中科院金屬研究所研制出以石墨烯為集流體的高性能柔性鋰離子電池

輕薄化和柔性化是便攜式電子產(chǎn)品的重要發(fā)展趨勢(shì)，可折疊或可彎曲的便攜式電子產(chǎn)品在不遠(yuǎn)的將來有可能極大地影響甚至改變?nèi)祟惖纳罘绞健?chǔ)能器件是便攜式電子產(chǎn)品的核心部件，能否開發(fā)出高性能柔性儲(chǔ)能器件，如柔性鋰離子電池，是柔性電子產(chǎn)品廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵之一。

石墨烯具有高導(dǎo)電性和良好的柔韌性，是柔性儲(chǔ)能器件的理想候選材料之一。最近，中科院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室在前期制備出具有三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的石墨烯泡沫的基礎(chǔ)上(《Nature Materials》，2011，10(6):424)，利用該材料作為高導(dǎo)電的柔性集流體，設(shè)計(jì)并制備出可快速充放電的柔性鋰離子電池。

研究人員將三維連通的石墨烯網(wǎng)絡(luò)作為集流體，取代電池中常用的金屬集流體，不僅可有效降低電極中非活性物質(zhì)的比例，且三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)的高導(dǎo)電性和多孔結(jié)構(gòu)為鋰離子和電子提供了快速擴(kuò)散通道，可實(shí)現(xiàn)電極材料的快速充放電性能。為了在不使用粘結(jié)劑和導(dǎo)電添加劑的情況下實(shí)現(xiàn)活性物質(zhì)和石墨烯集流體的良好接觸以促進(jìn)電子傳輸和提高彎折時(shí)電極材料的穩(wěn)定性，研究人員發(fā)展了原位水熱合成方法，在石墨烯三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上直接生長活性物質(zhì)，如磷酸鐵鋰和鈦酸鋰。將磷酸鐵鋰/石墨烯和鈦酸鋰/石墨烯復(fù)合材料分別作為正負(fù)極，采用柔性硅膠為封裝體，組裝了具有很好柔性的鋰離子全電池。該柔性鋰離子電池在彎曲時(shí)，其充放電特性保持不變，并可在6 min內(nèi)完成充電(達(dá)到初始容量的90%)，在100次循環(huán)之后容量保持率在96%。

該研究為高性能柔性鋰離子電池的設(shè)計(jì)和制備提出了一種新思路。這種可快速充電的柔性鋰離子電池的制備工藝簡單，具有潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。