Angew. Chem. Int. Ed.熱點 復旦大學：自愈合柔性水系鋰離子電池

【引言】

隨著智能可穿戴電子設備的飛速發展，出現了谷歌眼鏡、智能衣服、智能手表等產品。但是，它們的電池往往是剛性塊狀的，不符合可穿戴設備質輕柔性的理念。近年來，柔性可穿戴儲能器件的發展成為了研究熱點，而柔性鋰離子電池的研究對新一代儲能器件的發展至關重要。然而在實際應用中，扭曲或偶然切斷等情況下，柔性鋰離子電池容易發生破裂，從而會導致電池的失效以及有毒電解液的泄露。這將會導致嚴重的安全問題。如何快速有效地解決這一問題仍然是一個挑戰。

【成果簡介】

近日，復旦大學彭慧勝教授（通訊作者）和王永剛教授（共同通訊作者）的研究團隊通過模仿生物體的傷口自愈合功能，設計并制備出了一種具有自愈合功能的柔性水系鋰離子電池。該自愈合水系鋰離子電池能夠在切斷后，經過簡單的對接恢復其正常功能。

該自愈合電池采用取向碳納米管薄膜包裹正負極活性物質，與自愈合高分子基底復合后作為自愈合電極，并使用一種新型的水系凝膠作為電解液和隔膜。組裝后得到具有自愈合功能的水系鋰離子電池。

由于取向碳納米管、自愈合高分子和凝膠電解液的自愈合能力，該電池展現出了良好的自愈合性能。在重復切斷、愈合過程之后，該電池仍能保持很好的容量、倍率性能以及循環穩定性。該新型自愈合電池具有優異的機械和電化學自愈合性能。由于使用的水系凝膠電解液安全無毒，該電池還具有很高的安全性。

該工作首次發展出了基于鋰離子嵌入/脫出反應的自愈合儲能器件，是自愈合儲能器件領域的一個突破。該自愈合電池還具有良好的柔性，在未來的可穿戴設備中具有良好的應用前景。

成果以“A Self-Healing Aqueous Lithium-Ion Battery”為題，在線發表于近期Angew. Chem. Int. Ed.期刊上，并被選為“Hot Paper”。

【圖文導讀】

圖1 自愈合電極的制備及結構表征

a）自愈合電極的制備流程圖；
b、c）三明治結構CNT/LiMn2O4/CNT正極在低倍和高倍下的掃描電鏡照片；
d、e）三明治結構CNT/LiTi2(PO4)3/CNT負極在低倍和高倍下的掃描電鏡照片。

圖2 自愈合電極的電學和機械自愈合性能表征

a-c）自愈合電極在切斷前、切斷后和愈合后的照片；
d-f）自愈合電極在切斷前、切斷后和愈合后的顯微鏡照片；
g）在10次切斷-愈合循環中自愈合電極的電阻變化；
h）在一次完整的切斷-愈合過程中自愈合電極的電阻變化；
i）自愈合電極在愈合前后的應力-應變曲線。

圖3 自愈合水系鋰離子電池的示意圖及其自愈合性能表征

a）自愈合水系鋰離子電池切斷-愈合過程的說明示意圖；
b）自愈合水系鋰離子電池的倍率性能；
c）在0.5 A/g的電流密度下，自愈合電池在愈合不同次數后的恒流充放電曲線；
d）自愈合電池在愈合5次后的倍率性能；
e）在0.5 A/g的電流密度下，自愈合電池在愈合不同次數后的長效循環性能。

圖4 自愈合電池的柔性表征及應用展示

a）自愈合水系鋰離子電池在不同的彎曲角度下的恒流充放電曲線；
b）在60o的彎曲角度下，自愈合鋰離子電池在不同的彎曲次數后的容量保持率；
c）將柔性自愈合水系鋰離子電池戴在木偶手臂上給一個紅色LED供電；
d）將電池切斷后，紅色LED熄滅；
e）經過簡單的對接使電池愈合后，紅色LED重新被點亮。

文獻鏈接：Zhao, Y. et al. A self-healing aqueous lithium-ion battery（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201607951）

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