柔电科技推出全球第一款柔性kindle阅读器

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柔电科技推出全球第一款柔性kindle阅读器

2017-06-28 光链 CINNO

虽然柔性屏幕早已不是什么新技术，如何让电池也能够弯曲则是必须解决的一个技术难题。

深圳柔宇公司在2014年成功展示了世界上最薄的OLED屏幕，并在短短几年间就达到了30亿美元的估值，足见资本对于未来消费电子轻、薄、柔发展趋势的认可。

但是，柔性电池的发展却步履维艰。除了新的高能量密度电池材料体系尚未成熟之外，电池无法弯曲也严重制约了柔性消费电子产品的开发与应用。可以说，柔性电池的突破，将为可穿戴设备甚至柔性手机等黑科技的发展创造无限的可能。

近日，柔电科技在陆续推出了几款用于智能手表的柔性电池后，和全球首家量产柔性电子墨水屏的企业合作，共同推出了全球第一款柔性kindle阅读器。

该阅读器采用柔性电子墨水屏幕和柔性锂电池，最小弯曲半径可以达到30mm。

这意味着，未来的电子阅读器可以卷在一只笔上或者如同画卷一般展开，让喜爱阅读的人们出行更加便捷。

由于电子墨水屏耗能极少，因此柔性阅读器待机时间可以长达一周以上。

当柔性电池和柔性OLED屏幕相结合，更是可以做出柔性手机、柔性平板电脑等划时代的产品。

柔电科技是一家由国家千人计划专家和原华星光电技术团队为核心，致力成为业内领先的专注于柔性储能器件的高新技术企业。

采用全新的类3D打印工艺和纳米纤维增强技术，柔电科技开发的柔性锂电池具有轻、薄、柔的特点，并还可以用于超级电容、锌锰电池。

纳米纤维增强技术有助于电极在反复弯曲过程中保持完整，不会出现掉粉和脱落的情况，循环寿命可以达到1000次，弯曲次数可以达到2000次以上。

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事实上，当前手机电池厂家普遍希望电芯越硬越好，因为这样既有助于充分利用手机内部有限空间并且并充分发挥电池容量。现在市面也有弧形电池（curved battery），这种电池在封装的时候会弯曲到一定的弧度并定型，但是这种电池是不可以反复弯曲的。

可以说，从硬到柔，现有的电池从材料到工艺都无法满足。

尽管当前柔性电池的市场很小相比于传统锂电池几乎可以忽略不计，但是谁也不能否认当柔性屏幕和柔性电路发展起来以后，市场对于柔性电池的需求会越来越强烈。事实上，越来越多的可穿戴设备就已经亟需柔性电池来解救他们焦头烂额的待机时间了。

这里，笔者将总结一下国内外柔性电池厂家的解决方案，这些柔性电池将包括锂离子、锌锰和超级电容。

1. 锂离子二次柔性电池

目前，常用的锂离子电池体系正极包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元和NCA。用于消费类电池产品的锂离子电池大部分采用钴酸锂正极，这是因为其高电压平台、高比容量和高压实密度决定的。

负极材料主要是石墨和钛酸锂，以及最新出现的硅碳复合材料。钛酸锂的容量低工作电压高而导致其能量密度太低，不适合消费类电池。硅碳复合材料体积膨胀仍然较为明显，用于软包电池仍然面临技术和工艺的挑战。

另外锂电池电极采用涂布后再滚压的工艺，电极材料和集流体之间的粘连强度有限，反复弯曲后极易出现极片裂缝而导致活性物质脱落的现象。因此，柔性电池首先需要解决这个问题。

其次，电池反复弯曲过程中，正负极片之间的空隙是随着弯曲程度不断变化，而导致电池内阻不断升高。因此，柔性电池必须有更好的正极-隔膜-负极的界面稳定性。

最后是封装问题，铝塑膜作为普通锂电池封装是没有问题的，但是作为柔性电池封装膜则容易起皱，导致刺穿电极或者封装处破损漏液等问题。

不像柔性OLED屏幕到处开花，国内外宣称能够开发柔性锂离子电池的厂家屈指可数。国内消费锂离子电池巨头CATL曾经展示过一款采用聚合物复合无机固态电解质的柔性电池，电池可以弯曲，甚至可以用剪刀剪开也不会发生安全性问题。

但是CATL并没有公开弯曲次数和弧度等更进一步技术参数，短期内也没有量产和送样的计划。

2015年Samsung展示了一种柔性电池，厚度仅有0.3mm，可以弯曲5万次。虽然这种电池的能量密度并不大，但是将其作为智能手表的表带，就可以为其增加50%的续航时间。LG的柔性电池产品也类似，它可以以15mm的半径弯曲，而且估计能够为可穿戴设备提供双倍的续航时间。但遗憾的是，两家的电池目前都还处于试验阶段，截至到2016年底都未见量产报道。

韩国三星公司的柔性电池

2016年，日本松下首次推出了柔性锂电池。这批锂离子电池为可充电式设计，有CG-062939、CG-063555、CG-064065三个型号，均为3.8V电压（最高充电电压4.35V）设计，容量分别为17.5mAh/40mAh/60mAh，最大充电电流则是17.5mA/40mA/60mA。厚度仅有0.55mm，它们支持弯曲或扭曲，最大可承受R25mm幅度的弯曲（即弯曲到半径为25mm圆弧的弧度）和±25°/100mm的扭转。而且在反复扭转、弯曲后，仍然有可靠的充放电特性。从松下官网页面的信息来看，这些柔性电池在实验中经受1000次R25mm幅度的弯曲仍然保有99%的容量，而扭转实验中1000次±25°/100mm的扭转后也还有99%的容量，可以说已经达到了商用水准。不过第一批产品的容量较小，智能手表中恐怕还无法应用，但容量已经可以满足部分不带屏幕的智能手环使用。

日本松下公司的柔性电池

台湾辉能科技公司自主研发的超薄柔性电池的厚度仅有 0.33mm，可以像纸一样任意被裁减，而且穿刺、撕裂、撞击、甚至枪击都不会导致漏液。和普通锂离子电池不同的是，该固态电池还能耐高温，1300摄氏度高温喷枪火烧它也不会起火或爆炸。一块182*230*0.4 毫米标准的柔性电池容量为 1000-1400mAh。

辉能的产品采用了打印技术和FPC 软性电路板封装技术，但是只能打印单层正负极。如果需要更高容量，必须将几块电池在外部并联起来。目前，辉能已经可以给国内一些智能卡片供货，但是价格非常昂贵。

台湾辉能的柔性电池

固态电解质柔性电池，主要是基于美国橡树林国家实验室在上世纪末开发出来的基于氮掺杂的磷酸锂（LIPON）的薄膜电池技术。整套工艺都采用磁控溅射的方法，其中固态电解质制备过程需要等离子体增强来达到氮掺杂。

这种电池的优势是薄、柔、单位能量密度高、寿命长。但缺陷是工艺复杂，单位面积上活性物质太低，成本太高，只能在微电子等低能耗的领域应用。这种薄膜电池一般容量不超过1mAh，厚度在几十微米。国内重庆汉岳科技发展有限公司开发的固态电池就是采用这种工艺。其创始人在日本做过多年固态薄膜电池开发，据称该公司已经获得1.6亿元的风险投资。

辉能（天津）科技有限公司虽然也叫辉能，但是和台湾辉能公司没有任何关系。该公司开发的竹节状电池通过电池设计，很巧妙地在弯曲部位不涂电极材料，相当于将很多小块电池并联起来，这和苹果公司的相关专利有异曲同工之处。单个电池本身是不可以弯曲的，但是整体电池串是可以达到弯曲效果的。该工艺对于涂布和封装都有较高要求，但笔者认为，当单个柔性电池无法实现的时候，这不失为一种良好的替代方案。天津辉能已经获得了天津泰达的天使轮融资。

天津辉能的柔性电池

在2016年的深圳高交会上，柔电科技公开展示了他们开发的柔性锂电池以及使用柔性电池的蓝牙耳机和LED臂环。据了解，柔电科技采用全新的类3D打印工艺和纳米纤维增强技术，开发的柔性锂电池具有轻、薄、柔的特点，并还可以用于超级电容、锌锰电池。

纳米纤维增强技术有助于电极在反复弯曲过程中保持完整，不会出现掉粉和脱落的情况。其开发的柔性电池的容量在100-500mAh之间，寿命可以达到300次，最小弯曲弧度达到R25mm, 弯曲次数可以达到1000次以上。

公司下一代柔性电池将采用全无机固态体系，不含任何易挥发和可燃物质。

据悉，柔电也在探索采用新型封装技术来取代铝塑膜工艺。柔电科技已经和国内外多家知名消费电子企业签订了合作开发协议，并计划在2017年底实现量产，该公司也于2016年底完成了首轮融资。

柔电科技的柔性电池

2. 柔性超级电容

2008年，由美国伦斯勒理工大学的几名材料学家在纽约州北部特洛伊成立了paper battery公司。公司采用打印技术生产超级电容，使用的电极是由高表面积活性碳、碳纳米管或石墨烯组成的。

美国Paper Battery公司的柔性电池

该电池公司的柔性超级电容尺寸为7cm*4mm*0.3mm，ESR不到30mΩ。该公司于2015年完成了累积超过700万美元的融资，其产品也分别参加了2015和2016年在美国拉斯维加斯的消费类电池展，获得了广泛关注。该产品主要用于NVDIMM存储芯片的备用电源，提供瞬时的电流脉冲。

不过，采用超级电容的原理则限制了该产品的容量，笔者个人认为其很难被用于普通消费类电子产品。

3.锌锰一次柔性电池

锌锰电池是以二氧化锰为正极，锌为负极，氯化铵水溶液为主电解液的原电池，俗称干电池。锌锰电池的正负极由面粉、淀粉等使电解液成为不流动的凝胶而形成隔离层，或用棉、纸等加以分隔。

锌锰电池的开路电压随使用的MnO2的种类、电解液的组成和pH值等的不同而异，一般在1.55～1.75V，公称电压为1.5V，最适宜的使用温度为15～30℃。锌锰电池是一次电池不可反复充电，而且电压只有1.5V，能量密度有限，所以不能够广泛应用于消费类电子产品领域。

但是，这种电池可作为智能卡、音乐贺卡和电子报纸等的电源，并可用于RFID（射频识别）电子标签。随着RFID技术的迅速发展，这种纸质电池的潜在市场未来有望达到数十亿美元。

柔性锌锰电池一般采用丝网打印技术实现，和印刷电路技术是一致的。芬兰Enfucell公司CTO、国家千人计划入选者张霞昌博士是纸质电池的主要研发者。

2010年，张霞昌在宁波国家高新区成立了宁波博能印刷电子科技有限公司，积极推动行业产业化的进程。

天津绿动能源科技有限公司的纸电池核心技术来源于以色列Power Paper 公司，目前的技术可以提供大约5mAh/cm2的容量密度（占有效面积）和持续电流密度占每有效电池区域0.1mA/cm2的电流放电强度。该公司的产品大约20mAh的容量，输出电压1.5V，形状为3.9厘米的方形。

采用类似技术和电池体系的还有苏州长显光电科技有限公司。

Enfucell公司的柔性电池

在国外，采用印刷技术的柔性电池也有数家，比如位于美国俄亥俄州的Blue Spark公司。

该公司开发的超薄柔性电池只有625um厚，最大容量37mAh, 最大输出电流只有1~2mA。

目前该公司已经收到了来自Key Capital Corporation，SunBridge Partners Early Stage Partners和ORIX Capital投资。

美国blue spark公司的柔性电池

4. 锂锰一次柔性电池

锂-二氧化锰电池以经过特殊工艺处理的二氧化锰为正极活性物质，以高比能量的金属锂为负极活性物质，开路电压在3.3V左右，负载电压在2.8V，标称电压为3.0V，截止电压是2.0V，放电电压比较平稳，适合大功率放电。

美国Brightvolt公司宣称可以做到最薄0.45mm的锂锰一次柔性电池，容量在10mAh - 48mAh。

据了解，该公司宣称采用了自主开发的无毒、不燃、无腐蚀性的聚合物电解质，其负极是也是打印的锂金属浆料。

据称，该公司开发的锂锰一次电池已经累计销售超过一百万块，其目标市场应该是RFID、传感器、芯片等。

5. 银锌二次柔性电池

银锌电池正极为氧化银负极为锌，电解液采用氢氧化钾水溶液。银锌蓄电池的比能量大而且能够大电流放电，因为银锌电池耐震，所以常用作宇宙飞船、人造卫星、火箭等航空航天设备电源，而民用产品则多用于老年人助听器、电子手表和计算器等领域。

银锌电池的主要缺点是价格昂贵而且使用寿命较短，一般而言银锌电池仅可以充放电约100～150次，其寿命短的原因主要是来自于锌的枝晶生长刺穿隔膜而导致。

英国锌能源有限公司（ZINERGY UK LIMITED）采用该体系制作柔性电池，其创始团队包括英国皇家工程院院士、剑桥大学教授Gehan Amaratunga先生和剑桥大学Pritesh Hiralal博士。

ZINERGY公司采用纳米级电极材料、固态电解质、集成封装技术研制出了一次性及可充电的超薄柔性锌电池，其中可充电的锌银电池实验室测试充电次数已达200-250次。ZINERGY公司的配方和无汞打印技术可阻止锌枝状晶体的生长，从而使锌电池具备了可充电性能。

该公司得到了来自于宁波国华汇达投资公司的战略种子轮投资。

英国ZINERGY公司的柔性电池

另外一家受到较大关注的银锌电池创业公司是来自于美国加州伯克利分校的Imprint Energy。除了采用丝网印刷技术来制备正负极和电解液外，该公司的核心技术是避免枝晶生长的聚合物电解质材料。该公司也得到了Phoenix Venture Partners和AME Cloud Ventures 的投资。

从解决问题的思路来说，上述两家公司可谓异曲同工。但是，上述两家公司并没有公开更多的电池性能细节，比如弯曲次数和弧度。笔者个人认为这两家公司应该还处于开发阶段。

美国Imprint Energy公司的柔性电池