锂盐混合组成PEO-SiO₂-LiX（X=BF₄^-，N(CF₃SO₂)₂^-等）三元全固态聚合物电解质，制成具有一定机械强度，能满足扣式电池装配的聚合物电解质膜。测试不同官能团表面功能化后的SiO₂对聚合物电解质的离子电导率、锂离子迁移数、玻璃化转变温度（T_g）等参数的影响。实现SiO₂纳米颗粒从“惰性”向“活性”的功能转变。对聚合物的电解质制备方法进行优化，进一步提高PEO基全固态聚合物电解质的室温电导率，并尝试将其用于全固态聚合物锂电池的组装中，并对电池的电化学性能进行测试。本研究对促进全固态聚合物锂电池的发展具有重要的科学价值。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：用硅烷偶联剂（3-氨丙基三乙氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷等），胶体二氧化硅（如ludox hs-40）等为主要原料合成表面功能化的单分散sio₂颗粒（functionalized-sio₂），将其用作无机填料加入聚氧化乙烯（peo，m_w=600,000）中，并按一定比例掺入锂盐（eo/li =8,10,20等），制备出厚度、机械强度能满足扣式电池装配全固态的聚合物电解质薄膜。对其形貌、组成、电化学性能进行表征，以判断其可实用性，并最终组装成全固态锂离子电池，并对电池的基本性能进行测试。

研究目标：获得室温离子电导率能达到10^-4s/cm，60℃时离子电导率能达到10^-3s/cm的聚合物固态电解质，将其用于全固态锂离子电池的组装，在高温（60℃）下测试其电化学性能（循环性能、倍率性能等）。

技术方案及措施：

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-8周：按照设计方案，合成表面功能化的纳米sio₂颗粒。

第9-12周：测试复合聚合物电解质的综合性能并组装固态锂离子电池，测试其电化学性能。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 李荻. 电化学原理[m]. 北京航空航天大学出版社, 1989.

[2] 张密林, 丁立国, 景晓燕,等. 纳米二氧化硅的制备、改性与应用研究进展[j]. 应用科技, 2004, 31, 64-66.

[3] 黄勇, 巫峡, 曹云峰,等. 纳米sio2表面改性及其应用[j]. 常州大学学报(自然科学版), 2006, 18, 60-64.