柔性/可拉伸锂电池及其集成系统的研究综述与展望

柔性电子学是在柔性基板上构建电子/光电子器件的一组技术，包括聚合物基板、超薄金属基板等，是现代微电子技术最重要的发展趋势之一。到目前为止，人们已经设计出多种柔性电子设备，如柔性显示器、可穿戴电子设备、电子皮肤、电子纸、传感器、机器人、植入式医疗设备等。这些产品更加省电、便宜、多样化，而且操作简单、容易携带，更符合人体工程学设计，甚至可以作为直接黏贴在皮肤上的可穿戴设备。为了使柔性电子器件功能化，需要高性能的供电设备，一方面应具有与柔性电子设备变形一致的同等柔性/可伸缩性，另一方面还要保持其优良的电化学性能。

锂离子电池是另一种广泛应用于商业电子、电动汽车、固定电网等领域的电源，具有功率密度高、能量密度高、循环寿命长等特点。传统的锂离子电池是刚性的，在弯曲、折叠时，容易造成电极材料和集流体分离，影响电化学性能，甚至导致短路，发生严重的安全问题。此外，逐层平面器件结构使得锂电池体积过大，无法满足全柔性系统的要求。因此为了适应下一代柔性电子设备的发展，开发具有良好柔性、机械稳定性和电化学性能的高柔性/可拉伸柔性锂电池成为了近几年的研究热点。

近日，中科院半导体研究所沈国震研究员在Wiley旗下期刊AdvancedFunctionalMaterials发表了题为“DeviceConfigurationsandFutureProspectsofFlexible/StretchableLithium-IonBatteries”综述，从结构和功能等方面列举了几类柔性锂电池及其在可穿戴电子中的应用（图1）。最后对于未来柔性锂电池在实际应用中面临的挑战和发展趋势提出了新的见解和观点。

作者在文章中介绍了可用于柔性可穿戴电子供能单元的柔性/可拉伸锂电池的基本特性及其应用，并从器件结构的角度，对柔性/可拉伸锂电池的最新进展进行了综合评述。作者详细讨论了器件结构对其性能及应用场景的影响。首先，介绍了具有平面结构和光纤结构的柔性锂离子电池的制备工艺及其特点。随后，作者详细讨论了可拉伸锂电池的设计思路，包括结构可拉伸以及内在可拉伸。此外，还重点介绍了几种有柔性/可拉伸锂电池供电的柔性电子集成系统，包括柔性自驱动紫外光探测系统等。最后作者还讨论了这个新兴领域所面临的挑战和机遇。