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沈国震AFM综述-柔性/可拉伸锂离子电池

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【成果简介】

近期,中科院半导体研究所的沈国震教授和中国人民解放军医院姜凯教授(共同通讯作者)在Advance Functional Materials上发表题为“Device Configurations and Future Prospects of Flexible/Stretchable Lithium-Ion Batteries”的综述文章。随着柔性可穿戴器件的快速发展,要实现全柔性的集成系统,柔性/可拉伸供能系统的开发显得尤为迫切。锂离子电池(LIB)由于其高能量密度、高功率密度以及长的循环寿命成为理想的选择。结构设计对柔性/可拉伸LIB的实际应用至关重要,该综述主要对近期柔性/可拉伸LIB在结构设计上的发展进行了综述,同时,从实际应用角度论述了这一领域面临的机遇和挑战。

【研究背景】

柔性电子技术主要是在柔性基底上构造电子或光电子器件的一系列技术的统称。目前柔性基底主要包括聚合物基底、超薄金属基底等。它已经成为当代微电子技术发展最重要的趋势之一。目前,诸如柔性显示、可穿戴电子、电子皮肤、电子纸、传感器、机器人、可植入式医疗设备等多种形式的柔性电子器件被设计出来。为实现柔性电子设备的多功能化,高性能的供能系统是必备的,其一方面需具备与器件相当的柔性/可拉伸变形性能,另一方面需要保持良好的电化学性能。当今,柔性/可拉伸的供能来源主要可分为两种:超级电容器(Supercapacitors, SCs)和LIB。超级电容器有一个致命的弱点——能量密度低,限制了其实际应用。相对而言,LIB由于其高能量密度、高功率密度和长的循环寿命在生活中有广泛应用:如电动车、备用电网等等。传统制备LIB的方法是将活性材料、导电炭、粘结剂组成的浆料平铺在集流体上,然后进行干燥、辊压、热处理、卷边,填充电解液,最后进行封装。此时,活性材料附着在金属集流体上,难以在弯曲或扭曲变形情况下保持电池的性能。某些情况下,从电极上剥离的活性材料甚至能穿透隔膜,造成短路和安全隐患。此外,一层一层卷曲的结构使LIB体积过大无法满足全柔性系统,因此开发具有良好柔性、机械稳定性和电化学性能的LIB非常迫切。

目前制备柔性/可拉伸LIB的方法主要从以下三点考虑:将传统组件替换成柔性组件、优化制备过程以及设计新的结构。过去几年,大量综述报道了柔性/可拉伸LIB的发展,它们主要集中在将传统组件替换成柔性、可拉伸的活性电极和集流体,但是,很少涉及到器件结构设计。然而,电池形状是移动、可穿戴电子的一个重要衡量因素。因此,设计具有不同形状的柔性LIB可为设计创新开辟新的道路。图一总结了具有不同结构的柔性、可拉伸LIB及其在可穿戴电子上的潜在应用,根据其柔性应用LIB主要可以分为2D平面型和1D纤维型,根据其拉伸性能可以分为结构可拉伸和本质可拉伸设备。

【研究导读】

作者主要从器件结构配置角度,讲述柔性/可拉伸LIB的最新进展。第一部分讲平面构型和纤维构型的柔性LIB;第二部分详述了不同器件结构配置的可拉伸LIB;第三部分讲述了部分柔性/可拉伸LIB在柔性集成电子系统中的实例;最后作者对柔性、可拉伸LIB所面临的挑战进行了总结并展望了其发展机遇。

 

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图一 不同结构的柔性可拉伸LIB

 

【图文详解】

 柔性可拉伸LIB

主要分为柔性LIB可拉伸LIB。

a)     柔性LIB

根据器件的不同配置,可分为平面结构、薄膜结构和一维纤维状结构。

²  柔性平面型LIB(Flexible Planar structure LIBs)

传统平面型LIB过于笨重且无柔性,采用传统浆料涂覆技术在重复的弯曲-复原中活性材料会从集流体上脱落,最终影响其电化学性能。目前平面柔性LIB最行之有效的方法是在集流体上直接生长活性材料。在金属集流体上直接生长纳米阵列(包括纳米线、纳米片和纳米管等)既可以增加机械稳定性和柔性也能缩短锂离子的扩散路径,同时由于纳米阵列的引入,比表面积的增加,有利于获得高的能量密度和功率密度。近期,大量在金属集流体上制备阴极材料的工作被报道出来。如图2所示,Wang等人通过水热方法在Ti箔上生长由大量1D纳米线组装成的3D网状Li4Ti5O12(LTO)阳极材料。这种无粘结剂的阳极组装成的电池表现出长寿命和高倍率电池性能,2 C和20 C循环5000圈的放电容量分别为153 mAh g-1和 115 mAh g-1。随后,将其与LiMn2O4(LMO)阴极以及聚甲基硅氧烷(PDMS)组装成柔性的平面LIB。该电池在20 C电流下的容量为125 mAh g-1,并且在不同弯曲状态下性能几乎不变,表现出良好的柔性。

 

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图二 基于无粘结剂的Li4Ti5O12纳米线阳极的平面柔性LIB

尽管如此,目前研究主要集中于阳极材料,采用此方法将阴极材料长在金属集流体上鲜有报道。为得到柔性的锂离子全电池,传统的LiCoO2/Al或LiMn2O4/Al阴极已经不太适用。Xia等人在Au涂覆的不锈钢基体上生长多孔的LiCoO2纳米片阵列制备出柔性的平面LIB。如图3所示,合成过程包括在不锈钢基底上喷金,水热生长Co(CO3)1−x·nH2O纳米片阵列,高温煅烧,热液锂化最终得到多孔LiCoO2纳米片阵列。该材料的半电池在10 C电流下可逆容量达104.6 mAh g-1,在0.1 C电流下循环1000圈容量保持率为81.8%。为保持全电池柔性,作者采用此材料与LTO阳极以及PDMS组装成柔性的平面LIB,所得电池在0.1 C下容量为130.7 mAh g-1,1000次循环后仍能保持80.5%,在10 C下容量为85.3 mAh g-1,表现出良好的电化学性能。

 

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图三 基于无粘结剂的LiCoO2纳米片阵列阴极的平面柔性LIB

直接在金属集流体上生长电极材料是一种构筑平面柔性LIB的有力方法。但是也应该注意到金属箔片的柔性和机械稳定性有限,平面构型不利于活性材料的生长等问题会严重影响电池的能量密度。因此,采用3D无金属集流体如碳纳米管纸、碳布、3D泡沫石墨烯(GF)等替代金属集流体可有效改善其性能。表1为在碳布上生长不同活性材料的柔性LIB的某些重要参数。2012年Shen与其合作者首次在碳布上生长活性材料制备柔性LIB,他们采用直径为80-100 nm的3D ZnCo2O4纳米线阵列与碳布复合作为阳极,其制备过程如图四所示。电化学测试表明在200 mA g-1的电流下,该阳极制备的半电池充放电容量为1200-1340 mAh g-1,在5 C倍率下容量仍然可保持在605 mAh g-1。组装的柔性全电池容量达到1300 mAh g-1,并且在十几圈后可保持初始容量的96%。该全电池在弯曲状态下仍能兼顾尺寸薄、机械稳定性好和电化学性能优异的特点。基于此原因,研究者在碳布上还生长了诸如Si纳米线、Sn微球、金属氧化物以及金属磷化物等多种微纳材料作为电池活性材料。

 

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图四 基于无粘结剂的ZnCo2O4纳米阵列电极的平面柔性LIB

表一 不同活性材料生长在碳布上制备的柔性LIB一些关键参数

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3D GF是另一种广泛制备平面柔性LIB的集流体,主要由3D互联石墨烯组成,可作为电荷载流子快速传输的通道。它具有超轻、高导电、柔性好的特点,并且比表面积大、空隙多,是平面柔性LIB的理想材料。Cheng等人首次报道了该材料在平面柔性LIB上的应用。他们将Li4Ti5O12纳米片阳极材料与LiFePO4阴极纳米颗粒直接生长在GF上作柔性LIB。如图5所示, Li4Ti5O12纳米片垂直生长于GF表面,LiFePO4纳米颗粒则依附于GF上,电极整体保持3D互联的结构。该LIB具有良好的柔性,且在弯曲半径为5 mm时依然无结构失效,在弯曲状态下可以点亮红光LED小灯。在平面状态下,开始的15次循环下容量可保持97%,在弯曲状态下,15次循环后仍然可保持约95%,10 C时容量高达117 mAh g-1,表现出良好的循环稳定性和寿命。据此,研究者们最近将如CoS纳米片、NiCo2O4纳米针,普鲁士蓝纳米管,Sn,以及SnO2等材料与3D GF或类似结构复合制作平面柔性的LIB。Yang等人将3D互联的氮掺杂多孔GF与氮掺杂的Ge量子点复合制备出鸡蛋壳纳米结构的电极材料,其具有1200 mAh g-1 的比容量,1000次循环后可保留原容量的96%,在40 C电流密度下容量也高达800 mAh g-1

 

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图五 基于无粘结剂的Li4Ti5O12 纳米片阳极和无粘结剂的LiFeO4纳米颗粒阴极的平面柔性LIB

微型柔性LIB(Flexible Micro-LIBs)

随着柔性NEMS/MEMS的快速发展,与其相应的高性能柔性电源系统的开发也迫在眉睫。尽管平面柔性LIB如上所述已经得到很好的性能,但是与微纳制造不兼容的液态电解液会面临热稳定性的考验。且平面柔性LIB在厚度、尺寸、重量方面远不能达到柔性NEMS/MEMS的要求。事实上,微电池系统最多能占MEMS系统重量的85%,体积的35%。这促使微型柔性LIB的探索热潮。一种典型的微型柔性LIB是将各薄层进行层层堆叠。Lee等人采用该原理通过磁控溅射和转移的方法制备出超薄的微型柔性LIB,如图6所示。除了填料PDMS基板之外,微电池的所有组件都通过射频磁控溅射或热蒸发沉积组合,使得柔性微电池比其它柔性平面LIB薄得多。将制备好的微电池转移后测得其电化学性能,结果表明该电池具备良好的柔性和机械稳定性,最大充电电压达4.2 V,容量达106 μAh cm-1,表现出良好的电化学特性。另一种是采用片上交叉结构构筑微型柔性LIB,该电池的所有组件包括阴阳极、电解液、集流体等都在单个片基底上。Wu等人采用此原理制备出具有交叉结构的全固态平面微型LIB,如图7所示。采用自制插齿电极与阴极材料LTO和阳极材料LFP得到的微型电池体积能量密度达到125.5 mWh cm-3,室温3000圈循环无容量损失,并且有良好的倍率性能。50 C倍率下,1000圈循环,平均每圈损失低至0.0069 mWh cm-3。将LFP替换为活化的石墨烯粉末同样可得到53.5 mWh cm-3的能量密度。由于其超薄、机械柔性好、长循环稳定并耐高温的特点,有望应用于柔性的NEMS/MEMS及其他柔性电子集成系统中。

 

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图六 使用传统转移法的柔性薄膜微型LIB

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图七 具有交叉结构的柔性微型LIB

柔性纤维型LIB(Flexible Fiber-Shaped LIBs)

纤维/纱线编织而成的纺织品涵盖了从日常生活到汽车和飞机等不同领域的许多产品。随着纺织技术的发展,柔软纺织电子可以直接穿在人体上。同时,柔性纺织电子器件需承受各种严重变形,包括在使用期间的扭曲等。与柔性平面器件相比,纤维器件在机械性能方面表现出独特的优点,例如轻质,优异的柔韧性和耐磨性。对复合纤维状LIB的研究由复旦大学彭慧胜教授开创。到目前为止,主要有两种类型的纤维状LIB,即具有平行电极的柔性纤维状LIB和具有螺旋电极的柔性纤维状LIB。

平行电极柔性纤维状LIB如图8所示,采用MWCNT/LTO纱线和MWCNT/LMO纱线分别作为阳极和阴极并联配对。由于阳极和阴极线都具有高导电性,因此不需要集流体或粘合剂。在不同的弯曲条件下,LIB仍然表现出稳定的电化学性能,能量密度可高达27 Wh kg-1/17.7 mW h cm-3,功率密度达880 W kg-1/0.56 W cm-3。与传统平面LIB的功率密度相比,纤维型LIB的功率密度要高几乎一个数量级。由于商业的纺织品与纤维状柔性LIB之间的相似性,将柔性纤维状LIB嵌入到商业纺织品中或编织成大面积纺织品,对可穿戴电子纺织品更具吸引力。例如,Peng等人开发了具有平行聚酰胺/CNT阳极和LMO/CNT阴极的高性能柔性纤维状LIB,如图8所示。

 

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图八 具有平行电极的柔性纤维状LIB(a-c)和一种可编织成布料的装置(d-g)

尽管平行电极柔性纤维状LIB具有吸引人的特征和电化学性能,但由于电极的平行布置,活性材料的利用仍然非常有限,这大大降低了器件的有效容量。最近,人们通过将阳极和阴极电极扭曲成螺旋形状制备螺旋电极柔性纤维状LIB。如图9所示,Kim等人设计的带有空心多螺旋电极的电缆型器件。该设计通过调节阳极股线的数量和阴极复合材料的厚度,可方便地调节两个电极之间的电池容量和容量平衡。通过优化设计,在未扭曲和扭曲条件下该电池可在0.1 C电流下在4.2和2.5 V之间充放电,并能提供1 mAh cm-1的稳定电池容量。由于该装置具有优异的机械柔韧性,可承受严重的弯曲和扭曲,使其可以佩戴在手腕,颈部或人体的任何其他部位。下一步工作,可采用直接在集流体上生长阳极或阴极,减小纤维的直径等手段进行优化。3D打印是最先进的增材制造技术之一,具有高效率,可扩展和成本低的特点。Hu等人采用3D打印的方法,打印阳极和阴极,制备柔性纤维状LIB,如图10所示。该方法是将阳极/阴极纤维从3D打印注射器中挤出到乙醇溶液中形成具有光滑,连续和长的纤维。印刷的纤维LIB的初始充/放电容量分别可达到141.3和110mA h g-1

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图九 具有中空多螺旋电极的柔性纤维状LIB

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图十 3D打印柔性纤维状LIB

b)     可拉伸LIB

可拉伸器件作为一种“软”电子设备,不仅可以弯曲,而且可以在非平面,柔软和弹性表面上拉伸,变形和包裹。通常有两种类型的方法来实现可拉伸的LIB。第一个是通过特殊的结构设计(即结构可拉伸LIB)实现传统刚性元件的可拉伸性,第二个是用可拉伸的元件替代刚性元件,包括活性电极,电解质,隔膜和封装物(即本质可拉伸LIB)。

 结构可拉伸型LIB(Structurally Stretchable LIBs)

“结构上”可拉伸的LIB是为传统刚性装置创造的特别设计。LIB装置本身是不可拉伸,其可拉伸性是通过机械结构的设计实现。如图11所示为Rogers等人在2012年的开创性工作。该小型存储元件阵列组成的袋式电池是由Al或Cu制成的蛇形结构互连。高弹硅树脂用作基材,丙烯酰氧基作为包覆材料,整个装置具有高达300%的可逆拉伸性。将100个电极盘阵列用弹性片密封后平行连接,得到的容量密度约1.1mAh cm-2。对于植入式设备等实际应用,不与外部电源连接的情况下为电池充电的能力非常重要。Rogers等人成功设计了可拉伸LIB无线充电系统,使整个系统对未来的实际应用非常有吸引力。尽管如此,该设备仍存在若干问题。首先,该过程的实现需要复杂的光刻程序,使其难以大规模生产;其次,可拉伸的LIB仅在20个循环就表现出容量衰减,稳定性有待提高。

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图十一 具有自相似蛇形互连的可拉伸LIB

折纸和剪纸是通过折叠或切割2D纸张来制作纸质艺术品的古老技术。通过这些技术,能够实现与刚性物体的良好拉伸性,如可折叠太阳能电池板,机械/光的超材料,可拉伸/自适应电子设备等。Jiang等人最近展示了一种可拉伸的折纸LIB,具备良好的折叠,弯曲和扭曲特性。如图12所示,在传统柔性平面LIB的制造之后,将平面型折叠成两种特殊的图案。通过这些图案,许多平行四边形面被“山脉”和“山谷”折痕连接起来,使得该装置可在一个方向或两个方向压缩。45°器件,1340%可输出稳定电压; 90°器件,则在1600%线性可变形性下保持输出电压。但是折纸LIB其拉伸性受到设计图案的限制。为了解决折纸LIB面临的上述问题,Jiang等人开发了一种具有剪纸模式的新型可拉伸LIB,如图12d-g所示。剪纸是折纸的一种变体,它通过结合切割和折叠来扩展拉伸范围,从而利用额外的自由度。作者设计三种剪纸图案,即Z字形切割图案, N形扭曲图案和N剪切图案用以制造可拉伸LIB。剪纸LIB的拉伸性超过100%且其厚度在最紧凑状态和最拉伸状态之间没有显著变化,使得剪纸LIB可以与平面系统(如MEMS等)集成。

 

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图 十二 可拉伸折纸LIB(a-c)和可拉伸剪纸LIB(d-g)

 本质可拉伸型LIB(Intrinsically Stretchable LIBs)

本质可拉伸LIB通常比结构可拉伸LIB表现出更好的拉伸性。“本质上”主要指:第一,电池的所有刚性部件,包括电极,电解质,隔板,包装等,都用自身可拉伸的部件代替。 第二,刚性部件的特殊设计(制成波状的螺旋形或螺旋弹簧等结构)以使电池本身可拉伸。尽管用诸如聚合物电极的固有可拉伸材料代替LIB的刚性组分被认为可以制造出优异的可拉伸LIB,但是其电化学性能的不足阻碍了进一步的研究。因此,波浪形或螺旋形螺旋弹簧结构被广泛用于制备本质可拉伸LIB。

波浪设计的主要策略是在预应变弹性基底上沉积刚性材料,随后释放预应变,产生可拉伸的特征。Peng等人采用波浪法设计了胶状LIB,主要包含拱形阳极(CNT/LTO-CNT),凝胶电解质和拱形阴极(CNT/LMO-CNT),由弹性聚合物(PDMS)包装,如图13所示。该拱形电极制备的波状电池在400%应变下拉伸200次后,剩余容量仍为其原始值的97%,在400%应变下1000次拉伸循环前后,拱形结构保持良好。

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图 十三 胶状可拉伸LIB

螺旋线弹簧结构电极的可拉伸纤维状LIB可以在各种尺寸下发生形变,并且可以作为软基底编织成各种纺织品。2014年Peng等人首次报道可伸缩的纤维状LIB以来,人们开发了两种制备可拉伸纤维状LIB的策略,这两种均为螺旋形弹簧结构,因为弹簧状结构具有弹性,可承受较大的应力。第一种策略是在弹性可拉伸基底(如PDMS)上制造电池,如图14a,c所示。采用这种结构制备的电池,可实现91.3 mA h g-1的比容量,并且在拉伸600%后容量能保持原始值的88%。与平面结构的可拉伸LIB相比,纤维状LIB可以容易地编织成各种纺织品。

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图 十四 具有弹性聚合物基材的可拉伸纤维状LIB(a-f)和无弹性聚合物基材的可拉伸的纤维状LIB(g-i)

然而,弹性基板的引入会增加设备的体积和重量,而且由于聚合物基板的机械性能差和可操作温度低,装置的稳定性得不到保障。因此,第二种策略是使用混合纤维弹簧作为阳极/阴极电极,在不使用任何弹性基材的情况下制造电池。如图14所示,螺旋环结构使电极可100%拉伸和释放。采用LMO/CNT阴极和LTO/CNT阳极的纤维LIB,平均放电电压平台为2.5 V,可逆容量为2.2 mA h m-1。经过100%的应变后,比容量可保持85%,拉伸300个循环后变化小于1%。与具有弹性基底的纤维LIB相比,无基底的纤维状LIB的体积和重量分别减少了约400%和300%。

柔性/可拉伸LIB集成系统

过去几年中,柔性电子产品发展非常迅速。目前已经报道了许多柔性电子设备,包括柔性显示器,柔性传感器和检测器,可植入的医疗设备等。为了给这些柔性设备供电,当前的策略仍然使用外部刚性电源单元,如传统的LIB,超级电容器。这些方案的动力单元太笨重,太大而不适合轻巧,柔性和小尺寸的电子设备。因此,开发具有电源集成的全功能柔性/可拉伸平台以确保整个平台的便携性能很有必要。

柔性和可拉伸LIB的成功开发使得灵活的电子设备成为可能。如图15报道的具有柔性平面LIB的全柔性集成光电探测系统。基于SnO2的柔性UV检测器连接到柔性LIB上。将以水热法制备的SnO2材料进行高温退火后生长在碳布的模板上。经过测试,结果表明柔性LIB是柔性光电探测器的合适电源。该工作为实现全柔性集成系统驱动提供了很好的策略,同时表明柔性LIB的应用可扩展到大部分需要柔性/可伸缩动力设备的领域,以实现轻量化和结构紧凑的目标。

 

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图 十五 由柔性LIB驱动的柔性自供电光电探测器系统

柔性/可拉伸电子设备是IT技术最重要的新时代之一,其中一个重要趋势是减小集成电路系统的尺寸和厚度。例如,医疗/美容贴片的性能和便携式对整个系统的尺寸和厚度非常敏感。受限于传统平面柔性LIB堆叠结构的限制,Choi等人开发了一种具有共面结构的新型平面柔性LIB,如图16所示。其中阳极和阴极相互交叉地放置在0.5 mm的平面上,并将其作为动力单元应用于集成系统。柔性LIB的共面电极设计增强了电池弯曲的耐受性、通过单电池串联提高电池的电压、并有利于电池的减重。还可以将太阳能电池与共面LIB组合形成一个集成的电源组,通过电磁感应设计能量传递电路,进行无线充电。这种电池可以将电压升至8.14 V。最近,研究人员通过将柔性LIB与柔性太阳能电池或纳米发电机组合在一起,制作了一些非常有趣的集成系统,以制造自供电的能量包。Peng等人最近展示了一种集成的柔性纤维状LIB的能量包。太阳能电池部分位于壳体处,LIB部分位于核心处,形成核壳结构。尽管取得一定效果,但是,其能量转换效率和结构有待于进一步优化。

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图 十六 共面柔性LIB驱动的集成电子系统

【小结】

作者从器件结构的角度对柔性/可拉伸LIB进行了全面综述,此外,还讨论了由柔性/可拉伸LIB驱动的全柔性集成系统。平面柔性LIB是所有柔性/可拉伸LIB中研究最广泛的LIB,主要是它们可采用常规的基于浆料浇铸的方法或基于水热的方法制造。然而,平面柔性LIB的尺寸限制了其应用。进而,提出了微型LIB,其在MEMS、小型化生物医学传感器和其他小型电子设备的设计中起重要作用,但是其制造成本有待于进一步得到控制。与柔性LIB相比,可拉伸LIB的研究尚处于初期阶段。通常,制备结构可拉伸的LIB比制备本质可拉伸的LIB更容易。然而,结构可拉伸LIB的可拉伸性仍然有限。本质可拉伸LIB的设计代表了该领域的主要趋势。

【展望】

1)     与传统LIB相比,具有平面结构或纤维结构的柔性/可拉伸LIB的功率密度和能量密度迫切需要提高。到目前为止,只有少数电极材料,如LMO,LTO,碳基材料等被用于制造柔性/可拉伸的LIB。因此,对于新型电极材料的开发和拓展也极为重要。

2)     与柔性LIB相比,可拉伸LIB的研究相对有限。需大量工作来改善可拉伸LIB的电化学性能和拉伸性能。获得更好拉伸性的一种有效方法是开发新的可拉伸弹性基底以沉积活性电极材料。另一种方法是对集流体设计新的结构,如CNT弹簧。

3)     在集流体上直接生长活性电极避免了材料与电极分离的问题。然而,目前开发的柔性/可拉伸LIB很多仍然使用浆料电极或沉积电极。在集流体上直接生长活性电极的研究仍处于发展的早期阶段,需要进一步研究。

4)     可穿戴电子设备或可植入设备直接与人体接触。因此,安全性是首先应考虑的问题,包括电极,电解质,隔膜等。应该仔细选择无毒和生物相容的材料来制造电池。用固态电解质代替液态电解质也是一种趋势。在柔性/可拉伸LIB中使用的几种固体电解质,由于离子电导率低,界面电阻高,因此器件性能下降快。

对于柔性/可拉伸LIB的实际应用,还应考虑设备的成本。目前,几乎所有的柔性/可拉伸LIB都是在实验室生产的,并且不能商业化,主要是缺乏大规模生产技术。因此,与传统的刚性LIB相比,柔性/可拉伸LIB的成本非常高。然而,随着诸如3D打印和其他印刷电子技术的制造技术的发展,柔性/可拉伸LIB将很快像传统的刚性LIB一样大规模生产。在那个阶段,柔性/可拉伸LIB的成本将大大降低,有望真正应用于商业化的柔性、可穿戴设备中。

对柔性/可拉伸LIB的研究仍处于发展的早期阶段,但已经实现了一些令人兴奋的发展。随着进一步发展,作者认为某些产品可能会在商业化。随着可印刷电子技术的发展,大规模、低成本地制造柔性/可拉伸LIB变得可行。设计具有所需形状的柔性/可拉伸LIB,用于任何目标表面,是柔性/可拉伸器件与刚性器件相比最大的特征之一。柔性/可拉伸LIB的另一个重要方向是为全柔性/可拉伸集成电子系统开发新的材料和结构。需要进一步革新以提高柔性/可拉伸LIB的能量密度和功率密度。总体而言,这些新型柔性/可拉伸LIB系统和平台的开发将产生新的产品和新的研究领域,在未来的许多应用中具有巨大潜力。

【文献信息】

Device Configurations and Future Prospects of Flexible/Stretchable Lithium-Ion Batteries. (Advance Functional Materials, 2018, DOI: 10.1002/adfm.201805596)

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201805596

 

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