说起石墨烯领域的领军人物之一，刘忠范院士当之无愧，他是北京大学博雅讲席教授，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，中组部首批万人计划杰出人才，首批国家杰出青年科学基金获得者。英国物理学会会士，英国皇家化学会会士，中国微米纳米技术学会会士。1983年毕业于长春工业大学，1984年留学日本，1990年获东京大学博士，1990–1993年东京大学和国立分子科学研究所博士后。1993年6月回北京大学任教，同年晋升教授。博士毕业三年就成为北大教授，着实厉害！

他主要从事石墨烯等纳米碳材料研究，在石墨烯、碳纳米管的化学气相沉积生长方法研究领域做出了一系列开拓性和引领性的工作，是国际著名石墨烯专家。发表SCI检索学术论文550余篇，申请中国发明专利80余项。曾获日中科技交流协会“有山兼孝纪念研究奖”（1992）、香港求是科技基金会杰出青年学者奖（1997）、中国分析测试协会科学技术奖一等奖（2005）、教育部高等学校科学技术奖自然科学一等奖（2007）、国家自然科学二等奖（2008）、中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖（2012）、宝钢优秀教师特等奖（2012）、日本化学会胶体与界面化学年会Lectureship Award（2016）、北京大学方正教师特别奖（2016）、“北京市优秀教师”称号（2017）、国家自然科学二等奖（2017）、ACS Nano Lectureship Award（2018）等。

刘院士给石墨烯材料勾画了三种前途。第一种前途类似于碳纤维材料，在某些领域找到不可或缺的用途，成为杀手锏级的应用。第二种前途类似于塑料，一百年前人们发明了塑料，极大地便利了人类生活，已经渗透在日常生活的方方面面。石墨烯材料也有这种潜质，因为理论上有太多的可能，在未来也可能像塑料一样进入我们的日常生活。第三种前途类似于硅材料。没有硅材料，就没有集成电路，自然也就无法进入信息化时代。甚至可以讲，我们现在生活在“硅时代”。石墨烯材料拥有远优于硅材料的电子学特性，可用来制造未来的超快集成电路。在未来的某一天，石墨烯材料有可能替代硅材料，制造“碳基集成电路”，从而把人类带入“碳时代”。当然，这还是一个美好的梦想，需要解决诸多技术问题。

今天要说的是我们日常用到很多的锂离子电池，由日本索尼公司于1990年开发成功，并逐渐得到了广泛使用，2019年度诺贝尔化学奖授予美国得州大学奥斯汀分校John B Goodenough教授、纽约州立大学宾汉姆顿分校M.stanley Whittlingham教授和日本化学家Akira Yoshino，以表彰其在锂离子电池的发展方面作出的贡献。全球都在使用锂离子电池来用于交流、工作、学习的便携式电子设备提供能量。锂离子电池还使远程电动汽车的发展和太阳能、风能等可再生能源的储存成为可能。

随着柔性电子设备的发展，人们相信锂离子电池在可变形功能器件领域的使用将越来越受欢迎，柔性电子产品是下一代可变形功能设备（如卷起式显示器，智能电子产品和可穿戴电子产品）新兴和有前途的技术，柔性电子可概括为是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子技术，以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景，如柔性电子显示器、有机发光二极管OLED、印刷RFID、薄膜太阳能电池板。锂离子电池的发明和应用使人们能够进入可持续发展和便捷的社会。作为可变形功能设备的首选电源，与其他可再充电电池技术相比，锂离子电池具有许多优势，包括相对较高的能量和功率密度，较长的循环寿命，几乎没有记忆效应以及较低的自放电性。当作为柔性电子使用时，锂离子电池需要是柔性的、薄的、可拉伸的，并且甚至是可折叠的。

到目前为止，对柔性锂离子电池已经进行了数十年的研究。报道了许多策略，例如纤维状、海绵状、可拉伸、和纸质锂离子电池，但在实际的商业应用中都没有成功。原因可能是由于1）能量密度低，2）机械柔韧性差，3）安全性差以及4）不适合大规模制备。目前，柔性锂离子电池领域的发展仍处于实验室研究的早期阶段，并且大多数报告集中在基于柔性集流体的柔性电极上。常规的金属箔作为集流体，当电池弯曲时，活性材料(阴极和阳极)很容易从其光滑的表面剥离。另外，金属的高密度特性限制了锂离子电池的质量能量密度。因此，用导电性强、重量轻薄且具有柔性的集流体代替金属箔可以提高质量能量密度和机械柔韧性。在以往报道中，几乎所有的柔性组件都具有较差的机械柔性、较低的能量密度和较差的安全性，从而导致柔性锂离子电池的应用难以实现。

为了解决这个世界难题，北京石墨烯研究院院长、中国科学院院士刘忠范教授课题组经潜心研究，报道了使用LiCoO2作为阴极、Li4Ti5O12作为阳极、石墨烯薄膜作为集流体的全柔性锂离子电池。氧化石墨烯(GO)改性聚偏氟乙烯-三氟乙烯(GO-PTC)的凝胶聚合物电解质（GPE）表现出比常规液体电解质更高的离子传导性，并提高了柔性电池的安全性。柔性石墨烯电池的最佳设计具有超强的电化学性能，具有2.3 V的输出电压平稳段和143.0 mAh g-1的优异比容量（在1 C时）。质量能量密度和功率密度均比使用金属箔作为集流体的标准电极高约1.4倍。在十万次机械弯曲之后，也没有观察到容量损失。更重要的是，即使在剪切状态下，这种柔性凝胶聚合物电池仍可以表现出稳定和安全的电化学性能。这项工作为下一代柔性电子产品提供有前景的策略，柔性锂离子电池商业化应用成为可能！相关研究工作以“Highly-Safe and Ultra-Stable All-Flexible Gel Polymer Lithium Ion Batteries Aiming for Scalable Applications”为题发表在国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》上。

图1. 石墨烯薄膜a）表面SEM图像和b）断面SEM图像。c）柔性电极弯曲的示意图。d）LCO/铝箔和e）LCO/石墨烯膜的电极弯曲图片。f）LCO/铝箔和g）LCO/石墨烯薄膜电极折痕的断面SEM图像

图2. 商用Celgard隔膜（a，b），P-GPE（c，d）和GO-GPE（e，f），热处理前（a，c，e）和后（b，d，f）的SEM图像，在140°C下放置1小时

石墨烯薄膜的粗糙表面有助于增加电极与集流体之间的接触面积，从而显著提高粘附力。图1b显示了石墨烯薄膜的断面SEM图像。石墨烯片倾向于有序堆叠以形成导电结构，该结构通常高于所报道的CNT膜的导电率，具有单侧导电率，这种有序的堆叠有助于使石墨烯膜的厚度和重量更均匀。

图3离子电导率测试

图4 弯折测试

图5 a）使用石墨烯薄膜作为集流体和最佳GO‐GPE柔性电池的示意图。b）在不同的弯曲时间后以1C循环的柔性电池的循环性能。温度：25℃。插图：弯曲之前和之后的柔性电池照片。c）原位90次机械弯曲的柔性电池充电/放电曲线

GO-GPE在提高LIB的安全性和循环稳定性方面起着重要作用，这归因于高热稳定性、增强的电解质吸收、优异的离子电导率和锂离子转移数。这种柔性锂离子电池具有出色的电化学稳定性和机械强度。电池即使弯曲10万次后，容量也几乎没有损失，为了进一步研究LIB-石墨烯薄膜的柔韧性，在5 mm s-1的低速下进行了原位弯曲测试。在一个电化学循环中进行约90次弯曲，充放电曲线几乎没有变化，这进一步表明了LIB-石墨烯薄膜的出色柔韧性。

图6与绿色发光二极管（LED）串联的柔性电池演示图