1. 研究目的与意义（文献综述）

当今社会，煤炭，石油等传统能源材料在日渐衰竭，以及传统化石能源使用过程中的污染问题也愈发突出。为了应对日益严峻的“能源环境危机”,发展新型绿色能源成为新的研究方向^[1,2]。其中,锂离子电池因具有能量密度高、输出电压高、自放电小、工作温度宽、无记忆效应和环境友好等特点，自商品化以来，被广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑等便携式电子设备中。而且大容量锂离子电池在混合动力汽车、插电式混合动力汽车及纯电动汽车中也有广泛的应用前景，同时它也可作为太阳能、风能、潮汐能和地热能等绿色能源的储能设备应用于小型电网系统。但是，目前锂离子电池中使用的电解质多为有机液体电解质，当电池老化、内部短路或过热时，有机液体易自燃而导致电池起火爆炸^[2]。为了大幅度提高锂离子电池的安全性和可靠性，目前我们迫切需要研发新的电解质体系。

聚合物电解质因其无挥发性，良好安全性，低可燃性，宽的电化学窗口以及良好的循环热稳定性而成为有机液体电解质的理想替代品。其中的聚合物溶盐电解质在近年来受到广泛关注。聚合物溶盐电解质是一种双离子型的聚合物电解质^[3-4]，阴阳离子均溶于高分子基体。但是，只有阳离子是有效的导电离子，由于阴离子的迁移速度比锂离子快，在充放电过程中会导致电解质盐产生浓度梯度，出现浓差极化，形成和外加电场反向的极化电压，阻碍离子的迁移，从而削减电池的充放电稳定性，降低电池的能量效率和使用寿命^[5]。更严重的问题是，阴离子会聚集在电解质和电极的界面上，弱化电解质中的电场并加剧界面的内应力^[6]。目前，主要的解决方法就是将阴离子以共价键的形式固定在聚合物上，从而形成“聚合物单离子电解质”^[7-11]。因具有机械强度大、热稳定性好、离子电导率高等特点，聚合物单离子电解质极有可能成为下一代锂电池用的电解质材料。以一个非离子性的主链作为主要部分，一种可离子化的或离子性的共聚单体作为次要部分的离子聚合物^[12]无疑是经过适当的改性制备聚合物单离子导体的最佳原料。而且由于离子基团的引入,离子聚合物中还存在离子～离子；离子～偶极；离子对～离子对之间的相互作用以及氢键相互作用和金属配合相互作用。这些使得离子聚合物一般比基体聚合物具有更好的力学性能以及热稳定性^[13],这在很大程度上可以缓解聚合物电解质普遍存在的离子传输性能和机械力学性能之间的矛盾。此外,由于离子聚合物中的少量离子基团能捕捉某些聚合物(如含卤聚合物)降解时所产生的小分子物质而使其在这些聚合物中能起到稳定剂的作用。而为了缓解单离子导电聚合物电解质离子电导率和机械强度之间的矛盾以及解决电流密度随使用时间迅速衰减等问题，目前普遍采用的方法是将与电解液相容性较好,吸液率高,能高效传导锂离子的聚合物单体和介电常数高,机械强度大的聚合物单体（如偏氟乙烯）经共聚反应合成的共聚物用作电解质这一方法,这使得具有稳定剂作用的离子聚合物在锂电方面拥有更为广阔的发展前景。

由于丙烯酸酯类聚合物与常规碳酸酯类电解液相容性很好，其常被用作聚合物电解质的基体材料。但在高电解液含量的情况下,它的力学性能和尺寸稳定性都会严重恶化,无法形成具有自支撑结构的薄膜^[14]。两性离子聚合物由于其聚合物分子链中同时含有阴离子基团和阳离子基团，而且正负电荷总数相等，因而具有“反聚电解质效应溶液行为”^[15],即其在盐溶液中分子构象反而较为舒展,表观黏度较高。这表明丙烯酸酯类两性离子聚合物在目前多以lipf₆作电解液,碳酸酯类小分子单体作溶剂的锂离子电池中将会有着良好的应用前景。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：以丙烯酸甲酯单体(ma)，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dac),十一烯酸钠为共聚组分，偶氮二异丁腈(aibn)为引发剂在70℃下引发聚合形成相应的丙烯酸甲酯两性离子聚合物。之后将聚合物溶液转移入截留一定分子量聚合物的透析袋中，用纯水透析后，再用相应溶剂洗去除目标三元共聚物之外的小分子物质，均聚物及二元共聚物。最后将得到的三元两性离聚物溶于水中获得黏度相对较小的溶液后,进一步通过旋涂法将其制成厚度一定的薄膜。

材料表征：对得到的丙烯酸甲酯两性离子聚合物及其薄膜进行结构表征和电化学性能测试,通过ftir、nmr、gpc、dma以及四探针方阻测试仪等技术手段分别对它们的化学组成、结构，分子量分布及相关电性能进行表征。

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4－7周：阴阳离子聚合物的合成及其薄膜材料的制备。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]刘亚. pba-pvdf固态电解质的制备和性能研究[d].武汉理工大学, 2015.

[2]朱玉松.高性能锂离子电池聚合物电解质的制备及研究[d]. 复旦大学,2013.

[3]zhang h, li c, piszcz m, et al. single lithium-ion conductingsolid polymer electrolytes: advances and perspectives[j]. chem soc rev ,2017,46(3):797-815.