蒙脱土―聚合物电解质概述

蒙脱土属于具有2:1层状结构的硅酸盐矿物，它的每一结构单位层是由两层Si-O四面体层和夹在这两层Si-O四面体层之间的一层Al-O或OH八面体层组成，每一个四面体顶端的氧都指向结构层的中央与八面体共有。此种结构单位层的厚度约为lnm，其侧面长度依赖于硅酸盐的种类，可以分布在从30nm到几个微米范围内。结构单位层以范德瓦耳斯力重叠在一起构成晶体，由于保持硅酸盐片层在一起的力很弱，小的分子和一些聚合物分子可以插层进入片层之间，甚至引起蒙脱土的片层结构剥落，从而形成非金属纳米材料。
在锂蒙脱土(或其它层状硅酸盐)中嵌入能与锂离子发生溶剂化作用的聚合物(如PEO、MEEP等)，由于具有较大侧面长度、荷负电的硅酸盐片层在电场中不能移动，从而可以得到导电能力较好的单离子导体。通过熔化插层法制备得到PEO与蒙脱土之比为40：60的电解质的电导率与温度之间的Arrhenium关系表示在图5-26中。在所研究的温度范围内与具有大体相同氧化乙烯：山比值(摩尔比)的PEO-LiBF4电解质相比，PEO-锂蒙脱土电解质的电导率对温度依赖性较低，这一点不同于在熔化温度以下电导率随温度降低而明显降低的PEO-LiBF4电解质；并且PEO-锂蒙脱土电解质的传导表观活化能与熔融态的PEO-LiBF4电解质相似，说明了锂离子在PEO-锂蒙脱土电解质中的迁移行为类似于它在非晶态的PEO的行为。虽然PEO-锂蒙脱土电解质的电导率较低，不能实际应用于电池中，但深入研究该电解质体系，有助于明确聚合物在界面上的结构和动态行为，进而揭示复合聚合物电解质中的离子传输机理，这些问题已经通过小角中子散射、NMR、介电弛豫、计算机模拟等技术进行了深入探讨。