随着便携式电子产品和电动汽车的快速发展,人们对可充电电池的追求逐渐走向高能化和安全化。传统锂离子电池的能量密度已经接近其理论上限,于此同时,新型可充电电池,如锂硫电池、锂金属电池、水系电池等在大规模的储能领域都展现出了广阔的应用前景。然而锂硫电池、锂金属电池以及水系电池尚处于研发阶段,仍存在关键难点需要解决。其中,锂硫电池中多硫化物的溶解导致的穿梭效应会导致容量的快速衰退;在锂金属电池中,锂枝晶的生长会造成库伦效率的降低,并且锂枝晶会穿透隔膜导致电池短路,引起安全事故;而水系电池的电解液在低温下的冻结会阻碍电极与电解液界面的润湿性从而导致电池失效,水与电极之间的副反应也会导致电池循环寿命降低。针对以上电池存在的科学问题,本论文围绕高稳定锂硫和锂金属电池中夹层和隔膜的设计以及耐低温、高稳定性水系碱金属电池中电解液的设计展开,具体研究内容如下:（1）聚离子液体纳米纤维膜的制备及其在锂硫电池中的应用针对锂硫电池中多硫化物的穿梭效应,利用静电纺丝和浴包覆的方法制备了聚离子液体纳米纤维膜,并应用在锂硫电池的夹层中。实验结果和理论计算表明,聚离子液体的阳离子骨架与多硫化物阴离子具有较强的结合能,在充放电过程中,能够稳定硫的电化学反应,抑制多硫化物的穿梭效应。相比于无吸附特性的聚烯烃隔膜,应用了功能性夹层的锂硫电池展现出较高的循环稳定性,200圈循环后仍然能保持75%的容量保持率,库伦效率高达98.4%。（2）硅烷交联的静电纺丝隔膜的制备及其在金属离子电池中的应用针对商业聚烯烃隔膜的低熔点,低极性等缺点,通过静电纺丝和原位化学交联的方式,制备了具有高强度（18.8 Mpa）和高温耐受性（＞150℃）的静电纺丝隔膜,并应用到锂硫电池、锂金属电池和水系锂离子电池中。理论计算和实验结果表明,纺丝隔膜表面的极性官能团能够吸附多硫化物,并能够与锂离子相互作用诱导其均匀沉积,显著抑制了多硫化物的穿梭效应和锂枝晶的生长。组装的锂硫电池在300圈循环后容量保持率仍能达到86%,而组装的锂金属电池在1000圈循环后库伦效率仍能达到99.8%。于此同时,由于隔膜具有亲水亲油的特性,从而能够应用到柔性水系电池中,实现了多功能化隔膜的应用。（3）聚离子液体抗冻凝胶电解质在超低温水系柔性锂离子电池中的应用针对水系电池中电解液在低温下的冻结问题,采取“二合一”的设计策略制备出了羟基官能化的（聚）离子液体抗冻水凝胶电解质,并应用在水系锂离子电池中。理论计算揭示了羟基化离子液体与水分子之间的氢键相互作用和离子水合作用,并制备出了凝固点低于-80℃的抗冻水凝胶电解质,该电解质-80℃时的离子电导率高达0.08 mS cm-1。组装的柔性水系锂离子电池在-80℃下仍保持43 mAh g-1的比容量,200圈循环后仍能达到93%的容量保持率。（4）抑制锌枝晶和锌腐蚀的离子液体电解质添加剂在水系锌离子电池中的应用针对水系锌离子电池中存在的锌枝晶和析氢腐蚀问题,设计了一种能够抑制锌枝晶生长和锌负极腐蚀反应的多羟基化双性离子液体添加剂。该添加剂不仅能够参与锌离子的溶剂化层,替代锌离子溶剂化鞘中的活性水分子,而且能够调控锌负极的界面结构,缓解界面析氢腐蚀反应的发生。含有1 M离子液体添加剂电解液的Zn‖Cu半电池在1 mA cm-2的电流密度下能够稳定循环200 h,平均库伦效率高达98.93%。组装的Zn‖MnO2全电池也能够在0.5 C的倍率下能够稳定循环600圈,容量高达197 mAh g-1。本文通过研究（聚）离子液体的构效关系,设计了基于（聚）离子液体的功能化隔膜、电解质及电解质添加剂等材料,分别提高了金属离子电池的循环稳定性、高温安全性和低温耐受性,为研究高性能二次金属离子电池提供了指导。