[发明专利]用于原位测评锂电池电极材料电致变色性能的器件及方法

说明书

技术领域

本发明涉及显示器领域，具体涉及一种用于原位测评锂电池电极材料电致变色性能的器件及方法。

背景技术

锂电池是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合金、锂离子和锂聚合物）的电池，锂电池以其优越的性能，被广泛应用在电子仪表、数码和家电产品上。其中，锂离子电池是目前最主要的二次电池之一，它主要由正极、负极、电解质、隔膜等部分组成。在充电过程中，锂离子从正极或电解质嵌入负极中，而放电时，正好相反，锂离子从负极中脱嵌返回到正极中。锂离子电池的正极材料目前使用最多的是LiCiO₂ 或LiMnO₂，负极主要是碳。而以金属锂或锂合金作为负极时通常被称为锂金属电池。此外，电解质作为离子导体，可以是固态也可以是液态，是锂电池不可或缺的部件，起到传输锂离子的作用，它一般要满足：锂离子电导率高，热性能稳定不分解，电化学窗口宽，化学稳定性高等条件。目前商业锂离子电池主要是使用液态的含有锂盐的有机溶剂，如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等。对锂电池的性能评价方法包括循环充放电，阻抗测试等。

电致变色材料是目前公认的最有发展前途的智能材料之一。它是指通过施加电压后，材料的光学性能随之改变，而且这种改变必须是可逆的，典型的电致变色是由于材料脱嵌锂或氢离子导致晶格参数变化而引起光吸收的改变。电致变色材料从上世纪五十年代引起关注后发展至今，已经开发出了许多种类的这种功能性材料，一般分为无机电致变色材料和有机电致变色材料，无机电致变色材料有WO₃、MoO₃、NiO、IrOx等，有机电致变色材料有紫罗精、稀土酞花菁、聚苯胺等。前者化学稳定性高，可实现全固态化，安全可靠，其中以WO₃材料研究最为广泛，被视为最可能实用化的电致变色材料。电致变色材料的特殊性能有望使其在高对比度显示器，变反射镜，汽车后视镜等器件上得到应用，还可以作为智能窗户用在建筑物、飞机上来节能和提高舒适度。典型的电致变色器构型包括透明导电基底、电致变色层、离子储存层、透明的离子导电层，除了电致变色器件一般是整体透明以外，这种“三明治”结构与薄膜锂电池非常类似。例如，中国专利公告CN201222152Y中公开了一种可电致变色的柔性薄膜，其双表面由外至内均为柔性透明基底层、透明导电层，该两透明导电层2均设有引出电极，在两透明导电层内夹置有电致变色层、离子导体层和离子储存层。 

电致变色的变色性能（如透过率变化、有效电压、响应时间、变色效率等）的改进和表征需要有一种快捷，有效的方法来评价，并且电极材料结构与嵌锂量、响应时间的关系需要通过充放电过程、阻抗谱来研究。在进行充放电循环测试的同时，原位的获取电致变色电极材料对光的透过率变化时间、速率、循环性能对于认识材料的性能，可以大大节约时间和材料成本，尤其是建立充放电与电致变色性能的关联，可提高性能表征的准确性和预见性。

然而，目前并无任何关于可在进行充放电的循环测试的同时原位获取电极材料电致变色性能的方法或用于该方法的器件的研究。

发明内容

面对现有技术存在的上述问题，本发明人意识到基于锂电池和电致变色两种器件在材料、构型、表征手段上的高度相似性和相关性，提供一种用于原位测评锂电池电极材料电致变色性能的器件及方法，通过该器件在进行锂电池充放电的同时原位测评电极材料电致变色性能，从而通过该具有双功能结构的器件，可同时获取电极材料的锂电池充放电性能和电致变色性能。

根据本发明的一方面，提供一种用于原位测评锂电池电极材料电致变色性能的器件，包括：相对设置的最外层的两透明导电基底、分别形成在该两透明导电基底的内表面上的负极和正极，以及填充在该两透明导电基底之间的离子导电层，所述正极由电致变色材料制成，所述负极形成为具有面向所述正极的中空部。

本发明通过采用以电致变色材料制成的正极和具有使光线通过的中空部的负极，构成具有锂电池及电致变色双功能的结构，因此可在进行锂电池充放电同时原位测定该锂电池对光的透过率，定量评价电致变色正极的电致变色性能、脱嵌锂性能及阻抗。本发明利用上述器件能同时测出电池的充放电容量、电压曲线、光透过率、阻抗及电致变色响应时间、调制幅度等性能和参数，建立充放电与变色性能的关联，大大简化了对材料开发和评价的步骤，提高了效率和预见性，并且该器件结构简单，易制作，避免了对电极材料的多次表征。

在本发明中，所述中空部可以为圆形、三角形、方形或多边形。