出門不需要帶充電器和充電寶，通過身上穿的衣服，就可以對(duì)手機(jī)無線充電……這聽起來像科幻片的場(chǎng)景，正逐步成為現(xiàn)實(shí)。復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系彭慧勝團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)揭示纖維鋰離子電池內(nèi)阻隨長(zhǎng)度的變化規(guī)律，有效解決了聚合物復(fù)合活性材料和纖維電極界面穩(wěn)定性難題，連續(xù)構(gòu)建出兼具良好安全性和綜合電化學(xué)性能的新型纖維聚合物鋰離子電池。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然》（Nature）主刊。詳見↓
9月1日，以《高性能纖維鋰離子電池的規(guī)模化構(gòu)建》（“Scalable production of high-performing woven lithium-ion fibre batteries”）為題的研究成果發(fā)表于《自然》（Nature）主刊。
纖維鋰離子電池（英文簡(jiǎn)稱：FLIB）正在對(duì)手機(jī)進(jìn)行無線充電
哪怕折來折去也能正常充電
剛洗完也能充
戳壞了也不影響充電
用纖維鋰離子電池做成的衣服正在給手機(jī)進(jìn)行無線充電
轉(zhuǎn)換思維，嚴(yán)謹(jǐn)求證
纖維鋰離子電池研究的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于，面向塊狀鋰離子電池的成熟生產(chǎn)體系很難適用于纖維鋰離子電池，而國(guó)際上纖維鋰電池的連續(xù)化制備研究幾乎是空白。迄今為止報(bào)道的纖維鋰離子電池長(zhǎng)度往往在厘米尺度，并且基于整體質(zhì)量的能量密度也比較低。
團(tuán)隊(duì)成員突破以往的研究思路，通過大量的預(yù)實(shí)驗(yàn)篩選，廣泛嘗試了不同電學(xué)特性的纖維集流體材料，最終發(fā)現(xiàn)并揭示出纖維鋰離子電池內(nèi)阻隨長(zhǎng)度增加先減小后逐步趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律。并且使用纖維集流體的導(dǎo)電率越高，越能有效降低纖維鋰離子電池的內(nèi)阻，從而有利于提升連續(xù)長(zhǎng)纖維電池的電化學(xué)性能。上述關(guān)系規(guī)律得到了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為纖維鋰離子電池的連續(xù)構(gòu)建提供了有力的理論支撐和依據(jù)。
自主設(shè)計(jì)，創(chuàng)新路線
團(tuán)隊(duì)發(fā)展出了高效負(fù)載纖維鋰離子電池活性材料的連續(xù)化方法，通過調(diào)控正負(fù)極活性材料組分和粘附力，有效解決了聚合物復(fù)合活性材料與導(dǎo)電纖維集流體的界面穩(wěn)定性難題，并自主設(shè)計(jì)和建立了面向纖維鋰離子電池連續(xù)構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)化裝置，實(shí)現(xiàn)了活性材料在千米級(jí)光滑纖維表面的高效負(fù)載和精準(zhǔn)控制，獲得到了高負(fù)載量、涂覆均勻和容量高度匹配的正、負(fù)極纖維電極材料。進(jìn)一步將正極纖維和包覆高分子隔膜的負(fù)極纖維進(jìn)行纏繞組裝，并進(jìn)行有效的封裝和電解液注入，最終實(shí)現(xiàn)了高性能纖維聚合物鋰離子電池的連續(xù)化制備。所制得的纖維電池容量隨長(zhǎng)度線性增加，顯示該構(gòu)建路線具有良好的可靠性。
用途廣闊，大展身手
該纖維鋰聚合物離子電池表現(xiàn)出了良好的綜合性能，顯示了廣闊的應(yīng)用前景。基于包括封裝材料在內(nèi)的全電池重量，其能量密度超過85 Wh/kg，長(zhǎng)度為1米的電池可以為智能手機(jī)、手環(huán)、心率監(jiān)測(cè)儀、血氧儀等可穿戴電子設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)有效供電；纖維鋰離子電池還具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)500圈后，電池的容量保持率仍然達(dá)到90.5%，庫(kù)倫效率為99.8%；在曲率半徑為1厘米的情況下，將纖維鋰離子電池彎折10萬(wàn)次后，其容量保持率仍大于80%；甚至在重復(fù)水洗、擠壓等嚴(yán)苛環(huán)境下也可以保持較為穩(wěn)定的電化學(xué)性能。進(jìn)一步通過紡織方法，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)獲得了高性能的大面積電池織物。
守正創(chuàng)新，任重道遠(yuǎn)
從電池本身來說，目前纖維聚合物鋰離子電池與生活中常用的平面電池的能量密度相比，還有較大的提升空間；也需要發(fā)展面向纖維聚合物鋰離子電池構(gòu)建、性能評(píng)估和使用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，推動(dòng)其工程轉(zhuǎn)化和市場(chǎng)化應(yīng)用；此外，在很多應(yīng)用方面如可穿戴領(lǐng)域，還需要更加先進(jìn)的編織技術(shù)，將纖維鋰離子電池高效地編織到各種衣物中，使穿著更舒適、更美觀。
資料：復(fù)旦大學(xué)
