能量密度和充放電倍率性能是鋰離子電池的兩大關鍵性能指標，如何在保持高能量密度的同時有效提高倍率性能，是當今鋰離子電池技術所面臨的一大挑戰。此外，無人機、電動工具、電動汽車、智能醫療設備、機器人等產業的高速增長，對具有快充快放特性的儲能器件的需求日益迫切。

 

基于上述考慮，唐永炳及其團隊成員蔣春磊、方月等人提出了一種新型的一體化柔性電池結構設計理念，并成功研發出具有超快充放電性能的一體化柔性雙離子電池。團隊成員突破了傳統鋰離子電池構造思路，創新性地將正/負極活性材料和集流體構筑于具有多孔結構的隔膜上，實現了電池正/負極活性材料、正/負極集流體及隔膜一體化的柔性結構設計。這種新型的一體化電池結構設計簡化了傳統鋰離子電池的制造工序，并大幅提升了電池的快充快放能力。一體化設計的3D負極材料提高了活性材料與電解液的接觸面積，有效降低了電子和離子的傳輸阻抗；同時，活性材料和集流體的一體化界面結合又進一步提升了電子在界面處的傳輸效率，兩者協同作用下電池的倍率性能獲得了大幅度提升。研究結果表明，該新型電池具有120 C（充放電時間約為30 秒）的超高倍率性能，電池在獲得22634 W/kg超高功率密度的同時，依然可以保持232 Wh/kg的高能量密度。

 

該研究成果有望應用于柔性可穿戴電子器件、無人機、機器人等領域，其一體化柔性結構設計思路對提升其他儲能器件的快充快放性能也具有指導意義。

 

圖（a）一體化柔性電池結構設計思路，（b）一體化柔性結構宏觀照片，（c）放電中值電壓隨倍率的變化曲線，（d）電池容量隨倍率的變化曲線。