柔性储能器件的电极设计研究进展

李一帆¹，刘宇航¹，孙晋蒙¹，吴乾鑫¹，龚昕¹，杜洪方¹，艾伟¹，黄维^1,2,3

1. 西北工业大学陕西柔性电子研究院2. 南京工业大学先进材料研究院3. 南京邮电大学信息材料与纳米技术研究院

摘 要：随着制造技术的飞速发展,便携式电子设备正朝着柔性化、轻质化、微型化及智能化方向发展,能够弯曲、折叠、扭曲、拉伸等协调变形的柔性电子设备应运而生。作为柔性电子设备的关键部件,储能器件的设计成为柔性电子实际应用必须攻克的难题。传统储能器件是刚性的,难以与柔性电子设备相适配,在变形时易造成电极材料与集流体分离,严重影响了电化学性能,甚至造成短路,产生重大的安全隐患。基于此,开发新型柔性储能器件,如柔性锂离子电池、柔性锂硫电池、柔性锂金属电池、柔性超级电容器等,已成为当今学术界和产业界研究的热点。近年来,基于本征柔性材料组装以及刚性材料柔性化设计两种方式获得的柔性储能器件取得了很大进展。金属纤维(如铝、铜)、聚合物纤维(如聚吡咯、聚苯胺)和碳基材料(如碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯及其复合材料)等因具有本征柔性的特征,在柔性储能器件中扮演着重要角色。其他诸如钴酸锂、钛酸锂等无机刚性材料的脆性较大,需通过合理的结构设计实现柔性。此外,柔性储能系统还需具备高容量、高效率、轻薄、安全等综合性能来满足实际的应用需求。本综述围绕本征和非本征柔性储能器件,探讨材料微观结构与器件宏观性能的构效关系,重点阐述各类柔性电极材料的制备方法、力学性能和电化学性能,并对未来柔性储能器件发展、电极材料设计面临的挑战提出了一些见解。

关键词：柔性电子;电化学储能;电极材料;本征柔性;非本征柔性;