谢若晗, 吴菁菁, 高 翔, 2, 苏荣欣

可拉伸电池的最新研究进展

谢若晗1, 吴菁菁1, 高 翔1, 2, 苏荣欣3

(1. 化学工程联合国家重点实验室, 浙江大学 化学工程与生物工程学院, 浙江 杭州 310027;2. 浙江大学宁波研究院, 浙江 宁波 315100;3. 化学工程联合国家重点实验室, 天津大学 化工学院, 天津 300072)

近年来柔性及可拉伸电子器件的逐步应用，对作为其储能设备的电池提出了需具备一定拉伸能力的新要求。目前已有研究报道了多种方法来实现电池的可拉伸性，但尚无系统的综述进行总结。本文将可拉伸锂离子电池的实现方法分为通过电池宏观结构设计及采用本征可拉伸材料这两类进行介绍，通过总结具体结构的设计方法以及本征可拉伸集流体、电极、隔膜、电解质、封装材料等的研究成果，综述了可拉伸锂离子电池的研究现状。同时，也对其他可拉伸电池体系，包括锂金属电池、锌基电池、有机太阳能电池、生物燃料电池等的研究现状进行了概述。最后，指出了可拉伸电池发展过程中存在的问题，并对其发展前景及挑战进行了展望。

可拉伸电池；锂离子电池；结构设计；集流体；电极；电解质

1 前 言

现代科技的进步及生活质量的提高，促进了柔性及可拉伸电子器件的诞生，例如可折叠手机、柔性显示屏[1]、可穿戴电子设备[2]、可移植医疗器械[3]等。这些电子器件的发展与应用，使人们步入更加科技化、智能化的时代，例如可穿戴电子设备和可移植医疗器械在人体健康监测和生物医疗领域中非常重要，有望促进医疗健康领域的变革。

这些电子器件多以电池为储能设备，并且内置的电池应具有与器件相似的柔性及可拉伸性，以保障器件能适应所需的形变要求。然而，传统的锂离子电池采用刚性材料制备，因而不具备形变能力，难以满足这些器件的发展需求。因此，柔性及可拉伸的锂离子电池受到了广泛关注。柔性及可拉伸电池是指可发生弯曲、扭转等形变的一类电池[4]，但其可承受的拉伸形变较小(<10 %)，难以满足一些器件的拉伸性能要求[5]。例如，可折叠手机要实现无铰链化，其内部电池的拉伸形变应能达到50 %[6]；在贴附于人体皮肤、关节附近的器件中，电池能承受的拉伸形变应大于50 %[7]。因此，为满足柔性及可拉伸电子器件对电池形变能力、储能能力的要求，亟须发展兼具延展、回缩等形变能力和良好电化学性能的可拉伸电池(stretchable batteries)[8]。

本综述将可拉伸锂离子电池分为结构设计式、材料本征式两类。其中，前者是通过一些巧妙的结构设计，使采用刚性材料的电池实现一定的可拉伸性；后者则是开发本征可拉伸性的电池材料，取代传统的刚性材料来制备电池以实现电池的可拉伸性。如图1所示，通过综述典型宏观结构设计以及电池材料的研究，介绍和分析可拉伸电池的实现手段，也对其他可拉伸电池体系的发展进行了概述；为如何制备兼具良好电化学性能与拉伸性能的电池以及优化可拉伸电池性能提供参考和借鉴。

图1 本文论述内容结构图

2 结构设计式可拉伸电池

传统电池主要包括5个组件：集流体、正极、隔膜或电解质、负极、封装材料。其中，集流体是内部、外部电子传导的媒介；电极是发生电化学反应的场所；隔膜、电解质都能隔绝电子以防止内部短路，同时还能传导离子；封装材料是隔绝空气与水分的组件。每个组件对电池的运作都至关重要，且在过去的研究中都已得到了充分的优化，可制备得到高能量密度的电池[9]。但由于传统电池材料都属于刚性材料，因而制备的电池本身不具备可拉伸性。通过设计特定的宏观结构，例如点阵互联结构、波浪形结构、折纸形结构、纤维状结构等，能够形成应力缓冲或集中，可使传统电池具有一定拉伸性。

2.1 点阵互联结构

具有拉伸性的点阵互联结构系统是由刚性材料组成的点阵通过柔性导线连接而成。柔性导线能在大幅形变下保持良好的电导率，从而能够连接点阵结构并具有电化学性能[10]。Lee等[11]在2011年运用该设计理念，制备了可拉伸的砷化镓(GaAs)太阳能电池，但该电池的拉伸形变量较低(双向20 %)，因此需进一步优化连接导线的设计，以实现更高的拉伸性。在2013年，Xu等[12]采用经过优化设计的、自相似的蛇形金属导线，连接由LiCoO2、凝胶电解质、Li4Ti5O12组成的点阵结构，制备了单向形变达300 %的可拉伸锂离子电池。但该电池的面比容量仅为1.1 mA×h×cm-2，仍有待改善。然而，当增加点阵面积以提高能量密度时，连接导线的长度将会受限，进而影响整体的拉伸性能。

2.2 波浪形结构

将刚性材料放置在预拉伸状态的弹性基底上，再将弹性基底释放，便能使其获得宏观的波浪形结构。该结构使用传统的电池材料，通过调控振幅与弹性基底预拉伸程度，能够巧妙地实现电池的横向拉伸[13]。Liu等[14]将铝塑膜封装的LiCoO2/石墨电池压制成波浪形结构，且在弯曲处填补弹性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。通过波浪形结构设计，该电池的拉伸形变可达50 %，且具有3.6 mA×h×cm-2的面比容量。Shi等[15]将集流体制成波浪形结构，并在其两端连上传统电池材料后，制备了一种手风琴式的可拉伸电池，由于拉伸部件不涉及电化学反应，因此该电池在拉伸时其性能几乎没有变化。尽管波浪形结构电池具有较高的能量密度，但其仅能实现单向拉伸[16]，难以与其他设备进行集成。

2.3 折纸形结构

将传统电池材料运用折纸艺术逐层折叠，形成特殊的折纸结构，可大幅提高电池的线性伸长率。Song等[17]将LiCoO2和Li4Ti5O12涂覆在碳纸上，用铝塑膜封装电池，将电池折叠成折纸结构。由于折痕为应力集中点，该电池可达到1 340% 的线性伸长率。随后，Song等[18]将电池设计为“之”字形和“N”字形，实现了电池的伸缩和扭转，最大拉伸形变可达150%。折纸形结构促进了电池从二维平面向三维立体结构的发展，但其形变能力受限于折痕结构的设计。

2.4 纤维状结构

纤维状结构电池由于其独特的一维结构而表现出优异的柔软性和适应性，有望与传统纺织工业结合应用于智能织物领域[19]。Kammoun等[20]将LiCoO2和石墨涂覆在铜铝箔上，并用塑封纸封装成螺旋纤维状的锂离子电池，该电池最高能达到平面外1 300% 拉伸形变。为减小电池重量以提高其在织物中的实用性，Zhang等[21-22]、Ren等[23]采用了更为轻质的碳基材料制备纤维状结构电池，Zhang等[21]在多壁碳纳米管(carbon nanotubes，CNTs)阵列中加入LiMn2O4和Li4Ti5O12颗粒进行卷绕，搭配电解质进行封装，制成纤维状结构电池，该电池最高可达600% 的拉伸形变。但纤维状结构电池存在负载量不高、活性物质易脱落等问题，因此电池的能量密度有待进一步提高。

采用传统刚性材料制备电池，能够通过巧妙的结构设计使其具有拉伸性，实现形变能力与电化学性能的兼得。然而，电池的形变能力依赖于设计的结构，即仅能按照某一方向进行延展和回缩，比如波浪形电池仅能单向拉伸，折纸形电池仅能按照折痕方向拉伸，这不仅会占据额外空间，而且难以满足电子器件在不同平面的形变要求。此外，这类电池的制备工艺较为复杂和困难，例如点阵互联式电池需精确制备所设计的点阵、导线和连接结构，纤维状结构电池由于电极纤细而容易产生短路，因此仍需进一步改进制备工艺以提高可拉伸电池规模化应用的可能性。

3 材料本征式可拉伸电池

结构设计式可拉伸电池的形变能力往往受限于所设计的结构，不仅难以满足电子器件的形变需求，而且与其他器件集成较为困难。因此，为使电池具有更好的灵活性和兼容性，应从材料角度出发，即通过研发兼具本征可拉伸性和电化学性能的新型材料，取代传统刚性材料。新型电池组件材料包括可拉伸集流体及电极、可拉伸隔膜及电解质、封装材料等，其中，可拉伸集流体及电极的研发主要通过碳基材料、复合材料来实现；电解质的研发方向则主要包括凝胶电解质、全固态电解质。

3.1 可拉伸集流体及电极

3.1.1 碳基材料

碳基材料具有出色的导电性、良好的电化学稳定性和优异的机械性能[24-26]，如碳纳米管、石墨烯等，因此被认为是极具潜力的电池材料。其本身还具有一定柔性，经过加工处理后可用作可拉伸的集流体。

碳纳米管是由六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，在制成微观波浪形结构后可具有拉伸性[27]。Weng等[28]通过预拉伸将碳纳米管阵列制成具有微观波浪形结构的可拉伸集流体，并在阵列之间加入LiMn2O4和Li4Ti5O12，形成可拉伸电极，其拉伸形变可达400 %。然而，由于活性物质与集流体的接触作用较差，在形变过程中活性物质容易脱落，继而影响电极和电池性能。若在碳纳米管上原位生成活性物质，不仅能增强两者的接触作用，而且能避免使用导电剂和黏结剂、提升电池的能量密度。Gu等[29]在碳纳米管薄膜上原位生成了LiMn2O4和氧化锰材料，并制成微观波浪形的可拉伸电极，该电极以100% 形变拉伸1 000次后，电阻无明显变化，所装配的可拉伸电池具有97 mA×h×g-1的比容量。

石墨烯材料因具有特殊的层状结构而拥有较大的比表面积，能负载高质量活性物质、增加能量密度[30]。如图2所示，Kang等[31]将石墨烯、碳纳米管混合后制成蜂窝状结构的可拉伸集流体，并嵌入LiFePO4、Li4Ti5O12制成的电极，其可承受50% 的拉伸形变，所装配的电池具有5.05 mA×h×cm-2的面比容量。

图2 采用微观蜂窝状石墨烯材料制成集流体的本征可拉伸锂离子电池示意图[31]

3.1.2 复合材料

聚合物材料具有优良的柔韧性，将其与导电填料(如碳基材料、金属材料等)复合，可制备兼具导电性和拉伸性的复合材料，并应用于可拉伸集流体和电极[32-34]。

目前研究最多的是将弹性聚合物材料与碳基材料复合[35-36]。Zhou等[37]通过RAFT乳液法调控聚合物分子结构，合成了三嵌段聚合物弹性体(聚苯乙烯-b-聚丙烯酸正丁酯-聚苯乙烯，SBAS)，并与单壁碳纳米管复合，制成了一种电导率达10-2S×cm-1、拉伸形变达80% 的可拉伸集流体。Song等[38]采用呼吸图案法(breath figure process)将Ecoflex材料与碳纳米管、导电炭黑复合，制成了一种多孔结构的可拉伸集流体，其方阻电阻为150 Ω×□-1，可承受200% 的拉伸形变。Liu等[39]利用方糖模板将PDMS制成3D多孔海绵结构，吸附含导电炭黑、活性物质的浆料形成可拉伸电极，其可承受80% 的拉伸形变。

与碳基材料复合相比，与金属材料的复合具有更高的电导率，能够弥补复合材料导电性不足的问题[40-41]。Chen等[42]将聚(苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯)(SEBS)与碳纳米管复合制备导电基底，并在基底上镀上银涂层，制成了一种方阻电阻仅为2.71 Ω×□-1、拉伸形变达100% 的可拉伸集流体。

3.1.3 可拉伸集流体及电极研究展望

与传统的金属集流体相比，碳基材料的集流体材质更轻、能够提升电池的能量密度，但其制备工艺复杂、生产成本较高，不利于实现工业化生产；复合材料的集流体制造工艺简单、形状适应性更强，但其电导率较低，难以满足电化学性能要求。未来，在可拉伸集流体及电极方面的研究应注重以下2点：(1)设计新型复合材料，从而达到以下目的：进一步提升集流体的电导率 (达到10-2S×cm-1以上)，以提高电池的快速充、放电能力；尽可能提高活性物质负载量，如制备三维结构并通过浸渍浆料来负载电极，以提升电池的能量密度；增强活性物质与集流体的接触作用，如采用原位法生成活性物质，以降低因活性物质在形变过程中脱落所造成的性能衰减，提高电池使用寿命；(2)改进电极的制备工艺，降低材料成本，以实现大规模应用。

3.2 可拉伸隔膜及电解质

3.2.1 隔膜

隔膜是具有许多微孔的聚合物材料，其作用是阻隔正、负极接触，防止电池短路。隔膜上的微孔能让离子穿过，同时依靠搭配的电解液来传导离子[43]。传统隔膜材料是聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)，它们均不具备拉伸能力。因此，研究者主要通过将弹性聚合物材料制成多孔结构来开发可拉伸隔膜。

Liu等[14]将聚氨酯(PU)和聚偏氟乙烯(PVDF)复合，利用静电纺丝法制备了一种拉伸形变可达120 %的可拉伸多孔隔膜。Shin等[44]利用非溶剂诱导相分离法 (nonsolvent-induced phase separation, NIPS)，将聚 (苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯) (SBS) 制成多孔可拉伸隔膜，该隔膜的孔隙率为61%、单向拉伸形变可达270 %、双向拉伸形变可达60%。Danninger等[45]采用丙烯酸2-乙基己酯(EHA)、氨基甲酸酯二丙烯酸酯 (UDA)形成的高内相乳液 (high internal phase emulsions, HIPE)，制备了一种用于锌锰电池的可拉伸隔膜，其孔隙率高达 80%，可承受50% 的拉伸形变。

隔膜的孔隙率越高越能快速传导离子，然而，增加孔隙率会影响其拉伸性能，因此，制备较为困难[46]。此外，隔膜需要与电解液搭配才能使用，但电解液因含有大量有机溶剂而存在挥发、燃烧等安全隐患，这也限制了可拉伸隔膜的发展[47]。

3.2.2 凝胶电解质

凝胶电解质(gel polymer electrolyte, GPE)是由聚合物基底吸收电解液形成的一类凝胶态物质，其既能阻隔正负极也能传导离子，起到了隔膜与电解液的共同作用[48]。与流动性强的电解液相比，GPE形状适应性更强，便于可拉伸电池的制造和加工[49-51]。

Gao等[52]采用紫外光固化技术，将4-丙烯酰基吗啉(ACMO)与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)交联聚合，吸收碳酸亚丙酯基电解液后制备了一种可拉伸的凝胶电解质，其室温离子电导率可达7.9´10−4S×cm-1，拉伸形变可达1 219%。如图3所示，Guan等[53]通过电子束辐射合成了偏氟乙烯、六氟丙烯的共聚物P(VDF-co-HFP)，与三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)共混成膜，再吸附离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺([EMIm][TFSI])，制备了一种室温离子电导率高达1.4´10-3S×cm-1、拉伸形变达100% 的凝胶电解质。

图3 复合离子液体的可拉伸凝胶电解质结构示意图[53]

与聚合物基的凝胶电解质相比，水凝胶电解质具有更高的安全性[54]。Chen等[42]将聚丙烯酰胺(PAM)浸泡在高浓度的盐溶液(water-in-salt, WiS)中，产生离子交换，干燥后制成一种可拉伸的水凝胶电解质，其电导率达10-3～10-2S×cm-1(20～80 ℃)，且可承受300% 的拉伸形变。

由于含有电解液，凝胶电解质具有较高的室温离子电导率，但同时也致其机械性能较差，在拉伸形变时可能会发生破裂，导致短路，存在一定的安全隐患[55]。

3.2.3 全固态电解质

全固态电解质由于不含任何有机液体而被认为是最安全的电解质材料[56]。全固态电解质通常包括无机陶瓷电解质和全固态聚合物电解质(solid-state polymer electrolyte，SPE) 2类。与脆性较强的前者相比，后者具有更好的形变能力。

SPE是聚合物基底通过溶剂溶解锂盐形成的固态薄膜，兼具传导离子和阻隔正、负极的能力[57]。然而，大多数SPE在室温条件下因结晶度较高而离子电导率较低(<10-4S×cm-1)[58]。若降低结晶度以提高室温离子电导率，电解质的机械性能及拉伸性能将会下降[59]。通过聚合物分子结构设计、引入增塑剂等方法可解决这一矛盾，从而制备出可拉伸的SPE。如图4所示，Cao等[60]以PDMS为主链、聚乙二醇共聚物为侧链，制备了一种拉伸形变达88% 的可拉伸SPE，但其室温离子电导率较低 (5.0´10-7S×cm-1)，难以满足电池正常运行要求。Tang等[61]合成了聚 (环氧丙烷-b-环氧乙烷-b-环氧丙烷)(PPO-PEO-PPO)，并引入改性的SiO2，形成具有交联结构的聚合物基底，制备了一种室温离子电导率较高 (1.32´10-3S×cm-1)、拉伸形变较大(700%)的SPE。Mackanic等[62]将聚 (丙二醇-b-乙烯乙二醇-b-丙二醇) (PPG-PEG-PPG)与2-脲基-4-嘧啶酮(UPy)复合，制备了含动态氢键和传导离子官能团的超分子聚合物，并引入二甘醇二甲醚(DEGDME)和SiO2两种增塑剂，形成了室温离子电导率达1.2×10-4S×cm-1、拉伸形变达1 870%的SPE。目前，有关可拉伸SPE的报道较少，且制备工艺较为复杂，仍需要更多的研究探索。

图4 基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的可拉伸全固态聚合物示意图[60]

3.2.4 可拉伸隔膜及电解质研究展望

由于柔性及可拉伸电子器件大多靠近人体使用，因此可拉伸电池的人身安全方面的性能尤为重要。相比于电解液以及凝胶电解质，全固态电解质更安全，因而其应用前景更为广阔。因此，对可拉伸电解质的研究，未来应着重开发高安全性、高性能的全固态电解质，具体应侧重于：(1)开发可拉伸的SPE，以解决漏液、燃烧等安全问题，提高电池的安全性能；(2)提升全固态电解质的室温离子电导率 (达到10-4S×cm-1)，以保障电池在室温条件下正常运行；(3)研究电解质在拉伸过程中传导离子的能力变化[63]，以维持电池在形变过程中的性能稳定；(4)改善电解质与电极间的界面接触，以进一步提高电池的电化学性能；(5)探索更简易的制备合成工艺，以实现规模化生产。

3.3 封装材料

对电池而言，氧气或水分一旦渗透至电芯内部，将会产生一系列副反应，严重影响电池性能[64-65]。因此，封装材料应具有高度阻隔空气和水分的能力，以保障电池长时间正常运作。同时，为了适用于可拉伸电池的应用场景，封装材料还应具有与电池内其他材料相似的拉伸性能。

目前已经商业化的封装材料是金属材质和铝塑膜，金属硬壳包括钢壳、铝壳等，铝塑膜通常是PET/Al/PE多层复合材料。钢壳不具备柔性，无法用于可拉伸电池封装。铝塑膜具备一定的柔性但不可拉伸，可通过结构设计来实现延展、收缩，多用于结构设计式可拉伸电池[14-15, 17-18]。在材料本征式可拉伸电池中，使用较多的是PDMS[28, 33, 38-39, 42]。PDMS是一种疏水的有机硅橡胶，通过将其加热固化进行电池封装，且可通过调节制备配方来调控其弹性模量[66]。然而，氧气对PDMS的渗透性较强，难以维持电池的长期运作。丁基橡胶是一种气密性优良的疏水材料，也能用于封装可拉伸电池[31]，但丁基橡胶的封装成型工艺以及全电池的组装操作都较为复杂。

研究表明，在分子层面上，材料对水、氧的低渗透性和高拉伸性是对立和矛盾的，制备兼具强阻隔水、氧能力和优良可拉伸性的封装材料较为困难[67]。因此，研发可拉伸的封装材料是实现材料本征式可拉伸电池的技术壁垒，仍需通过借鉴其他电子器件封装领域的经验进行不断探索和开发。

4 其他电池体系

4.1 可拉伸锂金属电池

锂金属电池由于具有较高的理论比容量(3 860 mA×h×g-1)，有望成为下一代高能量密度的储能设备[68]。然而，与其他金属材料类似，锂金属虽然具有良好柔性但不可拉伸。Lin等[69]报道了可拉伸的锂金属电极，其将铜线圈卷绕为螺旋结构，浇铸上SEBS，再通过电化学沉积法在暴露的铜线圈上沉积金属Li，制备了3D结构的可拉伸锂金属电极，其能够承受60% 的拉伸形变。然而，锂金属化学性质活泼，易造成安全隐患[70]。要装配出使用寿命长、安全性高的可拉伸锂金属电池，还需继续研发相应的其他可拉伸材料，特别是强阻水、强阻氧的封装材料。

4.2 可拉伸锌基电池

在多价金属离子电池的研究中，具有高化学稳定性、低毒性的锌基电池最为热门[71-73]。Gaikwad等[74]将MnO2和Zn浆料涂覆在可拉伸的银纤维上，搭配聚丙烯酸(PAA)凝胶电解质，制备了一种可拉伸的锌锰电池，该电池的面比容量可达3.875 mA×h×cm-2，可承受100% 的拉伸形变。Kumar等[75]采用聚(苯乙烯-b-异戊二烯-b-苯乙烯)(SIS)作为黏结剂，利用丝网印刷技术制备了一种可拉伸的Ag2O/ Zn电池，其在100 %拉伸形变下仍保持约2.5 mA×h×cm-2的面比容量。尽管可拉伸的充电式锌基电池具有成本较低、安全环保等优势，但其循环寿命却有待提高。

4.3 可拉伸有机太阳能电池

有机太阳能电池 (organic solar cells, OSCs) 能将太阳能转化为电能，且具有成本低、质量轻等优点[76-77]。Lipomi等[78]在2011年报道了可拉伸的OSCs，其在预拉伸的PDMS上依次沉积聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)负极、富勒烯聚(3-己基噻吩)嵌段共聚物 (P3HT:PCBM)电解质、铟化镓合金(GaIn) 正极等材料，释放PDMS基底后制得拉伸形变达27% 的可拉伸电池，但其光电转化效率较低 (约2.0%)。Huang等[79]采用表面纹理化的PDMS基板，开发了一种不含铟锡氧化物的可拉伸的OSCs，其光电转化效率高达15.3%，但拉伸性能较差，仅为10%。基板是OSCs的关键部件，影响电池的光电转换效率[80]，因此需要通过开发新型基板材料来制备高性能的可拉伸的OSCs。

4.4 可拉伸生物燃料电池

生物燃料电池 (biofuel cells, BFCs)是以有机物为燃料、利用酶将化学能转化为电能的一种装置，具有环境友好、生物相容性好等优点[81]。Chen等[82]以多壁碳纳米管制备的巴克纸为电极材料，制备了一种可拉伸的乳酸/O2的BFCs，其能量密度高达520 μW×cm-2，且可承受20% 的拉伸形变。Pang等[83]采用铜绿假单胞菌 (PAO1)为生物催化剂，设计了一种单室、无膜结构的可拉伸的BFCs，其电流密度达52 μA×cm-2，可达50% 的拉伸形变。BFCs的能量密度依赖于所选用的燃料和酶，因此需进一步探索和优化可选体系以提高电池性能。

5 结 语

本综述详细介绍了可拉伸锂离子电池的研究现状，同时概述了其他可拉伸电池体系的研究近况。将可拉伸锂离子电池分为结构设计式和材料本征式两类，分别从宏观结构的设计、本征可拉伸材料的研发等方面介绍了可拉伸电池的实现策略。例如可以采用点阵互联结构、波浪形结构、折纸形结构、纤维状结构等，使电池具备拉伸性，但拉伸形变能力有限，难以与其他设备集成。也可以采用本征可拉伸材料，代替传统刚性材料制备形变能力优异的电池，但电池的电化学性能还有待优化。

综合来看，为了满足可拉伸电子器件的形变能力和设备集成的要求，开发本征可拉伸的新型电池材料已是实现电池可拉伸的主要趋势。作为一项新兴技术，其发展仍存在诸多问题亟须解决，例如：(1)对可拉伸集流体及电极而言，应注重设计新型复合材料、改进电极的制备工艺；(2)对可拉伸电解质而言，应通过探索不同的制备方法和材料组成，来开发高安全性、高性能的全固态电解质；(3)应加强对可拉伸电池材料的系统表征和理论分析，明晰材料在拉伸时的电化学作用机制，以优化材料的设计和组成；(4)应注重探索和开发可拉伸封装材料，突破可拉伸电池发展的技术壁垒；(5)改进可拉伸电池材料的制备方法、全电池的组装工艺，探索电池与其他电子设备的集成方法，以及规模化应用的可行性。

可拉伸电池作为柔性及可拉伸电子器件必不可少的储能设备，具有广阔的发展前景。如何设计、实现并优化电池的电化学性能和可拉伸性能是可拉伸电池研究需关注的。目前，通过结构设计、材料开发等方面的研究，可拉伸电池正处于一个快速发展阶段。随着未来不断的探索和改进，可拉伸电池的技术突破必将引起电子器件领域的新变革，为人类社会创造更大的价值。

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Recent research progress in stretchable batteries

XIE Ruo-han1, WU Jing-jing1, GAO Xiang1, 2, SU Rong-xin3

(1. The State Key Laboratory of Chemical Engineering, College of Chemical and Biological Engineering,Zhejiang University, Hangzhou 310027, China; 2. Ningbo Research Institute, Zhejiang University, Ningbo 315100, China;3. The State Key Laboratory of Chemical Engineering, School of Chemical Engineering and Technology,Tianjin University, Tianjin 300072, China)

In recent years, gradual application of flexible and stretchable electronic devices makes new requirements of stretchable ability of batteries. Studies show stretchable batteries via various methods, but there is no systematic summary currently. This review mainly focuses on the latest advances in stretchable lithium-ion batteries, including specific strategies of structural designs and intrinsically stretchable battery materials such as current collectors, electrodes, separators, electrolytes and packaging materials. In addition, the development Li metal batteries, Zn-based batteries, organic solar cells and biofuel cells are also introduced. Finally, existing issues and future perspectives of stretchable batteries are discussed.

stretchable batteries; lithium-ion batteries; structural designs; current collectors; electrodes; electrolytes

1003-9015(2022)02-0143-10

O614.111；TM912. 9

A

10.3969/j.issn.1003-9015.2022.02.001

2021-04-19；

2021-06-29。

国家自然科学基金(21875213)。

谢若晗(1997-)，女，湖南邵阳人，浙江大学硕士生。

高翔，E-mail：gaox@zju.edu.cn

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