柔性电池之谜

摘要：随着电子技术高速发展，智能设备应用场合逐渐多元化，电池作为核心部件，正在成为智能设备发展的制约因素，近些年更是将智能设备向柔性化趋势发展，本文将从电池行业本身出发阐述电池中可具柔性价值的种类。

近些年，电子产品以彼此追赶的方式争相进入我们的生活，产品的现代感和便捷化逐渐成为大众的关注点，电池作为电子产品的核心部件，也正努力向更现代化的方向发展，柔性化的概念便应运而生，目前电池的种类很多，将电池柔性化正成为大家关注的焦点。

电池让生活更具效率感

在电子技术发展越来越快的今天，电池以能量供应的角色，作为电子产品的基石正快速填充我们的生活，近些年由必选消费品向可选消费品的渗透性更是增强。电池的发展，让我们的生活更具便捷化和效率感。

电池的作用原理和分类

电池，通俗地讲即是储存电能的装置。电池主要由四部分组成：正极、负极、电解质和隔膜。将电极置于电解质中，通过和电解质接触在接触面发生电化学反应，是能量转化的中心；电解质将电极之间的离子进行互动传输，是能量转化的介质；隔膜的作用是为防止正负极直接接触导致电池短路，是能量转化的保障。此外，正负极侧通常还需使用集流体（导电性良好）以保证电流的顺利流动。电池的分类很多， 我们主要从三个维度阐述电池的分类，如下图所示。

图1 常见的电池的分类

（根据公开资料整理） 

可柔性化的电池种类

柔性电池，是指具有力学柔性，可反复折叠和卷曲的一类电池。此概念的产生是相对于刚性而言的，目前我们常用的手机中的锂离子电池就是刚性、不可弯曲的。目前市面上存在弧形电池，是在电池封装的时候进行弯曲到一定弧度并且定型，这种工艺还是在刚性的范畴，是不可以反复弯曲的，不仅是从工艺上还是材料上都无法满足柔性的标准。

目前柔性电池可发展方向在电池领域中比重较低，各发展方向利弊并存。柔性电池主要是从一次电池、二次电池和超级电容三大方向进行发展，具体包括锌锰电池、锂锰电池、银锌电池、锂离子电池、钠离子电池和柔性超级电容。

1、锌锰电池。正极为二氧化锰、负极为锌、电解液为氯化铵水溶液、隔膜为由面粉、淀粉或者棉、纸构成，电路的电压主要由二氧化锰的种类、电解液的组成与PH值等控制。锌锰柔性电池发展面临的问题：虽然该种类电池价格便宜，可作为纸质电池进行柔性化，但是该电池为一次电池，能量密度有限，不能反复充电使用。

2、锂锰电池。正极主要为经过特殊处理的二氧化锰、负极为具有高比能量的锂，放电电压比较平稳，适合大功率放电。锂锰柔性电池发展面临的问题：锂锰电池为一次电池，电池中的活性物质可逆性差，充电循环性能差，若进行充电使用，容易导致电池内部短路。

3、银锌电池。正极为银的氧化物、负极为金属锌、电解液采用氢氧化钾水溶液，银锌蓄电池的比能量较大而且大电流下可放电。银锌柔性电池发展面临的问题：一方面是造价很高；另一方面是寿命短，电池内部易短路（短路原因：锌枝穿透隔膜或银微粒使隔板失去绝缘性）。

4、锂离子电池。正极常为钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元和NCA，负极常为石墨和钛酸锂，以及最新出现的硅碳复合材料。锂离子柔性电池发展主要面临的问题：电极材料和集流体间的粘连强度制约弯曲次数，极片在反复弯曲下容易出现裂缝；电池内阻会因弯曲程度的变化而升高；铝塑膜封装容易起皱易导致封装处破损漏液等问题。

5、钠离子电池。正极常为层状材料和聚阴离子材料，负极常为硬碳、锡、锑等合金，常见的石墨不能作为钠离子电池的负极材料，因钠的半径较大，并不能在石墨层中可逆的脱嵌。钠离子柔性电池发展面临的问题：钠离子电池反应是一种理想的可逆反应，但目前对于钠离子电池电极材料的合成方法较单一，改性研究较少。

6、柔性超级电容。超级电容主要是由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成，多孔电极材料多为碳材料：高比表面积活性碳、碳纳米管或石墨烯，隔膜多为纤维构成的电子绝缘材料，如聚丙烯膜。柔性超级电容发展面临的问题：电解质易泄露，随着循环充放电次数增加，内阻逐渐变大，且不适应于交流电路。

图2 电池领域中可向柔性电池发展的种类

（根据公开资料整理）

结语

尽管电池种类中可柔性化的比重较低，但作为电池的一种发展趋势，逐渐成为学术工作者和企业研发人员关注的焦点，随着柔性化过程中的难题陆续被攻克，柔性电池产业将对电子产品发展起到巨大的推动作用。