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鬆下柔性鋰離子電池解密
卡片式或穿戴式智能設備經常遇到(dào)的使用場景是需(xū)要放在(zài)錢包或者口(kǒu)袋中隨身攜帶,這就要求電池能夠承受彎曲或者扭曲(qǔ)。這類設備經(jīng)常需要使用小型薄片柔(róu)性電池,但是這類(lèi)電池在受到彎曲或扭曲(qǔ)之後性能容易衰減,造成設備運行(háng)時間縮短。實際上,在柔性電池方麵,以下問題一(yī)直是需要克服的技(jì)術障礙:
1) 如今的鋰離子電池材料本身不具備柔(róu)性,如何讓(ràng)電(diàn)池材料適應這種應用場景
2) 電池被彎曲/扭曲(qǔ)時,如何維持(chí)電池材料(liào)顆粒之間良好的接觸,減低接觸阻抗
3) 在電池被彎曲/扭曲的場景下,如何保證電池不漏液。
4) 如(rú)何提高活(huó)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(chū)他們的最(zuì)新柔(róu)性電池研究成果,該柔性電池可以承(chéng)受一定的彎曲和扭曲,滿足日本JIS標準(JISX6305-1),相當於可以滿足彎曲半徑R40mm,扭曲角度±15°/85.6mm,電池厚度僅為(wéi)0.55mm,主要應用領域是卡片(piàn)式設備或(huò)者穿戴設備。該電池最引人注(zhù)目的特點是在彎曲到25mm半徑和扭曲25度之後還能保持(chí)其性能。截至2016年9月,鬆下為(wéi)該柔性電池技術申請了25項日本專利和15項海外專利。其柔性電池(chí)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(tōng)常(cháng),電池經過(guò)彎曲或扭曲(qǔ)之後,對於循環(huán)壽命會有很大的影(yǐng)響。但是鬆下新開發的柔性電池克服了這一缺點,這主要得(dé)益於鬆下重(chóng)新設計了(le)柔性電池的疊片式電極結構(圖2是基本結構),其(qí)中,電極electrode和(hé)外層outer layer設計得到了(le)優化,使其能夠抵禦彎曲/扭曲(qǔ),但是具(jù)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)電容量能(néng)夠(gòu)保持初始容(róng)量(liàng)的99%(圖3)。並(bìng)且在經過1000次的充放電循環測試之後(圖4),充放電循環壽命(mìng)幾乎與沒有彎曲(qǔ)/扭曲的電池保持一(yī)致(zhì),容量保持率達到80% 。

圖2 疊片式電極(jí)結構

圖(tú)3 彎曲/扭曲1000此後的容量保持率

圖4 柔性電池循環(huán)壽(shòu)命對比(bǐ)
目前,隨著智能穿戴(dài)設(shè)備的興起,柔性電池(chí)的研究正在受到越來(lái)越多的關注。盡(jìn)管鬆(sōng)下發(fā)布的三款(kuǎn)柔性電池看起來性能(néng)相當不錯,但是可以看到,這三款電池的容量還是很小的,最大的也才隻有(yǒu)60mAh,無法滿足稍微(wēi)大一點的智能便攜式或者穿戴設備的運行時(shí)間,該研究領域目前(qián)還處於發展成長階段。隨著(zhe)現代便攜式智能設備或(huò)穿戴設備的功能不斷增強(qiáng),電(diàn)池耗電量問題一直是需(xū)要(yào)麵對的挑戰,例如現(xiàn)在智能手機的電池容量都不(bú)得不增加到1000mAh、2000mAh、3000mAh、甚至4000mAh或者更高了。因此,要真正實現這種新型柔性(xìng)鋰離子電池技術,最(zuì)基(jī)本的一條就是(shì)必(bì)須具備幾千mAh的容量,以(yǐ)確保隻(zhī)能設備的運行時間(jiān)。更(gèng)重要(yào)的是(shì),性能在電池受到機械形變時不能有所衰減。隻(zhī)有這樣才能滿足如今眾多的便攜式/穿戴式智能電子設備。