解密：松下柔性锂离子电池

　　卡片式或穿戴式智能设备经常遇到的使用场景是需要放在钱包或者口袋中随身携带，这就要求电池能够承受弯曲或者扭曲。这类设备经常需要使用小型薄片柔性电池，但是这类电池在受到弯曲或扭曲之后性能容易衰减，造成设备运行时间缩短。实际上，在柔性电池方面，以下问题一直是需要克服的技术障碍：

　　1) 如今的锂离子电池材料本身不具备柔性，如何让电池材料适应这种应用场景

　　2) 电池被弯曲/扭曲时，如何维持电池材料颗粒之间良好的接触，减低接触阻抗

　　3) 在电池被弯曲/扭曲的场景下，如何保证电池不漏液。

　　4) 如何提高活性物质载量，提高电池容量

　　2017年1月，松下在CES2017展会上展出他们的最新柔性电池研究成果，该柔性电池可以承受一定的弯曲和扭曲，满足日本JIS标准(JISX6305-1)，相当于可以满足弯曲半径R40mm，扭曲角度±15°/85.6mm，电池厚度仅为0.55mm，主要应用领域是卡片式设备或者穿戴设备。该电池最引人注目的特点是在弯曲到25mm半径和扭曲25度之后还能保持其性能。截至2016年9月，松下为该柔性电池技术申请了25项日本专利和15项海外专利。其柔性电池外观和主要参数如图1所示。

　　图1 松下柔性电池主要参数和外观

　　通常，电池经过弯曲或扭曲之后，对于循环寿命会有很大的影响。但是松下新开发的柔性电池克服了这一缺点，这主要得益于松下重新设计了柔性电池的叠片式电极结构(图2是基本结构)，其中，电极electrode和外层outer layer设计得到了优化，使其能够抵御弯曲/扭曲，但是具体如何优化目前还不清楚。例如，反复弯曲1000次、或者扭曲1000次(扭曲角度±25°/100mm)后的放电容量能够保持初始容量的99%(图3)。并且在经过1000次的充放电循环测试之后(图4)，充放电循环寿命几乎与没有弯曲/扭曲的电池保持一致，容量保持率达到80% 。

　　图2 叠片式电极结构

　　图3 弯曲/扭曲1000此后的容量保持率

　　图4 柔性电池循环寿命对比

　　目前，随着智能穿戴设备的兴起，柔性电池的研究正在受到越来越多的关注。尽管松下发布的三款柔性电池看起来性能相当不错，但是可以看到，这三款电池的容量还是很小的，最大的也才只有60mAh，无法满足稍微大一点的智能便携式或者穿戴设备的运行时间，该研究领域目前还处于发展成长阶段。随着现代便携式智能设备或穿戴设备的功能不断增强，电池耗电量问题一直是需要面对的挑战，例如现在智能手机的电池容量都不得不增加到1000mAh、2000mAh、3000mAh、甚至4000mAh或者更高了。因此，要真正实现这种新型柔性锂离子电池技术，最基本的一条就是必须具备几千mAh的容量，以确保只能设备的运行时间。更重要的是，性能在电池受到机械形变时不能有所衰减。只有这样才能满足如今众多的便携式/穿戴式智能电子设备。