【摘 要】
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柔性可穿戴、可植入型通讯、显示、传感、医疗等电子设备的出现对储能设备提出了柔性的新要求。目前大多数锂离子电池使用的刚性材料限制了电池柔性形变的能力,因此为了制备柔性电池,需要制备柔性材料代替传统的刚性材料。集流体作为电池活性物质的负载体,使其柔性化是锂离子电池实现柔性的重要突破方向。传统锂离子电池在形变幅度较大时,电极活性物质可能从金属集流体表面脱落,从而导致电池性能的下降。为使锂离子电池实现柔性
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柔性可穿戴、可植入型通讯、显示、传感、医疗等电子设备的出现对储能设备提出了柔性的新要求。目前大多数锂离子电池使用的刚性材料限制了电池柔性形变的能力,因此为了制备柔性电池,需要制备柔性材料代替传统的刚性材料。集流体作为电池活性物质的负载体,使其柔性化是锂离子电池实现柔性的重要突破方向。传统锂离子电池在形变幅度较大时,电极活性物质可能从金属集流体表面脱落,从而导致电池性能的下降。为使锂离子电池实现柔性化,电解质和包装材料同样需要研究。传统锂离子电池使用的液态电解质存在漏液风险,而且液态电解质含有的酯类或醚类化合物是极易燃物质,一旦发生漏液会带来了较大的安全隐患。目前圆柱或方形锂离子电池采用的金属外壳几乎不具有柔性,而软包锂离子电池所使用的铝塑膜包装材料虽能在一定程度上满足弯曲性能的要求但其拉伸性能几乎为零,因此在柔性电池的使用中受到一定程度的限制。为解决上述问题,本文通过可逆加成断裂链转移自由基聚合(RAFT)合成了不同分子量的聚苯乙烯-聚丙烯酸正丁酯-聚苯乙烯(SBAS)以及聚苯乙烯-聚丙烯酸甲酯-聚苯乙烯(SMAS)三嵌段聚合物。并基于上述聚合物制备了聚苯乙烯-聚丙烯酸正丁酯-聚苯乙烯/单壁碳纳米管(SBAS/SWCNTs)复合导电弹性体,用作柔性锂离子电池集流体,其在未拉伸状态下电阻率可达23.43Ω cm-1;将SMAS溶胀电解液制得凝胶电解质,其离子电导率可达3.54×10-4S cm-1。由上述柔性材料制备得到的电池在电极活性物质含量到达95%的条件下仍展现出了良好的电池性能。相较于金属集流体,SBAS/SWCNTs复合柔性集流体的导电能力尚有一定差距,将其运用于柔性电池对电池的阻抗性能影响较大。本文在柔性集流体表面涂布导电性能更佳的银纳米线(AgNWs),改变电子从外电路到活性物质的传递路径,大幅度降低了柔性电池的阻抗。改进之后的柔性锂离子电池在经历多次大幅度的弯曲形变之后电池性能没有明显的变化,但当弯曲半径减小至5mm时,由于电池外包装材料的限制,导致了电池性能的下降。为解决外包装材料的限制,尝试使用柔性更佳且可拉伸的PDMS做外包装制备可拉伸电池。该电池能够成功充放电并点亮LED灯泡,但是其由于外包装材料气密性能有限,导致电池的电化学性能不佳,该电池在0.2C倍率下循环约10次之后放电比容量下降至接近0。
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