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鬆下柔性鋰離子電池解密

2021-03-12 13:58:53 173

卡片式或穿戴式智能設(shè)備經常遇到的使用場景是需要放(fàng)在錢包或(huò)者口(kǒu)袋中隨身(shēn)攜帶,這就要求電池能夠(gòu)承受彎曲或者扭曲。這類設備(bèi)經常需要使用小型薄片柔(róu)性(xìng)電池,但是這類電池在受(shòu)到彎曲或扭曲之後性能(néng)容易(yì)衰減,造成設(shè)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(rú)今的鋰離(lí)子電池材料本身不具備柔性,如何讓電(diàn)池材料適應這種應用場景

2) 電池被(bèi)彎曲/扭曲時,如何(hé)維持電池(chí)材料顆粒之間良好的(de)接觸,減低接觸阻(zǔ)抗

3) 在電池被彎(wān)曲/扭曲的場景下,如何保證電池不漏液。

4) 如(rú)何提(tí)高活性物質載量,提高電池容量

20171月,鬆下在CES2017展(zhǎn)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(mǎn)足日本JIS標準(JISX6305-1),相(xiàng)當於可以滿足彎曲半徑R40mm,扭曲(qǔ)角度±15°/85.6mm電池厚度僅為0.55mm,主(zhǔ)要應(yīng)用(yòng)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(niǔ)曲25度之後還能保持其性能。截至20169月,鬆下為(wéi)該柔性電(diàn)池技術申請了25項日本(běn)專利和15項海(hǎi)外專利(lì)。其(qí)柔性電池外觀(guān)和主要參數如圖1所(suǒ)示。

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1 鬆下柔性電池主要參數和外觀

通常,電池經過彎曲或(huò)扭曲之後,對於循環(huán)壽命會有很大的影響。但是鬆下新開發的(de)柔性電池克服了這一缺點,這主要得益於鬆下重新設計了柔性(xìng)電池的疊片式電極結構(2是基本結構),其中,電極electrode和外層outer layer設計得到(dào)了優化,使其能夠抵禦彎曲/扭曲,但是具體如(rú)何優化目前還不清楚。例如,反(fǎn)複彎曲1000次、或者扭(niǔ)曲1000(扭曲角度±25°/100mm)後(hòu)的放電容(róng)量能夠保持初始容量的99%(3)。並且在經過1000次的(de)充放電循環測試(shì)之後(4),充放電循環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%

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2 疊片式電極結構

 


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3 彎曲/扭曲1000此後的容量保持率



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4 柔性電池(chí)循環壽命對比

目前(qián),隨著智能(néng)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。盡管鬆(sōng)下(xià)發布的三款柔性電池看起來性能相(xiàng)當(dāng)不錯,但是可以看到,這三款電池的容(róng)量還是很小(xiǎo)的(de),最大的也才隻有60mAh,無(wú)法滿足稍微(wēi)大一點的智能便(biàn)攜式(shì)或者穿戴設備的運(yùn)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或穿戴設備的功能不斷增強,電池耗電量問題一直是需要麵對的(de)挑戰,例如現在智能(néng)手機的電池容量都不得不(bú)增(zēng)加到1000mAh2000mAh3000mAh、甚至4000mAh或者(zhě)更高了。因此(cǐ),要真正實現這種新型柔性鋰(lǐ)離子(zǐ)電池(chí)技術,最基(jī)本的一條就是必須具備幾千mAh的(de)容量,以確保隻能設備的(de)運行時間。更重要的是,性能在電(diàn)池受到機械形變(biàn)時不(bú)能(néng)有(yǒu)所衰減。隻有這(zhè)樣才能(néng)滿足如今眾多的便攜式/穿(chuān)戴式智能電子設備。

























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