2019MWC（世界移動通信大會）的召開，Huawei發布了折疊屏手機Mate X。據悉，Mate X采用鷹翼式折疊設計，加入華為自研的鉸鏈技術，實現一體化的完美折疊形態，兼具手機和平板兩種形態,。閉合后是6.6英寸大屏手機，展開后可變身為8英寸平板。極具科技感的外觀設計，出色的硬件配置，華為再一次用走在國際前列的產品證明了其強大實力。

圖1 華為Mate X折疊屏手機（圖片來源：華為官網）

但是，目前的折疊屏手機仍然采用的是普通的剛性電池，避開了使用柔性電池的難題。若想推出革命性的全柔性電子器件，必須開發相應的柔性電源植入其中。因此，開發具有高能量密度的柔性鋰離子電池，將對推動可穿戴柔性電子器件的發展產生重要意義。

2018年11月，中科院半導體研究所的沈國震教授和中國人民解放軍醫院姜凱教授（共同通訊作者）在Advance Functional Materials上發表題為“Device Configurations and Future Prospects of Flexible/Stretchable Lithium-Ion Batteries”的綜述文章，回顧鋰電池柔性化進展，并展望柔性鋰電池的廣闊應用前景。

文獻總結了不同結構鋰電池研究現狀及其在可穿戴設備中的潛在應用，并認為設計具有不同形狀的柔性鋰電池可為柔性電池創新開辟新的道路。如圖2所示，材料的形狀對其實際應用至關重要，根據柔性鋰電池結構，可將其分為柔性平面構形器件（Flexible planar LIBs）、柔性纖維構形器件(Flexible fiber LIBs)、柔性微形器件(Flexible micro-LIBs)以及可拉伸器件(Stretchable LIBs)。例如，一維纖維鋰電池可以織成大面積的紡織物，這些紡織物可以和我們的衣料深度結合。目前，科學家正致力于將這種新型織物電荷存儲設備集成到可穿戴智能服裝中，該服裝使用電子紡織品傳感器和低功率微處理器來監控人的步態和關節運動。

圖2 文獻總結的不同結構鋰電池及其在可穿戴設備中的潛在應用（圖片來源：Device Configurations and Future Prospects of Flexible/Stretchable Lithium-Ion Batteries）

目前，對于鋰電池的柔性化實現的主流技術路線包括柔性集流體設計和可拉伸結構設計。這兩方面的創新一直是國際上高水平期刊青睞的研究點。

基于柔性集流體設計的柔性鋰離子電池

柔性集流體設計是指通過制備柔性基體取代傳統的銅箔和鋁箔作為集流體, 并擔載粉體活性物質, 來獲得可彎折的柔性鋰離子電池。因此, 選擇合適的柔性集流體尤為重要, 而當前研究較為廣泛的柔性集流體主要為碳納米管、石墨烯和碳布等。其中，碳納米管作為典型的導電碳材料，具有多孔網狀結構，良好的機械和化學性能，而單層完美石墨烯2630m²/g的超大比表面積，可提供更多的電化學反應活性位點，并可通過化學剝離的方式制得，便于實現大規模生產。

早在2014年10月，中國科學院沈陽自動化研究所采用自主研發的噴墨打印工藝和設備，成功制造出了柔性鋰離子電池。該電池具有優秀的循環性能，能夠實現一體化成型，有助于實現電池模塊的低成本量產。該工藝是在厚度15um-50um的柔性石墨烯紙上，采用平均粒徑100nm、濃度15％，具有良好分散性和噴印適配性能的鈦酸鋰油墨進行多層噴印實現的。

基于可拉伸結構設計的柔性鋰離子電池

柔性集流體設計設計新材料新工藝等諸多方面的問題。但是，基于可拉伸結構設計的柔性鋰離子電池卻不同，“結構上”可拉伸的鋰電池是為傳統剛性裝置創造的特別設計。鋰電池裝置本身是不可拉伸，其可拉伸性是通過機械結構的設計實現。

2018年2月，哥倫比亞大學楊遠教授團隊在著名期刊Advanced Materials發表題為Bioinspired，Spine-Like，Flexible，Rechargeable Lithium-Ion Batteries with High Energy Density。該文章受動物脊柱擁有良好機械強度和柔性的啟示，報道了一種可大規模制備高能量密度柔性鋰離子電池的方法：通過將厚的、剛性部分沿軸向環繞起來（對應脊椎）以此儲存能量，而薄的、不環繞的柔性部分（對應骨髓和椎間盤）用于連接“脊椎”，從而實現了整個器件的良好柔性和高能量密度。由于剛性電極部分的體積遠大于柔性連接部分，占據電芯體積的90％以上，其整體電池的能量密度可達242Wh/L。

圖3 （a）仿生設計示意圖；（b）電池裝配過程

（圖片來源：Bioinspired，Spine-Like，Flexible，Rechargeable Lithium-Ion Batteries with High Energy Density）

事實上，不僅科學家們在實驗室中對鋰電池的柔性化不斷進行著探索，實現著他們的奇思妙想，鋰電池的柔性化還受到了產業資本的關注。

2017年1月，松下在CES2017展會上展出他們的最新柔性電池研究成果，該柔性電池可以承受一定的彎曲和扭曲，滿足日本JIS標準(JISX6305-1)，相當于可以滿足彎曲半徑R40mm，扭曲角度±15°/85.6mm，電池厚度僅為0.55mm，主要應用領域是卡片式設備或者穿戴設備。

該電池最引人注目的特點是在彎曲到25mm半徑和扭曲25度之后還能保持其性能。據悉，松下為該柔性電池技術申請了25項日本專利和15項海外專利。其柔性電池外觀和主要參數如圖所示。

圖4 松下柔性鋰離子電池的主要參數及其外觀（圖片來源：網絡）

除此之外，近日國內A股市場柔性電子概念股同樣風起云涌。

3月8日，受到“瑞典Linkoping大學研究出一款超級電池Power Paper，全新柔性可折疊電池材料問世”消息刺激，柔性電子概念股被挖掘。

在滬指大跌136點的背景下，兩只柔性電子概念股均表現強勢。其中，界龍實業（600836）一字漲停，據悉，界龍實業參股公司江蘇恩福賽柔性電子公司由“全球柔性電池之父”張霞昌教授成立，主打產品為薄膜印刷紙電池（紙電池）及其應用和集成服務。同時，長榮股份（300195）一字漲停，其控股子公司天津綠動能源科技有限公司承擔了紙電池及相關產品研發、生產、銷售，目前紙電池應用領域為RFID射頻標簽，以及藥貼等領域，正在拓展市場。

不過，目前關于瑞典超級電池是否能量產，并獲得廣泛應用，大眾仍表示疑慮。國內A股市場的炒作之風也向來盲目，但不論是從華為Mate X、三星Galaxy Fold的折疊屏手機，松下推出的柔性鋰電池，還是近年來，鋰電池柔性化不斷取得的進展來看，柔性化必然是未來電子設備的發展潮流！

參考文獻

Bioinspired，Spine-Like，Flexible，Rechargeable Lithium-Ion Batteries with High Energy Density；Guoyu Qian, Bin Zhu, Xiangbiao Liao, Haowei Zhai, Arvind Srinivasan,Nathan Joseph Fritz, Qian Cheng, Mingqiang Ning, Boyu Qie, Yi Li,Songliu Yuan, Jia Zhu, Xi Chen, and Yuan Yang。

Device Configurations and Future Prospects of Flexible/Stretchable Lithium‐Ion Batteries；Di Chen ，Zheng Lou ，Kai Jiang ，Guozhen Shen。

By：火宣