目前手機電池是剛性設(shè)備，在彎曲或折斷時會過熱。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院科學(xué)家研發(fā)了一種新型柔性電池。研究人員表示，這種電池可以彎曲，拉伸和扭曲，并且仍然可以正常工作。對于柔性電子產(chǎn)品和智能手機來說，該電池具有巨大潛力。

彎曲的能力可以將電池放置在整個智能手機內(nèi)部，甚至可以放在鉸鏈區(qū)域。該團(tuán)隊表示，柔性電池也可能是未來柔性設(shè)備理性選擇。這種柔性薄膜電池原型可以彎曲和扭曲，而不會中斷給設(shè)備供電，其中的關(guān)鍵之一是使用特殊電解質(zhì)。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院博士生XiChen發(fā)現(xiàn)了這種新的電解質(zhì)，使整個電池具有柔性成為可能。該電池使用可彎曲的聚合物復(fù)合材料作為陽極和陰極。內(nèi)表面有一層微粉化的銀薄片。

這些薄片像屋頂瓷磚一樣重疊，電池彎曲時不會彼此失去接觸。如果薄片之間確實失去了接觸，那么電力仍然可以通過含碳復(fù)合材料傳遞。電池有一個水基凝膠電極，使用高濃度的鋰鹽。研究人員表示，這種電池有許多潛在的應(yīng)用。一個例子是讓電池直接縫在織物上。

全柔性手機被媒體冠以“腕機”之名，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)中間部分的折疊，更能夠?qū)崿F(xiàn)整體手機的自由彎折，方便佩戴在手腕等部分，實現(xiàn)與人體更好的結(jié)合。目前的折疊屏手機仍然采用的是普通的剛性電池，避開了使用柔性電池的難題。若想推出革命性的全柔性電子器件，必須開發(fā)相應(yīng)的柔性電源植入其中。因此，開發(fā)具有高能量密度的柔性鋰離子電池，將對推動可穿戴的柔性電子器件的發(fā)展產(chǎn)生重要意義。

理想的柔性電池應(yīng)同時具有較高的柔性、能量密度和功率密度，然而，這幾個因素往往在柔性電池中相互掣肘。在該篇綜述中，作者基于電池元件和整體器件層面的結(jié)構(gòu)設(shè)計做了細(xì)致的分析，并綜述了柔性鋰電池的最新進(jìn)展，把目前學(xué)術(shù)界的開發(fā)思路歸納為以下四種策略：

1）研制多孔結(jié)構(gòu)可變形的電池組件，如多孔集流體、多孔電極、柔性固態(tài)電解質(zhì)等；

柔性的多孔結(jié)構(gòu)目前已廣泛用于電池組件中，以緩沖當(dāng)電池裝置經(jīng)受彎曲和扭曲時產(chǎn)生的應(yīng)變。

a）LiangbingHu等人報道了一種氧化石墨烯導(dǎo)電多孔薄膜，它具有的導(dǎo)電率高達(dá)3112S/cm。用此薄膜作為集流體裝配的柔性鋰電池，在高充放電倍率（5C）循環(huán)100次后，并未發(fā)現(xiàn)容量的明顯衰減。

b）一種單壁碳納米管與聚合物（2,5-二羥基-1,1-苯并醌基硫化物）復(fù)合的正極材料被用于裝配柔性鋰電池。該電池在低電流下（50mA/g）展現(xiàn)出了182mAh/g的放電比容量，在超大電流下（5000mA/g）放電時，仍可達(dá)到75mAh/g的比容量。

c）HuaXie等人利用細(xì)菌纖維素為模板，開發(fā)了一款Li7La3Zr2O12(LLZO)與聚環(huán)氧乙烷復(fù)合的固態(tài)電解質(zhì)。使用多孔互連的聚合物基質(zhì)作為的機械載體柔軟而堅固，用于傳輸Li離子的LLZO顆粒嵌入其中，整體顯示出1.12×10-4S/cm的高離子電導(dǎo)率和優(yōu)異的機械柔性。

2）超薄電池設(shè)計，如單對片（或雙對片）的正極/隔膜/負(fù)極結(jié)構(gòu)；

相比于策略1，策略2（超薄電池設(shè)計）需要從整體的器件層面進(jìn)行電池設(shè)計。

a）松下公司發(fā)布的厚度僅為0.55mm的柔性鋰電池，可適用于各類可穿戴設(shè)備。即使以彎曲半徑為25mm彎折，或扭曲到±25度角1000次以上后，這種柔性電池仍可保持99%的容量。

b）RobertKun等人報道了一種由柔性的聚酰亞胺作為支撐基底，基于火焰噴涂熱解法制備的Li4Ti5O12/LiPON/Li薄膜固態(tài)電池。在1C倍率下充放電，陸續(xù)以平坦、彎折、平坦的形態(tài)循環(huán)90次后，電池的放電容量保持率仍高達(dá)98%以上，表現(xiàn)出了極佳的循環(huán)性能。

3）幾何拓?fù)涞碾姵卦O(shè)計，如線形結(jié)構(gòu)、Origami、Kirigami結(jié)構(gòu)等；

除了提高電池組件材料本身的柔性，利用幾何拓?fù)湓碓O(shè)計的電池結(jié)構(gòu)，可以降低形變過程中電池內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力變化。

a)該策略最初被JeYoungKim等人報道于其線形電池的工作中，該電池不僅能夠適應(yīng)彎折形變，還能夠適應(yīng)更復(fù)雜的形狀變化，例如折疊和扭轉(zhuǎn)。

b)YihuaGao等人采用彈簧狀的LiCoO2/還原氧化石墨烯作為正極材料，結(jié)合凝膠電解質(zhì)，設(shè)計和裝配了一種可自愈合的柔性鋰電池。在復(fù)雜的形變下（彎折和扭轉(zhuǎn)），以1A/g的電流密度進(jìn)行充放電，該電池仍能保持82.6mAh/g的放電比容量；即使切斷、愈合電芯五次，電池仍可發(fā)揮50.1mAh/g的放電比容量。

c)除了線形結(jié)構(gòu)外，紙張折疊技術(shù)也廣泛應(yīng)用于柔性電池。HanqingJiang等人利用Origami折紙方案，可以實現(xiàn)將二維片狀材料通過沿預(yù)定折痕折疊，創(chuàng)建出緊湊的可變形三維結(jié)構(gòu)，該三維結(jié)構(gòu)可承受高強度的形變。

d)不久之后，該課題組結(jié)合折疊和切割技術(shù)，開發(fā)了一種Kirigami方案。該電池在100次充放電循環(huán)后，可以實現(xiàn)85％以上的容量保持率和8％的庫侖效率，在3000次電池變形后，該電池的最大輸出功率也未見明顯衰減。

4）解耦電池的柔性和儲能部分，如脊柱狀電池、Zigzag電池等。

對于上述的柔性電池設(shè)計，在復(fù)雜變形過程中仍然會發(fā)生活性材料和集流體之間的錯位、剝離、脫落。由于接觸不良而增加的過電位與電池內(nèi)阻，將降低全電池的容量保持率和庫侖效率，不利于電池的循環(huán)性能。潛在的解決方案是重新設(shè)計電池架構(gòu)，分離能量存儲和提供柔性的部分。

a)DeVolder等人展示了一種分層的錐形碳納米管結(jié)構(gòu)，類似于植物牽牛花，寬大的花冠用來承載正負(fù)極活性材料顆粒，下方細(xì)長的花柄部分與集流體部分緊密結(jié)合，在電池形變過程中，大部分應(yīng)力施加于集流體本身，錐形結(jié)構(gòu)在此期間幾乎不產(chǎn)生應(yīng)變，從而表現(xiàn)出極高的柔性。采用這種錐形結(jié)構(gòu)裝配的Fe2O3/LiNi8Co0.2O2全電池，在1C的倍率下充放電500次，仍具有88%的容量保持率。

b)GuoyuQian等人受動物脊柱擁有良好機械強度和柔性的啟示，報道了一種可大規(guī)模制備高能量密度柔性鋰離子電池的方法：通過將厚的、剛性部分沿軸向環(huán)繞起來(對應(yīng)脊椎)以此儲存能量，而薄的、不環(huán)繞的柔性部分(對應(yīng)骨髓和椎間盤)用于連接“脊椎”，從而實現(xiàn)了整個器件的良好柔性和高能量密度。由于剛性電極部分的體積遠(yuǎn)大于柔性連接部分，占據(jù)電芯體積的95%以上，其整體電池的能量密度可達(dá)242Wh/L。合理的仿生設(shè)計使得其通過了強動力機械負(fù)荷測試。