柔性电池为什么可折叠，你知道吗？

随着科技的发展，柔性电子设备逐渐进入大众的视野。目前，市面上的柔性显示器、可穿戴传感器、柔性发光二极管、印刷射频识别卡等都需要与之匹配的柔性电池才可使用，所以柔性电池的开发成为电池领域又一大前沿课题。

柔性电池，从字面意思来说并不难理解，即可以承受弯曲、拉伸、扭曲甚至折叠等形变的电池。今年某公司在2019年世界移动通信大会上发布的一款折叠手机，不但整机很薄，而且透明屏幕可以前后弯曲，其中便使用了柔性电池。因此，为了满足类似的这些可弯曲、可植入、可穿戴的电子产品的需求，亟需发展诸如柔性锂离子电池这类大小不同、形状各异且具有优良力学性能的柔性储能装置或电源。下面，以现在研究相对较多的柔性锂离子电池为例，为大家简单介绍一下柔性电池的构成体系。

构建柔性锂离子电池需要从集流体、电极材料、电解质三个方面入手。传统的集流体用的是金属材料（比如铝正极和铜负极），但金属除了具有质量大、表面光滑等会影响电池容量和循环性能的缺点，还会在反复弯曲、拉伸、折叠过程中造成不可逆形变，致使电池失效。为解决这些问题，可选用有机聚合物/金属复合物集流体，即将金属材料镀在有机聚合物薄膜的表面，形成既可导电又具柔性的集流体；也可选用基于碳材料的集流体，即利用碳材料导电性好、质量小、表面较粗糙等强于金属材料的性质，将其与活性物质压制成分层的薄片结构，形成完整电极。

传统的锂离子电池中，电极材料（含锂过渡金属氧化物）通常被涂覆在集流体上，但是经过反复弯曲、拉伸、折叠会导致其脱落，故必须考虑脱离集流体限制的、可适应形变要求的独立式电极。例如，基于碳纳米管的独立式电极，由于碳纳米管可提供柔性特质、骨架结构及快速的电子传输路径，并允许材料膨胀等一系列的优点，可提高电极材料的循环性；基于石墨烯材料的独立式电极，石墨烯相较碳纳米管具有一些更优异、独特的性质，其层状结构和大的横纵比可组装成具机械柔性的石墨烯膜电极。除此之外还有一些其它材料，如导电聚合物、可弯曲无机薄膜等也可作为独立式电极材料。

现在全固态电池已经成为二次电池发展的新方向，柔性电池也不例外。对柔性电池而言，传统电解液的流动性会限制其大小和形状，选用合适的固态或者凝胶电解质尤为重要，但是目前的电解液或多或少都会存在一些缺点。

时代在进步，科技在发展。相信在科研工作者的努力下，柔性电池在发展中存在的障碍都会被一一解除，未来柔性穿戴、便携式设备、可折叠电子产品行业将会突飞猛进发展。

本文由中科院大学化学科学学院副研究员刘文超进行科学性把关。