近日, 中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠帥團隊與中科院院士包信和團隊合作, 開發出一種具有多方向傳質, 優異柔性和高溫穩定性的平面整合化全固態鋰離子微型電池. 相關研究成果發表在《納米能源》 (Nano Energy) 上.
隨著柔性可穿戴化, 微型化, 整合化電子器件的快速發展, 迫切需要開發高性能, 輕量化, 穿戴式及結構功能一體化柔性電源及其技術. 鋰離子電池是目前社會上應用最廣泛, 最為流行的一種電源, 但存在著體積大, 形狀固定, 柔性差, 電解液泄漏和可燃等安全問題, 因此難以滿足柔性化, 小型化電子器件的需求.
最近, 該研究團隊率先開發出一種全固態平面整合化的鋰離子微型電池. 該鋰離子微型電池以納米鈦酸鋰納米球為負極, 磷酸鐵鋰微米球為正極, 高導電石墨烯為非金屬集流體, 離子凝膠為電解液, 具有平面十指交叉構型且無需使用傳統隔膜和金屬集流體. 獲得的鋰離子微型電池具有多方向傳質的優勢, 表現出高體積能量密度125.5mWh/cm 3, 優異的倍率性能; 超長的迴圈穩定性, 3300次迴圈後容量基本沒有衰減; 以及良好的機械柔性, 在反覆彎曲或扭曲下其電極結構無損壞以及電化學性能無明顯變化. 同時, 該微型儲能器件能在100℃的高溫環境下穩定工作且具有長迴圈穩定性 (1000次迴圈) . 此外, 該鋰離子電池無需金屬連接體便能實現模組化自整合, 實現輸出電壓和容量的有效調控. 因此, 該鋰離子微型電池在柔性化, 微型化電子器件的應用中具有很大潛力.
上述工作得到國家自然科學基金, 國家重點研發計劃, 國家青年千人計劃等項目的資助.
