背景介绍

随着柔性和可拉伸电子产品的不断涌现，对于集成高效的储能设备的需求日益增加。这些设备可以承受变形，同时保持性能和安全性。基于已报道的可拉伸和柔性储能设备，电池分为两大类：单向可变形（可弯曲）电池，以锂离子为主要化学成分，常被研究用于高功率和高容量应用（>100 mAh）；全向可变形（软）电池，适用于低功率和低容量应用（<10 mAh），需要具有高舒适性、安全性和医疗兼容性。

近年来，在各种结构配置和内部可拉伸组件（包括电极、电解质、集流体和隔膜）的开发方面取得了进展。到目前为止，缺少的是可拉伸的封装材料的发展。迄今为止，对固有可拉伸电池的研究使用聚二甲基硅氧烷 (PDMS)、Ecoflex、聚氨酯 (PU) 和丁基橡胶作为包装材料。但是，还没有提出有效的可清洗和可拉伸的封装材料和电池。非常需要探索能够密封功能性可拉伸电池的新型包装材料。

成果简介

AEM：SIBS，打开柔性电池封装材料的新局面！

英属哥伦比亚大学John D. W. Madden（通讯作者）等人探索使用聚（苯乙烯-异丁烯-苯乙烯）（SIBS）——一种广泛用于生物医学应用的三嵌段热塑性共聚物，来制备水性可拉伸锌-二氧化锰（Zn-MnO₂）二次电池。除了高化学稳定性和生物相容性之外，由于异戊二烯和丁二烯单体单元在其中间嵌段中的受控分布，SIBS 提供了所有弹性体中最低的透湿性。

该工作展示了一种制造多层本征可拉伸 Zn-MnO₂电池的方法，使用 SIBS 作为统一的组件，实现所有电池层的可拉伸性，并提供元素之间的化学键。SIBS 具有最低弹性模量（大约3 MPa）， 0.24 g mm m^-2 day^-1 的水蒸气透过率 (WVTRn) 和高伸长率（大约680%），可以作为四部分应用：（1）弹性聚合物粘合剂（用于电极和集流体复合结构中）；（2）一类新型多孔隔膜材料；（3）热压封装层；（4）密封剂，以促进多层可拉伸Zn-MnO₂电池结构的粘合和密封。

图文速递

图1. 不同集流体的特性和形态碳黑与SIBS质量比为4:10,记为SC；为了提高导电性，碳纳米纤维以 1:10、2:10 和 3:10 的重量比添加到混合物中，记为SCC10、SCC20 和 SCC30

图2. SIBS隔膜的加工与表征

图3. 柔性电池的加工与表征

图4. 柔性电池电化学性能测试

图5. 柔性电池实际应用的演示

总结展望

综上所述，本研究报道了一种可拉伸的Zn/MnO₂电池，在弯曲、扭曲、拉伸和洗涤下表现出强大的性能。电池电化学和机械稳定性的关键是使用 SIBS 弹性体作为密封剂、隔膜和粘合剂，这有助于组件的热或溶剂诱导粘合。所得电池的活性材料容量为160 mAh g^-1。电池在 100% 应变 150 次循环后功能完整，可清洗，甚至可以用作检测机械载荷（弯曲、拉伸）的传感器。SIBS可以类似地应用于其他可拉伸的电化学储能设备，包括锂离子电池和超级电容器。

文献信息

Washable and Stretchable Zn–MnO₂ Rechargeable Cell. Advanced Energy Materials, 2021, DOI: 10.1002/aenm.202103148.

https://doi.org/10.1002/aenm.202103148.

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