松下柔性锂离子电池的探讨
来源：宝鄂实业
2019-02-17 18:44
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卡片式或穿戴式智能设备经常遇到的使用场景是需要放在钱包或者口袋中随身携带，这就要求电池能够承受弯曲或者扭曲。这类设备经常需要使用小型薄片柔性电池，但是这类电池在受到弯曲或扭曲之后性能容易衰减，造成设备运行时间缩短。实际上，在柔性电池方面，以下问题一直是需要克服的技术障碍：
1)如今的锂离子电池材料本身不具备柔性，如何让电池材料适应这种应用场景
2)电池被弯曲/扭曲时，如何维持电池材料颗粒之间良好的接触，减低接触阻抗
3)在电池被弯曲/扭曲的场景下，如何保证电池不漏液。
4)如何提高活性物质载量，提高电池容量
2017年1月，松下在CES2017展会上展出他们的最新柔性电池研究成果，该柔性电池可以承受一定的弯曲和扭曲，满足日本JIS标准(JISX6305-1)，相当于可以满足弯曲半径R40mm，扭曲角度±15°/85.6mm，电池厚度仅为0.55mm，主要应用领域是卡片式设备或者穿戴设备。该电池最引人注目的特点是在弯曲到25mm半径和扭曲25度之后还能保持其性能。截至2016年9月，松下为该柔性电池技术申请了25项日本专利和15项海外专利。
通常，电池经过弯曲或扭曲之后，对于循环寿命会有很大的影响。但是松下新开发的柔性电池克服了这一缺点，这主要得益于松下重新设计了柔性电池的叠片式电极结构，其中，电极electrode和外层outerlayer设计得到了优化，使其能够抵御弯曲/扭曲，但是具体如何优化目前还不清楚。例如，反复弯曲1000次、或者扭曲1000次(扭曲角度±25°/100mm)后的放电容量能够保持初始容量的99%。并且在经过1000次的充放电循环测试之后，充放电循环寿命几乎与没有弯曲/扭曲的电池保持一致，容量保持率达到80%。
目前，随着智能穿戴设备的兴起，柔性电池的研究正在受到越来越多的关注。尽管松下发布的三款柔性电池看起来性能相当不错，但是可以看到，这三款电池的容量还是很小的，最大的也才只有60mAh，无法满足稍微大一点的智能便携式或者穿戴设备的运行时间，该研究领域目前还处于发展成长阶段。随着现代便携式智能设备或穿戴设备的功能不断增强，电池耗电量问题一直是需要面对的挑战，例如现在智能手机的电池容量都不得不增加到1000mAh、2000mAh、3000mAh、甚至4000mAh或者更高了。因此，要真正实现这种新型柔性锂离子电池技术，最基本的一条就是必须具备几千mAh的容量，以确保只能设备的运行时间。更重要的是，性能在电池受到机械形变时不能有所衰减。只有这样才能满足如今众多的便携式/穿戴式智能电子设备。本文采用的锂离子电池负极材料技术专利分析数据来源于中国国家知识产权局的ISTIC专利分析数据库，利用主题词检索方法，采集1985年09月至2014年09月相关发明专利样本，经过计算机检索和人工筛选，得到1353项检索结果，将其作为本次专利分析的基本数据。通过构建专利申请趋势、重点申请人等信息指标对专利信息进行分析。数据检索日期2015年01月。由于中国发明专利申请公布一般是在申请日后18个月，所以2013年和2014年申请的专利数据仅作参考。
专利技术发展趋势
锂离子电池自1992年经日本Sony公司商业化后便开始迅速发展。2000年以前，世界上的锂离子电池产业基本掌握在日本手里。近年来，随着中国和韩国工业技术的崛起，日本一枝独秀的局面逐渐被打破。
2003年之前，专利申请及公开数量增长缓慢，此阶段日本独占整个锂离子电池市场，中国在该领域的技术处于起步期。2003年以后，锂离子电池负极材料的专利申请量不断增多，这是由中国锂离子电池市场份额提升、大众需求扩大及国内科研投入力度加大所带动的。2009年被认为是分水岭，从这一年开始，负极材料专利申请及公开数量得到大幅增长，这与电池行业的发展息息相关。2009年起，智能手机和电动汽车得到了不断推广，它们对电池的容量要求更高，而市场上的负极材料不能满足需求，促使负极材料的科研投入加大，专利申请量达到一个巅峰。发展至2012年时，智能手机进入相对平稳的发展阶段，加上经过前四年的技术储备，负极材料的专利数量已达新高，技术普及明显。2013年以后，专利申请及公开数量发展平缓，到2014年可能会出现下降的趋势，此时，技术瓶颈成为大的制约，亟需创新突破。
1)如今的锂离子电池材料本身不具备柔性，如何让电池材料适应这种应用场景
2)电池被弯曲/扭曲时，如何维持电池材料颗粒之间良好的接触，减低接触阻抗
3)在电池被弯曲/扭曲的场景下，如何保证电池不漏液。
4)如何提高活性物质载量，提高电池容量
2017年1月，松下在CES2017展会上展出他们的最新柔性电池研究成果，该柔性电池可以承受一定的弯曲和扭曲，满足日本JIS标准(JISX6305-1)，相当于可以满足弯曲半径R40mm，扭曲角度±15°/85.6mm，电池厚度仅为0.55mm，主要应用领域是卡片式设备或者穿戴设备。该电池最引人注目的特点是在弯曲到25mm半径和扭曲25度之后还能保持其性能。截至2016年9月，松下为该柔性电池技术申请了25项日本专利和15项海外专利。
通常，电池经过弯曲或扭曲之后，对于循环寿命会有很大的影响。但是松下新开发的柔性电池克服了这一缺点，这主要得益于松下重新设计了柔性电池的叠片式电极结构，其中，电极electrode和外层outerlayer设计得到了优化，使其能够抵御弯曲/扭曲，但是具体如何优化目前还不清楚。例如，反复弯曲1000次、或者扭曲1000次(扭曲角度±25°/100mm)后的放电容量能够保持初始容量的99%。并且在经过1000次的充放电循环测试之后，充放电循环寿命几乎与没有弯曲/扭曲的电池保持一致，容量保持率达到80%。
目前，随着智能穿戴设备的兴起，柔性电池的研究正在受到越来越多的关注。尽管松下发布的三款柔性电池看起来性能相当不错，但是可以看到，这三款电池的容量还是很小的，最大的也才只有60mAh，无法满足稍微大一点的智能便携式或者穿戴设备的运行时间，该研究领域目前还处于发展成长阶段。随着现代便携式智能设备或穿戴设备的功能不断增强，电池耗电量问题一直是需要面对的挑战，例如现在智能手机的电池容量都不得不增加到1000mAh、2000mAh、3000mAh、甚至4000mAh或者更高了。因此，要真正实现这种新型柔性锂离子电池技术，最基本的一条就是必须具备几千mAh的容量，以确保只能设备的运行时间。更重要的是，性能在电池受到机械形变时不能有所衰减。只有这样才能满足如今众多的便携式/穿戴式智能电子设备。本文采用的锂离子电池负极材料技术专利分析数据来源于中国国家知识产权局的ISTIC专利分析数据库，利用主题词检索方法，采集1985年09月至2014年09月相关发明专利样本，经过计算机检索和人工筛选，得到1353项检索结果，将其作为本次专利分析的基本数据。通过构建专利申请趋势、重点申请人等信息指标对专利信息进行分析。数据检索日期2015年01月。由于中国发明专利申请公布一般是在申请日后18个月，所以2013年和2014年申请的专利数据仅作参考。
专利技术发展趋势
锂离子电池自1992年经日本Sony公司商业化后便开始迅速发展。2000年以前，世界上的锂离子电池产业基本掌握在日本手里。近年来，随着中国和韩国工业技术的崛起，日本一枝独秀的局面逐渐被打破。
2003年之前，专利申请及公开数量增长缓慢，此阶段日本独占整个锂离子电池市场，中国在该领域的技术处于起步期。2003年以后，锂离子电池负极材料的专利申请量不断增多，这是由中国锂离子电池市场份额提升、大众需求扩大及国内科研投入力度加大所带动的。2009年被认为是分水岭，从这一年开始，负极材料专利申请及公开数量得到大幅增长，这与电池行业的发展息息相关。2009年起，智能手机和电动汽车得到了不断推广，它们对电池的容量要求更高，而市场上的负极材料不能满足需求，促使负极材料的科研投入加大，专利申请量达到一个巅峰。发展至2012年时，智能手机进入相对平稳的发展阶段，加上经过前四年的技术储备，负极材料的专利数量已达新高，技术普及明显。2013年以后，专利申请及公开数量发展平缓，到2014年可能会出现下降的趋势，此时，技术瓶颈成为大的制约，亟需创新突破。
