引言
锂离子电池（LIBs）具有较高的能量密度，在可便携电子产品和电动汽车领域有着广泛的应用，但也具有一系列的缺点，如锂资源有限、成本较高、环境问题等[1]。与传统的有机电解质的锂离子电池相比，其他的水系金属电池受到了越来越多的关注。水系金属电池是目前最具潜力的能量储存材料，具有更高的安全性、更低的成本和更高的离子电导率[2]。在众多的水系金属离子电池中，锌离子电池（ZIBs）引起了研究者极大地兴趣。水系锌离子电池因为锌的独特优势而备受关注，因为锌具有较高的理论容量（820 mAh g–1和5855 mAh cm–3），较低的氧化还原电势（–0.76 V与标准氢电极相比），高安全性，环境友好和丰富的锌资源（约是锂资源量的300倍）[3]。
电解质作为锌离子电池的重要组成部分，对电池的电化学性能有很大的影响。电解质能为Zn2 提供通路，使得Zn2 易于在正极和负极之间移动，而且电解质决定了电池的离子电导率、电化学稳定窗口和电池的反应机制。液体电解质有着很高的离子电导率，可高达7-60 mS cm–1[4]，在水系锌离子电池领域得到了广泛的应用。此外，锌离子电池常用的液体电解质有ZnCl2、Zn(NO3)2、ZnSO4和Zn(CF3SO3)2溶液等等[3]。然而，每种液体电解质也有着相应的缺点。比如，在ZnCl2溶液中，由于Cl–的不稳定性，致使电解质的库伦效率很低[5]；NO3–对锌负极有较强的氧化作用，会影响负极的性能；Zn(CF3SO3)2溶液作为电解质的潜力较大，体积较大的CF3SO3-降低了Zn2 的溶剂化效应，提高其迁移率，促进了Zn2 的电荷转移[6]，但由于成本太高而限制了其应用。目前，ZnSO4 溶液因其较好的稳定性和低成本的特点，被看作最有发展前景的水系电解质。
然而，水系锌离子电池有很多致命的缺点，如较低的库伦效率，正负极不可逆的副反应、有害电解液的泄漏[7]，除此之外，因为正极材料的溶解，水系锌离子电池有很大的电容衰减[8]。为了避免这些问题，一些研究者将亲水聚合物或无机化合物加入到锌盐溶液中来制得凝胶电解质[9]。与水系电解质相比，凝胶电解质的离子电导率更低、过电势更高，但是凝胶电解质也有它突出的优点，凝胶电解质具有较高的物理柔性、良好的电化学特性、极好的机械完整性，凝胶电解质在作为电解质的同时也具有隔膜的作用。此外，在一些情况下，凝胶电解质还可以阻止锌枝晶的生长以此来增加电化学稳定性[10]。
1．凝胶电解质概述
凝胶电解质，顾名思义，将具有一定性能的凝胶作为电池的电解质。凝胶电解质按其内部结构可以分为没有交联的凝胶电解质、物理交联的凝胶电解质和化学交联的凝胶电解质。
1.1凝胶电解质分类
没有交联的凝胶电解质主要由锌盐溶液和有机聚合物组成。用于凝胶电解质的聚合物有黄原胶、聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素钠（CMC）和气相二氧化硅等。其中，PVA基凝胶电解质是最常用的。PVA分子链中的羧基是亲水基团，使得聚合物分子可以很容易溶解在水中，PVA与水之间形成的氢键可以大大提高凝胶电解质的粘度[11]，较高的粘度可以提高电解质和电极材料的浸润性，减少电池的内阻，提高电池的电化学性能。正是由于以上的种种优势，使得PVA基的凝胶可以用作柔性锌离子电池的凝胶电解质。在锌离子电池中，ZnSO4溶液是一种广泛应用的水系电解质，而在PVA基凝胶中，SO42–很容易使PVA团聚沉淀[12]，从而限制了PVA凝胶电解质的应用。
没有交联的凝胶电解质其力学性能有些欠缺，在外力作用下，电解质很容易发生形变甚至破坏，使得其失去隔膜的作用。而在水凝胶体系中，亲水基团可以和水分子形成氢键，进而构成凝胶的骨架，可以提高水凝胶的力学性能，以此为例，研究者们着手研究含有氢键的水凝胶体系来作为锌离子电池的电解质。通常来说，以明胶为基础的凝胶电解质（GHE）在锌离子电池的应用中是比较广泛的[13]。与一般凝胶电解质相比，GHE可以组成一种特殊的结构，而且能保持较好的力学性能，这种特殊的结构就来自于GHE的物理交联[14]。
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