[發明專利]一種MOFs基凝膠電解質及其制備與應用

有效

• 申請號: 202010176232.8
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111443544B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 王宏志;白智元;李耀剛;侯成義;張青紅
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G02F1/1506
• 分類號: G02F1/1506;G02F1/1523;G02F1/1516;G02F1/153
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 魏峯

本發明涉及一種MOFs基凝膠電解質及其制備方法與應用。該電解質組分包括：MOFs材料和透明電解液。該方法包括：透明電解液制備；MOFs預凝膠制備；MOFs基凝膠電解質制備。該電解質克服了液態與固態電解質的本身缺陷，并且具有較高的透明度和離子電導率以及良好的界面粘附性；該電解質組裝的電致變色器件，尤其是柔性器件，不僅變色性能好，且力學特性極佳，耐彎曲、可剪切、可鉆孔，甚至在彎曲?變色同步操作時仍可穩定工作，有著極高的實際應用價值。

技術領域

本發明屬于電致變色器件電解質及其制備和應用領域，特別涉及一種MOFs基凝膠電解質及其制備方法與應用。

背景技術

基于剛性導電玻璃開發的電致變色器件(Electrochromic Devices,ECDs)在建筑節能窗、防眩后視鏡等領域已經實現了產業化。而根據柔性導電薄膜開發的柔性ECDs尚處于研發階段，但其在柔性顯示、可視化檢測、智能可穿戴等領域都有著廣闊的應用前景(Energy Technol.2018,6,33-45)。電致變色器件，一般為層層疊加型結構，包括導電層、電致變色層、電解質層、離子儲存層與對電極層。其中，電解質層作為變色過程中離子傳輸的介質，是ECDs不可或缺的組成部分，關乎著ECDs的變色性能、循環壽命及安全性。

當前，ECDs用電解質按形態可分為液態、固態、凝膠態三類。其中液態電解質因其流動性，存在封裝困難、易于泄露等安全問題；固態電解質則因其離子電導率較低(10^-5～10^-7S/cm)，存在變色性能不佳的問題；凝膠態電解質則兼顧液態與固態的特性，既擁有著較高的離子電導率，也可為器件提供較高的安全性(Adv.Mater.2012,24,4071–4096)。目前關于凝膠電解質的研究多集中在聚合物電解質，即利用高分子鏈溶脹形成的三維網絡結構吸附液態電解質，但其中電解液質量占比往往較大(80wt.％)，因此力學性能較差。而當提升聚合物占比時，離子電導率會下降，導致ECDs變色性能下降。顯然，聚合物作為液態電解質的載體，在平衡離子電導率和力學性能上存在著局限。

金屬有機框架(MOFs)材料因其較高的比表面積和可調的孔道，有希望成為一類新型宿主。在MOFs基電解質領域，MOFs逐漸展現出其獨特優勢，例如，Shen等人(Adv.Mater.2018,1707476)發現擁有Cu，Al，Cr，Fe等金屬中心的MOFs材料，在吸附1M高氯酸鋰/碳酸丙烯酯(LiClO₄/PC)后制備的MOFs基電解質，可形成單Li⁺傳輸通道，進而實現～10^-3S/cm的室溫離子電導率。另外，他們發現隨著MOFs材料的孔道半徑越大，所得的MOFs基電解質離子電導率越高，離子活化能越低。然而該類MOFs基電解質呈粉末，且具有特定的顏色，因而限制了其在透明型ECDs中的應用。如果利用透明的液態電解質增塑一類透明的MOFs材料，制備出同時具備更高的離子電導率和更佳的力學特性的MOFs基凝膠電解質，那么當其應用于ECDs時就有望進一步提升ECDs的電學、光學、力學性能以及安全性。

沸石咪唑結構-8(ZeoliteImidazoleFramework-8，ZIF-8)為一類鋅基MOFs，由2-甲基咪唑與鋅金屬離子連接制得，其孔道半徑為非常有利于鋰離子的傳輸(Chem.Mater.2009,21,1410–1412)。如中國專利CN103474696A，其通過共混導鋰聚合物、鋰鹽、MOFs(包含ZIF-8)，制備了一種應用于鋰離子電池的有機-無機雜化聚合物固態電解質材料，而這也為ZIF-8材料應用于電致變色領域提供了思路。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種MOFs基凝膠電解質及其制備方法與應用，以克服現有技術中凝膠電解質離子電導率和力學特性不佳的缺陷。

本發明提供一種MOFs基凝膠電解質，所述電解質組分按照質量百分比包括：MOFs材料10～30wt.％，透明電解液70～90wt.％；所述MOFs材料為ZIF-8；所述透明電解液由鋰鹽、有機溶劑與離子液體組成。