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鬆下柔性鋰離子電池解(jiě)密(mì)
卡片式或穿戴式智能設(shè)備經常遇到的使用場景(jǐng)是需要放在錢包或者口袋中隨身攜帶,這就(jiù)要求電池能夠承受彎曲或者扭(niǔ)曲。這類設備經常需要使用小型薄片柔性電池,但是這類電(diàn)池在受到彎(wān)曲或扭曲之後性能容易衰(shuāi)減,造成設備運(yùn)行時間縮短。實際上,在柔性電池方麵,以(yǐ)下問題一直是需要克服的技術障礙:
1) 如今的鋰(lǐ)離子電池材料本身不具備柔性,如(rú)何讓電池材料適應這(zhè)種(zhǒng)應用場景
2) 電池被彎(wān)曲/扭曲時,如(rú)何維持電池(chí)材料顆粒之間良好的接觸(chù),減低接觸阻抗
3) 在電池被彎曲/扭曲(qǔ)的場景下(xià),如何保證電池(chí)不漏液。
4) 如何提高活性物質載量,提高(gāo)電池容量
2017年1月,鬆下在CES2017展會上展出他們的最新柔性電池研究成果(guǒ),該柔(róu)性電池可以承受一定的彎曲和扭曲,滿足日本JIS標準(JISX6305-1),相當於可(kě)以滿足彎曲半徑R40mm,扭曲角度±15°/85.6mm,電池厚度僅(jǐn)為0.55mm,主要應用領域是卡片式設備(bèi)或者穿戴設(shè)備。該(gāi)電池最引人注(zhù)目的特點是在彎曲到25mm半徑和(hé)扭曲25度之(zhī)後(hòu)還(hái)能保持其性(xìng)能(néng)。截至2016年9月,鬆下為該(gāi)柔性電池技術申請(qǐng)了(le)25項日本專利和(hé)15項海外專利。其柔性電池外觀和主要參數如圖1所示。

圖1 鬆下柔性電池主要參數和外觀
通常,電(diàn)池經過彎曲或(huò)扭曲之後,對於循環壽命會有很大(dà)的影響。但是鬆下新開發的柔性電池克服了這一缺點,這主要得益於(yú)鬆下重新設計了柔性電池的疊片式電極結構(圖2是基本結構(gòu)),其中,電極electrode和外(wài)層outer layer設計得(dé)到了優化,使(shǐ)其能夠抵禦彎曲/扭曲,但是具體如何優化目前還不清楚。例如,反複彎曲1000次、或者扭曲1000次(扭曲角度±25°/100mm)後的放(fàng)電(diàn)容量能夠保持初始容量的99%(圖3)。並且在(zài)經過1000次的充放電循(xún)環測試之後(圖4),充放電循環壽命幾乎與沒有彎(wān)曲/扭曲的電池保持一致,容量(liàng)保持率達到80% 。

圖2 疊片式(shì)電極結構

圖3 彎曲/扭曲1000此後的容量保持率

圖4 柔性電池循環壽命對比
目前,隨著智能穿(chuān)戴設備的興起,柔性電池的研(yán)究正在受到越來(lái)越多的關注。盡管鬆下(xià)發布的三款柔性電池看(kàn)起來(lái)性能相當不錯(cuò),但是(shì)可(kě)以看到,這三款電池的容量還是很小的,最大的也才隻有60mAh,無法滿足稍微大一點的智(zhì)能便(biàn)攜(xié)式或者穿戴設備的運行時間,該研(yán)究領域(yù)目前還處(chù)於發展(zhǎn)成長階段。隨著現代便(biàn)攜式智能設(shè)備或穿戴設備的功能不斷增強,電池耗(hào)電量問題(tí)一直是需要麵對的挑戰,例如(rú)現在智能手(shǒu)機的電池容量都不得不增加到1000mAh、2000mAh、3000mAh、甚至4000mAh或者更高了。因(yīn)此,要真正實現這種(zhǒng)新型柔性鋰(lǐ)離子電池(chí)技(jì)術(shù),最基本的一條就是必須具備幾千mAh的容量,以確保隻能設備的運行時間(jiān)。更重要的是,性能在(zài)電池受到機械形變時不能有所衰減。隻有(yǒu)這樣才能滿足如今眾多的便攜式/穿戴式智能電子設備。