凝胶聚合物电解质的概念

聚合物凝胶是物质介于固体和液体之间的一种特殊状态，既有固体的一些性质，如具有一定的几何外形、一定的强度、弹性和屈服值等；也有液体的某些性质，如离子在凝胶中的扩散速率接近于离子在相应增塑剂中的扩散速率。可见，聚合物凝胶不是聚合物溶解在增塑剂中形成的高分子溶液，而是增塑剂溶解在聚合物中构成体系，在该体系中不仅聚合物是连续相，而且增塑剂也是连续相。
在固态聚合物电解质中加入一种或几种增塑剂即可形成凝胶聚合物电解质。像其它的凝胶体系一样，凝胶聚合物电解质可以通过化学交联和物理交联的机理来得到。化学交联是指聚合物主链之间通过热或光聚合反应，形成共价键而彼此连接起来的空间网状结构；利用化学交联形成的凝胶是不可逆的，并具有固定的交联点数，其值不随环境条件的变化而改变。物理交联是指聚合物主链之间通过相互缠结或局部结晶而形成的网状结构，实质上是聚合物的微观相分离，而发生相分离部分基化学交联的凝胶稳定物理交联的凝胶点／巧热>相分离图5-21化学交联和物理交联的凝胶喟86本上对离子的传输没有贡献。相比之下，化学交联不形成结晶，其交联点的体积很小，几乎不增加对导电不起作用的体积分数，因此就提高凝胶聚合物电解质的导电性能和机械强度性质而言，化学交联的聚合物网络具有更大的优势。无论是化学交联还是物理交联，它们都是决定凝胶聚合物电解质机械强度的重要因素。
凝胶聚合物电解质是多组分体系，组分间的相互作用、体系结构和离子传输机理都比固态聚合物电解质复杂得多。一般认为，在凝胶聚合物电解质中，极性的增塑剂含次抚消企二遂量可以高达80％，并表现出了高的自扩散能力，因而离子在其中的传导机理类似于在液体电解质中的情况，其电导率接近于有机液体电解质。然而，凝胶聚合物电解质的高电导率是体系中大量增塑剂存在的结果，在这样的电池中液体电解质的不足依然存在。从严格实用的观点来看，凝胶聚合物电解质不是高级锂离子电池中的最佳材料，但在要求不太苛刻的条件下，凝胶聚合物电解质仍然是比较理想的选择。