▲柔性锂离子电池结构和制造过程原理图。（a）仿生设计原理图，电池的刚性部分类似于脊椎的椎骨，柔性连接部分类似于脊椎的骨髓。（b）柔性电池的制作过程。
灵活的可穿戴电子设备的快速发展产生了一系列令人兴奋的应用，从智能手表和灵活的显示设备（如，智能手机、平板电脑和电视）到智能纤维织物、智能眼镜、皮肤贴片、传感器等。这种发展需要具备更高性能、更柔韧的电池。然而，到目前为止，研究人员难以同时在锂离子电池中获得良好的柔韧性和高能量密度。
近日，美国哥伦比亚大学应用物理与数学系的材料科学与工程副教授袁洋（音译）领导的研究小组为应对此难题开发了一个形状像人体脊柱的锂电池原型，该原型无论被如何伸缩或扭曲，都具有显著的灵活性、高能量密度和稳定的电压。
该团队一直在探索电池材料的组成成分和结构以实现其高性能。袁洋在操场做蹲下起立的运动时受到了启发。人类的脊柱之所以既柔韧可变又有强健有力，是因为含有连接硬脊椎骨部分的软骨髓成分。因而，他们采用脊柱模型来设计结构相似的电池原型。该原型具有厚而刚硬的部分，并通过将电极（“椎骨”）缠绕在薄而灵活的部分（“骨髓”）上来储存能量，这些薄的部分将大量椎骨状叠在一起的电极堆连接在一起。此设计为整个电池提供了极好的柔韧性。
“由于刚性电极部分的容量明显大于柔性连接部分，所以这种柔性电池组的能量密度可以大于标准商业包装中的电池的85％。”袁洋解释说，“这种起作用的材料在整个结构中占有较高的比例，因此我们的脊柱状电池展示出非常高的能量密度，高于我们所知的任何其他研究。由于合理的仿生设计，电池也成功地经受了苛刻的动态机械负载测试。”
“我们期望这一仿生的、可测的方法所制造出的柔性锂离子电池可以大大推动柔性设备的商业化。”袁洋如此说道。
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编译：李嘉欣 审稿：阿淼 编辑：张梦
来源：https://techxplore.com/news/2018-01-flexible-lithium-battery-wearable-electronics.html
