近日，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室在前期制備出具有三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)石墨烯泡沫的基礎(chǔ)上，利用該材料作為高導(dǎo)電的柔性集流體，設(shè)計(jì)并制備出可快速充放電的柔性鋰離子電池。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》。

輕薄化和柔性化是便攜式電子產(chǎn)品的重要發(fā)展趨勢，而儲能器件是便攜式電子產(chǎn)品的核心部件，因此，能否開發(fā)出高性能柔性儲能器件，如柔性鋰離子電池，是柔性電子產(chǎn)品廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯的高導(dǎo)電性和良好的柔韌性，是柔性儲能器件的理想候選材料之一。

該實(shí)驗(yàn)室研究人員將三維連通的石墨烯網(wǎng)絡(luò)作為集流體，取代了電池中常用的金屬集流體，并通過發(fā)展的原位水熱合成方法，在石墨烯三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上直接生長活性物質(zhì)，如磷酸鐵鋰和鈦酸鋰，成功地在不使用粘結(jié)劑和導(dǎo)電添加劑的情況下，實(shí)現(xiàn)活性物質(zhì)和石墨烯集流體的良好接觸，促進(jìn)了電子的傳輸并提高了彎折時(shí)電極材料的穩(wěn)定性。

最終，研究人員將磷酸鐵鋰/石墨烯和鈦酸鋰/石墨烯復(fù)合材料分別作為正負(fù)極，采用柔性硅膠為封裝體，組裝了具有很好柔性的鋰離子全電池。實(shí)驗(yàn)顯示，該柔性鋰離子電池在彎曲時(shí)，其充放電特性保持不變，并可在6分鐘內(nèi)完成充電(達(dá)到初始容量的90%)，在100次循環(huán)之后容量保持率為96%。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，該研究為高性能柔性鋰離子電池的設(shè)計(jì)和制備提出了一種新思路。這種可快速充電的柔性鋰離子電池的制備工藝簡單，具有潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院有關(guān)項(xiàng)目的資助。