定向碳納米管膜替代傳統(tǒng)金屬集流體?柔性鋰離子電池是可穿戴電子器件的基礎(chǔ)元件。常用的鋰離子電池以金屬箔(銅箔、鋁箔等)作為集流體，受其本身固有的剛性所限，難以滿足可穿戴電子器件對(duì)柔性電源的要求。近年來(lái)，以碳納米管、石墨烯等為代表的碳納米材料，以其優(yōu)異的導(dǎo)電性、柔性被廣泛地運(yùn)用于柔性鋰離子電池的研究。

碳納米管具有高導(dǎo)電率、保持高力學(xué)性能的同時(shí)還具有優(yōu)異的柔性，將其制備成膜是實(shí)現(xiàn)鋰離子電池柔性集流體的一種理想選擇。通常制備碳納米管膜的方法有抽濾法、干拉法、液相沉積法等。但是這些方法制備的碳納米管膜不僅力學(xué)性能不佳，而且難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量生產(chǎn)。

同時(shí)，在鋰離子電池發(fā)生形變過(guò)程中，保持電池的電化學(xué)性能穩(wěn)定是柔性鋰離子電池的另一個(gè)基本問(wèn)題。在承受較大形變時(shí)，傳統(tǒng)的金屬箔集流體光滑的表面極易使得活性材料與集流體發(fā)生分離，同時(shí)限制了活性材料的負(fù)載量。構(gòu)造多孔的集流體是解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)簡(jiǎn)易有效的方法。

近期，江西理工大學(xué)吳子平教授團(tuán)隊(duì)與華中科技大學(xué)夏寶玉教授團(tuán)隊(duì)研究了碳納米管基集流體對(duì)鋰離子電池的電化學(xué)性能的影響并提出了以定向碳納米管膜作為集流體的解決辦法。該工作以紙作為基底，通過(guò)表界面改性成功地實(shí)現(xiàn)了定向碳納米管膜的規(guī)模化制備，該膜面積高達(dá)~1800 mm×1000mm，且具有大量的三維孔結(jié)構(gòu)。將其用作電池正負(fù)極的集流體，不僅使得電池展現(xiàn)出卓越的柔性、電化學(xué)穩(wěn)定性和倍率性能;同時(shí)還提升了活性物質(zhì)的載量，其單層全電池容量高于700 mAh(比容量160 mAh/g)，在模擬不同溫度(-40~70 oC)及低壓條件下，電池仍保持穩(wěn)定的電化學(xué)性能。

該工作實(shí)現(xiàn)了定向碳納米管膜的規(guī)模化制備;成功地通過(guò)表界面工程對(duì)碳納米管膜改性，改善了其導(dǎo)電性和對(duì)電解液的浸潤(rùn)性;以該膜作為集流體，提升了全電池在不同溫度(-40~70 oC)及低壓條件下的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。