[发明专利]一种光固化温致相变离子凝胶电解质的制备方法及应用

说明书

本发明涉及多功能电解质材料与器件领域，具体涉及一种光固化温致相变离子凝胶电解质的制备方法及应用。一种光固化温致相变离子凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤：(1)聚合物单体的合成：将聚合物和二异氰酸酯混合，加入催化剂，在氮气气氛中加热至70～90℃反应1～2.5h后降至40～60℃下加入丙烯酸单体，反应1～2h后终止反应，即得到聚合物单体；(2)光固化温致相变离子凝胶电解质的制备：将聚合物单体与双三氟甲磺酰亚胺盐混合后加入光引发剂，混合均匀后注入模具中，在紫外光照射30s～10min制备得到光固化温致相变离子凝胶电解质。本发明制备的光固化温致相变离子凝胶电解质可应用于热致变色器件、热电双响应器件、储能器件过热保护。

技术领域

本发明涉及多功能电解质材料与器件领域，具体涉及一种光固化温致相变离子凝胶电解质的制备方法及应用。

背景技术

电解质是电池等电化学器件中离子传输的载体，但自从它们实现商业化以来，在电解质上所做的调整微乎其微，极大地限制了电化学器件性能的提升。随着科学技术的进步，现代材料不断向高性能、多功能化方向发展。其中，具有智能特性的刺激响应性材料成为新材料领域的一个重要研究方向。刺激响应性材料能够感知外部环境刺激(如：光、电、热、磁、气、pH值等)，改变自身结构和物理化学性质，具有良好的开关效应。刺激响应型电解质的研究有助于提高电化学器件的智能性，使其完成更为复杂的应用，实现性能突破。

温致相变材料可以根据外界环境温度调节自身微结构产生颜色或光电性能转变，不需要额外添加控制装置或耗费能源，是最有开发前景的刺激响应性材料之一。其中，具有最低临界共溶温度(LCST)现象的热致变色水凝胶是一种常见的温致相变材料，其在低温时呈溶胀状态，聚合物溶解于水，太阳光透过率最高可达95％以上，高温下聚合物链自缔合，产生相界面，太阳光透过率最低可降至1％以下，是理想的热致变色智能材料。而水凝胶具有亲水性聚合物网络结构，体系中的水分可溶解离子，离子可以在聚合物网络形成的通道中传输和扩散，是制备高离子电导率电解质的理想材料之一。利用具有LCST现象的热致变色水凝胶可以使电解质具备溶胶-凝胶温致相变效应，将其应用于电池等储能器件，可以实现自激发热保护功能。但热致变色水凝胶存在固有的缺点：水结冰或蒸发、严重收缩、相分离时排液以及机械强度较差，因此存在着可逆循环稳定性差、密封困难等问题，难以大规模实际应用。开发非水系温致相变凝胶电解质，如离子液体-凝胶电解质，是一种有效地解决该问题的途径。

离子液体是一种室温熔融盐，具有极低的挥发性和良好的热稳定性，可以替代工业中使用的挥发性有机溶剂，避免环境污染，被视为“绿色溶剂”。因具有较高的离子电导率和较宽的电化学窗口，离子液体还被广泛应用于锂离子电池、超级电容器和电致变色器件等电化学领域。以离子液体为基础而开发的离子凝胶电解质是介于液态电解质和固态电解质之间的一种新型电解质。这是一种将离子液体固封在聚合物的三维网络结构中所制备的电解质材料，具有离子电导率高、可加工性好、电解质不易泄漏和难燃性等优点。且因具有非常好的柔性和对溶液法的兼容性，离子凝胶电解质易制备成薄膜，为低成本、量产和印刷制备柔性智能窗贴膜提供了一种可行方案。若通过设计改性，使离子凝胶同时具备优良的温致相变性能和离子传输能力，则可以将其应用于电致变色、电池、电容器、传感器等，开发多功能电化学器件。