能量密度和充放電倍率性能是鋰離子電池的兩大關(guān)鍵性能指標(biāo)，如何在保持高能量密度的同時(shí)有效提高倍率性能，是當(dāng)今鋰離子電池技術(shù)所面臨的一大挑戰(zhàn)。此外，無人機(jī)、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車、智能醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人等產(chǎn)業(yè)的高速增長(zhǎng)，對(duì)具有快充快放特性的儲(chǔ)能器件的需求日益迫切。

 

基于上述考慮，唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員蔣春磊、方月等人提出了一種新型的一體化柔性電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，并成功研發(fā)出具有超快充放電性能的一體化柔性雙離子電池。團(tuán)隊(duì)成員突破了傳統(tǒng)鋰離子電池構(gòu)造思路，創(chuàng)新性地將正/負(fù)極活性材料和集流體構(gòu)筑于具有多孔結(jié)構(gòu)的隔膜上，實(shí)現(xiàn)了電池正/負(fù)極活性材料、正/負(fù)極集流體及隔膜一體化的柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種新型的一體化電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)鋰離子電池的制造工序，并大幅提升了電池的快充快放能力。一體化設(shè)計(jì)的3D負(fù)極材料提高了活性材料與電解液的接觸面積，有效降低了電子和離子的傳輸阻抗；同時(shí)，活性材料和集流體的一體化界面結(jié)合又進(jìn)一步提升了電子在界面處的傳輸效率，兩者協(xié)同作用下電池的倍率性能獲得了大幅度提升。研究結(jié)果表明，該新型電池具有120 C（充放電時(shí)間約為30 秒）的超高倍率性能，電池在獲得22634 W/kg超高功率密度的同時(shí)，依然可以保持232 Wh/kg的高能量密度。

 

該研究成果有望應(yīng)用于柔性可穿戴電子器件、無人機(jī)、機(jī)器人等領(lǐng)域，其一體化柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路對(duì)提升其他儲(chǔ)能器件的快充快放性能也具有指導(dǎo)意義。

 

圖（a）一體化柔性電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，（b）一體化柔性結(jié)構(gòu)宏觀照片，（c）放電中值電壓隨倍率的變化曲線，（d）電池容量隨倍率的變化曲線。