高柔性准固态水性锂离子电池

随着可穿戴电子产品的快速发展，生活对高性能储能设备的需求迫在眉睫，而实现具有卓越灵活性的柔性储能系统的挑战还没有得到妥善解决，更不用说安全性，另一个关键问题就是它的实用性。鉴于这个问题，近期，香港城市大学支春义和深圳大学黄扬研究团队报道了一种基于碳布基底和PVA-LiNO3凝胶聚合物电解质（GPE）的准固态水性可充电锂离子电池（ARLIB）。具有极好的灵活性、安全性和电化学性能。

图1. PPy涂层工艺的示意图。

图2. a，b）尖晶石型LMO纳米颗粒的SEM图像。c）原始LVO微米棒的SEM图像。d）PPy涂覆LVO微棒的SEM图像。e）原始LVO微棒的高倍率SEM图像。f）PPy涂覆LVO微棒的高倍率SEM图像。g）PPy涂覆LVO微米棒的TEM图像，白色箭头指示PPy涂层。

作者在LiV3O8（LVO）的表层涂一层聚吡咯（PPy），该导电涂层大大提高了材料在水溶液电解质中的稳定性，然后用软碳布基体和PVA-LiNO3凝胶聚合物电解质（GPE），设计并构建了一种基于LVO负极和LMO正极的柔性、耐磨、准固态ARLIB。由于PPy涂层的保护和固体GPE的使用，有效地抑制了LVO负极的溶解，降低了电荷转移电阻，缓冲了循环过程中的体积变化，使得ARLIB的循环性能大大提高。在0.3A/g电流密度下，循环100次后仍有94%的容量保持；0.5A/g电流密度下，循环500次后仍有79.8%的容量保持。另外，它可以在各种角度弯曲、挤压和折叠而没有明显的容量损失，表现证明了其优异的柔韧性。对其进行穿孔而不破坏稳定性表明其优越的安全性能。

图3. a）柔性ARLIB的组装示意图。b）ARLIB不同电流密度下的充放电曲线。与原始LVO负极和PPy涂覆的LVO负极结合的ARLIB在c）0.3A/g和d）0.5A/g电流密度下的循环性能。插图显示了第2、300和500次循环的充/放电曲线。e）各种基于LVO的ARLIB的循环寿命比较。性能在相应参考文献中规定的各种电流密度下进行测试。

图4. a）柔性ARLIB的钻孔测试。b）柔性ARLIB的切割测试。c）每次充电后，电池的开路电压。d）剪为两半的电池串联为LED阵列供电。

这种研究对准固态锂离子电池的研发提供了一个开创性思维，赋予其良好的电化学性能、优越的灵活性、高安全性和极大的舒适性，有助于确定可穿戴储能装置的未来发展。

Zhuoxin Liu, Hongfei Li, Minshen Zhu, Yan Huang, Zijie Tang, Zengxia Pei, Zifeng Wang,Zhicong Shi, Jun Liu, Yang Huang, Chunyi Zhi; Towards Wearable Electronic Devices: A Quasi-Solid-State Aqueous Lithium-Ion Battery with Outstanding Stability, Flexibility, Safety and Breathability; Nano Energy(2017); DOI:10.1016/j.nanoen.2017.12.006

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