CN114815427A - 一种固态电解质及有色白色转换的电致变色器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态电解质，包括聚合物基材和离子液体，聚合物基材的主要组成为聚偏二氟乙烯，或为聚偏二氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯；基材中聚偏二氟乙烯的质量百分比大于60%。本发明固态电解质所制得的固态电解质膜兼具优良的可见光反射率和离子电导率，向包含该固态电解质膜的电致变色器件施加电压，当变色层着色时，显示器件变色层的颜色，当变色层失色为透明态时，器件显示为电解质的白色；以上失色态与着色态的颜色变化对比度高，人眼更容易分辨色态转换。本发明还公开了一种基于固态电解质的有色白色转换的电致变色器件。
Description
技术领域
本发明涉及固体电解质技术领域，具体涉及一种固态电解质及有色白色转换的电致变色器件。
背景技术
电致变色是指材料的光学属性(反射率、透过率、汲取率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。电致变色在显示器、智能控温、遮阳板等领域具有广阔的应用前景。作为电致变色器件的重要组成部分，电解质一直是电致变色器件实现应用的难点，存在形态为固体的电解质包括凝胶电解质和固体电解质。
现有技术中的电致变色器件的失色态为透明，着色态为黑色、蓝色、红色等，以上失色态与着色态的对比度低，不适用于对比度要求高、人眼更容易分辨色态转换的变色器件中。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种固态电解质，通过优选聚合物基材的组成，提高固态电解质用于电致变色器件中的可见光反射率和对比度，便于人眼分辨失色态与着色态。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种固态电解质，包括聚合物基材和离子液体，所述聚合物基材的主要组成为聚偏二氟乙烯，或为聚偏二氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯；所述基材中聚偏二氟乙烯的质量百分比大于60％。
优选的技术方案为，所述聚合物基材与离子液体的质量比为1：(1.3～1.8)。基于上述质量比的优选范围，比值过小，则由于离子液体含量过少，导致电解质离子电导率过低；比值过大，则由于聚合物含量过少，导致成膜性差，膜表面凹凸不平，甚至膜面会有孔洞产生。
优选的技术方案为，所述离子液体为具有非挥发性、高热稳定性和高离子电导率的离子液体，选自1-丁基-3-甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基四氟硼酸盐、1-丁基-1-甲基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基四氟硼酸盐中的至少一种。
优选的技术方案为，聚偏二氟乙烯的平均分子量为30～40万；和/或所述聚甲基丙烯酸甲酯的平均分子量为190～210万。进一步的，聚偏二氟乙烯的平均分子量为30～35万；所述聚甲基丙烯酸甲酯的平均分子量为195～205万。PVDF分子量越高，膜的强度越高，且结晶度也越高，因此，可见光反射率也越强；过高过低的分子量均不利于膜的形成。
优选的技术方案为，所述基材中聚偏二氟乙烯的质量百分比为70％～95％，更进一步为80％～93％，更优选为86％～92％。优选聚偏二氟乙烯质量百分比的固态电解质兼具优良的可见光反射率和离子电导率。
优选的技术方案为，固态电解质还包括白色无机填料，所述固态电解质中白色无机填料的质量百分比为5％～15％，进一步为8％～13％，更进一步为9％～11％；具体可选5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％点值。白色无机填料含量越多，电解质膜的可见光反射率越高。但填料含量过高，则可能会出现分散不均匀的问题；影响电解质膜均一性。无机填料含量对电解质的离子电导率有着较大的影响。在适当范围内，无机填料添加越多，则固态电解质的离子电导率越大。但当超过该范围后，随着无机填料含量的增加，反而会降低离子电导率。原因是适当含量无机填料的添加会降低聚合物的结晶度，且离子可以通过无机填料以及聚合物与无机填料的界面两条通道传输，因此提高离子电导率。但过多的填料会降低体系的离子电导率，可能是破坏了聚合物的基体结构，从而破坏了离子的传输通道。
优选的技术方案为，白色无机填料为二氧化钛，白色无机填料的粒径为30～40nm。在固态聚合物电解质中添加二氧化钛可以显著提高电解质的机械强度，一定程度上降低聚合物基体的结晶度，提高电解质的离子电导率。
本发明的目的之二在于提供一种有色白色转换的电致变色器件，包括依次层叠的透明导电电极层、电活性材料层、白色电解质层、电致变色层、透明导电电极层，所述白色电解质层为上述的固态电解质与溶液的电解质母液经涂布和干燥制得。
优选的技术方案为，所述白色电解质层的厚度为180～230μm。固态电解质越厚，其可见光反射率越高，优选厚度的白色电解质层具有优良的光反射率、膜层韧性和拉伸强度。
本发明的优点和有益效果在于：
本发明固态电解质所制得的固态电解质膜兼具优良的可见光反射率和离子电导率；向包含该固态电解质膜的电致变色器件施加电压，变色层着色，器件显示变色层的颜色；当变色层失色为透明态时，器件显示为电解质的白色；
失色态与着色态的颜色变化对比度高，人眼更容易分辨色态转换。
附图说明
图1为本发明实施例1的电解质光学照片；
图2为实施例1-5固态电解质膜的可见光反射率变化图；
图3为实施例1-5固态电解质膜的离子电导率图；
图4为实施例1蓝色电致变色器件着色与失色状态下的光学照片；
图5为实施例1蓝色器件着色态与失色态的反射率对比图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例固态电解质母液的制备方法：
按比例配置聚合物基材、离子液体(以及白色无机填料)，将以上组分导入丙酮与DMF的混合有机溶剂中，密封后加热至60℃，保温搅拌数小时，搅拌转速为500r/min，待聚合物基材在混合有机溶剂中溶解，得固态电解质母液。
实施例有色白色转换电致变色器件的制备方法：
S1：将电活性材料利用喷枪均匀地喷涂于透明导电基底表面，干燥；
S2：在S1所得电活性材料层的表面刮涂固态电解质，母液干燥后得到一层黏附在透明导电基底上的白色固态电解质层；
S3：在另一层透明导电基底的导电面均匀喷涂电致变色材料溶液，烘干后，将电致变色层与S2中的固态电解质相贴合，然后利用胶水封装四周，得到一种有色至白色转换的电致变色器件。
实施例中，电活性材料可选为电致变色材料、导电高分子材料、电极修饰材料等已知的电活性材料。白色电解质层具有优良的光反射率，因此白色电解质层厚度方向单侧或者双侧的电致变色材料均能显示其相应的着色态和失色态，以上双侧电致变色材料层着色态的相互影响小。
实施例1-5
实施例1-5的固态电解质由聚合物基材(聚偏二氟乙烯PVDF和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)、离子液体和二氧化钛组成，固态电解质、固态电解质母液按照下表配置：
上表中离子液体均为1-丁基-3-甲基双三氟甲磺酰亚胺盐；聚偏二氟乙烯(PVDF)的平均分子量为30万；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的平均分子量为200万；二氧化钛的粒径为30nm。
固态电解质膜的性能检测：
1、紫外可见分光光度计检测固态电解质膜的可见光反射率；
2、电化学工作站测试固态电解质膜的离子电导率。
实施例1-5以上性能检测结果见下表：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 可见光反射率/％ | 70％ | 75％ | 80％ | 90％ | 93％ |
| 离子电导率/S/cm | 1.6*10<sup>-5</sup> | 8*10<sup>-6</sup> | 6*10<sup>-6</sup> | 5*10<sup>-6</sup> | 3.5*10<sup>-6</sup> |
PVDF是半结晶的聚合物，具有高可见光反射率，晶态聚合物的离子电导率较低。在PVDF中加入PMMA可降低其结晶度，提高离子电导率；随着结晶度的降低，聚合物的可见光反射率也会随之降低。相较而言，上表中实施例4更为优选，其可见光反射率达到90％，且离子电导率为5*10-6S/cm。与实施例3相比，其离子电导率降低幅度很小，但可见光反射率增加了10％，而实施例5中，可见光反射率只比实施例4增加3％，变化量很小，但离子电导率降低幅度较大，对变色性能有更为不利的影响。
实施例6-7和对比例1
实施例6-7和对比例1的固态电解组组成和电解质母液组成按照下表配置：
上表中“—”表示固态电解质原料中不含二氧化钛。
实施例6-7固态电解质膜的性能检测结果见下表：
| 实施例6 | 实施例7 | 对比例1 | |
| 可见光反射率/％ | 34％ | 75％ | 50％ |
| 离子电导率/S/cm | 7.7*10<sup>-6</sup> | 2.6*10<sup>-5</sup> | 1.2*10<sup>-5</sup> |
实施例4、实施例6和实施例7形成的固态电解质组合物中二氧化钛含量的对照，基于PVDF与PMMA质量比为9:1，加入二氧化钛能明显提高可见光反射率，而对比例1中PVDF与PMMA质量比为5:5，二氧化钛的加入对可见光反射率的提高效果较小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种固态电解质，包括聚合物基材和离子液体，其特征在于，所述聚合物基材的主要组成为聚偏二氟乙烯，或为聚偏二氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯；所述基材中聚偏二氟乙烯的质量百分比大于60%。
2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述聚合物基材与离子液体的质量比为1：（1.3～1.8）。
3.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述离子液体为选自1-丁基-3-甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基四氟硼酸盐、1-丁基-1-甲基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基四氟硼酸盐中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，聚偏二氟乙烯的平均分子量为30～40万；和/或所述聚甲基丙烯酸甲酯的平均分子量为190～210万。
5.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述基材中聚偏二氟乙烯的质量百分比为70%～95%。
6.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，固态电解质还包括白色无机填料，所述固态电解质中白色无机填料的质量百分比为5%～15%。
7.根据权利要求6所述的固态电解质，其特征在于，白色无机填料为二氧化钛，白色无机填料的粒径为30～40nm。
8.一种有色白色转换的电致变色器件，包括依次层叠的透明导电电极层、电活性材料层、白色电解质层、电致变色层、透明导电电极层，其特征在于，所述白色电解质层为权利要求1至7中任意一项所述的固态电解质与溶液的电解质母液经涂布和干燥制得。
9.根据权利要求8所述的有色白色转换的电致变色器件，其特征在于，所述白色电解质层的厚度为180～230μm。
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2022
- 2022-05-13 CN CN202210521263.1A patent/CN114815427A/zh active Pending
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