雖然柔性屏幕早已不是什么新技術，如何讓電池也能夠彎曲則是必須解決的一個技術難題。

　　深圳柔宇公司在2014年成功展示了世界上最薄的OLED屏幕，并在短短幾年間就達到了30億美元的估值，足見資本對于未來消費電子輕、薄、柔發展趨勢的認可。

　　但是，柔性電池的發展卻步履維艱。

　　除了新的高能量密度電池材料體系尚未成熟之外，電池無法彎曲也嚴重制約了柔性消費電子產品的開發與應用。可以說，柔性電池的突破，將為可穿戴設備甚至柔性手機等黑科技的發展創造無限的可能。

　　近日，柔電科技在陸續推出了幾款用于智能手表的柔性電池后，和全球首家量產柔性電子墨水屏的企業合作，共同推出了全球第一款柔性kindle閱讀器。

　　該閱讀器采用柔性電子墨水屏幕和柔性鋰電池，最小彎曲半徑可以達到30mm。

　　這意味著，未來的電子閱讀器可以卷在一只筆上或者如同畫卷一般展開，讓喜愛閱讀的人們出行更加便捷。

　　由于電子墨水屏耗能極少，因此柔性閱讀器待機時間可以長達一周以上。

　　當柔性電池和柔性OLED屏幕相結合，更是可以做出柔性手機、柔性平板電腦等劃時代的產品。

　　柔電科技是一家由國家千人計劃專家和原華星光電技術團隊為核心，致力成為業內領先的專注于柔性儲能器件的高新技術企業。

　　采用全新的類3D打印工藝和納米纖維增強技術，柔電科技開發的柔性鋰電池具有輕、薄、柔的特點，并還可以用于超級電容、鋅錳電池。

　　納米纖維增強技術有助于電極在反復彎曲過程中保持完整，不會出現掉粉和脫落的情況，循環壽命可以達到1000次，彎曲次數可以達到2000次以上。

　　事實上，當前手機電池廠家普遍希望電芯越硬越好，因為這樣既有助于充分利用手機內部有限空間并且并充分發揮電池容量。現在市面也有弧形電池（curved battery），這種電池在封裝的時候會彎曲到一定的弧度并定型，但是這種電池是不可以反復彎曲的。

　　可以說，從硬到柔，現有的電池從材料到工藝都無法滿足。

　　盡管當前柔性電池的市場很小相比于傳統鋰電池幾乎可以忽略不計，但是誰也不能否認當柔性屏幕和柔性電路發展起來以后，市場對于柔性電池的需求會越來越強烈。事實上，越來越多的可穿戴設備就已經亟需柔性電池來解救他們焦頭爛額的待機時間了。

　　這里，筆者將總結一下國內外柔性電池廠家的解決方案，這些柔性電池將包括鋰離子、鋅錳和超級電容。

　　1． 鋰離子二次柔性電池

　　目前，常用的鋰離子電池體系正極包括鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元和NCA。 用于消費類電池產品的鋰離子電池大部分采用鈷酸鋰正極，這是因為其高電壓平臺、高比容量和高壓實密度決定的。

　　負極材料主要是石墨和鈦酸鋰，以及最新出現的硅碳復合材料。鈦酸鋰的容量低工作電壓高而導致其能量密度太低，不適合消費類電池。硅碳復合材料體積膨脹仍然較為明顯，用于軟包電池仍然面臨技術和工藝的挑戰。

　　另外鋰電池電極采用涂布后再滾壓的工藝，電極材料和集流體之間的粘連強度有限，反復彎曲后極易出現極片裂縫而導致活性物質脫落的現象。因此，柔性電池首先需要解決這個問題。

　　其次，電池反復彎曲過程中，正負極片之間的空隙是隨著彎曲程度不斷變化，而導致電池內阻不斷升高。因此，柔性電池必須有更好的正極－隔膜－負極的界面穩定性。

　　最后是封裝問題，鋁塑膜作為普通鋰電池封裝是沒有問題的，但是作為柔性電池封裝膜則容易起皺，導致刺穿電極或者封裝處破損漏液等問題。

　　不像柔性OLED屏幕到處開花，國內外宣稱能夠開發柔性鋰離子電池的廠家屈指可數。國內消費鋰離子電池巨頭CATL曾經展示過一款采用聚合物復合無機固態電解質的柔性電池，電池可以彎曲，甚至可以用剪刀剪開也不會發生安全性問題。

　　但是CATL并沒有公開彎曲次數和弧度等更進一步技術參數，短期內也沒有量產和送樣的計劃。

　　2015年Samsung展示了一種柔性電池，厚度僅有0．3mm，可以彎曲5萬次。雖然這種電池的能量密度并不大，但是將其作為智能手表的表帶，就可以為其增加50％的續航時間。LG的柔性電池產品也類似，它可以以15mm的半徑彎曲，而且估計能夠為可穿戴設備提供雙倍的續航時間。但遺憾的是，兩家的電池目前都還處于試驗階段，截至到2016年底都未見量產報道。

圖6 韓國三星公司的柔性電池

　　2016年，日本松下首次推出了柔性鋰電池。這批鋰離子電池為可充電式設計，有CG－062939、CG－063555、CG－064065三個型號，均為3．8V電壓（最高充電電壓4．35V）設計，容量分別為17．5mAh／40mAh／60mAh，最大充電電流則是17．5mA／40mA／60mA。厚度僅有0．55mm，它們支持彎曲或扭曲，最大可承受R25mm幅度的彎曲（即彎曲到半徑為25mm圓弧的弧度）和±25°／100mm的扭轉。而且在反復扭轉、彎曲后，仍然有可靠的充放電特性。從松下官網頁面的信息來看，這些柔性電池在實驗中經受1000次R25mm幅度的彎曲仍然保有99％的容量，而扭轉實驗中1000次±25°／100mm的扭轉后也還有99％的容量，可以說已經達到了商用水準。不過第一批產品的容量較小，智能手表中恐怕還無法應用，但容量已經可以滿足部分不帶屏幕的智能手環使用。

圖7 日本松下公司的柔性電池

　　臺灣輝能科技公司自主研發的超薄柔性電池的厚度僅有 0．33mm，可以像紙一樣任意被裁減，而且穿刺、撕裂、撞擊、甚至槍擊都不會導致漏液。和普通鋰離子電池不同的是，該固態電池還能耐高溫，1300攝氏度高溫噴槍火燒它也不會起火或爆炸。一塊182＊230＊0．4 毫米標準的柔性電池容量為 1000－1400mAh。

　　輝能的產品采用了打印技術和FPC 軟性電路板封裝技術，但是只能打印單層正負極。如果需要更高容量，必須將幾塊電池在外部并聯起來。目前，輝能已經可以給國內一些智能卡片供貨，但是價格非常昂貴。

圖8 臺灣輝能的柔性電池

　　固態電解質柔性電池，主要是基于美國橡樹林國家實驗室在上世紀末開發出來的基于氮摻雜的磷酸鋰（LIPON）的薄膜電池技術。整套工藝都采用磁控濺射的方法，其中固態電解質制備過程需要等離子體增強來達到氮摻雜。

　　這種電池的優勢是薄、柔、單位能量密度高、壽命長。但缺陷是工藝復雜，單位面積上活性物質太低，成本太高，只能在微電子等低能耗的領域應用。這種薄膜電池一般容量不超過1mAh，厚度在幾十微米。國內重慶漢岳科技發展有限公司開發的固態電池就是采用這種工藝。其創始人在日本做過多年固態薄膜電池開發，據稱該公司已經獲得1．6億元的風險投資。#p#分頁標題#e#

　　輝能（天津）科技有限公司雖然也叫輝能，但是和臺灣輝能公司沒有任何關系。該公司開發的竹節狀電池通過電池設計，很巧妙地在彎曲部位不涂電極材料，相當于將很多小塊電池并聯起來，這和蘋果公司的相關專利有異曲同工之處。單個電池本身是不可以彎曲的，但是整體電池串是可以達到彎曲效果的。該工藝對于涂布和封裝都有較高要求，但筆者認為，當單個柔性電池無法實現的時候，這不失為一種良好的替代方案。天津輝能已經獲得了天津泰達的天使輪融資。

圖9 天津輝能的柔性電池

　　在2016年的深圳高交會上，柔電科技公開展示了他們開發的柔性鋰電池以及使用柔性電池的藍牙耳機和LED臂環。據了解，柔電科技采用全新的類3D打印工藝和納米纖維增強技術，開發的柔性鋰電池具有輕、薄、柔的特點，并還可以用于超級電容、鋅錳電池。

　　納米纖維增強技術有助于電極在反復彎曲過程中保持完整，不會出現掉粉和脫落的情況。其開發的柔性電池的容量在100－500mAh之間，壽命可以達到300次，最小彎曲弧度達到R25mm， 彎曲次數可以達到1000次以上。

　　公司下一代柔性電池將采用全無機固態體系，不含任何易揮發和可燃物質。

　　據悉，柔電也在探索采用新型封裝技術來取代鋁塑膜工藝。柔電科技已經和國內外多家知名消費電子企業簽訂了合作開發協議，并計劃在2017年底實現量產，該公司也于2016年底完成了首輪融資。

圖10 柔電科技的柔性電池

　　2． 柔性超級電容

　　2008年，由美國倫斯勒理工大學的幾名材料學家在紐約州北部特洛伊成立了paper battery公司。公司采用打印技術生產超級電容，使用的電極是由高表面積活性碳、碳納米管或石墨烯組成的。

圖5 美國Paper Battery公司的柔性電池

　　該電池公司的柔性超級電容尺寸為7cm＊4mm＊0．3mm，ESR不到30mΩ。該公司于2015年完成了累積超過700萬美元的融資，其產品也分別參加了2015和2016年在美國拉斯維加斯的消費類電池展，獲得了廣泛關注。該產品主要用于NVDIMM存儲芯片的備用電源，提供瞬時的電流脈沖。

　　不過，采用超級電容的原理則限制了該產品的容量，筆者個人認為其很難被用于普通消費類電子產品。

　　3．鋅錳一次柔性電池

　　鋅錳電池是以二氧化錳為正極，鋅為負極，氯化銨水溶液為主電解液的原電池，俗稱干電池。鋅錳電池的正負極由面粉、淀粉等使電解液成為不流動的凝膠而形成隔離層，或用棉、紙等加以分隔。

　　鋅錳電池的開路電壓隨使用的MnO2的種類、電解液的組成和pH值等的不同而異，一般在1．55～1．75V，公稱電壓為1．5V，最適宜的使用溫度為15～30℃。鋅錳電池是一次電池不可反復充電，而且電壓只有1．5V，能量密度有限，所以不能夠廣泛應用于消費類電子產品領域。

　　但是，這種電池可作為智能卡、音樂賀卡和電子報紙等的電源，并可用于RFID（射頻識別）電子標簽。隨著RFID技術的迅速發展，這種紙質電池的潛在市場未來有望達到數十億美元。

　　柔性鋅錳電池一般采用絲網打印技術實現，和印刷電路技術是一致的。芬蘭Enfucell公司CTO、國家千人計劃入選者張霞昌博士是紙質電池的主要研發者。

　　2010年，張霞昌在寧波國家高新區成立了寧波博能印刷電子科技有限公司，積極推動行業產業化的進程。

　　天津綠動能源科技有限公司的紙電池核心技術來源于以色列Power Paper 公司，目前的技術可以提供大約5mAh／cm2的容量密度（占有效面積）和持續電流密度占每有效電池區域0．1mA／cm2的電流放電強度。該公司的產品大約20mAh的容量，輸出電壓1．5V，形狀為3．9厘米的方形。

　　采用類似技術和電池體系的還有蘇州長顯光電科技有限公司。

圖1． Enfucell公司的柔性電池

　　在國外，采用印刷技術的柔性電池也有數家，比如位于美國俄亥俄州的Blue Spark公司。

　　該公司開發的超薄柔性電池只有625um厚，最大容量37mAh， 最大輸出電流只有1～2mA。

　　目前該公司已經收到了來自Key Capital Corporation，SunBridge Partners Early Stage Partners和ORIX Capital投資。

圖2 美國blue spark公司的柔性電池

　　4． 鋰錳一次柔性電池

　　鋰－二氧化錳電池以經過特殊工藝處理的二氧化錳為正極活性物質，以高比能量的金屬鋰為負極活性物質，開路電壓在3．3V左右，負載電壓在2．8V，標稱電壓為3．0V，截止電壓是2．0V，放電電壓比較平穩，適合大功率放電。

　　美國Brightvolt公司宣稱可以做到最薄0．45mm的鋰錳一次柔性電池，容量在10mAh － 48mAh。

　　據了解，該公司宣稱采用了自主開發的無毒、不燃、無腐蝕性的聚合物電解質，其負極是也是打印的鋰金屬漿料。

　　據稱，該公司開發的鋰錳一次電池已經累計銷售超過一百萬塊，其目標市場應該是RFID、傳感器、芯片等。

　　5． 銀鋅二次柔性電池

　　銀鋅電池正極為氧化銀負極為鋅，電解液采用氫氧化鉀水溶液。銀鋅蓄電池的比能量大而且能夠大電流放電，因為銀鋅電池耐震，所以常用作宇宙飛船、人造衛星、火箭等航空航天設備電源，而民用產品則多用于老年人助聽器、電子手表和計算器等領域。

　　銀鋅電池的主要缺點是價格昂貴而且使用壽命較短，一般而言銀鋅電池僅可以充放電約100～150次，其壽命短的原因主要是來自于鋅的枝晶生長刺穿隔膜而導致。

　　英國鋅能源有限公司（ZINERGY UK LIMITED）采用該體系制作柔性電池，其創始團隊包括英國皇家工程院院士、劍橋大學教授Gehan Amaratunga先生和劍橋大學Pritesh Hiralal博士。

　　ZINERGY公司采用納米級電極材料、固態電解質、集成封裝技術研制出了一次性及可充電的超薄柔性鋅電池，其中可充電的鋅銀電池實驗室測試充電次數已達200－250次。ZINERGY公司的配方和無汞打印技術可阻止鋅枝狀晶體的生長，從而使鋅電池具備了可充電性能。

　　該公司得到了來自于寧波國華匯達投資公司的戰略種子輪投資。

圖3 英國ZINERGY公司的柔性電池

　　另外一家受到較大關注的銀鋅電池創業公司是來自于美國加州伯克利分校的Imprint Energy。除了采用絲網印刷技術來制備正負極和電解液外，該公司的核心技術是避免枝晶生長的聚合物電解質材料。該公司也得到了Phoenix Venture Partners和AME Cloud Ventures 的投資。#p#分頁標題#e#

　　從解決問題的思路來說，上述兩家公司可謂異曲同工。但是，上述兩家公司并沒有公開更多的電池性能細節，比如彎曲次數和弧度。筆者個人認為這兩家公司應該還處于開發階段。

圖4 美國Imprint Energy公司的柔性電池