线状柔性锂电池的研究进展_张艳萍

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1、张艳萍等：线状柔性锂电池的研究进展１００２９文章编号：１００１－９７３１（２０１６）１０－１００２９－０７＊线状柔性锂电池的研究进展张艳萍１，２，陈永翀１，刘丹丹１，２，康利斌１，２，张萍２（１．中国科学院电工研究所储能技术研究组，北京１００１９０；２．北京好风光储能技术有限公司，北京１０００８５）摘要：与块状、薄膜状、柱状或袋状的柔性电池相比，线状柔性电池的可弯曲性和可缠绕性，以及高能量密度和稳定的容量保持率，极大地方便了电路的设计，同时也改变了传统电池的电路供能方式，能够最大化地填充设备的多余空间。综述了国内外线状柔性锂电池的不同设计理

2、念、制备方法及各自的优缺点，分析了目前制约线状柔性电池产业化的主要原因，并展望了其发展前景。关键词：柔性电池；纤维锂电池；可穿戴设备中图分类号：ＴＭ９１１；ＴＱ１５２文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－９７３１．２０１６．１０．００６外界传输电子或从外界输入电子。０引言近年来，各种具有柔性、便携性、可穿戴性以及可编织性等特点的电子器件成为了研究热点。在未来市场的巨大需求下，卷曲电子屏、柔性智能手机、智能手环、可穿戴感应器以及可植入医疗器件等引起了广泛的关注，各大公司都推出了其概念超前的新型产［１－３］品，比如三星、

3、索尼、ＬＧ公司推出的各类智能柔性图１单根线状柔性电池截面结构概念手机，ＮＩＫＥ公司推出的智能手环，谷歌公司推出Ｆｉｇ１Ｔｈｅｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅｗｉｒｅ－ｓｈａｐｅｄｆｌｅｘｉｂｌｅ并上市的谷歌眼镜等，然而与此类产品相匹配的供能ｂａｔｔｅｒｙ电源依然面临着许多挑战。为了提高线状柔性电池的体积能量密度，同时避锂离子电池由于其高的能量密度和安全性，已经免电池不会因为充放电体积膨胀使得活性物质层破裂普遍存在消费者便携式电子设备中。但是现有的锂离脱落，一般将数百至数万根线状电池复合组装成具有子电池形状多为块状、平板状、棒状、袋

4、状，且不具有柔高输出的电池，从外形设计上可以分为集束棒状、薄膜性，这不利于许多应用，特别是在便携式和柔性电子设状和块状，其示意图如图２所示。备上。因此人们迫切需要研发出一种微型柔性的锂离子电池，以满足这些设备的需求。以柔性、可编织为主要特征的线状柔性锂电池正好可以满足这类新型器件的要求，线状柔性锂电池的可弯曲性和可缠绕性，以及高能量密度和稳定的容量保持率，大大方便了电路的设计，也改变了传统电池的电路供能方式，能够最大化地填充设备的多余空间。１线状柔性电池特性图２不同组合的柔性电池截面图Ｆｉｇ２Ｔｈｅｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕ

5、ｓｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｏｆ线状柔性电池有别于一般的二次电池，单根线型ｗｉｒｅ－ｓｈａｐｅｄｆｌｅｘｉｂｌｅｂａｔｔｅｒｉｅｓ电池可以为直线、曲线、环绕线圈，甚至可以在需要时目前，不同研究者对线状柔性电池的命名不同，美打结使用。单根线型电池截面结构示意图如图１所国ＩＴＮ能源系统公司称之为能量纤维（ｐｏｗｅｒｆｉ－示，一般是在单根纤维或纤维束的表面涂布薄而且均［４］ｂｅｒ），日本川崎重工业株式会社称为纤维电池（ｆｉ－匀的活性物质层，单个纤维电极的直径不超过［５］ｂｅｒｂａｔｔｅｒｙ），而韩国ＬＧ公司称之为线缆型柔性电１００μｍ，电极的中心部

6、位作为阴极或阳极的集流体向＊基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１４７７１７０）；北京市自然科学基金资助项目（２１４２０３４）；北京市科技计划资助项目（Ｚ１６１１０００００４１６００１）收到初稿日期：２０１５－１１－２９收到修改稿日期：２０１６－０４－２０通讯作者：陈永翀，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｃｃｈｅｎ＠ｍａｉｌ．ｉｅｅ．ａｃ．ｃｎ作者简介：张艳萍（１９８６－），女，山东聊城人，工程师，硕士，主要从事储能技术研究。１００３０２０１６年第１０期（４７）卷［６］池（ｃａｂｌｅ－ｔｙｐｅｆｌｅｘｉｂｌｅｂａｔｔｅｒｙ），复旦大学称之为柔膜可充电池，

7、与传统薄膜电池不同，ＩＴＮ研发的锂离子［７－８］［４，９］性线状锂离子电池。薄膜电池是以能量纤维为基体，这种能量纤维具有不同的科研工作者对上述电池的称谓不同，但无很大的长径比，允许较小的弯曲半径和大程度的屈曲。论哪种称谓，描述的电池形态都是一种长径比非常大能量纤维可以以单根形态代替薄膜电池来供能，且直径极小的线状柔性电池，这种电池能够满足不同如图３（ａ）所示，单根能量纤维至少具有两种不同的功形状的电子设备对电源形状的需求。能，如电化学性能和机械性能；也可以数十至数百根复合成复合能量纤维来供能，如图３（ｂ）所示，复合能量２研究进展纤维提供至少

8、两种（在很多情况下是３或４种）不同的２．１能量纤维功能，如储能、机械结构性能、光学和声学性能等，这些美国ＩＴＮ能源系统公司在美国国防部高级研究性能取决于复合体的基体材料。计划局Ｄ