近年来,关于铝二次电池的研究大多集中于正极材料,而作为电池“血液”的液态电解质体系同样也存在制约性问题亟待解决,如腐蚀性强、充放电过程中产气、胀袋漏液、对水敏感且吸水后放热等。此外,液态电解质体系的分解电位相对较低,这使得具有高氧化电位的正极材料充电截止电位非常接近电解液的分解电位,从而导致副反应的发生。上述问题使得铝离子电池的安全性稳定性受到影响,因此迫切需要开发新的电解质体系。聚合物电解质具有安全系数高、无漏液问题等优势,且在实际应用时无需金属外壳保护,方便灵活,成为化学电源电解质体系的发展趋势。然而,目前有关聚合物铝离子二次电池的研究鲜有报道。因此,本论文以铝离子电池聚合物电解质的开发设计为目标,从选取合适的聚合物骨架出发,通过增塑剂的角度进行优化,提高离子电导率,拓宽电化学窗口,构建聚合物半固态铝离子二次电池,考察聚合物电解质体系的综合实用性。具体研究内容如下:(1)探索了适用于铝二次电池电解质的聚合物框架。研究了四种聚合物(聚氧化乙烯,聚丙烯腈,聚甲基丙烯酸甲酯及聚偏氟乙烯)与氯铝酸盐的相互作用,发现这几种具有给电子极性基团的聚合物,无法与同样作为路易斯碱的AlCl4-、Al2Cl7-配位,反而会和离子平衡反方向的AlCl3反应,导致活性阴离子的分解。同时,研究聚合物与AlCl3的相互作用,发现其反应产物也不能提供氯铝酸根阴离子。证明具有酰胺基团的聚合物基体聚丙烯酰胺不影响氯铝酸盐体系活性,其单体丙烯酰胺与AlCl3反应还可以提供氯铝酸根阴离子,在此基础上,直接聚合丙烯酰胺的不饱和双键,制备得到聚丙烯酰胺基固体电解质,拉曼光谱分析证实活性阴离子的存在,且通过交流阻抗法测得室温下离子电导率为～10-7 S cm-1。(2)原位聚合法成功制备了 AlCl3/[EMIm]Cl离子液体作为增塑剂的凝胶电解质。新型凝胶电解质具有较高的离子电导率和较强的电化学活性。在此基础上,构建了以鳞片石墨为正极材料的半固态凝胶电解质铝-碳二次电池。发现以丙烯酰胺双键聚合的链状结构为骨架的凝胶电解质,电化学窗口可达到2.50 V,室温离子电导率为5.77 × 10-3 S cm-1。半固态铝二次电池显示出良好的充放电性能,60 mA g-1电流密度下首圈放电比容量为123 mA h g-1,循环100圈后,容量仍保持在110 mAh g-1左右;综合原位X射线衍射、原位拉曼和X射线光电子能谱等分析结果,发现采用凝胶电解质的铝-碳二次电池工作机制与液态电解质一致,即充电过程中氯铝酸根阴离子嵌入正极石墨层间,放电过程发生相应的脱嵌反应。研究了低温、弯曲应变、机械切割等条件下半固态铝-碳二次电池工作状态。结果表明,凝胶电解质在冰点以下仍有良好的离子电导率,可使半固态电池维持较稳定的工作状态。同时,凝胶电解质具有较好的缓冲弯曲应力的能力,使得经历机械弯曲变形时出现波动较小。暴露空气中或者切割掉一部分电池依然能维持工作的稳定安全。采用实时高分辨率质谱仪对基于AlCl3/[EMIm]Cl离子液体和凝胶电解质的电池产气分别进行在线监测,发现凝胶电解质铝电池,产气明显降低,可以有效改善鼓包胀袋等问题。(3)构建基于宽电位窗凝胶电解质的长循环半固态铝离子电池。采用具有较高分解电位的AlCl3/Et3NHCl离子液体作为增塑剂,电解质电化学窗口得以拓宽,可达到0～2.96 V,且室温下离子电导率为4.52 × 10-3 S cm-1。半固态铝-碳电池表现出高充电截止电位下的充放电优势。在放电电流密度为1000 mA g-1时,放电比容量达90 mAhg-1,可稳定循环800圈,且电极产物表征显示在高电位下发生嵌入反应更加充分。同时,凝胶电解质构建了稳固的电极-电解质界面,机械弯曲时呈现出较高的稳定性。且凝胶膜在空气中暴露5分钟后,组装电池依然具有较高的电化学活性。此外,对基于Et3NHCl型离子液体和凝胶电解质的电池体系产气情况进行对比分析,证实凝胶体系可以在一定程度上抑制充放电过程中副反应发生,有效避免产气现象。