解密：松下柔性鋰離子電池

　　卡片式或穿戴式智能設備經常遇到的使用場景是需要放在錢包或者口袋中隨身攜帶，這就要求電池能夠承受彎曲或者扭曲。這類設備經常需要使用小型薄片柔性電池，但是這類電池在受到彎曲或扭曲之后性能容易衰減，造成設備運行時間縮短。實際上，在柔性電池方面，以下問題一直是需要克服的技術障礙：

　　1) 如今的鋰離子電池材料本身不具備柔性，如何讓電池材料適應這種應用場景

　　2) 電池被彎曲/扭曲時，如何維持電池材料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) 如何提高活性物質載量，提高電池容量

　　2017年1月，松下在CES2017展會上展出他們的最新柔性電池研究成果，該柔性電池可以承受一定的彎曲和扭曲，滿足日本JIS標準(JISX6305-1)，相當于可以滿足彎曲半徑R40mm，扭曲角度±15°/85.6mm，電池厚度僅為0.55mm，主要應用領域是卡片式設備或者穿戴設備。該電池最引人注目的特點是在彎曲到25mm半徑和扭曲25度之后還能保持其性能。截至2016年9月，松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。其柔性電池外觀和主要參數(shù)如圖1所示。

　　圖1 松下柔性電池主要參數(shù)和外觀

　　通常，電池經過彎曲或扭曲之后，對于循環(huán)壽命會有很大的影響。但是松下新開發(fā)的柔性電池克服了這一缺點，這主要得益于松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)，其中，電極electrode和外層outer layer設計得到了優(yōu)化，使其能夠抵御彎曲/扭曲，但是具體如何優(yōu)化目前還不清楚。例如，反復彎曲1000次、或者扭曲1000次(扭曲角度±25°/100mm)后的放電容量能夠保持初始容量的99%(圖3)。并且在經過1000次的充放電循環(huán)測試之后(圖4)，充放電循環(huán)壽命幾乎與沒有彎曲/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/扭曲1000此后的容量保持率

　　圖4 柔性電池循環(huán)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。盡管松下發(fā)布的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，最大的也才只有60mAh，無法滿足稍微大一點的智能便攜式或者穿戴設備的運行時間，該研究領域目前還處于發(fā)展成長階段。隨著現(xiàn)代便攜式智能設備或穿戴設備的功能不斷增強，電池耗電量問題一直是需要面對的挑戰(zhàn)，例如現(xiàn)在智能手機的電池容量都不得不增加到1000mAh、2000mAh、3000mAh、甚至4000mAh或者更高了。因此，要真正實現(xiàn)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幾千mAh的容量，以確保只能設備的運行時間。更重要的是，性能在電池受到機械形變時不能有所衰減。只有這樣才能滿足如今眾多的便攜式/穿戴式智能電子設備。