鋰離子電池（簡稱LIB）是一種可充電電池，最早由埃克森美孚(Exxon)的化學(xué)家斯坦利?惠廷漢姆(M Stanley Whittingham)于20世紀(jì)70年代提出。鋰離子電池通常用于便攜式電子設(shè)備和電動汽車，并且在軍事和航空航天應(yīng)用中日益流行。在電池中，鋰離子在放電過程中從負(fù)極移動到正極，在充電過程中返回。與不可充電鋰電池中使用的金屬鋰相比，鋰離子電池使用嵌入鋰化合物作為電極材料。電池具有高能量密度，沒有記憶效應(yīng)（除了LFP電池）和低自放電。然而，它們可能是一種安全隱患，因為它們含有易燃電解質(zhì)，如果損壞或充電不當(dāng)，可能導(dǎo)致爆炸和火災(zāi)。鋰離子電池起火后，三星被迫召回 Galaxy Note 7手機，波音787上也發(fā)生過幾起電池事故。

鋰離子電池的工作原理與所有二次電化學(xué)電池的工作原理相同，即具有一定化學(xué)勢差的正極和負(fù)極通過可控氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)能量的可逆釋放和存儲。安全始終是LIB的關(guān)鍵問題，對于靈活的LIB來說，安全性甚至變得更具挑戰(zhàn)性。目前，大多數(shù)報道的柔性LIB使用有機碳酸鹽溶劑和基于聚烯烴的隔板。在柔性電池的彎曲過程中，液體電解質(zhì)由于其流動性而對包裝材料有嚴(yán)格的要求。一旦包裝材料破裂，電解液的泄漏和電池的短路將導(dǎo)致巨大的安全隱患。 柔性鋰離子電池（LIB）的安全性受到極大的關(guān)注，中國科學(xué)院院士劉忠范教授課題組研究人員使用LiCoO2作為陰極，Li4Ti5O12作為陽極的完全柔性鋰離子電池，石墨烯薄膜作為柔性集流體。氧化石墨烯改性的凝膠聚合物電解質(zhì)表現(xiàn)出比常規(guī)液體電解質(zhì)更高的離子傳導(dǎo)性，并提高了柔性電池的安全性。

柔性石墨烯電池的最佳設(shè)計具有超級電化學(xué)性能，具有2.3 V的輸出電壓平穩(wěn)范圍和在1 C時143.0 mAh g-1的令人滿意的容量。質(zhì)量能密度和功率密度均比使用金屬箔作為集電器的標(biāo)準(zhǔn)電極高約1.4倍。在十萬次機械彎曲之后，沒有觀察到容量損失。更重要的是，即使在剪切狀態(tài)下，這種柔性凝膠聚合物電池仍可表現(xiàn)出穩(wěn)定且安全的電化學(xué)性能。這項工作可能會為下一代柔性電子產(chǎn)品帶來高性能可擴展LIB有前途的策略，研究工作以“Highly-Safe and Ultra-Stable All-Flexible Gel Polymer Lithium Ion Batteries Aiming for Scalable Applications”為題發(fā)表在國際頂級期刊《Advanced Energy Materials》上。

圖1 （a,b）石墨烯薄膜形貌表征。c）柔性電極彎曲的示意圖。d）LCO/鋁箔和e）LCO/石墨烯膜的電極彎曲圖片。f）LCO/鋁箔和g）LCO/石墨烯薄膜電極折痕的斷面SEM圖像

圖2 商用Celgard隔膜（a，b），P-GPE（c，d）和GO-GPE（e，f），熱處理前（a，c，e）和后（b，d，f）的SEM圖像，在140°C下放置1小時

圖3 離子電導(dǎo)率分析

圖4 彎折測試圖

圖5 a ） 使用石墨烯薄膜作為集流體和最佳GO‐GPE柔性電池的示意圖。b）在不同的彎曲時間后以1C循環(huán)的柔性電池的循環(huán)性能。溫度：25℃。

圖6 與綠色發(fā)光二極管（LED）串聯(lián)的柔性電池演示圖

總而言之，本研究證明了用于未來可擴展應(yīng)用的極其安全和柔性的凝膠聚合物L(fēng)IB。超薄，超輕和高度柔性的石墨烯薄膜用作LTO陽極和LCO陰極的集流體！由石墨烯薄膜制成的柔性LIB在超過10萬次機械彎曲后表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性能，而沒有容量損失。高柔韌性的石墨烯薄膜可以彎曲數(shù)萬次而不會發(fā)生塑性變形可以預(yù)見的是，具有高能量和功率密度，出色的安全性和出色的可靠性的可伸縮柔性電池將為未來的可穿戴電子設(shè)備和極端保形條件下的許多其他應(yīng)用提供能量。