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鬆下柔性鋰離子電(diàn)池解密(mì)
卡片式或(huò)穿戴式智能設備經常(cháng)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(chí)能夠承受彎曲或者(zhě)扭曲。這(zhè)類設備經常(cháng)需要使用小型薄片柔性電池,但是這類電池在受到(dào)彎曲或(huò)扭曲之後性能容易衰減,造成設備運行時間縮短。實際上,在柔性電池方麵(miàn),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(bèi)彎曲/扭曲時,如何維持(chí)電池材料(liào)顆粒之(zhī)間良好的接觸,減低接觸阻抗
3) 在電(diàn)池(chí)被彎曲/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新柔性電(diàn)池(chí)研究成果,該(gāi)柔性電池可以承受一定的(de)彎曲和扭(niǔ)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(jiǎo)度±15°/85.6mm,電池厚(hòu)度僅為0.55mm,主要應用領域是卡片式設備或者穿戴設備(bèi)。該電池最引人注目的特點是在彎曲到25mm半徑和扭曲25度之後還能保持其性(xìng)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(zhuān)利(lì)。其柔性電池外觀和主(zhǔ)要參數如圖1所示(shì)。
圖1 鬆下柔性電池(chí)主要參數和外觀
通(tōng)常,電池經過(guò)彎曲或扭曲之後,對於循環壽命會有很大的影(yǐng)響。但是鬆下(xià)新開發(fā)的柔性電池克服了這一缺點,這主(zhǔ)要得益於鬆下重新設計了柔性電池(chí)的疊片式電極結構(圖2是基本結構),其(qí)中,電極electrode和外層outer layer設計得到了優化,使其能夠抵禦彎曲/扭(niǔ)曲,但是具(jù)體如(rú)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(qǔ)角度±25°/100mm)後(hòu)的放電容量能夠保持初始容量(liàng)的99%(圖3)。並且在經過1000次的充放電循環測試之後(圖(tú)4),充放電循環壽命幾乎與沒有彎曲/扭曲的(de)電池保持一致,容量保持率達(dá)到80% 。
圖2 疊片式電極結構
圖3 彎曲/扭曲1000此後的容(róng)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(shè)備(bèi)的興起,柔性電池的研究正在受到越來(lái)越多的關注。盡管鬆下發布的三款柔(róu)性電池看起來性能相當不錯,但是可以看到,這三款電(diàn)池的容量還是很小的,最大的也才(cái)隻有60mAh,無(wú)法滿足稍微大一點的智能便攜式或者穿戴(dài)設備的運行時間,該研究領域目前還處於發展成長(zhǎng)階段。隨著現代便攜式智能設備(bèi)或穿戴設備的功能不斷增強,電池(chí)耗電量問(wèn)題一直是需要麵對的挑戰,例如現在智能手機的電(diàn)池容量都不得不(bú)增加到1000mAh、2000mAh、3000mAh、甚至(zhì)4000mAh或者更高了。因此,要真正實現這種新型柔性鋰離子電池技術,最基(jī)本的一條就是(shì)必須具備幾千mAh的容(róng)量,以確保(bǎo)隻能設備的運行時間。更重要的是,性(xìng)能在電池受到機械形變時不能有(yǒu)所衰減。隻有這樣才能滿足如今眾多的便攜式/穿(chuān)戴式智能電子設備。