解密：松下柔性鋰離子電池

　　卡片式或穿戴式智能設(shè)備經(jīng)常遇到的使用場(chǎng)景是需要放在錢包或者口袋中隨身攜帶，這就要求電池能夠承受彎曲或者扭曲。這類設(shè)備經(jīng)常需要使用小型薄片柔性電池，但是這類電池在受到彎曲或扭曲之后性能容易衰減，造成設(shè)備運(yùn)行時(shí)間縮短。實(shí)際上，在柔性電池方面，以下問(wèn)題一直是需要克服的技術(shù)障礙：

　　1) 如今的鋰離子電池材料本身不具備柔性，如何讓電池材料適應(yīng)這種應(yīng)用場(chǎng)景

　　2) 電池被彎曲/扭曲時(shí)，如何維持電池材料顆粒之間良好的接觸，減低接觸阻抗

　　3) 在電池被彎曲/扭曲的場(chǎng)景下，如何保證電池不漏液。

　　4) 如何提高活性物質(zhì)載量，提高電池容量

　　2017年1月，松下在CES2017展會(huì)上展出他們的最新柔性電池研究成果，該柔性電池可以承受一定的彎曲和扭曲，滿足日本JIS標(biāo)準(zhǔn)(JISX6305-1)，相當(dāng)于可以滿足彎曲半徑R40mm，扭曲角度±15°/85.6mm，電池厚度僅為0.55mm，主要應(yīng)用領(lǐng)域是卡片式設(shè)備或者穿戴設(shè)備。該電池最引人注目的特點(diǎn)是在彎曲到25mm半徑和扭曲25度之后還能保持其性能。截至2016年9月，松下為該柔性電池技術(shù)申請(qǐng)了25項(xiàng)日本專利和15項(xiàng)海外專利。其柔性電池外觀和主要參數(shù)如圖1所示。

　　圖1 松下柔性電池主要參數(shù)和外觀

　　通常，電池經(jīng)過(guò)彎曲或扭曲之后，對(duì)于循環(huán)壽命會(huì)有很大的影響。但是松下新開(kāi)發(fā)的柔性電池克服了這一缺點(diǎn)，這主要得益于松下重新設(shè)計(jì)了柔性電池的疊片式電極結(jié)構(gòu)(圖2是基本結(jié)構(gòu))，其中，電極electrode和外層outer layer設(shè)計(jì)得到了優(yōu)化，使其能夠抵御彎曲/扭曲，但是具體如何優(yōu)化目前還不清楚。例如，反復(fù)彎曲1000次、或者扭曲1000次(扭曲角度±25°/100mm)后的放電容量能夠保持初始容量的99%(圖3)。并且在經(jīng)過(guò)1000次的充放電循環(huán)測(cè)試之后(圖4)，充放電循環(huán)壽命幾乎與沒(méi)有彎曲/扭曲的電池保持一致，容量保持率達(dá)到80% 。

　　圖2 疊片式電極結(jié)構(gòu)

　　圖3 彎曲/扭曲1000此后的容量保持率

　　圖4 柔性電池循環(huán)壽命對(duì)比

　　目前，隨著智能穿戴設(shè)備的興起，柔性電池的研究正在受到越來(lái)越多的關(guān)注。盡管松下發(fā)布的三款柔性電池看起來(lái)性能相當(dāng)不錯(cuò)，但是可以看到，這三款電池的容量還是很小的，最大的也才只有60mAh，無(wú)法滿足稍微大一點(diǎn)的智能便攜式或者穿戴設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，該研究領(lǐng)域目前還處于發(fā)展成長(zhǎng)階段。隨著現(xiàn)代便攜式智能設(shè)備或穿戴設(shè)備的功能不斷增強(qiáng)，電池耗電量問(wèn)題一直是需要面對(duì)的挑戰(zhàn)，例如現(xiàn)在智能手機(jī)的電池容量都不得不增加到1000mAh、2000mAh、3000mAh、甚至4000mAh或者更高了。因此，要真正實(shí)現(xiàn)這種新型柔性鋰離子電池技術(shù)，最基本的一條就是必須具備幾千mAh的容量，以確保只能設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。更重要的是，性能在電池受到機(jī)械形變時(shí)不能有所衰減。只有這樣才能滿足如今眾多的便攜式/穿戴式智能電子設(shè)備。