近日，iChEM研究人员、复旦大学夏永姚、王永刚教授课题组设计出一种高性能高安全性的柔性可穿戴水系锂离子电池，该电池使用含有锂离子的水溶液作为电解液，以柔性不锈钢网为集流体，以尖晶石锰酸锂Li_1.1Mn₂O₄为正极材料、碳包覆NASICON型LiTi₂(PO₄)₃为负极材料，将正负极材料通过传统的低成本的擀膜工艺制备成膜并压在柔性集流体上增加活性物质和集流体的结合力，使用多孔隔膜将正负极分隔开，最后包装、真空封口，得到柔性水系锂离子电池。相关研究成果(“Flexible Aqueous Li-ion Battery with High Safety and Large Volumetric Energy Density”)近期在Angew. Chem. Int. Ed. 在线发表。（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 1 – 5, DOI: 10.1002/anie.201602766）。论文的第一作者为二年级博士生董晓丽。

近年来，可卷绕式显示屏的问世、电子衬衫和卷屏手机等柔性电子产品概念的提出、可穿戴电子设备如Google glass、Apple watch、Samsung gear等的快速发展，不仅引起了广大消费者极大的兴趣和期待，更引发了科研工作者对柔性电子技术的研究热潮。开发轻薄且具有良好柔韧性和弯折稳定性的高性能高安全性锂离子电池成为目前电池领域研究的热点。然而，目前的柔性锂离子电池主要是基于高毒性和高度易燃的有机系电解液。基于有机系电解液的锂离子电池引起的火灾和爆炸事故等安全隐患阻止了其在可穿戴设备领域的应用。所以，需要使用水系电解液代替有机系电解液进行柔性锂离子电池的研究和开发。另一方面，锂离子电池的涂布和组装工艺决定了传统的锂离子电池是不可弯折的，因为弯折过程会造成电极材料从集流体上脱落而影响电池性能，甚至可能会将隔膜刺穿，导致电池短路。针对以上两个问题，夏永姚、王永刚教授课题组通过擀膜工艺制备膜电极，以水溶液为电解液，设计出一种柔性可穿戴水系锂离子电池。

与现有报道的柔性电池体系相比，该柔性水系锂离子电池具有较高的活性物质担载量（20mg cm^-2），因此具有较高的体积比能量（124 mWh cm^-3, 63 Wh kg^-1）和体积比功率（11.1W cm^-3，3275 W kg^-1），并且在不同的弯曲状态下能保持相同的容量，表现出优良的柔性。两个柔性电池串联电压可达4 V，与当前非水有机锂离子电池相媲美。此外，该柔性电池还可以与商业化的柔性太阳能电池组合成自充电单元，这有利于柔性可穿戴电子设备在长时间户外运动中的工作。这种柔性电池不仅具有很高的活性物质负载量和电池体系的高安全性，还有良好的倍率性能和高功率密度以及优异的弯曲性能和柔韧性，而且质量轻、成本低、安全性高、环境友好，特别适合应用在可穿戴电子设备领域。

以上研究得到了国家自然科学基金委、上海市科委和教育部能源材料化学协同创新中心 (2011•iChEM) 的资助。

论文链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201602766/full