[發明專利]摻雜改性粒子的凝膠聚合物電解質及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010009344.4
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111196888B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 劉涌;方超炎;馬曄城;韓高榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08L33/12;C08K9/10;C08K9/06;C08K3/36;C08K3/22;G02F1/15
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種摻雜改性粒子的凝膠聚合物電解質及其制備方法和在電致變色器件中的應用。所述制備方法包括步驟：(1)將聚合物基體和鋰鹽溶于增塑劑和溶劑的混合溶液中，并在45～55℃下持續攪拌；所述聚合物基體為聚偏氟乙烯?六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯中的一種；(2)向步驟(1)的溶液中加入改性無機粉體，繼續攪拌1～3h，以形成粘稠的溶膠；以所述聚合物基體和鋰鹽的總質量為100％計，所述改性無機粉體的加入量為3wt％～25wt％；所述改性無機粉體為二氧化硅或二氧化鈦，表面包覆PMMA層；(3)將步驟(2)得到的溶膠倒入模具中，55～65℃干燥即得所述摻雜改性粒子的凝膠聚合物電解質。

技術領域

本發明涉及電致變色技術領域，具體涉及一種摻雜改性粒子的凝膠聚合物電解質及其制備方法和應用。

背景技術

電致變色玻璃是由玻璃等透明基材和調光材料層所組成的，在低電壓(2～5V)作用下，可對光的透過率和反射率產生可逆調節的功能玻璃。電致變色玻璃具有顏色可連續變化、可見光透射率可調節，以及實現透明與不透明連續調節的智能功能；在使用方面還具有操作方式多樣化、控制簡便特點；在功能方面能夠改善自然光照射強度、防眩光、防窺視等作用，因此廣泛應用在建筑門窗、汽車、廣告裝飾、會議室等領域和場所。這種智能玻璃(Smart Glass)沒有傳統陽光控制玻璃(Solar Control Glass)和低輻射率(LowEmissivity)不能動態調節光透光率的缺點，是更有發展前景、集智能和節能于一身的窗戶材料。其中，一個很重要的元素就是電解質的存在。

與所有電化學器件相類似，電致變色玻璃器件同樣需要在正負電極之間存在可以傳輸離子、但是隔離電子的電解質。常用的電解質材料包括電導率較高的液體材料，如鹽溶液，以及安全性較高的固體電解質材料傳統，如離子導體。隨著人們對電致變色玻璃安全性要求的提高，液體電解質就慢慢開始顯示出了它的不足之處，例如在小型器件不易封裝，容易泄露造成安全事故。聚合物電解質作為一種新興的電解質，從70年代開始初發展，經過了幾十年的變革，已經在越來越多的領域中發揮著不可或缺的作用，關于聚合物電解質的發展大致可以分為這么四個階段：

一：19世紀七十年代，在1973年Fenton等人首次報道合成了聚氧乙烯(PEO)和堿金屬鹽雙組份復合物，這種復合物呈固態，且有一定的離子導電性，可以作為電池的電解質，此后，聚合物電解質被投入越來越多的研究，但此時的應用主要在電池方面。二：更多的新材料和新理論開始形成，包括Ratner的動態滲透模型，WLF方程等。此外，聚合物電解質的應用開始進軍到電致變色和智能窗方面。三：隨著鋰離子電池和小型器件的進一步發展，傳統的PEO基聚合物電解質不能很好的適應這個快節奏，于是人們開始尋找更新穎，性能更好的材料，包括對原來材料結構上的改性等。四：這個階段主要引入了無機顆粒，完成了無機-有機復合物的結合。人們發現通過引入無機納米顆粒，例如氧化硅、氧化鋁等，不僅可以提高聚合物電解質的離子電導率，還可以有效地增強其機械性能。與此同時，對離子液體的研究也慢慢的開始發展起來。

凝膠聚合物電解質應用于電致變色器件中有其獨特的優點，主要包括簡易的制備方法；能夠有效地對工作電極和對電極進行隔離；相比于液體電解質，凝膠態電解質對鋰離子的活性更低，不會與其發生反應，鋰鹽在其中的穩定性更高，而且不易泄漏；可以更好地調和循環過程中電極出現的體積變化問題；可以充當粘結劑，進行更好地器件組裝。

中國專利CN109507840A公開了一種凝膠電解質的制備方法，主要成分是類離子液體，鋰鹽組成的電解質溶液，然后再通入氮氣的條件下摻雜親水性二氧化硅，制備工藝復雜。中國專利CN110212241A公開了一種多孔凝膠聚合物電解質的制備方法，包括鋰鹽，聚合物基體形成的三維多孔網絡結構，其中所述的聚合物基體由聚合物和無機納米顆粒組成。但沒有涉及無機納米粒子的改性問題。中國專利CN110208996A公開了一種應用于電致變色器件的凝膠電解質及其制備方法，所述凝膠電解質包括電解液、聚合物基體和疏水性納米氣相二氧化硅。