绿色高效制备纤维素基聚合物电解质多孔膜及其在锂离子电池中的应用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51773134
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0306.高分子材料与环境
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Porous polymer electrolyte membranes are attractive for developing polymer lithium ion battery (PLB) because of the combined advantages of liquid and solid polymer electrolyte. But their preparation process is complex, and usually various solvents are used. What’s more, it is hard to simultaneously obtain the porous polymer electrolyte membranes with high ionic conductivity and mechanical properties. How to address these problems becomes a real challenge for both scientific and industrial fields. . In order to solve the above issues, we will design and synthesize a series of poly(lithium methacrylic acid) (PMALi) and PMALi copolymers with different lithium content, and then blend PMALi/PMALi copolymers with water-soluble cellulose derivatives possessing excellent film-forming ability, good mechanical properties and thermal stability in water. Due to the coordination interaction of Li+ with the oxygen of cellulose derivatives, the blend membranes will present micro-phase separation, which will lead to the formation of porous structure. The interaction between PMALi/PMALi copolymers with cellulose derivatives with different viscosity and degree of substitution will be investigated in detail, in order to find out the relationship between the porous structure and micro-phase separation. Via this investigation, a green and effective fabrication mechanism for porous polymer electrolyte membranes will be proposed for the first time. The porous morphology, the adsorption for liquid electrolyte, ionic conductivity as well as the electrochemical properties for this new porous polymer electrolyte membrane will be systematically studied, and relationship among the structure of porous polymer electrolyte membranes and their properties will be established. Besides this, a novel method for simultaneously obtain the porous polymer electrolyte membranes with high ionic conductivity and mechanical properties will be revealed. Therefore, this project has both scientific meaning and application prospects, which will provide a scientific basis for the actual application of this new porous gel polymer electrolyt in PLB.
针对聚合物电解质多孔膜制备过程繁琐、需要使用多种有机溶剂,以及存在离子电导率与基材机械强度难以同时提高的技术难题,本项目拟通过分子设计合成一系列锂离子含量不同的聚甲基丙烯酸锂及共聚物,然后将其与具有优异成膜性、较好机械强度和热稳定性的水溶性纤维素衍生物在水中进行共混。由于锂离子与纤维素上的氧原子发生配位作用导致微相分离,进而形成多孔结构。详细研究具有不同黏度、取代度及不同化学环境氧原子的纤维素衍生物与聚甲基丙烯酸锂及共聚物的相互作用及相形态演变,弄清微相分离与孔洞形成的关系,提出绿色高效制备多孔聚合物基材的新机制。通过对制备的聚合物电解质多孔膜的形貌、对液体电解质浸取情况、离子电导率及电化学性能的研究,建立多孔凝胶聚合物电解质结构与其性能的构效关系,探索出获得同时具有较高离子电导率和综合性能优异的聚合物电解质多孔膜的新方法,为该多孔凝胶聚合物电解质在聚合物锂离子电池中的应用奠定科学基础。

结项摘要

针对聚合物电解质多孔膜制备过程繁琐、需要使用多种有机溶剂,以及存在离子电导率与基材机械强度难以同时提高的难题,本项目通过设计合成了高锂离子含量的聚甲基丙烯酸锂,利用其与与纤维素的配位作用在水制备出多孔膜,多孔膜的拉伸强度介于16.7-5.8 MPa,电导率达到1.39×10-3 S cm-1,同时在200 °C以下的环境中保持稳定。详细研究了二者的相互作用及微观相分离行为,提出了聚合物多孔膜制备的新机制。在此基础上,为了提高锂离子电池的安全性能,以多孔膜为基材,通过原位聚合、聚合物复合、有机-无机杂化等多种方式将含磷聚合物、聚离子液体、二氧化硅改性聚离子液体等引入其中制备了多种凝胶聚合物电解质,详细研究了电解质的形貌、热性能、机械性能、电化学性能以及安全性能等,制备出了同时具有高安全性和高电化学性能的锂离子电池,构建了结构与性能的关系,为聚合物电解质在高安全性锂离子电池中的应用奠定了科学基础。在本项目的资助下,已发表SCI论文11篇,影响因子在6.0以上的8篇,申请发明专利1项,培养研究生6人(2人在读),完全达到预期设计,实现了项目的研究目标。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(0)
Multifunctional interlayer with simultaneously capturing and catalytically converting polysulfides for boosting safety and performance of lithium-sulfur batteries at high-low temperatures
同时捕获和催化转化多硫化物的多功能中间层可提高锂硫电池在高低温下的安全性和性能
  • DOI:
    10.1038/nchem.2208
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Energy Chemistry
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Chen Xiao-Shuan;Gao You;Zhu Guo-Rui;Chen Hui-Jun;Chen Si-Chong;Wang Xiu-Li;Wu Gang;Wang Yu-Zhong
  • 通讯作者:
    Wang Yu-Zhong
Poly(ionic liquid)-Based Hybrid Hierarchical Free-Standing Electrolytes with Enhanced Ion Transport and Fire Retardancy Towards Long-Cycle-Life and Safe Lithium Batteries
基于聚(离子液体)的混合多级独立式电解质,具有增强的离子传输和阻燃性,可实现长循环寿命和安全的锂电池
  • DOI:
    10.1002/celc.201900686
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ChemElectroChem
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Huang Teng;Long Man-Cheng;Wu Gang;Wang Yu-Zhong;Wang Xiu-Li
  • 通讯作者:
    Wang Xiu-Li
Simultaneously Porous Structure and Chemical Anchor: A Multifunctional Composite by One-Step Mechanochemical Strategy toward High-Performance and Safe Lithium Sulfur Battery
同时多孔结构和化学锚:通过一步机械化学策略实现高性能和安全锂硫电池的多功能复合材料
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b14947
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Zhu Zhao-Yan;Yang Na;Chen Xiao-Shuan;Chen Si-Chong;Wang Xiu-Li;Wu Gang;Wang Yu-Zhong
  • 通讯作者:
    Wang Yu-Zhong
One-step preparation of poly(ionic liquid)-based flexible electrolytes by in situ polymerization for dendrite -free lithium ion batteries
原位聚合一步法制备聚离子液体柔性电解质用于无枝晶锂离子电池
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2019.122062
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Huang Teng;Long Man-Cheng;Wang Xiu-Li;Wu Gang;Wang Yu-Zhong
  • 通讯作者:
    Wang Yu-Zhong
Thermotolerant and fireproof gel polymer electrolyte toward high-performance and safe lithium-ion battery
耐热防火凝胶聚合物电解质走向高性能安全锂离子电池
  • DOI:
    10.1016/j.jechem.2021.05.027
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Energy Chemistry
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Long Man-Cheng;Wang Ting;Duan Ping-Hui;Gao You;Wang Xiu-Li;Wu Gang;Wang Yu-Zhong
  • 通讯作者:
    Wang Yu-Zhong

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王玉忠

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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