1.引言

新型电池是发展能源技术、提高能源生产和利用效率的主力军。随着全球范围内电子信息产品制造业的迅猛发展，与电子产品小型化、便携化相适应的新型电池产业获得了前所未有的发展机遇。以锂电池、太阳能电池、燃料电池为代表的新型电池产业步入了高速成长期，产业规模增长迅猛。但是目前还是最多以阳离子传导的电池为研究热点，本课题拟用氯阴离子传导的氯离子电池，氯离子电池是一种基于阴离子传导的新型二次电池。

2.聚合物电解质

用聚合物电解质取代目前氯离子电池所用的液态电解质，可降低电解液对正负极材料的腐蚀，且具有安全无漏液，质轻、形状设计灵活等优点。广义的聚合物电解质为：含有可发生离子迁移的聚合物体系。人们制备、合成了多种不同基体的聚合物电解质。聚合物电解质根据聚合物微观结构形态及其作用机理的不同可以分为：（1）全固态聚合物电解质(SPE)。（2）凝胶聚合物电解质（GPE）。（3）复合电解质（CPE）。

（1）全固态聚合物电解质(SPE)是最早研究的一类聚合物电解质，它主要是由聚合物基体与锂盐共混得到具有锂离子传导性能的一类聚合物电解质体系，绝大多数的全固态聚合物电解质电导率都比较低，且与电极的相容性较差，但电化学稳定性以及电极的稳定性较好。关于锂离子在聚合物电解质的传导机理，起初研究者们假定离子传导主要存在于结晶区域，离子沿着螺旋分子链传导。但很快这种结论被推翻，并建立了离子传导主要发生在聚合物无定型区域的离子传导机制。目前用于研究的全固态聚合物电解质的基体材料众多，主要包括：PEO、聚乙二醇（PEG）、聚马来松香乙二醇酷（MEEP）等，其中，PEO最为广泛，这是因为醚基具有较强的化学稳定性，从而使得PEO成为较为理想的全固态聚合物电解质基体材料。相比之下，许多其他官能团，如醇基、氨基、酮基等，电化学稳定性较差，易与锂盐负离子反应。全固态聚合物电解质离子电导率普遍偏低，通常室温下在10^-8-10^-5 S cm^-1数量级，应用到锂电池中，只有在60-140℃下才能够正常使用。因此，提高全固态聚合物电解质离子电导率成为该领域研究的核心。

（2）凝胶聚合物电解质（GPE）是固相与液相共存的一种聚合物电解质体系，主要由聚合物基体、增塑剂以及电解质锂盐组成。1975年，Feuillade等人首次用碱金属盐的质子惰性溶液塑化聚合物，制备出具有离子导电性的聚合物凝胶电解质。其离子的迁移主要存在于凝胶体的液相中，离子电导率接近于液态电解质水平，达到10^-3 S cm^-1数量级。此后，许多学者对各种凝胶电解质展开了研究，目前已有应用商品化的锂离子二次电池中，其独特的性能扩展了锂离子二次电池的应用。目前用于研究的凝胶型聚合物电解质聚合物基体包括聚醚类、聚酷类、聚丙稀腈（PAN类）、聚偏氟乙稀（PVDF）。比较了这几种常用凝胶电解质基体的物理性能，其中，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和PVDF-HFP从材料来源和性能等方面考虑，已应用于商品化聚合物锂电池中。

（3）复合电解质（CPE），广义地说，所有非纯相的聚合物电解质都可以称作聚合物复合电解质。狭义地说，聚合物复合电解质是将无机填料与聚合物复合，得到的无机有机复合电解质，它是基于聚合物电解质本身存在的电导率低、电极相容性差、机械强度不足等问题而提出来的。近来的研究表明，在聚合物电解质基体中添加无机填料可有效改善电解质的电导性能，特别是可显著改善电解质与电极的界面相容性，从而起到提高聚合物锂电池充放电性能的效果。聚合物复合电解质从电解质状态角度可分为全固态聚合物复合电解质和凝胶态聚合物复合电解质两类，而用于基体改性的无机陶瓷填料又可分为活性和惰性材料两大类，活性材料其本身成分参与离子传导，如：Li₂N、LiAlO₂，惰性材料都不参与离子传导的过程，如：TiO₂、SiO₂、Al₂O₃等。研究表明，陶瓷填料的尺寸和性质在复合电解质中发挥着至关重要的作用。1998年，Croce等研究了纳米无机陶瓷填料对PEO-LiX体系离子传导性能的影响，揭示了纳米复合聚合物电解质是高性能的全固态电解质的发展方向，高性能的纳米复合聚合物电解质博士学位论文绪论具备较高的离子迁移数和优异的电极的界面稳定性，是应用于锂离子二次电池的理想电解质材料。然而，研究至今，全固态的纳米复合聚合物电解质仍然存在电导率不足，电极相容性欠佳等问题，未能现实商品化应用。

3.氯离子电池简介

氯离子电池可在常温下运行，包含金属氯化物/金属电极体系以及能够传导氯离子的离子液体电解质，如图1所示。正极为过渡族或部分主族的金属氯化物，负极为碱土金属（如Mg，Ca）或稀土金属（如La，Ce）。图1中的电池体系为充满态。也可制备金属/金属氯化物电极体系，即放电态的电池体系。电池体系的电化学反应如下：

正极：M_cCl_n#8596;M_c＋nCl^-