[發明專利]用于原位測評鋰電池電極材料電致變色性能的器件及方法

無效

• 申請號: 201210065025.0
• 申請日: 2012-03-13
• 公開（公告）號: CN102539333A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 郭向欣;于鵬飛;崔忠慧;范武剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/33
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;姚佳雯

技術領域

本發明涉及顯示器領域，具體涉及一種用于原位測評鋰電池電極材料電致變色性能的器件及方法。

背景技術

鋰電池是指電化學體系中含有鋰（包括金屬鋰、鋰合金、鋰離子和鋰聚合物）的電池，鋰電池以其優越的性能，被廣泛應用在電子儀表、數碼和家電產品上。其中，鋰離子電池是目前最主要的二次電池之一，它主要由正極、負極、電解質、隔膜等部分組成。在充電過程中，鋰離子從正極或電解質嵌入負極中，而放電時，正好相反，鋰離子從負極中脫嵌返回到正極中。鋰離子電池的正極材料目前使用最多的是LiCiO₂?或LiMnO₂，負極主要是碳。而以金屬鋰或鋰合金作為負極時通常被稱為鋰金屬電池。此外，電解質作為離子導體，可以是固態也可以是液態，是鋰電池不可或缺的部件，起到傳輸鋰離子的作用，它一般要滿足：鋰離子電導率高，熱性能穩定不分解，電化學窗口寬，化學穩定性高等條件。目前商業鋰離子電池主要是使用液態的含有鋰鹽的有機溶劑，如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等。對鋰電池的性能評價方法包括循環充放電，阻抗測試等。

電致變色材料是目前公認的最有發展前途的智能材料之一。它是指通過施加電壓后，材料的光學性能隨之改變，而且這種改變必須是可逆的，典型的電致變色是由于材料脫嵌鋰或氫離子導致晶格參數變化而引起光吸收的改變。電致變色材料從上世紀五十年代引起關注后發展至今，已經開發出了許多種類的這種功能性材料，一般分為無機電致變色材料和有機電致變色材料，無機電致變色材料有WO₃、MoO₃、NiO、IrOx等，有機電致變色材料有紫羅精、稀土酞花菁、聚苯胺等。前者化學穩定性高，可實現全固態化，安全可靠，其中以WO₃材料研究最為廣泛，被視為最可能實用化的電致變色材料。電致變色材料的特殊性能有望使其在高對比度顯示器，變反射鏡，汽車后視鏡等器件上得到應用，還可以作為智能窗戶用在建筑物、飛機上來節能和提高舒適度。典型的電致變色器構型包括透明導電基底、電致變色層、離子儲存層、透明的離子導電層，除了電致變色器件一般是整體透明以外，這種“三明治”結構與薄膜鋰電池非常類似。例如，中國專利公告CN201222152Y中公開了一種可電致變色的柔性薄膜，其雙表面由外至內均為柔性透明基底層、透明導電層，該兩透明導電層2均設有引出電極，在兩透明導電層內夾置有電致變色層、離子導體層和離子儲存層。?

電致變色的變色性能（如透過率變化、有效電壓、響應時間、變色效率等）的改進和表征需要有一種快捷，有效的方法來評價，并且電極材料結構與嵌鋰量、響應時間的關系需要通過充放電過程、阻抗譜來研究。在進行充放電循環測試的同時，原位的獲取電致變色電極材料對光的透過率變化時間、速率、循環性能對于認識材料的性能，可以大大節約時間和材料成本，尤其是建立充放電與電致變色性能的關聯，可提高性能表征的準確性和預見性。

然而，目前并無任何關于可在進行充放電的循環測試的同時原位獲取電極材料電致變色性能的方法或用于該方法的器件的研究。

發明內容

面對現有技術存在的上述問題，本發明人意識到基于鋰電池和電致變色兩種器件在材料、構型、表征手段上的高度相似性和相關性，提供一種用于原位測評鋰電池電極材料電致變色性能的器件及方法，通過該器件在進行鋰電池充放電的同時原位測評電極材料電致變色性能，從而通過該具有雙功能結構的器件，可同時獲取電極材料的鋰電池充放電性能和電致變色性能。

根據本發明的一方面，提供一種用于原位測評鋰電池電極材料電致變色性能的器件，包括：相對設置的最外層的兩透明導電基底、分別形成在該兩透明導電基底的內表面上的負極和正極，以及填充在該兩透明導電基底之間的離子導電層，所述正極由電致變色材料制成，所述負極形成為具有面向所述正極的中空部。

本發明通過采用以電致變色材料制成的正極和具有使光線通過的中空部的負極，構成具有鋰電池及電致變色雙功能的結構，因此可在進行鋰電池充放電同時原位測定該鋰電池對光的透過率，定量評價電致變色正極的電致變色性能、脫嵌鋰性能及阻抗。本發明利用上述器件能同時測出電池的充放電容量、電壓曲線、光透過率、阻抗及電致變色響應時間、調制幅度等性能和參數，建立充放電與變色性能的關聯，大大簡化了對材料開發和評價的步驟，提高了效率和預見性，并且該器件結構簡單，易制作，避免了對電極材料的多次表征。

在本發明中，所述中空部可以為圓形、三角形、方形或多邊形。