川大张楚虹AEM：定向冷冻助力柔性锂离子电池实现创纪录的能量/功率密度！

随着柔性/可穿戴电子产品的蓬勃发展，柔性锂离子电池(LIBs)一直备受关注。然而，在柔性电极中同时平衡优异的能量密度和机械柔韧性的困境阻碍了它们的实际应用。

四川大学张楚虹等首次提出了一种定向冷冻辅助3D打印策略来构建柔性、可压缩和超高能量/功率密度的LIBs。

图1 材料制备及表征

作为获得定向孔隙的一种通用且高效的方法，定向冷冻挤压3D打印与其他调整孔隙结构的策略（如共挤烧结、牺牲剂和磁模板等）相比，具有优异的适应性和可操作性，并且还可以有效避免对印刷电极结构的潜在破坏。

在此，纤维素纳米纤维（CNFs）被选作流变调节剂以改变油墨的流变特性并为电极提供机械强度，碳纳米管（CNTs）通过形成3D导电网络来提高电极的导电性。CNTs和CNFs与活性材料的纠缠形成了电子和应力释放的双重传导网络，为柔性电极性能的维持提供了有力保障。

图2 3D打印LFP/CNT/CNF电极的电化学性能

正如预期的那样，3D打印全电池在功率密度为3.0 mW cm^–2时的最大面能量密度为15.2 mWh cm^–2，在能量密度为7.3 mWh cm^–2时的最大功率密度为75.9 mW cm^–2，优于之前报道的所有柔性LIBs。

双层全电池在弯曲状态下的面容量保持率可达到92.9%，弯曲1000次后仍可保持85.4%。在50%的压缩应变下，8层全电池也可保持92.3%的初始容量。因此，这项工作为解决柔性储能装置的高柔性和高能量密度之间的长期困境提供了一个可行的解决方案。

图3 柔性全电池的电化学性能

Directional Freezing Assisted 3D Printing to Solve a Flexible Battery Dilemma: Ultrahigh Energy/Power Density and Uncompromised Mechanical Compliance. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200233

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