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锂是质量最轻(M=6.94g/mol，ρ=0.53g/cm3)的金属，同时具有最低的电极电势(?3.04V v.s.标准氢电极)，被认为是高能量密度电池的终极理想负极。针对锂负极不稳定的界面反应带来的安全问题，本文以与锂金属相容性好、介电常数高的环状碳酸酯为切入点，研究了两种聚合物电解质在高电压锂金属电池中的应用，通过固态聚合物电解质优异的力学性能和在锂负极表面构筑稳固的SEI层两种方式对负极界面进行稳定。具体研究工作如下：
1.通过线性聚氧乙烯二胺与环状聚碳酸亚乙烯酯交联，制备了“刚柔并济”的固态聚合物电解质PVCOE-SPE。不同链段的刚性骨架聚碳酸亚乙烯酯在线性聚氧乙烯二胺末端氨基的进攻下亲核加成打开五元环，形成交联网络，在锂盐LiDFOB的复合下制得PVCOE-SPE。交联聚合物电解质具有优异的力学性能：PVCOE-SPE的断裂应力达到22MPa，同时断裂伸长率为350%，弹性模量平均在8GPa左右。PVCOE-SPE是无定形聚合物电解质，具有较低的玻璃化转变温度，热稳定性好，在60℃时离子电导率为4.59×10?5S cm?1，离子迁移数为0.32，同时具有较高的氧化分解电压(＞4.6V vs.Li+/Li)，且与锂金属有着良好的相容性；PVCOE-SPE组装的LiCoO2/Li电池在60℃下3~4.3V以0.2C充放电循环200圈具有70%的容量保持率，而且1C倍率下的放电比容量达到131mAh/g。通过扫描电子显微镜观察到循环后的锂负极相对平整，没有锂枝晶的生成，证明了PVCOE-SPE优异的力学性能对锂枝晶的有效抑制。以丁二腈为塑晶材料复合PVCOE-SPE，组装的LiCoO2/Li电池在60℃和室温下均有良好的循环稳定性。
2.以甲基丙烯酸异氰基乙酯与羟甲基二氧杂戊环酮为原料，通过N-H-C烷氧基-加成反应得到含有环状碳酸酯的单体CUMA，在碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的塑化下通过原位聚合的方法自由基引发CUMA聚合，制得凝胶聚合物电解质PCUMA-GPE。侧链含环状碳酸酯的聚合物基质PCUMA的LUMO能级较低，在锂负极能够优先参与形成SEI层。PCUMA-GPE具有优异的电化学性能：室温下的离子电导率为1.25×10?3S/cm，离子迁移数达到0.44，氧化分解电压在5V以上，与锂金属具有良好的相容性。组装的LiCoO2/PCUMA-GPE/Li金属电池在3~4.45V电压范围内0.5C循环200圈具有92%的容量保持率，同时在10C的大倍率下具有较高的放电比容量，且变倍率放电容量损失低。对锂负极进行深入的表征发现，PCUMA在锂负极表面参与形成了均匀致密且弹性模量高的聚合物增强的SEI层，能够有效抑制锂枝晶的生长，使锂负极界面保持稳定。
1.通过线性聚氧乙烯二胺与环状聚碳酸亚乙烯酯交联，制备了“刚柔并济”的固态聚合物电解质PVCOE-SPE。不同链段的刚性骨架聚碳酸亚乙烯酯在线性聚氧乙烯二胺末端氨基的进攻下亲核加成打开五元环，形成交联网络，在锂盐LiDFOB的复合下制得PVCOE-SPE。交联聚合物电解质具有优异的力学性能：PVCOE-SPE的断裂应力达到22MPa，同时断裂伸长率为350%，弹性模量平均在8GPa左右。PVCOE-SPE是无定形聚合物电解质，具有较低的玻璃化转变温度，热稳定性好，在60℃时离子电导率为4.59×10?5S cm?1，离子迁移数为0.32，同时具有较高的氧化分解电压(＞4.6V vs.Li+/Li)，且与锂金属有着良好的相容性；PVCOE-SPE组装的LiCoO2/Li电池在60℃下3~4.3V以0.2C充放电循环200圈具有70%的容量保持率，而且1C倍率下的放电比容量达到131mAh/g。通过扫描电子显微镜观察到循环后的锂负极相对平整，没有锂枝晶的生成，证明了PVCOE-SPE优异的力学性能对锂枝晶的有效抑制。以丁二腈为塑晶材料复合PVCOE-SPE，组装的LiCoO2/Li电池在60℃和室温下均有良好的循环稳定性。
2.以甲基丙烯酸异氰基乙酯与羟甲基二氧杂戊环酮为原料，通过N-H-C烷氧基-加成反应得到含有环状碳酸酯的单体CUMA，在碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的塑化下通过原位聚合的方法自由基引发CUMA聚合，制得凝胶聚合物电解质PCUMA-GPE。侧链含环状碳酸酯的聚合物基质PCUMA的LUMO能级较低，在锂负极能够优先参与形成SEI层。PCUMA-GPE具有优异的电化学性能：室温下的离子电导率为1.25×10?3S/cm，离子迁移数达到0.44，氧化分解电压在5V以上，与锂金属具有良好的相容性。组装的LiCoO2/PCUMA-GPE/Li金属电池在3~4.45V电压范围内0.5C循环200圈具有92%的容量保持率，同时在10C的大倍率下具有较高的放电比容量，且变倍率放电容量损失低。对锂负极进行深入的表征发现，PCUMA在锂负极表面参与形成了均匀致密且弹性模量高的聚合物增强的SEI层，能够有效抑制锂枝晶的生长，使锂负极界面保持稳定。