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凝胶聚合物电解质（GPE）结合了液态电解质的高离子电导率和固态电解质的高安全性，引起了研究者的广泛兴趣。GPE应用于锂离子电池时，使用聚合物作为基体固定液体的组分，它比传统的液态电解质有更高的安全性。然而，已报道的GPE中，多数以同一种单体的聚合物为研究对象，应用于商业化的锂离子电池时，要么缺乏足够的机械强度，要么离子电导率偏低。这种缺陷可以通过共聚两个或者三个具有不同功能的单体在一定程度上得到改善。掺杂无机材料，例如TiO2、SnO2、MgO、A12O3和SiO2也被证明是提高GPE综合性能的另外一种方法。
为了得到同时具有高的离子电导率和机械稳定性好的GPE，本论文主要开展了如下三个方面的工作：（1）利用聚甲基丙烯酸正丁酯（PBMA）与液体电解质良好的相容性，聚苯乙烯（PSt）具有较好的机械强度，用乳液聚合合成二元共聚物聚（甲基丙烯酸正丁酯-苯乙烯）（P（BMA-St），为了提高GPE的离子电导率，在P（BMA-St）基础上掺杂气相二氧化硅，制备出P（BMA-St）/SiO2为基体的GPE，并详细研究了聚合物和GPE的性能；（2）利用甲基丙烯酸甲酯（MMA）为聚合物提供良好的吸收液体电解质的能力、丙烯腈（AN）减少共聚物脆性的功能、乙酸乙烯酯（VAc）提供聚合物机械强度及增强正负极材料之间粘结性的功能，合成三元共聚物聚（甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-乙酸乙烯酯）（P（MMA-AN-VAc）），并制备出GPE，详细研究了聚合物和GPE的性能；（3）为了进一步提高体系的离子电导率，在P（MMA-AN-VAc）基体中掺杂气相二氧化硅，制备出P（MMA-AN-VAc）/SiO2及其GPE，并详细研究了它们的性能。得到如下结果：
（1）通过乳液聚合反应合成出二元共聚物P（BMA-St），用相转移法制得聚合物膜，将聚合物膜浸泡到含1 M LiPF6的电解液中一段时间后得到GPE。用FTIR、GPC、SEM、TGA、LSV、CA和EIS等方法对制备得到的聚合物、聚合物膜及对应的GPE进行表征。结果表明：P（BMA-St）聚合物通过打开单体BMA及St的C=C双键进行聚合反应形成的；在P（BMA-St）中掺杂10 wt.％气相二氧化硅后，P（BMA-St）/SiO2聚合物膜及其对应GPE的性能得到提高。掺杂后，聚合物膜的热稳定温度达到355℃；膜上孔径变得更加均匀、更小；GPE的氧化分解电压也提高到5.2 V（vs.Li/Li+）；离子电导率在室温下达到2.15x10-3 S·cm-1。
（2）为了提高GPE的离子电导率及电化学稳定性，用乳液聚合的方法合成三元共聚物P（MMA-AN-VAc），用相转移法制备得到共聚物膜，将聚合物膜浸泡到电解液中一段时间后得到GPE。用FTIR、SEM、NMR、XRD、DSC/TG、LSV、CA和EIS等方法表征P（MMA-AN-VAc）聚合物、聚合物膜及GPE的性能。结果表明：聚合反应是通过打开各自单体的C=C双键完成的，聚合物膜具有很低的结晶度，较低的玻璃化转变温度，39.1℃，热稳定温度高达310℃。相对于P（MMA-AN）二元共聚物，机械强度也明显提高。GPE的电化学稳定窗口达到5.6V（vs.Li/Li+），室温离子电导率为3.48x10-3 S·cm-1，锂离子迁移数达到0.51，导电模型遵循Vogel-Tamman-Fulcher（VTF）方程。
（3）为了进一步提高三元共聚物P（MMA-AN-VAc）的离子电导率及其它综合性能，在三元体系中掺杂气相二氧化硅，用相转移法制备得到P（MMA-AN-VAc）/SiO2聚合物膜及相应的GPE。用XRD、SEM、TGA、LSV、CA、EIS和充放电测试等方法对聚合物膜及对应GPE进行表征。掺杂气相二氧化硅后，P（MMA-AN-VAc）聚合物膜的形态从半结晶状态转变为无定形态，聚合物膜上的结构也发生改变。当掺杂气相二氧化硅的量为10 wt.％时，随着孔洞分布越来越均匀，连贯性越来越好，聚合物膜的孔隙率达到最大值，吸液率最高，使得GPE的室温离子电导率从3.48x10-3 S·cm-1增加到5.13x10-3 S·cm-1。此外，聚合物膜的热稳定性，GPE的电化学稳定性及电池的循环性能也同时得到改善。