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鬆下柔性鋰(lǐ)離子電池解密
卡片式或穿戴(dài)式智能設備經常遇(yù)到的(de)使用場景(jǐng)是需要放在錢包(bāo)或者口袋中隨身攜帶,這就要求電池能夠承受(shòu)彎曲或者(zhě)扭曲。這類設備經常需要(yào)使用小型薄片柔性電池,但是這類電(diàn)池在受到彎曲或扭曲之後性能容易衰(shuāi)減,造成設備運行時間縮短。實際上,在柔性電池方麵,以下(xià)問題一直是需要克服的技術障礙:
1) 如今的鋰離子(zǐ)電池材料本身不具備柔性,如何(hé)讓電池材料適應這種應用場景
2) 電池被彎曲/扭曲(qǔ)時,如(rú)何維持電池材料顆粒之(zhī)間良好的接觸,減(jiǎn)低接觸阻抗
3) 在電池(chí)被彎(wān)曲/扭曲的場景下,如何(hé)保證電池不漏液。
4) 如何提高活性物質載量,提高電池容量
2017年1月,鬆下在CES2017展會上展出他們的最(zuì)新柔性電池研究成果(guǒ),該柔性(xìng)電池可以承(chéng)受一定的彎曲和扭曲,滿足(zú)日本JIS標準(JISX6305-1),相當於可以滿足彎曲半(bàn)徑(jìng)R40mm,扭曲角度±15°/85.6mm,電池厚度(dù)僅為0.55mm,主要應用領域是卡片式(shì)設備(bèi)或者穿戴(dài)設備。該(gāi)電池最引人注目的特點是在彎曲到25mm半徑和扭曲25度之後還能保持其性能。截至2016年9月,鬆下為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(zhǔ)要參數如圖1所示。

圖1 鬆下柔性電池主要參數和外(wài)觀
通常,電池經(jīng)過彎曲或扭曲之(zhī)後,對於循環壽命會有很大的影響。但是鬆下新開發的(de)柔性電(diàn)池克服了這一缺點,這主要得益(yì)於鬆下重新設計了柔性電池的(de)疊片式電極結構(圖2是基本結構),其中,電極electrode和外層outer layer設計得(dé)到了優化,使其能夠抵禦彎曲/扭曲,但是具體如何優化目前還不清楚。例如,反(fǎn)複彎曲1000次、或者扭曲1000次(扭曲角度±25°/100mm)後的放(fàng)電容量能夠保持(chí)初始容量的99%(圖3)。並且在經過1000次的(de)充放電循環測試之後(圖4),充放電循(xún)環壽命(mìng)幾乎與沒有彎曲/扭曲的電池保持一致,容量保持率達到80% 。

圖2 疊片式電極結構

圖3 彎曲(qǔ)/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,隨著智能穿戴設備的興起,柔性電池的研究正在受到越來越多的關注。盡管鬆下發布的(de)三款柔性電池看起來性能相當不錯,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,無法滿足稍微大一點的智能便(biàn)攜式或者穿戴設備的(de)運行時間,該研究領(lǐng)域目前還(hái)處於發展成(chéng)長階段(duàn)。隨著現代便攜式智能設(shè)備或穿戴設備的功能不斷增強(qiáng),電池(chí)耗電量問題(tí)一直是需要麵(miàn)對的挑(tiāo)戰,例如現在智能手(shǒu)機的電池(chí)容量都(dōu)不得不增加到(dào)1000mAh、2000mAh、3000mAh、甚至4000mAh或者更高了。因此(cǐ),要真正實現這種新型柔性鋰離子電池技術,最基本的一條就是必須具備(bèi)幾千(qiān)mAh的容(róng)量,以確保隻能設備的運行時間。更重(chóng)要的是,性能在電池受到機械形(xíng)變時不能有所衰減。隻有(yǒu)這樣(yàng)才能滿足如今眾多的便攜式/穿戴式智能電子設備。