中國粉體網訊 可折疊、可穿戴電子設備日益受到人們關注，開發與之配套的柔性電極材料成為當下的研究熱點。與這類產品配套的儲能器件必須具備體積小、重量輕、柔性等特點。探索新型高比容量、環境友好和低成本的柔性鋰離子電池對于未來便攜式電子設備的發展具有重要意義。
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柔性鋰離子電池的關鍵在于柔性電極材料。制備柔性可彎曲電極材料是實現柔性鋰離子電池技術的前提，其中，柔性負極材料對柔性鋰離子電池性能起到重要作用。
目前研究較多的柔性負極材料有石墨烯、碳納米管、納米炭纖維、高分子導電聚合物、炭布等。
石墨烯柔性負極材料
石墨烯是近年來備受關注的2D層狀碳材料，在眾多領域具有很好的應用前景。相比于其它碳材料，石墨烯是由單片層厚度的碳原子無序松散聚集形成，這種結構有利于Li+的嵌入，在片層和邊緣都能儲存Li+，因此理論容量明顯高于石墨。
石墨烯可以通過多種方式加工成膜，表面易官能團化，大比表面積可承載大量活性物質，具有高的電子導電率。良好的熱導率、化學性能穩定、柔韌性強等優勢使得石墨烯非常適合用來制備鋰離子電池柔性負極。但石墨烯的缺點也很明顯，比如單層石墨烯片層極易堆積，比表面積的減少使其喪失了部分高儲鋰空間；首次庫倫效率低；初期容量衰減快等。因此，它必須要和具有高容量的無機活性物質聯合使用。
碳納米管柔性負極材料
碳納米管由于其高的電導率、良好的機械性能及高的比表面積，被作為鋰離子電池柔性負極的基體和活性物質做了大量研究。碳納米管可以很容易通過各種方法組裝成膜，例如真空抽濾、自組裝、干拉伸法、刮刀涂布法等。早期研究中，先將碳納米管與其他活性物質混合制備成懸浮液，然后直接過濾成膜或沉積在電池隔膜上作為鋰離子電池柔性負極，研究表明，其具有較高的嵌鋰容量。但這種方法得到的活性物質往往出現鋰嵌入后難于脫嵌的問題。為了克服此種缺陷，人們首先通過各種物理或化學的方法將高容量的活性物質生長在碳納米管上，然后再進行成膜。
采用碳納米管網絡體系制備柔性負極有以下幾個明顯的優勢：高的表面積和化學穩定性保證了電極結構在循環過程中的完整性；好的導電性增強了負極的電化學反應能力；好的柔韌性抑制了電極材料的體積變化。但是，對于碳納米管基負極，還需要在碳納米管上引入適量的具有高容量的活性物質，這樣才能使碳納米管負極具有高的電容量和導電性。
納米炭纖維柔性負極材料
納米炭纖維具有好的導電性、優良的機械性能、低密度等優點，可以制作自支撐的可折疊柔性負極，結合靜電紡絲和高溫炭化技術的工藝目前被證明是制備納米炭纖維最有效的方法。但納米炭纖維低的理論容量限制了它在柔性電池中的應用。
為了提高柔性負極的電化學性能，人們對納米炭纖維做了一系列的改性研究。可以通過制備高儲鋰容量活性物質/納米炭纖維復合材料來提高其電化學性能。在這些復合材料中，納米炭纖維良好的機械性能能夠緩解高活性物質在充放電循環過程中的體積變化。此外，也可制備具有獨特3D孔結構的多孔納米炭纖維從而獲得優良的電化學性能。還可以在納米炭纖維上沉積氮元素，提高其電化學性能。
高分子導電聚合物柔性負極材料
具有良好導電性和電化學性能的高分子聚合物也常作為柔性電池的電極材料。目前，用于柔性電池電極材料的導電聚合物有聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）、聚噻吩（PTH）、聚丙烯晴（PAN）及聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等。其中，本身含有氮原子（N）的PPy不僅擁有良好的導電性和穩定性，而且由于諸多空位和缺陷的存在，能使其具有優異的存儲性能。PPy具有牢固的3D交聯結構，當其作為基體材料時，能展現出較為優異的柔韌性，多次彎折也不易破壞原有結構。
炭布柔性負極材料
炭布具有優良的耐腐蝕性、突出的機械柔韌性和抗拉強度、高的導電率，且成本低，因此也可作為柔性鋰離子電池負極的基體材料。此外，炭布具有三維的多孔網狀結構，便于電解液滲透到電極材料中去。但炭布本身的儲鋰容量較低，在炭布上沉積、生長或者包覆高容量的活性材料是解決這一不足的有效方法。在炭布上生長納米活性物質，最常用的方法是水熱法。有研究者利用水熱法在炭布上生長出了ZnCo2O4納米線陣列，得到了三維的ZnCo2O4納米線陣列/炭布復合材料，以該材料作為柔性鋰離子電池負極，顯示出了較高的可逆容量，在200mA/g的電流密度下循環160周后，仍然有1200mAh/g的比容量。
其他柔性負極材料
除了以上幾類柔性材料外，還有炭纖維織物、炭紙、膨脹石墨紙、石墨紙、泡沫炭也可用來作為柔性負極的集流體，它們質量輕且柔韌性好。另外，也有完全由納米活性物質構成的柔性負極，如3D網狀Li4Ti5O12納米結構負極材料，夾層式CNx/CuO/CNx納米結構負極材料，目前這些負極活性物質所占的質量比得到大幅提升，但這類負極材料的電子導電率較低。因此，對于這類柔性負極材料，提高其電子導電率和降低其成本是將來的研究方向。
參考來源：
1、望軍等.柔性鋰離子電池負極材料研究進展
2、阮佳鋒.高性能柔性碳基負極材料設計及性能研究
3、望軍等.鋰離子電池CoO多孔納米片陣列/碳布柔性負極材料
（中國粉體網編輯整理/文正）
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