柔性3D锂离子电池
对于日益增长的柔性电子设备，如便携式设备，皮肤传感器，以及可穿戴设备，必须发展与之匹配的柔性储能系统作为动力源。 在不同类型的储能系统中，锂离子电池（LIB）由于其高能量和长期循环性能而被广泛研究为理想的柔性储能介质。然而，为了满足对多功能需求，需要设计具有高能量，高机械强度，以及工业电极制造条件下高的锂离子电池。许多研究者提出了电极材料和单元结构的修饰。例如，掺杂等方式。
此外，在现有工业电极条件下，制备高活性材料负载的柔性电池尚未证实商业可行性。最近，有研究表明利用现有工艺方案制备的柔性锂电池在连续测试过程中会明显失效。拉伸/压缩试验期间，观察到活性材料从集电器分层，增加了电极的接触电阻。特别是，接触电阻引起整个阳极表面的金属锂沉积，强烈威胁电池的安全性。因此，通过以下常规制造工艺增强电池组件之间的粘附性对于工业可行性是重要的。改善粘合性能的简单方法之一是电极图案化工艺。图案化的一般策略是通过光刻法 或冲压工艺修饰集流体。图案化的集流体增加了与活性材料的接触面积，这进一步增强了电池组件的粘附力。然而，当将预制图案化的金属箔集电器引入制造过程时，由于表面粗糙度，难以控制电极负载水平和负载密度。因此，最近在电极涂覆工艺之后提出了后图案化工艺，其显着减轻了外部载荷下的应力集中。该方法在简单的制造工艺方面具有商业潜力，然而，图案化的阴极和阳极都可能在电池组装过程中引起电极接触不匹配。而且，该工艺可能增加制造时间和成本，因为阴极和阳极应分别被图案化。
图1 3D互锁结构的柔性锂电池制备过程和结构示意图三维互锁全细胞和细胞成分的微结构。a）3D互锁全电池的制备过程示意图；b）3D图案化电极和隔膜的照片；c-e）扫描电子显微镜（SEM）图像的表面形态；f）3D互锁全电池的图示，显示电池的详细特征组件。
图2. 电化学测试和机械性能测试。：a，b）正常结构的全电池和3D互锁全电池的在弯曲过程中的降解机制示意图；c）1C的充放电速率进行200个循环的长期循环测试，以及它们的d）充放电压曲线；e）弯曲半径为25mm的弯曲测试照片。f）正常结构的全电池和3D互锁全电池在每20次充放电后下进行2000次弯曲的循环寿命曲线。
参考文献：Flexible 3D Interlocking Lithium-IonBatteries，Adv. Energy Mater. 2018, 1801917
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