近年來，由于燃油汽車造成的環境污染日益嚴重以及石油等天然資源的逐步耗竭，世界各國努力尋求新的可再生能源，發展新型電動交通工具，從而推動了電動汽車及高性能二次電池的發展。鎳氫電池是20世紀80年代末迅速發展起來的高能蓄電池，具有較高的比容量和比能量、環境友好、無記憶效應、耐過充電、耐過放電以及與鎳鎘電池兼容等特點，在技術設計方面擁有良好的一致性，是最有希望作為電動汽車動力的綠色二次電池之一。

　　由于使用濃KOH水溶液作為電解液，鎳氫電池在使用過程中存在以下問題：

　　（1） 較低溫度下使用時電解液可能凍結，無法再進行充放電；

　　（2） 長期使用過程中，電解液不斷消耗、水分逐步散失，存在電解液耗干的現象；

　　（3） 在大電流充放電過程中電池的內壓較高，易引起堿液泄漏，負極氧化、粉化等問題，影響電池的循環壽命。

　　因此，有必要考慮用凝膠態的聚合物電解液來代替濃KOH水溶液，以避免液體電解質凝結、干涸及泄漏等問題，從而進一步提高鎳氫電池的安全性、可靠性及持久耐用性。本文綜述了近年來國內外聚合物電池的研究進展，著重敘述了比較成熟的幾種聚合物凝膠電解質，并對未來鎳氫聚合物電池的發展方向進行了展望。

　　1 鎳氫聚合物電池的研究

　　作為可充二次電池的電解液，必須具有高離子導電性。與液體電解液相比，國內關于高離子電導的堿性聚合物電解液的相關報道很少。Mohri等首次報道，用聚合物電解液Sb2O5·xH2O（20℃時離子電導率為2.6×10－3S/cm）組合成MH-MnO2電池：

　　TiNiMmHx（Mm=1%）︱Sb2O5·xH2O︱MnO2

　　至此開始了堿性聚合物電解液的研究進程。

　　Kuriyama等發現（CH3）4NOH·5H2O（15℃時離子電導率為4.5×10－3S/cm）作為一種固體電解液，組成電池：

　　LaNi2.5Co2.4Al0.1Hx︱（CH3）4NOH·5H2O︱NiOOH

　　Vassal等報道由PEO、KOH、H2O（室溫離子電導率為10－3S/cm）做成的固態聚合物電解液的鎳氫電池：

　　LaMmNi3.55Al0.3Mn0.4Co0.75Hx︱PEO-KOH-H2O︱NiOOH

　　這些電池顯示了較長的充放電循環壽命，但是因為電解液的電導率較低，電阻較高，充放電的電流密度不能太大。合成的聚合物電解液主要有以下幾種。

　　1.1 PAAK+KOH 水溶液

　　聚丙烯酸是一種常見的聚合物，具有吸水能力強、持水量高、凝膠能力大、成本低等優點，可用來做堿性聚合物電解質。Iwakura 等報道，用丙烯酸鉀鹽、氫氧化鉀的水溶液在室溫下混合攪拌，然后在25 ℃下于密閉的玻璃容器中靜置70 h 左右、真空條件下除去表面氣泡，即成聚合態的電解液。正極氫氧化鎳、負極用儲氫合金MmNi3.6Mn0.4Al0.3Co0.7、按正極/片狀電解液/負極的順序疊放成三明治狀組電池后進行測試，其與相應條件下KOH 水溶液Ni/MH 電池的充放電對比如圖1。

圖1 聚合物電解液和KOH水溶液鎳氫電池充放電對比曲線圖

　　由圖1可看出，小電流充放電條件下，兩種電解液鎳氫電池的放電電壓平臺介于1.3～1.1V，放電容量170～180 mA?h·g－1，放電效率為85％～90％，而且，聚合物電解液電池的充電平臺要低于KOH 水溶液的情況，放電平臺則高于KOH 水溶液。

　　與傳統電解液的鎳氫電池相比，這種聚合物電池充放電的容量衰減情況如圖2所示。

圖2 聚合物電解液和KOH水溶液鎳氫電池容量衰減對比曲線

　　KOH 水溶液電解液的電池容量衰減要比聚合物電解液嚴重，這是因為聚合物電解液和電極材料間有較好相容性、較強的黏附力，與正、負電極接觸良好，使活性物質在循環過程中不易剝離、脫落，得到充分利用，充放電反應得以穩定進行。兩種電解質類型的鎳氫自放電的比較如圖3所示。

圖3 聚合物電解液和KOH水溶液鎳氫電池容量自放電對比曲線

　　可見，凝膠態電解質鎳氫電池的自放電率要低于傳統KOH溶液鎳氫電池。一般認為，容量的下降主要是因為負極儲氫合金中的Mn、Al逐步溶解、含量降低，而Mn、Al在此聚合物電解液中的溶解能力要弱于KOH，因而，凝膠態電解質電池的自放電降低。用此種方法制備的聚合物凝膠態電解液具有和KOH水溶液相當的離子電導率和寬電壓范圍，所組成的Ni/MH電池與KOH水溶液電池相比則表現出較好的充放電循環穩定性，自放電情況得到改善。

　　1.2 磷酸-氧化硅凝膠電解液

　　Chiaki Iwakura 等通過凝膠態方法將H3PO4摻入硅膠中所獲得的凝膠態電解液表現出較高的離子導電性，室溫下電導率大約為10－2 S/cm，有望用于Ni/MH 電池上。由于凝膠里所含的水分與H3PO4結合后易引起電極腐蝕，故水含量的高低是決定該電解液能否用于Ni/MH 電池的重要因素。研究認為，在真空環境中，在不同溫度下對凝膠進行干燥可使其含水量不同，從而電導率也不同。測試發現：

　　（1）這種凝膠態電解液的非晶型結構可在60℃形成；

　　（2）溫度越低，電導率越高；

　　（3）60℃電解液制成的Ni/MH 電池具有最長的壽命。

　　電池壽命不僅受這種凝膠態電解液電導率的影響，而且與電極材料和電解液之間的界面有關。如循環過程中，聚合物電解質中水分的散失易使體電阻增大，同時也使電極/電解質界面的電荷轉移過程變得更加困難，電荷轉移電阻增大，從而對電池的循環壽命造成嚴重的負面影響。在60 ℃時，充放電過程中極化較小，界面變化也小，使60 ℃時這種聚合物電池的壽命最好。用這種電解液做成的凝膠態鎳氫聚合物電池能在較高的電流密度下循環幾十次，且具有很好的充放電電壓平臺。

　　但是因為H3PO4 的穩定性較差，而凝膠態電解液的含水量的控制對電解液性能影響至關重要，其對電極的腐蝕較為嚴重，使電池的容量衰減很快，這成為此種電解液在產業化進程中主要面對的問題。

　　1.3 PVA 系列電解液

　　1.3.1 PEO-PVA-KOH水溶液

　　Chun-chen Yang 等報道了PEO-PVA-KOHH2O聚合物電解液的制備和應用。PEO、PVA、KOH按一定比例加到水中，持續攪拌直至形成均勻的黏稠液體，然后再在玻璃容器中蒸發多余水分，即可獲得片狀電解質。調節PEO/PVA 的比例，即可得到不同性能的電解液。PEO∶PVA 質量比在（10∶0）～（5∶5）之間變化時，該聚合物的電導率為10－7～10－2 S/cm。

　　采用PEO∶PVA 的比值5∶5 所形成的片狀電解質有很好的機械強度和電化學穩定性，相應的聚合物Ni-MH 電池有良好的充放電性能，表明PEO-PVAKOH有望成為聚合物Ni-MH 電池的理想電解液。

　　1.3.2 PVA+KOH 水溶液

　　PVA+KOH水溶液采用PVA加一定比例的KOH來配制，用水做溶劑，KOH 做摻雜制成。用球磨法制備的Mg2Ni 合金做負極，Ni（OH）2 做正極組成電池進行電化學測試，發現摻雜的KOH 的質量比在40%～50%時體系的電導率達到最大，約為10－3S/cm，經過6、7 次活化后，電池的放電容量達到最大，且放電電壓平臺較長，如圖4所示。

圖4 電池Mg2Ni-C/PVA+KOH/Ni（OH）2 的