可折疊鋰離子電池：定向碳納米管膜替代傳統金屬集流體

柔性鋰離子電池是可穿戴電子器件的基礎元件。常用的鋰離子電池以金屬箔（銅箔、鋁箔等）作為集流體，受其本身固有的剛性所限，難以滿足可穿戴電子器件對柔性電源的要求。近年來，以碳納米管、石墨烯等為代表的碳納米材料，以其優異的導電性、柔性被廣泛地運用于柔性鋰離子電池的研究。碳納米管具有高導電率、保持高力學性能的同時還具有優異的柔性，將其制備成膜是實現鋰離子電池柔性集流體的一種理想選擇。通常制備碳納米管膜的方法有抽濾法、干拉法、液相沉積法等。但是這些方法制備的碳納米管膜不僅力學性能不佳，而且難以實現大規模批量生產。

　　同時，在鋰離子電池發生形變過程中，保持電池的電化學性能穩定是柔性鋰離子電池的另一個基本問題。在承受較大形變時，傳統的金屬箔集流體光滑的表面極易使得活性材料與集流體發生分離，同時限制了活性材料的負載量。構造多孔的集流體是解決這個問題的一個簡易有效的方法。 

　　近期，江西理工大學吳子平教授團隊與華中科技大學夏寶玉教授團隊研究了碳納米管基集流體對鋰離子電池的電化學性能的影響并提出了以定向碳納米管膜作為集流體的解決辦法。該工作以紙作為基底，通過表界面改性成功地實現了定向碳納米管膜的規模化制備，該膜面積高達~1800 mm×1000mm，且具有大量的三維孔結構。將其用作電池正負極的集流體，不僅使得電池展現出卓越的柔性、電化學穩定性和倍率性能；同時還提升了活性物質的載量，其單層全電池容量高于700 mAh（比容量160 mAh/g），在模擬不同溫度（-40~70 oC）及低壓條件下，電池仍保持穩定的電化學性能。

　　該工作實現了定向碳納米管膜的規模化制備；成功地通過表界面工程對碳納米管膜改性，改善了其導電性和對電解液的浸潤性；以該膜作為集流體，提升了全電池在不同溫度（-40~70 oC）及低壓條件下的循環穩定性和倍率性能。

　　本工作發表在Advanced Energy Materials（DOI:10.1002/aenm.201802349）上，共同第一作者為江西理工大學的碩士生劉亭與張明。 

　  來源：中國材料網http://www.matinfo.com.cn/mat2005/xiangmu/newsshow.asp?ID=84520

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