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随着手机、平板电脑、可穿戴设备、特斯拉电动车等产品的流行,锂离子电池被广泛使用,并被认为是“最有前途的化学电源”。常规锂离子电池由于其采用液体电解质或凝胶电解质,存在易漏液、易燃易爆、不耐冲击、对外界环境敏感,易在溶液中形成枝晶导致短路等缺点。而固体聚合物锂离子电池因其较高的稳定性和安全性,较高的能量密度而被科学家所青睐。但是固体电解质也存在电导率不够高的缺点,制约了其应用。围绕这一问题,本文利用环糊精(CD)与聚氧乙烯(PEO)发生自组装形成管道复合物的性质,创新性地制备了一系列具有较高电导率的环糊精/聚氧乙烯碱金属盐管状聚合物电解质。利用核磁共振技术,我们对这类聚电解质进行了结构表征,并深入研究其导电机理,包括阴阳离子运动和高分子链段运动,以及不同管道半径、不同分子量PEO和不同阳离子对体系导电性能的影响,主要有以下内容：(1)利用PEO与α环糊精(α-CD)易发生自组装的性质,我们首次制备了新型管道状聚电解质α-CD-PEO/Li+,并通过核磁共振等手段对其结构、锂离子分布、离子运动和PEO链段运动进行了系统性的表征。结果表明,PEO分子链穿插进入α环糊精腔体中,形成了特殊的管道结构,并在管道内外分布着5种不同化学环境的锂离子。采用氘代PEO结合去偶技术和2H-7Li交叉极化技术,我们成功的对这5种不同化学环境的锂离子进行了谱峰归属,并进行了定量分析。同时,在管道结构中,锂离子存在显著的交换运动,其交换行为可以通过二维核磁共振和一级反应进行探测和拟合,计算其运动速率和反应活化能。此外,2H核磁共振结果显示,穿插在环糊精腔体中的PEO链段也存在很高的运动性,其运动更接近4点跳跃的模型,腔体中的PEO为ttg构象结构。锂离子和PEO链段很高的运动性都表明,此类管道结构的电解质很可能具有较高的电导率。(2)通过电化学阻抗谱,我们对比研究了管道α-CD-PEO/Li+聚电解质和传统PEO/Li+聚电解质在电导率上的差异。结果表明,α-CD-PEO/Li+在室温下电导率比PEO/Li+体系提高了1.5个数量级。而电导率提高主要是因为管道中锂离子定向运动和PEO链段的运动。为了进一步提高此类电解质的电导率,我们采用不同腔体大小环糊精,即β-环糊精(β-CD)和γ-环糊精(γ-CD)制备了不同管道大小的聚合物电解质,即β-CD-PEO/Li+和γ-CD-PEO/Li+。结果表明,改变聚电解质的管道直径会显著影响其电导率。在单PEO分子链穿插系统中,提高管道直径,电导率也会随之提高；但是,如果进一步提高管道直径,当管道中可以容纳两根分子链之后,其电导率反而会明显下降。同时,2H核磁共振结果表明,在单PEO分子链体系中,PEO分子链的运动也会受到管道直径的影响,管道直径越大,PEO分子链运动性越强。(3)为了进一步研究PEO分子量对聚电解质电导率的影响,我们采用分子量分别为4k、6k、10k的PEO制备了不同分子量的β-CD-PEO/Li+聚电解质。电导率结果表明,随着PEO分子量增加,电解质电导率逐渐降低。在不采用氘代PEO和7Li谱图没有分辨率的情况下,我们通过变温静态7Li谱、19F谱和滤波1H谱对样品的阳离子(Li+)、阴离子([AsF6]-)和PEO链段运动进行研究。结果表明,随着PEO分子量的提高,离子运动和PEO链段运动速率均有所降低,这很可能是电解质电导率逐渐降低的原因。有趣的是,在220 K-310 K的温度范围内,升温会大幅度提高阳离子运动速率,但阴离子的运动状态没有发生显著改变,这说明体系中的离子运动并不是阴阳离子一起的,而是以Li+离子为主导的。此外,滤波’H核磁共振结果表明,管道中PEO分子链的运动也会受到分子量的影响,分子量越大,PEO分子链运动性越弱。(4)为了研究不同阳离子对聚合物电解质电导率的影响,我们用NaAsF6代替LiAsF6,制备得到β-CD-PEO/Na+聚合物电解质。β-CD-PEO/Na+电解质与锂盐电解质具有类似的管道结构,而电化学阻抗谱表明其电导率比同类的锂盐电解质又提高了一个数量级(达到104 Scm-1)。核磁共振结果显示,β-CD-PEO/Na+电解质拥有较高电导率的原因在于钠离子能在较低的温度就发生离子交换运动(250 K)；同时,β-CD-PEO/Na+样品中PEO分子链的运动性也强于其他样品。目前我们所得的样品中,EO:Na+比例为6：1(摩尔比)下具有最高的电导率,随着EO:Na+比例的逐渐降低,其电导率也逐渐降低。本篇论文工作表明,相比于传统的PEO/Li+聚合物电解质,我们所制备的管道状聚合物电解质具有较高的电导率,具有一定的应用前景。同时,核磁共振技术对于研究此类电解质的结构、离子分布、离子运动和高分子运动都具有独特的优势,可以从分子层面对导电机理进行解释。结果证明,核磁共振技术在结构表征和分子运动研究中扮演了越来越重要的角色,其技术可以借鉴到其他样品,具有较强普适性。