[发明专利]一种准固态聚合物电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种准固态聚合物电解质及其制备方法和应用，所述准固态聚合物电解质通过前驱体溶液聚合反应得到，所述前驱体溶液包括聚乙二醇基聚合物、锂盐电解质溶液和引发剂的组合物；所述聚乙二醇基聚合物选自甲氧基聚乙二醇单甲基丙烯酸酯和/或聚乙二醇二丙烯酸酯。所述准固态聚合物电解质通过引入含有可固化结构单元的聚乙二醇基聚合物，在内部形成致密稳定的三维交联网络，解决了漏液和短路的问题，使其体积电阻率低，具有优异的离子电导率、柔韧性、机械强度和循环稳定性，而且制备方法简单，易于规模化生产，能够充分满足高性能柔性电致变色器件的应用要求。

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种准固态聚合物电解质及其制备方法和应用。

背景技术

电致变色(Electrochromism，EC)是指施加不同偏压引起着色材料产生氧化还原反应导致其外观颜色和光学特性发生可逆的现象。基于电致变色材料这一可控的光学特征制备的器件为电致变色器件(ECD)，ECD具有相对较低的工作电压、较短的颜色切换时间和较高的着色效率，引起了研究人员的广泛关注，已被广泛应用于智能窗、显示器、智能墨镜、汽车防眩光后视镜以及国防科技中的智能伪装等领域。

传统的ECD是一种三明治结构，其中，电解质层作为连接电致变色层和离子存储层的桥梁，主要起着为两极之间传输离子、传送电流的作用。电解质性能的优劣在很大程度上会影响ECD的变色性能和循环稳定性，高效稳定的电解质可以显著增加ECD的使用寿命。常规电解质主要分为液体电解质、准固态(凝胶)电解质和全固态电解质。截至目前，虽然液体电解质拥有无可比拟的高离子电导率优势，但其本身容易漏液、难以形变，且易导致EC层的脱落，这些弊端都极大地限制了其在ECD中的应用；全固态电解质可以从源头上规避液体电解质存在的漏液等安全问题，具有较好的安全性能和优异的抗冲击性，但其柔性差，离子电导率较低，在加工性和制备成本方面也存在致命缺点。准固态电解质一般是由小分子增塑剂、聚合物基质和锂盐构成，介于液体电解质和全固态电解质之间，不仅拥有较好的导电性，而且聚合物基体作为支撑骨架可以提供一部分机械强度和柔韧性从而实现器件的柔性变形。

现有的准固态聚合物电解质通过如下方法获得：将线性聚合物分子与有机溶剂混合，通过物理作用将大分子链段相互缠结形成网状结构的凝胶，得到准固态聚合物电解质。例如CN104698717A公开了一种凝胶状的聚合物电解质以及基于导电聚合物的固态电致变色器件的制备方法，聚合物电解质的制备方法如下：将聚合物基体和高分子增塑剂在反应器中溶胀后，再加入支持电解质和电解溶剂，充分混合分散，得到凝胶状的聚合物电解质；其中，聚合物基体选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯或聚(偏二氟乙烯-六氯丙烯)，高分子增塑剂为碳酸丙烯酯、聚乙二醇，支持电解质为四丁基高氯酸铵、高氯酸锂或四丁基氟硼酸铵；电解溶剂为乙腈、二氯甲烷或异丙醇。该聚合物电解质的离子导电率较高；但是，基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的准固态聚合物电解质粘性较大，流动性强，在电致变色封装过程中会产生气泡，导致溢出，容易短路，大大影响器件的循环性能。基于聚(偏二氟乙烯-六氯丙烯)(PVDF-HFP)的隔膜类电解质主要是通过吸收液体电解质使基体溶胀，拥有高离子电导率的同时可避免短路问题；但这类电解质吸液后隔膜厚度难以确定，对封装工艺有较大影响，而且在弯折等情况下容易发生与两电极接触不良的现象，进而影响器件的循环稳定性。

因此，开发一种具有离子电导率高、机械强度和循环稳定性好的准固态聚合物电解质，以满足电致变色器件的应用要求，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种准固态聚合物电解质及其制备方法和应用，通过引入含有可固化结构单元的聚乙二醇基聚合物，使所述准固态聚合物电解质中形成稳定的三维交联网络结构，不仅具有高的离子电导率，解决了漏液和短路的问题，而且显著提升了准固态聚合物电解质的柔韧性和循环稳定性，具有广阔的应用前景。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：