[發明專利]一種改性聚合物、聚合物電解質及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110070660.7
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112759727B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 鄭鵬軒;趙煒珍;宋婷;趙高峰
• 申請（專利權）人: 中科南京綠色制造產業創新研究院;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C08F290/06
• 分類號: C08F290/06;C08F220/58;C08F228/02;H01M10/0565
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供一種改性聚合物、聚合物電解質及其制備方法和應用，所述改性聚合物通過甲氧基聚乙二醇單甲基丙烯酸酯和改性單體反應得到；改性單體為含有乙烯基和磺酸基的化合物。所述改性聚合物中形成柔性支鏈結構，有利于在聚合物電解質中形成更加穩定的聚合網絡，并增強鋰鹽的解離程度，從而得到離子電導率更高、機械性能和穩定性更好的聚合物電解質。使用所述改性聚合物的聚合物電解質中，改性聚合物和交聯劑發生聚合反應，在聚合物電解質的內部形成致密穩定的三維交聯網絡，將鋰鹽電解質溶液限制于聚合物結構中，解決了漏液和短路的問題，同時具有優異的柔韌性、機械強度和穩定性，尤其適用于高性能的電致變色器件。

技術領域

本發明屬于聚合物材料技術領域，具體涉及一種改性聚合物、聚合物電解質及其制備方法和應用。

背景技術

電致變色是指材料在交替的高低或正負外電場的作用下，通過注入或抽取電荷(離子或電子)，在低透射率的著色狀態和高透射率的褪色狀態之間產生可逆變化的特殊現象，在外觀性能上表現為顏色及透明度的可逆變化。基于電致變色的材料制備的器件為電致變色器件(Electrochromism?Device，ECD)，因其相對較低的工作電壓、較短的顏色切換時間和較高著色效率，ECD被廣泛應用于智能窗、顯示器、智能墨鏡、汽車防眩光后視鏡以及國防科技中的智能偽裝等領域。

電解質是電致變色器件中不可或缺的組成部分，電解質為ECD提供離子和離子傳輸通道，使離子在兩電極之間進行嵌入和脫出，實現從化學能到電能的轉換。電解質不僅承擔在兩極之間輸送和傳導電流的作用，而且在很大程度上決定器件的工作機制，影響電致變色器件整體的安全性能、循環使用壽命和生產成本等。

電解質按照物理狀態可分為液體電解質、凝膠電解質和全固態電解質。其中，液體電解質離子電導率高，但安全性差；固體電解質擁有更好的安全系數和機械強度，其組分一般為堿金屬鹽在聚合物中的固溶體，不易燃，而且化學穩定性好。例如CN106410269A公開了一種全固態復合型聚合物電解質及其制備方法，所述全固態復合型聚合物電解質由超支化或星形聚合物基體、鋰鹽以及有機或無機小分子或其他線性或支化聚合物組成，可通過溶液澆注法成膜，其室溫電導率近10⁴S/cm，可應用于二次鋰離子電池、超級電容器、傳感器、電致變色器件等電化學器件中。但是，固體聚合物電解質中離子輸送主要是依靠鋰離子與聚合物鏈段上給電子基團不斷的結合和解離，聚合物的鏈段運動能力有限，對鋰鹽的解離程度遠遠不及有機溶劑，因而固體聚合物電解質的離子電導率較小，在制備器件時固體界面不利于離子的傳輸，存在界面問題，難以實現規模化應用。

凝膠聚合物電解質含有少量溶劑，本身結晶性比較低，可以實現高離子導電率，并能實現一定的力學性能和安全性能，在產業化器件中被廣泛應用。凝膠聚合物電解質中通常包括碳酸亞乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)等小分子增塑劑，使鋰離子的傳導方式由單一的鏈段運動變成增塑劑傳導為主，鏈段運動傳導為輔，從而提高離子電導率，同時電解質的柔韌性也能得到一定程度的改善。例如CN110208996A公開了一種凝膠電解質及其制備方法和應用，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；其中，聚合物基體為聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一種，以電解液的質量為100wt％，聚合物基體的含量為5～30wt％，疏水性納米氣相二氧化硅的含量為0.1～1.0wt％；該凝膠電解質均勻、附著力良好，解決了電解液易滲漏、易腐蝕污染環境的缺點，能夠提高電致變色器件的光調制幅度。然而，上述凝膠聚合物電解質的粘性和流動性較大，封裝過程中容易產生氣泡或溢出，進而造成短路；而且凝膠電解質的厚度難以控制，強度和韌性欠佳，離子電導率也具有很大的提升空間。

因此，開發一種離子電導率高、機械強度好、柔韌性佳的電解質材料以及聚合物電解質，以滿足電致變色器件的應用要求，是本領域的研究重點。

發明內容