鉅大LARGE | 點擊量：2943次 | 2019年06月20日
介紹二次柔性電池
1、鋰離子二次柔性電池
現在，常用的鋰離子電池系統(tǒng)正極包含鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元和NCA。用于消費類電池產品的鋰離子電池大部分選用鈷酸鋰正極，這是由于其高電壓平臺、高比容量和高壓實密度決定的。
負極資料首要是石墨和鈦酸鋰，以及最新呈現的硅碳復合資料。鈦酸鋰的容量低工作電壓高而導致其能量密度太低，不適合消費類電池。硅碳復合資料體積脹大依然較為明顯，用于軟包電池依然面對技能和工藝的挑戰(zhàn)。
別的鋰電池電極選用涂布后再滾壓的工藝，電極資料和集流體之間的粘連強度有限，重復曲折后極易呈現極片裂縫而導致活性物質掉落的現象。因而，柔性電池首先需求解決這個問題。
其次，電池重復曲折過程中，正負極片之間的空隙是隨著曲折程度不斷改變，而導致電池內阻不斷升高。因而，柔性電池必須有更好的正極-隔膜-負極的界面穩(wěn)定性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
最后是封裝問題，鋁塑膜作為一般鋰電池封裝是沒有問題的，可是作為柔性電池封裝膜則容易起皺，導致刺穿電極或者封裝處破損漏液等問題。
不像柔性OLED屏幕到處開花，國內外聲稱能夠開發(fā)柔性鋰離子電池的廠家屈指可數。國內消費鋰離子電池巨子CATL從前展示過一款選用聚合物復合無機固態(tài)電解質的柔性電池，電池能夠曲折，乃至能夠用剪刀剪開也不會發(fā)作安全性問題。
可是CATL并沒有公開曲折次數和弧度等更進一步技能參數，短期內也沒有量產和送樣的計劃。
2015年Samsung展示了一種柔性電池，厚度僅有0.3mm，能夠曲折5萬次。盡管這種電池的能量密度并不大，可是將其作為智能手表的表帶，就能夠為其增加50%的續(xù)航時刻。LG的柔性電池產品也類似，它能夠以15mm的半徑曲折，并且估計能夠為可穿戴設備供給雙倍的續(xù)航時刻。但遺憾的是，兩家的電池現在都還處于試驗階段，截至到2016年末都未見量產報導。
2016年，日本松下首次推出了柔性鋰電池。這批鋰離子電池為可充電式規(guī)劃，有CG-062939、CG-063555、CG-064065三個型號，均為3.8V電壓（最高充電電壓4.35V）規(guī)劃，容量別離為17.5mAh/40mAh/60mAh，最大充電電流則是17.5mA/40mA/60mA。厚度僅有0.55mm，它們支持曲折或扭曲，最大可接受R25mm起伏的曲折（即曲折到半徑為25mm圓弧的弧度）和±25°/100mm的改變。并且在重復改變、曲折后，依然有牢靠的充放電特性。從松下官網頁面的信息來看，這些柔性電池在試驗中經受1000次R25mm起伏的曲折依然保有99%的容量，而改變試驗中1000次±25°/100mm的改變后也還有99%的容量，能夠說現已到達了商用水準。不過第一批產品的容量較小，智能手表中恐怕還無法運用，但容量現已能夠滿足部分不帶屏幕的智能手環(huán)運用。
臺灣輝能科技公司自主研制的超薄柔性電池的厚度僅有0.33mm，能夠像紙相同任意被削減，并且穿刺、撕裂、撞擊、乃至槍擊都不會導致漏液。和一般鋰離子電池不同的是，該固態(tài)電池還能耐高溫，1300攝氏度高溫噴槍火燒它也不會起火或爆破。一塊182*230*0.4毫米標準的柔性電池容量為1000-1400mAh。
輝能的產品選用了打印技能和FPC軟性電路板封裝技能，可是只能打印單層正負極。如果需求更高容量，必須將幾塊電池在外部并聯起來。現在，輝能現已能夠給國內一些智能卡片供貨，可是價格非常貴重。
固態(tài)電解質柔性電池，首要是根據美國橡樹林國家試驗室在上世紀末開發(fā)出來的根據氮摻雜的磷酸鋰（LIPON）的薄膜電池技能。整套工藝都選用磁控濺射的辦法，其中固態(tài)電解質制備過程需求等離子體增強來到達氮摻雜。
這種電池的優(yōu)勢是薄、柔、單位能量密度高、壽命長。但缺點是工藝雜亂，單位面積上活性物質太低，成本太高，只能在微電子等低能耗的領域運用。這種薄膜電池一般容量不超越1mAh，厚度在幾十微米。國內重慶漢岳科技發(fā)展有限公司開發(fā)的固態(tài)電池就是選用這種工藝。其開創(chuàng)人在日本做過多年固態(tài)薄膜電池開發(fā)，據稱該公司現已取得1.6億元的風險出資。
輝能（天津）科技有限公司盡管也叫輝能，可是和臺灣輝能公司沒有任何關系。該公司開發(fā)的竹節(jié)狀電池經過電池規(guī)劃，很奇妙地在曲折部位不涂電極資料，相當于將許多小塊電池并聯起來，這和蘋果公司的相關專利有殊途同歸之處。單個電池自身是不能夠曲折的，可是全體電池串是能夠到達曲折作用的。該工藝關于涂布和封裝都有較高要求，但筆者以為，當單個柔性電池無法完成的時候，這不失為一種杰出的替代計劃。天津輝能現已取得了天津泰達的天使輪融資。
在2016年的深圳高交會上，柔電科技公開展示了他們開發(fā)的柔性鋰電池以及運用柔性電池的藍牙耳機和LED臂環(huán)。據了解，柔電科技選用全新的類3D打印工藝和納米纖維增強技能，開發(fā)的柔性鋰電池具有輕、薄、柔的特點，并還能夠用于超級電容、鋅錳電池。
納米纖維增強技能有助于電極在重復曲折過程中堅持完好，不會呈現掉粉和掉落的狀況。其開發(fā)的柔性電池的容量在100-500mAh之間，壽命能夠到達300次，最小曲折弧度到達R25mm,曲折次數能夠到達1000次以上。
公司下一代柔性電池將選用全無機固態(tài)系統(tǒng)，不含任何易揮發(fā)和可燃物質。
據悉，柔電也在探索選用新型封裝技能來取代鋁塑膜工藝。柔電科技現已和國內外多家知名消費電子企業(yè)簽訂了合作開發(fā)協(xié)議，并計劃在2017年末完成量產，該公司也于2016年末完成了首輪融資。
2、柔性超級電容
2008年，由美國倫斯勒理工大學的幾名資料學家在紐約州北部特洛伊成立了paperbattery公司。公司選用打印技能出產超級電容，運用的電極是由高表面積活性碳、碳納米管或石墨烯組成的。
該電池公司的柔性超級電容尺寸為7cm*4mm*0.3mm，ESR不到30mΩ。該公司于2015年完成了累積超越700萬美元的融資，其產品也別離參加了2015和2016年在美國拉斯維加斯的消費類電池展，取得了廣泛關注。該產品首要用于NVDIMM存儲芯片的備用電源，供給瞬時的電流脈沖。
不過，選用超級電容的原理則限制了該產品的容量，筆者個人以為其很難被用于一般消費類電子產品。
3、鋅錳一次柔性電池
鋅錳電池是以二氧化錳為正極，鋅為負極，氯化銨水溶液為主電解液的原電池，俗稱干電池。鋅錳電池的正負極由面粉、淀粉等使電解液成為不活動的凝膠而形成隔離層，或用棉、紙等加以分隔。
鋅錳電池的開路電壓隨運用的MnO2的品種、電解液的組成和pH值等的不同而異，一般在1.55～1.75V，公稱電壓為1.5V，最適合的運用溫度為15～30℃。鋅錳電池是一次電池不行重復充電，并且電壓只要1.5V，能量密度有限，所以不能夠廣泛運用于消費類電子產品領域。
可是，這種電池可作為智能卡、音樂賀卡和電子報紙等的電源，并可用于RFID（射頻辨認）電子標簽。隨著RFID技能的迅速發(fā)展，這種紙質電池的潛在商場未來有望到達數十億美元。
柔性鋅錳電池一般選用絲網打印技能完成，和印刷電路技能是共同的。芬蘭Enfucell公司CTO、國家入選者張霞昌博士是紙質電池的首要研制者。
2010年，張霞昌在寧波國家高新區(qū)成立了寧波博能印刷電子科技有限公司，活躍推動職業(yè)產業(yè)化的進程。
天津綠動動力科技有限公司的紙電池核心技能來源于以色列PowerPaper公司，現在的技能能夠供給大約5mAh/cm2的容量密度（占有用面積）和持續(xù)電流密度占每有用電池區(qū)域0.1mA/cm2的電流放電強度。該公司的產品大約20mAh的容量，輸出電壓1.5V，形狀為3.9厘米的方形。
選用類似技能和電池系統(tǒng)的還有蘇州長顯光電科技有限公司。
在國外，選用印刷技能的柔性電池也稀有家，比如位于美國俄亥俄州的BlueSpark公司。
該公司開發(fā)的超薄柔性電池只要625um厚，最大容量37mAh,最大輸出電流只要1~2mA。
現在該公司現已收到了來自KeyCapitalCorporation，SunBridgePartnersEarlyStagePartners和ORIXCapital出資。
4、鋰錳一次柔性電池
鋰-二氧化錳電池以經過特別工藝處理的二氧化錳為正極活性物質，以高比能量的金屬鋰為負極活性物質，開路電壓在3.3V左右，負載電壓在2.8V，標稱電壓為3.0V，截止電壓是2.0V，放電電壓比較平穩(wěn)，適合大功率放電。
美國Brightvolt公司聲稱能夠做到最薄0.45mm的鋰錳一次柔性電池，容量在10mAh-48mAh。
據了解，該公司聲稱選用了自主開發(fā)的無毒、不燃、無腐蝕性的聚合物電解質，其負極是也是打印的鋰金屬漿料。
據稱，該公司開發(fā)的鋰錳一次電池現已累計出售超越一百萬塊，其目標商場應該是RFID、傳感器、芯片等。
5、銀鋅二次柔性電池
銀鋅電池正極為氧化銀負極為鋅，電解液選用氫氧化鉀水溶液。銀鋅蓄電池的比能量大并且能夠大電流放電，由于銀鋅電池耐震，所以常用作宇宙飛船、人造衛(wèi)星、火箭等特種航天設備電源，而民用產品則多用于老年人助聽器、電子手表和計算器等領域。
銀鋅電池的首要缺點是價格貴重并且運用壽命較短，一般來說銀鋅電池僅能夠充放電約100～150次，其壽命短的原因首要是來自于鋅的枝晶成長刺穿隔膜而導致。
英國鋅動力有限公司（ZINERGYUKLIMITED）選用該系統(tǒng)制造柔性電池，其開創(chuàng)團隊包含英國皇家工程院院士、劍橋大學教授GehanAmaratunga先生和劍橋大學PriteshHiralal博士。
ZINERGY公司選用納米級電極資料、固態(tài)電解質、集成封裝技能研制出了一次性及可充電的超薄柔性鋅電池，其中可充電的鋅銀電池試驗室測驗充電次數已達200-250次。ZINERGY公司的配方和無汞打印技能可阻撓鋅枝狀晶體的成長，從而使鋅電池具備了可充電性能。
該公司得到了來自于寧波國華匯達出資公司的戰(zhàn)略種子輪出資。
別的一家遭到較大關注的銀鋅電池創(chuàng)業(yè)公司是來自于美國加州伯克利分校的ImprintEnergy。除了選用絲網印刷技能來制備正負極和電解液外，該公司的核心技能是防止枝晶成長的聚合物電解質資料。該公司也得到了PhoenixVenturePartners和AMECloudVentures的出資。
從解決問題的思路來說，上述兩家公司可謂殊途同歸?？墒牵鲜鰞杉夜静]有公開更多的電池性能細節(jié)，比如曲折次數和弧度。筆者個人以為這兩家公司應該還處于開發(fā)階段。
下一篇：鋰離子電池電極組成及原理
