从智能手表、皮肤健康监测器到可折叠显示器，可穿戴电子产品正在消费和医疗市场迅速扩展包，预示着万物互联（IoE）时代的到来，在这个时代中电子设备将与人体无缝集成[1][2][3]。由于可穿戴设备不应限制使用者的肢体活动，其供电系统需具备超薄、轻量化及高柔韧性特性[4][5][6]。这类应用对电池性能提出了严苛要求，尤其在机械顺应性、微型化以及高重量能量密度与体积能量密度方面[4][7]。 锂离子电池（LIBs）因其卓越的能效、长循环寿命和可靠性优势主导着储能市场[8][9]。然而，将LIBs集成至柔性或可变形器件仍存在关键性挑战。传统LIBs专为刚性平台设计，采用金属箔集流体——通常以铜箔作为负极、铝箔作为正极。直接在柔性电池中应用铜铝箔可能导致机械失效甚至引发安全隐患。值得注意的是，铜箔与铝箔的屈服应变分别仅为1.2%和0.3%。其形变率仅为9%，远低于柔性电池系统通常所需的机械形变耐受阈值（∼5%）[10]。在反复弯曲条件下，这些金属箔易发生断裂、电极层剥离及最终容量衰减[11][12]。此外，这些金属箔占电池总质量的10-25%，却完全不参与储能功能[13][14][15]，显著增加了整体重量。这些力学与结构局限性严重制约了锂离子电池在可穿戴技术中的适应性[16]。 为解决上述问题，学界提出了多种策略以轻量化、高柔性和结构一体化的替代方案取代传统金属集流体[17][18][19]。多孔碳基质[20][21]和碳纳米管结构[22][23]因其低密度与高导电性，已被广泛研究作为柔性集流体材料。此外，基于金属织物的集流体也得到广泛研究，其展现出优异的柔韧性、高导电性以及适用于可穿戴和柔性电池的可扩展性[24][25]。 然而，这类碳基材料通常具有较大的比表面积，由于电解液分解和活性SEI膜的形成，导致初始库仑效率（ICE）较低。这一缺陷阻碍了其在高性能电池中的实际应用[26][27]。此外，显著降低金属厚度是增强柔韧性的可行策略（Strategy），但同时会削弱对电极层起支撑作用的关键机械强度[28][29][30]。 与此同时，由于无线能量传输（WPT）技术具备简单可靠的特性，针对可穿戴设备无线充电的研究兴趣正持续增长[31][32]。然而，现有研究主要集中于提升无线充电效率[33][34]，在真实电池系统的无线充电实际实施或运行稳定性系统评估方面投入的努力较为有限。这一研究空白可能源于实验室环境下执行与评估无线电池充电存在固有困难。 本文介绍了一种导电聚合物集流体（CPC），通过在聚丙烯（PP）基聚合物基底上沉积约200纳米厚的铜铝双层薄膜制备而成，该基底同时兼具电池隔膜功能。与传统金属箔相比，这种CPC的面密度分别降低了5.5倍（相对铜箔）和1.8倍（相对铝箔），使其特别适用于高能量密度锂离子电池体系。得益于聚合物基底的本征柔性和金属层的纳米级厚度，CPC展现出卓越的机械强度与柔韧特性。其厚度不仅低于织物基底，更在锂离子电池应用中通过实验验证具有优异性能。聚合物基体可有效分散机械应力，从而保证材料在反复弯折与揉皱条件下的耐久性，而其简易的沉积工艺还兼具大面积制造与卷对卷生产的兼容优势。实际上，即使经过100次重复弯曲循环后，CPC仍能保持无裂纹且稳定的表面形貌，充分证明了其机械可靠性。石墨与LiNi0.6钴0.2锰0.2采用传统浆料浇铸工艺将(NCM622)电极直接制备在CPC基底上，实现了可规模化且与工业兼容的电极制造。所得电极展现出优异的涂层均匀性和机械顺应性，验证了CPC材料在标准电极加工条件下的结构完整性。使用CPC基电极组装的软包全电池表现出卓越的循环寿命。值得注意的是，基于CPC的全电池（CPC全电池）即使在弯曲和折叠条件下仍能保持100次循环的稳定容量，凸显了其优异的机械与电化学耐久性。此外，本研究开发了定制化的实验室级WPT测试方案，用于评估CPC全电池的无线充放电行为。在WPT条件下，CPC全电池展现出100次循环的稳定性能，且未观察到容量衰减现象。值得注意的是，即使在无线充电过程中的机械形变条件下，CPC全电池仍能保持其电化学性能，这凸显了CPC策略在机械-电化学兼容性方面的优势，及其在下一代柔性无束缚储能系统中的实用潜力。2 (NCM622) electrodes were fabricated directly onto the CPC using a conventional slurry-casting process, enabling scalable and industry-compatible fabrication. The resulting electrodes exhibited high coating uniformity and mechanical compliance, validating the structural integrity of the CPC under standard electrode processing. Pouch-type full cells were assembled using CPC-based electrodes, and showed superior cycle life. Notably, the CPC-based full cells (CPC full cells) retained stable capacity over 100 cycles even under bending and crumpling conditions, highlighting their mechanical and electrochemical durability. Furthermore, a custom lab-scale WPT testing protocol was developed to evaluate the wireless charging and discharging behavior of CPC full cells. The CPC full cells demonstrated stable cycling performance over 100 cycles under WPT conditions, with no observable capacity degradation. Notably, even under mechanical deformation during wireless charging, the CPC full cells maintained their electrochemical performance, thereby underscoring the mechanical-electrochemical compatibility and practical potential of the CPC strategy for next-generation flexible and untethered energy storage systems.
