彈性電池－未來消費性電子的動脈

隨著生活水準的提高和科技的發展，柔性電子越來越受到人們的關注。 柔性電子技術的進步可以深刻改變健康、穿戴式、萬物連網甚至機器人領域的產品形態，並擁有廣泛的市場潛力。

隨著生活水準的提高和科技的發展，柔性電子越來越受到人們的關注。 柔性電子技術的進步可以深刻改變健康、穿戴式、萬物連網甚至機器人領域的產品形態，並擁有廣泛的市場潛力。

許多企業投入了大量研發資金，紛紛提前部署下一代技術和新產品開發。 最近，可折疊手機成為了受青睞的方向。 折疊是電子產品從傳統剛性轉向柔性的第一步。

三星Galaxy Fold和華為Mate X將可折疊手機帶入大眾視野，並真正商業化，但它們的解決方案都各有千秋。 雖然採用了一整塊柔性OLED顯示屏，但其餘設備無法折疊或彎曲。 目前，柔性手機等柔性設備真正的限制因素不再是螢幕本身，而是柔性電子尤其是柔性電池的創新。 供電電池通常佔據設備的大部分體積，因此它也是實現真正的靈活性和可彎曲性最有可能的關鍵部分。 此外，智慧手錶、智慧手環等穿戴式裝置仍使用傳統的剛性電池，其尺寸有限，導致電池壽命經常被犧牲。 因此，大容量、高柔性的柔性電池是可折疊手機和穿戴式裝置的革命性因素。

一、柔性電池的定義及優點

彈性電池 一般指可以彎曲、重複使用的電池。 它們的特性包括可彎曲、可拉伸、可折疊和可扭曲； 它們可以是鋰離子電池、鋅錳電池或銀鋅電池，甚至是超級電容器。 由於柔性電池各部分在折疊和拉伸過程中會發生一定的變形，因此柔性電池各部分的材料和結構必須在多次折疊和拉伸後仍能保持性能。 當然，這個領域的技術要求是非常高的。 高的。 目前的剛性鋰電池變形後，其性能會受到嚴重損害，甚至可能出現安全隱患。 因此，柔性電池需要全新的材料和結構設計。

與傳統剛性電池相比，柔性電池具有更高的環境適應性、防碰撞性能、更好的安全性。 而且，柔性電池可以讓電子產品朝向更符合人體工學的方向發展。 柔性電池可顯著降低智慧硬體的成本和體積，增加新的能力並改善現有的能力，使創新硬體與物理世界實現前所未有的深度融合。

2、柔性電池市場規模

柔性電子產業被認為是電子產業下一個主要發展趨勢。 其快速發展的驅動因素是龐大的市場需求和大力的國家政策。 國外許多國家已經制定了柔性電子的研究計畫。 如美國的FDCASU計畫、歐盟的地平線計畫、韓國的《韓國綠色IT國家戰略》等，我國「十二五」、「十三五」自然科學基金也將柔性電子視為重要研究領域。 微納製造。

柔性電子技術除了融合電子電路、功能材料、微納製造等技術領域外，還跨越半導體、封裝、測試、紡織、化學、印刷電路、顯示器面板等產業。 將帶動兆市場，協助傳統產業提升產業附加價值，為產業結構與人類生活帶來革命性改變。 根據權威機構預測，46.94年柔性電子產業規模將達到2018億美元，301年將達到2028億美元，30年至2011年年複合成長率近2028%，並處於長期成長趨勢。快速成長。

彈性電池－未來消費性電子的動脈〡水木資本原創
圖1：彈性電池產業鏈

柔性電池是柔性電子領域的重要組成部分。 可應用於可折疊手機、穿戴式裝置、亮麗服飾等領域，具有廣大的市場需求。 根據Markets and Markets發布的2020年全球柔性電池市場預測研究報告顯示，到2020年，全球柔性電池市場預計將達到617億美元。 2015年至2020年，柔性電池將以53.68%的複合年增長率成長。 增加。 作為柔性電池的典型下游產業，穿戴式裝置產業預計280年出貨量將達到2021億台。隨著傳統硬體進入瓶頸期以及新技術的創新應用，穿戴式裝置迎來新的快速發展時期。 柔性電池將出現大規模需求。

不過，柔性電池產業仍面臨許多挑戰，其中最大的問題就是技術問題。 柔性電池產業進入障礙較高，材料、結構、生產流程等諸多問題需解決。 目前，許多研究工作還處於實驗室階段，能夠進行大量生產的公司很少。

3.彈性電池技術方向

實現柔性或可拉伸電池的技術方向主要是新型結構和柔性材料的設計。 具體來說，主要有以下三類：

3.1.薄膜電池

薄膜電池的基本原理是對電池各層材料進行超薄處理，方便彎曲，其次透過對材料或電解液進行改質來提高循環性能。 薄膜電池主要代表台灣惠能的鋰陶瓷電池和美國Imprint Energy的鋅聚合物電池。 這種電池的優點是可以實現一定程度的彎曲，而且超薄（<1mm）； 缺點是不能拉伸，轉動後壽命衰減快，容量小（毫安培等級），成本高。

3.2.印刷電池（紙電池）

與薄膜電池一樣，紙電池也是採用薄膜作為載體的電池。 不同的是，在製備過程中，將一種由導電材料和碳奈米材料製成的特殊油墨塗覆在薄膜上。 薄膜印刷紙電池的特點是柔軟、輕、薄。 雖然它們的功率比​​薄膜電池低，但它們更環保——通常是一次性電池。

紙電池屬於印刷電子，其所有零件均以印刷生產方式完成。 同時，印刷電子產品是二維的，具有柔性的特性。

3.3.新結構設計電池（大容量柔性電池）

薄膜電池和印刷電池受體積限制，只能實現低功耗產品。 而更多的應用場景，對海量的算力也有更多的需求。 這使得非薄膜3D柔性電池成為市場熱點。 例如，目前流行的大容量柔性可拉伸電池就是透過島橋結構實現的。 這種電池的原理是電池組的串並聯結構。 困難在於高導電性和電池之間的可靠連接，可以拉伸和彎曲，以及外部保護電池組的設計。 這種電池的優點是可以拉伸、彎曲、扭曲。 轉動時，僅彎曲連接器，不會影響電池本身的壽命。 容量大（安時級）、成本低； 缺點是局部柔軟度不如超薄電池。 做小一點。 還有一種摺紙結構，透過折疊、彎曲的方式，將2D維度的紙張在3D空間中折疊成各種形狀。 這種摺紙技術應用於鋰離子電池，集流體、正極、負極等依照不同的折疊角度進行折疊。 當拉伸和彎曲時，電池由於折疊效應可以承受很大的壓力，並且具有良好的彈性。 不會影響性能。 另外，它們往往採用波浪形結構，即波浪形可拉伸結構。 將活性材料塗在波形金屬極片上，製成可拉伸的電極。 基於這種結構的鋰電池經過多次拉伸和彎曲。 仍能保持良好的循環能力。

超薄電池一般應用於電子卡等薄型電子產品，印刷電池通常應用於RFID標籤等一次性場景，大容量柔性電池主要應用於手錶、手機等智慧電子產品需要大容量的。 優越的。

4、柔性電池競爭格局

柔性電池市場仍處於新興階段，參與的玩家主要是傳統電池製造商、科技巨頭和新創公司。 但目前全球尚無主導的廠商，企業之間差距也不大，基本上處於研發階段。

從地區來看，目前柔性電池的研發主要集中在美國、韓國、中國台灣地區，如美國的Imprint Energy、台灣惠能、韓國的LG Chem等科技巨頭蘋果、三星、松下等也在積極佈局柔性電池。 中國大陸在紙電池領域取得了一定的發展。 長榮實業、九龍實業等上市公司已能達到量產。 其他技術方向也湧現幾家新創企業，如北京旭江科技有限公司、軟電子科技、極展科技等。 同時，重要科研機構也在開發新的技術方向。

以下針對柔性電池領域幾家主要開發商的產品及公司動態進行簡要分析與比較：

台灣惠能

FLCB軟板鋰陶瓷電池

1. 固態鋰陶瓷電池與現有鋰電池中使用的液態電解質不同。 即使破碎、撞擊、刺穿、燃燒也不會洩漏，也不會著火、燃燒或爆炸。 安全性能好
2. 超薄，最薄可達0.38毫米
3. 電池密度沒有鋰電池高。 33毫米34mm0.38mm鋰陶瓷電池容量為10.5mAh，能量密度為91Wh/L。
4. 不靈活； 它只能彎曲，不能拉伸、壓縮或扭曲。

2018年下半年，建成全球首個固態鋰陶瓷電池超級工廠。

韓國LG化學

電纜電瓶

1. 具有優良的柔韌性，能承受一定程度的拉伸
2. 它更加靈活，不需要像傳統鋰離子電池那樣放置在電子設備內部。 它可以放置在任何地方，並且可以很好地融入產品設計中。
3. 電纜電池容量小，生產成本高
4. 尚未產生能源

印記能源公司，美國

鋅聚合物電池

1. 超薄、動態彎曲安全性能好
2. 鋅的毒性比鋰電池低，對於人類佩戴的設備來說是更安全的選擇

超薄特性限制了電池容量，鋅電池的安全性能仍需長期市場檢驗。 產品轉換時間長

攜手Semtech進軍物聯網領域

江蘇恩福賽印刷電子有限公司

紙電池

1. 已量產並應用於RFID標籤、醫療等領域

2、尺寸、厚度、形狀可依使用者需求定制，可調整電池正負極位置。

1. 紙電池為一次性使用，不可充電
2. 功率小，使用場景有限。 只能適用於RFID電子標籤、感測器、智慧卡、創新包裝等。
3. 2018年完成對芬蘭Enfucell的全資收購
4. 70年獲得2018萬元融資

HOPPT BATTERY

3D列印電池

1. 類似的3D列印製程和奈米纖維加固技術
2. 柔性鋰電池具有輕、薄、柔性的特點

5.柔性電池的未來發展

目前，柔性電池在電池容量、能量密度、循環壽命等電化學性能指標上還有很長的路要走。 現有實驗室開發的電池普遍製程要求高、生產效率低、成本高，不適合大規模工業化生產。 未來，尋找綜合性能優良的柔性電極材料和固態電解質、創新電池結構設計、開發新型固態電池製備製程是突破方向。

此外，目前電池產業最顯著的痛點就是續航力。 未來，能夠取得優勢的電池製造商必須同時解決電池壽命和彈性生產的問題。 新能源（如太陽能、生物能源）或新材料（如石墨烯）的應用有望同時解決這兩個問題。

彈性電池正成為未來消費性電子的主動脈。 在可預見的未來，以柔性電池為代表的柔性電子整個領域的技術突破，必然會帶來上下游產業的巨大變革。