ACS Nano: 用于自由形式配置的本征可拉伸和可打印锂离子电池

对于下一代可穿戴和可植入设备，储能设备应该是柔软的、可机械变形的，并且可以轻松地打印在任何基底或有源设备上。

在此，韩国科学技术研究院（KIST）Jeong Gon Son等人报道了一种完全可拉伸的锂离子电池（LIB）系统，该系统全部基于本征可拉伸的组件，包括电极、集流体、隔膜和密封剂。可拉伸电极无需添加弹性体即可通过物理交联有机凝胶（PCOG）获得内在弹性，该有机凝胶由通常用作粘结剂的聚偏二氟乙烯（PVDF）的晶体生长控制合成。

此外，PCOG还被用作可拉伸的隔膜。本征可拉伸和可印刷集流体（SCC）使用基于复合材料的可拉伸导电粘结剂技术，将多尺度金属微粒和一维多壁碳纳米管（MWCNT）结合作为导电填料，即使在拉伸状态下也能很好地保持渗透。最后，聚异丁烯（PIB）在弹性体中具有最好的阻隔性能且在有机电解液中不溶胀，可用作集流体和封装材料的基体。

图1. 完全可拉伸LIB多层组成结构的示意图和详细视图

这些用于每个组件的可拉伸性和可印刷性的方法可以提供可拉伸电池配置的结构自由度及活性材料和有机电解液的材料自由度。测试表明，该完全可拉伸LIB在0.5 C下表现出超过130 mAh g^-1的优异储能性能，在50% 应变时没有容量下降，在1000次重复拉伸/释放循环后表现出稳定的电化学性能且在环境空气中的各种变形下具有超过100次循环的出色长期稳定性。

最后，作者首次成功地将可拉伸LIB全电池直接集成到拉伸织物中，在穿着或拉伸等机械变形下也表现出高性能和机械稳定性。由于该可拉伸/印刷电池具有与不可拉伸电池相当的储能性能及广泛的材料适用性和结构形状因素的灵活性，它可以定位为自由形式可拉伸电池的有前途的平台以开发下一代可穿戴/植入电子设备。

图2. 印刷在弹性织物上的可拉伸电池的示意图及性能

Intrinsically Stretchable and Printable Lithium-Ion Battery for Free-Form Configuration, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.1c08405

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ACS Nano: 用于自由形式配置的本征可拉伸和可打印锂离子电池

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