传统的锂离子电池由于使用易挥发、易燃烧、易泄露的有机液态电解质,存在较大的安全隐患。使用固态聚合物电解质制备的全固态锂离子电池,能够避免液体电解质带来的安全问题,此外还具有能量密度高、加工成型简单等优点,成为当前锂电池研究领域的热点。围绕设计和开发新型固态聚合物电解质和全固态锂离子电池这一主题,本论文从聚氨酯的分子结构出发,通过设计不同的软硬段组成,制备了系列聚氨酯基固态聚合物电解质,并以聚氨酯为骨架,制备了聚氨酯基柔性正极膜和柔性全固态锂电池,为固态聚合物电解质和全固态锂离子电池的开发提供了新的思路。论文第一章介绍了锂离子电池的主要类型和固态聚合物电解质的离子导电机理,综述了固态聚合物电解质的基体和全固态锂电池的结构设计等方面的最新研究进展,提出了本论文的研究内容。论文第二章列出了本论文实验过程中使用的主要原料和仪器设备,介绍了实验过程中的测试方法。论文第三章以异氟尔酮二异氰酸酯、聚丙二醇、1,4-丁二醇和非离子聚醚二元醇为原料,合成了一种具有梳状结构的水性聚氨酯(NWPU),将NWPU与高氯酸锂(LiClO4)复合,制备了系列NWPU基固态聚合物电解质,研究了锂盐浓度对电解质性能的影响。研究表明,NWPU基电解质具有较好的力学性能和电化学稳定性,锂离子能够与聚氨酯软硬段络合,锂离子的传导主要发生在聚氨酯的软段区域,当LiClO4加入量为15 wt%时得到的NWPU基电解质综合性能最佳,在40℃和140℃时的离子电导率分别达到5.44×10-6 S cm-1和2.35×10-3Scm-1。论文第四章将第三章合成的NWPU和聚氧化乙烯(PEO)共混,并与双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)复合,制备了系列NWPU/PEO基复合固态聚合物电解质。研究表明,NWPU和PEO具有良好的相容性,NWPU作为聚合物骨架提高了 NWPU/PEO基复合固态聚合物电解质的力学性能和电化学稳定性,其中以NWPU与PEO质量比为1:3、LiTFSI加入量为30 wt%时制备的SPE2电解质综合性能最佳,拉伸强度达到1.3MPa,电化学窗口达到4.8 V,60℃时离子电导率达到8.2×10-4Scm-1。以SPE2组装的LiFePO4/SPE2/Li全固态电池在80℃、0.2C时放电比容量达到160 mAh g-1,1C循环100次容量保持率为96%。论文第五章以1,6-六亚甲基二异氰酸酯、聚碳酸酯二元醇和一缩二乙二醇为原料,合成了系列不同软硬段含量的聚碳酸酯型聚氨酯(PCPU),将PCPU与LiTFSI复合得到PCPU基固态聚合物电解质。研究表明,PCPU的拉伸强度随着硬段含量的增加而增大,最高可以达到23 MPa。以硬段含量为10 wt%、LiTFSI加入量为20 wt%制备的PCPU10-20%Li电解质综合性能最佳,60℃和80℃时的离子电导率分别达到1.58×10-5 S cm-1和1.12×10-4 S cm-1。以PCPU10-20%Li电解质组装的全固态锂电池在60℃和80℃时具有优异的循环性能。论文第六章通过相转化法以热塑性聚氨酯(TPU)、LiFePO4和导电炭黑(SP)为原料,制备了系列聚氨酯基柔性正极膜,研究了 TPU加入量对柔性正极膜性能的影响。研究表明,相转化得到的正极膜具有柔性和多孔性,且正极膜的孔隙率和吸液率随着TPU加入量的增加而增大,从而显著提高了柔性正极膜的倍率性能。论文第七章在第六章的基础上,将固态电解质浇铸在柔性多孔正极膜内部,得到正极/电解质一体化设计的柔性全固态锂电池,研究了溶剂加入量对正极膜形貌和柔性全固态电池性能的影响。研究表明,随着溶剂加入量的增大,正极膜内部会形成指状大孔,有利于电解质胶液的渗入,以复合电解质制备的柔性一体化固态电池具有较好的循环性能。论文第八章对全文进行了总结,提出了存在的问题和下一步的研究计划。