行业动态（新技术）

柔性织物电池技术获得突破

出门不需要带充电宝，通过身上穿的衣服，就可以对手机进行无线充电，这就是柔性织物电池技术。日前复旦大学彭慧胜团队实现了纤维聚合物锂离子电池新突破，团队通过系统揭示纤维锂离子电池内阻随长度的变化规律，有效解决了聚合物复合活性材料和纤维电极界面稳定性难题，连续构建出兼具良好安全性和综合电化学性能的新型纤维聚合物锂离子电池。

9月，该相关研究成果以《高性能纤维锂离子电池的规模化构建》为题，发表于《自然》（Nature）主刊。审稿人评价这项工作是“储能领域和可穿戴技术领域的里程碑研究”和“柔性电子领域的一个里程碑”。该研究得到科技部、国家自然科学基金委、上海市科委等项目支持。

彭慧胜团队从2008年开始研究新型柔性电池系统，2013年提出并实现了新型纤维锂离子电池，为有效满足智能电子织物等可穿戴设备能源供给提供了新路径。经过最近几年国际学术界的共同努力，纤维锂离子电池研究取得了系列积极进展，但仍然面临一些重大难题，限制了其实际应用。其关键挑战在于，面向块状锂离子电池的成熟生产体系很难适用于纤维锂离子电池，而国际上纤维锂电池的连续化制备研究几乎是空白。

研究团队在长期研究过程中逐渐意识到，要实现纤维锂离子电池的连续化构建，首先需要解决的一个重要科学问题，是要从源头上厘清纤维电池内阻和长度的关系规律。团队成员突破以往的研究思路，通过大量的预实验筛选，广泛尝试了不同电学特性的纤维集流体材料，最终发现并揭示出纤维锂离子电池内阻随长度增加先减小后逐步趋于稳定的变化规律，并且使用纤维集流体的导电率越高，越能有效降低纤维锂离子电池的内阻，从而有利于提升连续长纤维电池的电化学性能。上述关系规律得到了系统的实验验证，为纤维锂离子电池的连续构建提供了有力的理论支撑和依据。

要实现高效负载纤维锂离子电池活性材料的高效连续制备，必须有效解决活性材料与导电纤维集流体的界面稳定性难题。为此，团队发展出了高效负载纤维锂离子电池活性材料的连续化方法，通过调控正负极活性材料组分和粘附力，有效解决了聚合物复合活性材料与导电纤维集流体的界面稳定性难题，并自主设计和建立了面向纤维锂离子电池连续构建的标准化装置，实现了活性材料在千米级光滑纤维表面的高效负载和精准控制，获得到了高负载量、涂覆均匀和容量高度匹配的正、负极纤维电极材料。进一步地，将正极纤维和包覆高分子隔膜的负极纤维进行缠绕组装，并进行有效的封装和电解液注入，最终实现了高性能纤维聚合物锂离子电池的连续化制备。所制得的纤维电池容量随长度线性增加，显示该构建路线具有良好的可靠性。

今年3月，复旦大学彭慧胜/陈培宁团队论文《大面积显示织物及其功能集成系统》发表于《自然》（Nature）主刊，他们自主研发的全柔性织物显示系统，可紧贴人体不规则轮廓，像普通织物一样轻薄透气，确保良好的穿着舒适度。

据介绍，该纤维锂聚合物离子电池表现出了良好的综合性能，显示了广阔的应用前景。基于包括封装材料在内的全电池重量，其能量密度超过85Wh/kg，长度为1m的电池可以为智能手机、手环、心率监测仪、血氧仪等可穿戴电子设备长时间连续有效供电；纤维锂离子电池还具有良好的循环稳定性，循环500圈后，电池的容量保持率仍然达到90.5%，库伦效率为99.8%；在曲率半径为1cm的情况下，将纤维锂离子电池弯折10万次后，其容量保持率仍大于80%；甚至在重复水洗、挤压等严苛环境下也可以保持较为稳定的电化学性能。如果将电池织物和无线充电发射装置集成，可安全、稳定地为智能手机进行无线充电。

彭慧胜表示，可穿戴纤维锂离子电池的很多功能已经实现，但对于真正的推广普及来说，依然任重道远。从电池本身来说，目前纤维聚合物锂离子电池与生活中常用的平面电池的能量密度相比，还有较大的提升空间；也需要发展面向纤维聚合物锂离子电池构建、性能评估和使用的行业标准或规范，推动其工程转化和市场化应用；此外，在很多应用方面如可穿戴领域，还需要更加先进的编织技术，将纤维锂离子电池高效地编织到各种衣物中，使穿着更舒适、更美观。