为了满足锂电池的高安全性的需求，隔膜和固态电解质的研究是至关重要的。其中隔膜能够绝缘电子且允许电解液通过的特性，被广泛应用于传统的液态锂电池体系；而固态电解质可以看作是“隔膜+电解液”体系，兼具绝缘电子和传导离子的特性为一体，且其具有不流动、不易挥发和不易燃的性质而被认为是有望解决电池安全性的候选材料。另一方面，为了使得具有更高能量密度的锂金属电池能够应用于日常生活，无论是隔膜还是固态电解质，均需要具备抑制锂枝晶生长和促进有效锂离子传导的能力。因此提升抑制锂枝晶生长的能力和有效的锂离子传导性是隔膜和电解质研究所需要解决的两个关键的科学问题。本课题组通过隔膜功能化改性和聚合物电解质结构设计两个方面入手，提供具有创新性的解决方案：
1、新型紫外线引发的锂金属电池互穿网络凝胶聚合物电解质
通过紫外线辐照自由基聚合，设计并制备了一种新的锂化互穿网络凝胶聚合物电解质（LIPN-GPEs）。LIPN-GPE由聚（锂化2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸-共聚乙二醇丙烯酸酯）基体（AMPSLi-MPEGA）和PAN组成。相互渗透的网络确保了机械强度和灵活性，消除了锂沉积/剥离过程中锂阳极的体积变化。同时， LIPN-GPEs具有更好的自支撑性和高离子电导率（2.5 × 10−3 S/cm）可以促进锂离子的运动，使分布更均匀，从而实现均匀的锂沉积和稳定的SEI组成。
Journal of Power Sources, 2022, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.231681.
2、单离子核壳结构凝胶聚合物电解质锂离子的导电和热稳定性双功能电池
新型单离子导体凝胶聚合物电解质（SIGPE）通过将阴离子固定在聚合物骨上，可以有效抑制阴离子极化。进一步提高SIGPE的热稳定性对LIB的安全性起着重要作用。本文制备了一种以热稳定聚酰亚胺为核心和复合单离子导体聚合物组成的新型双官能团核壳结构复合材料。研究了纤维形貌与纺丝参数和热处理温度的关系。因此，复合核壳结构膜在高达 190 °C 的温度下表现出优异的高尺寸热稳定性。 此外，当充电后的半电池储存在150 °C时，核壳结构SIGPE电池表现出优异的电位稳定性，而普通电池则快速短路，大大提高了锂离子电池的安全性。
Journal of The Electrochemical Society, 2022, DOI: 10.1149/1945-7111/ac79d5.
3、纤维素隔板多孔结构的应用:锂离子电池中的离子传导路径
本工作中制备了功能化的纤维素隔膜，并可以通过涂层的优化影响离子的传导行为。首先对纤维素隔板TF4030进行原子层沉积(ALD)处理，在纤维素纤维表面上形成二氧化硅(SiO2)增强涂层;然后对ALD层进一步进行化学修饰，接枝特定的含硼基团-NH-B(OH)2，在纤维素纤维表面形成功能化结构。由于隔膜孔洞中广泛分布的含有缺电子硼的基团，促进了锂离子的传导，锂离子迁移数可增加到0.48。通过密度泛函理论(DFT)计算证明，造成这种现象的根本原因是缺电子硼基与阴离子的结合削弱了阴离子的传导，缺电子硼基与溶剂的结合影响了电解质中锂离子的脱溶。因此，使用功能化纤维素隔膜组装的电池具有更好的电池性能。
Journal of Electroanalytical Chemistry, 2022, DOI: 10.1016/j.jelechem.2022.116937.
4、具有体积响应的离子通量自我调节策略锂金属电池的隔膜
在本工作中，一种体积响应式隔膜，其中核壳结构包含热塑性聚氨酯(TPU)/聚偏氟乙烯(PVDF)纤维和SiO2涂层的设计能够限制锂枝晶的生长。该功能隔膜能够像人造肺一样适应体积变化，并与电极保持紧密接触，从而形成均匀且紧密的SEI界面层。与此同时,实验和从头算分子动力学（ab initio MD）结果表明该功能隔膜可以调节的传输通道和扩散系数(D) 。该隔膜组装锂对称电池可以在1.0 mA cm−2电流下运行1000小时而不短路。此外，PVDF的低熔点可以在170℃时关闭隔膜孔道阻止离子传导，保证了热安全性的电池。基于上述优点，该TPU/PVDF – SiO2改性的隔膜具有较大的商业化推广潜力。
ACS Applied Materials & Interfaces, 2022, DOI: 10.1021/acsami.2c15101.
5、LLZO和Li-Nafion粘结剂构建离子选择性涂层隔膜用于锂硫电池
本文采用一种固相涂层隔膜策略，使其具有锂离子选择性。该涂层是基于煅烧陶瓷Li7La3Zr2O12 (LLZO)和通过简单涂覆工艺方法形成的。这样薄而致密涂层可将的隔膜空隙通过锂化Nafion (Li-Nafion)填充，并通过库仑相互作用阻挡聚硫离子磺化基团和允许锂离子传导。这样的致密性和离子选择形成了双重屏障效应，使得锂离子迁移数可达0.79。相应的，锂硫电池与离子选择性隔膜组装的锂硫电池有较好锂沉积行为，并表现出优异的循环性能和容量保持率 。
ChemElectroChem, 2022, DOI: 10.1002/celc.202200416.
