刘忠范院士团队：高分子材料+石墨烯助力柔性锂电池商用指日可待！

刘忠范院士团队通过将高分子材料与石墨烯结合，开发出一种高能量密度、高安全性的全柔性锂离子电池，为柔性锂电池的商业化应用提供了重要突破。以下是具体研究内容：研究背景与挑战柔性锂离子电池因其在可穿戴设备、电子皮肤等领域的潜力而备受关注，但存在三大难题：机械灵活性差：传统金属集流体（如铜、铝箔）易断裂，导致电池性能下降。能量密度低：现有材料难以兼顾柔性与高能量输出。安全性差：高温或弯折时易发生短路或热失控。研究创新点刘忠范团队通过以下设计解决了上述问题：石墨烯膜集流体优势：石墨烯膜具有高机械柔韧性、低密度和表面粗糙度高的特点，显著增强了电极材料与集流体之间的附着力，降低了界面阻抗。性能提升：能量密度达108 Wh kg?1（金属箔集流体为79 Wh kg?1）。功率密度达143 W kg?1（金属箔为105 W kg?1）。图1：石墨烯膜集流体与金属箔集流体的性能对比GO-PTC凝胶电解质材料设计：以氧化石墨烯（GO）改性聚偏氟乙烯-三氟乙烯（PTC）为多孔支架，形成三维网络结构。功能优化：耐高温性：140℃高温处理后，比容量保持率达88.5%。离子电导率提升：GO的极性基团通过氢键固定PF??离子，破坏离子溶剂团簇，促进Li?输运。安全性增强：均匀孔隙分布防止电极颗粒直接接触，避免微短路。图2：GO-PTC凝胶电解质的三维多孔结构全电池性能验证弯折测试：电池经10万次弯折后，比容量无损失，界面电阻恒定。切割测试：切割后仍可为LED灯供电＞3小时，证明其抗机械破坏能力。循环稳定性：在1C条件下，比容量达143.0 mAh g?1，中值电压2.3V。图3：电池在弯折状态下的电化学性能稳定性研究意义商业化潜力：该设计解决了柔性电池在能量密度、安全性和机械稳定性之间的矛盾，为大规模生产提供了实验和理论基础。应用场景：适用于可穿戴设备、电子皮肤、柔性显示器等极端条件下的能源供应。学术贡献：相关成果发表于《Advanced Energy Materials》，题为“Highly-Safe and Ultra-Stable All-Flexible Gel Polymer Lithium Ion Batteries Aiming for Scalable Applications”。总结刘忠范团队通过石墨烯膜集流体与GO-PTC凝胶电解质的协同创新，显著提升了柔性锂离子电池的综合性能。其研究不仅为柔性电子领域提供了高性能能源解决方案，也为下一代锂电池的设计提供了新思路。