[发明专利]一种高强度复合材料固态电解质及其制备方法及其电致变色器件应用

说明书

本发明公开了一种复合材料准固态电解质，包括如下按重量比重计算的组分：高分子聚合物：20％‑40％；环氧树脂：10％‑20％；固化剂：环氧树脂质量的1％‑10％；有机和/或无机离子盐：40％‑60％；无机物纤维：0％‑3％。其中的高分子聚合物为聚偏氟乙烯‑六氟丙烯共聚物，其分子量为40‑50万，其中偏氟乙烯与六氟丙烯的单体含量比为7：3；环氧树脂为缩水甘油醚型树脂；有机和/或无机离子盐为离子液体和/或无机电解质盐；无机物纤维为玻璃纤维，无机纤维的单丝直径为6‑17μm，长径比为13:1。

技术领域

本发明属于电致变色领域，具体涉及一种高强度复合材料固态电解质及其制备方法及其电致变色器件应用。

背景技术

电致变色现象是指变色材料的透过率、吸收率和反射率，在施加外加电压时，以上三种光学特性在可见光、红外光谱区域内产生稳定可逆变换的过程。宏观表现为材料在透明(褪色)状态和着色状态之间，或在两个或多个着色状态之间转换。这种稳定可逆的光学现象转变主要是由于在外加驱动电压的作用下，变色材料发生了可逆的氧化还原反应，使其与电解质中的离子进行掺杂和去掺杂，因此表现出变色材料的颜色和光学特性发生转变。

电致变色器件是指基于电致变色材料制备而成的一种在外加电压刺激下可以做出智能响应的光电器件。其结构一般为典型的三明治结构，即在两个透明电极之间组装电致变色层，电解质层，以及离子储存层(对电极层)。当施加一个外在电压后起到主要变色效果的电致变色材料发生氧化或还原反应，从而使自身颜色状态发生改变，当施加一个反向电压后，材料又会发生一个可逆的还原或氧化反应，使颜色恢复。电解质层起到离子传输的作用，使阴阳离子在两电极之间传输，能够维持电致变色材料的电中性。离子存储层的作用是存储反离子，实现器件的记忆效应，同时也可以是与电致变色层材料性能完全相反的材料，从而实现器件颜色的互补。

目前所用到的电解质可以分为液态电解质、半固态凝胶电解质、准固态电解质三类。传统的液态电解质主要由溶于PC(碳酸丙烯酯)等有机溶剂的锂盐得到，虽然其电导率高、响应时间短，与电致变色材料接触面积大，但也存在有气泡、极易挥发和易泄露的缺点，溶剂还存在安全隐患，这些都是液态电解质亟待解决的问题。尽管准固态电解质不存在上述问题，但准固态电解质透过率和电导率均低于液态电解质，且与变色层接触面积受限，限制了它在柔性器件上的应用。准固态电解质，又称聚合物凝胶电解质(聚合物-溶剂-盐体系)，主要是以聚合物作为骨架结构，与液态电解质共混制备成复合材料。因其不仅具备液态电解的优点，而且而且具有较高的电导率和安全性。

尽管，准固态电解质能够解决液态电解质以及准固态电解质所存在的问题，但是准固态电解质本身仍存在的缺陷限制了它在柔性电致变色领域的应用，比如它本身机械强度不高，外部所施加的机械应力会对它造成损伤，若是在由它所装备的电致变色器件中，在对器件进行弯折，扭动，拉伸等一系列连续操作后，会使电解质膜产生断裂，从而使器件发生短路，影响器件的变色性能，以及降低器件的使用寿命。PVDF-HFP是一类具有很多明显优势的聚合物，例如耐久性，易于制造成膜，良好的热稳定性和电化学稳定性以及优异的机械性能，因此常被用作复合材料准固态电解质中，但是由于F离子的存在，其具有高的抗阳极氧化能力和高的介电常数之外，也大大降低了它的表面能，降低了与其他物质的兼容，降低了通过共混法对其改性的可能。玻璃纤维作为复合材料中的增强材料，其优点在于玻璃纤维的高强度、硬度和低密度。玻璃纤维在复合材料中的影响是多方面的，尤其其与聚合物之间界面的粘结性，会直接影响到玻璃纤维的增强效果。而PVDF-HFP聚合物的低表面能使它与玻璃纤维之间很难形成一个粘结性好的界面，降低玻璃纤维对复合材料的增强效果。

发明内容

本发明目的是克服以上技术的不足，提供一种复合材料准固态电解质和电致变色器件及其它们的制备方法，本发明的复合材料准固态电解质，通过配方设计，在不影响其光学透光率以及电导率的情况下，电解质膜的机械强度同步得到显著提升。