据悉，我院与新加坡南洋理工大学(NTU)合作在《Advanced Materials》（IF = 32.08)发表了题为“力学梯度电极用于调和可折叠锂离子电池力学稳定性和能量密度矛盾”(Mechano-Graded Electrodes Mitigate the Mismatch between Mechanical Reliability and Energy Density for Foldable Lithium-Ion Batteries)的研究成果，为设计高能量密度柔性电池提供了新策略。
柔性电子器件的快速发展对柔性储能系统提出了需求，能量密度和力学性能是柔性电池的两个关键指标，传统柔性电池的实现策略主要依赖于设计宏观柔性结构或引入柔性材料框架，然而其均会引入非活性成分从而降低能量密度（图1.a）。本论文介绍了一种力学梯度电极设计策略，针对均匀电极中弯曲应变分布（图1.b）与电极各部分力学性能不匹配的问题(图1.c)，中通过调控电极的最大可承受应变分布使其与弯折产生的应变分布相匹配(图1.d)，进而在不牺牲能量密度的情况下提高了电极的本征柔性。本研究提出电极弯曲失效过程(图2.a)包含三个阶段：顶部形成初始裂纹-应变局域化使得裂纹快速扩展-活性层与集流体界面失效，针对该机制设计制备了力学梯度并组装软包电池展示了其稳定性(图2.b)。
图1.力学梯度电极设计原理。a: 传统柔性电池因引入非活性组分导致能量密度与器件柔性存在矛盾；b: 电极弯曲状态产生的正应变与弯曲半径及位置相关；c: 均匀电极的力学性能与各部分存在的弯曲应变分布不匹配使得远离集流体一侧优先产生裂纹；d: 力学梯度电极的力学性能分布与弯曲应变相匹配从而提高本征耐弯曲性能。
图2 a: 电极弯曲破裂过程应变分布有限元模拟；b: 基于力学梯度电极的软包电池展示
该工作于2022年9月在线发表，我院教师葛翔为第一作者，贵州大学为第一完成单位，新加坡科技局研究科学家Shengkai Cao(曹盛凯)为共同一作，NTU教授Xiaodong Chen(陈晓东)为通讯作者。
X. Ge, S. Cao, Z. Lv, Z. Zhu, Y. Tang, H. Xia, H. Zhang, J. Wei, W. Zhang, Y. Zhang, Y. Zeng, X. Chen,* Advanced Materials Doi:10.1002/adma.202206797
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202206797
一审：姬 丹
二审：王丽远
三审：胡环宇