复旦彭慧胜团队年度再发Nature：穿在身上的纤维锂离子电池

木文韬 3年前 (2021-09-02) 8604浏览

【引言】

为了让纺织电池在便携式和可穿戴电子产品中得到广泛应用，我们必须能够大规模生产柔韧、安全、可清洗的纤维电池线轴。目前的主流方向是制造直径为数十至数百微米的纤维锂离子电池（FLIBs），这样它们就可以很容易地编织到可穿戴和透气的纺织品中，以满足各种可穿戴电子产品的电力需求。在过去的十年中，努力探索了制造电化学性能越来越好的FLIBs的方法。然而，迄今为止获得的纤维只有几厘米长，基于整个电池质量的能量密度很低（<1 Wh kg^-1）。这种短的FLIBs是不实用的，因为连接它们的附件会损害纤维的能量密度和稳定性。例如，水/氧侵入，电解质泄漏或机械故障都可能发生在这些连接处。大规模生产长的FLIBs，同时保持高性能和长度仍然是一个巨大的挑战。

【成果简介】

今日，在复旦大学彭慧胜教授和陈培宁副研究员（共同通讯作者）团队带领下，研究了这种纤维的内阻与纤维长度呈双曲余切函数关系，随着纤维长度的增加，内阻先减小后趋于均匀。研究证实，这种意想不到的结果适用于不同的纤维电池。通过优化可扩展的工业流程，能够生产数米的高性能纤维锂离子电池。根据包装在内的钴酸锂/石墨全电池的总重量，大规模生产的纤维电池的能量密度为每公斤85.69Wh（典型值小于每公斤1Wh）。经过500次充放电循环后，其容量保持率达到90.5%，1C倍率下的容量保持率达到93% （与0.1C倍率容量相比），可与软包电池等商业电池相媲美。纤维弯曲10万次后，可保持80%以上的容量。团队还展示了工业剑杆织机将纤维锂离子电池编织到安全且可清洗的纺织品中，可以为手机无线充电，或为集成了纤维传感器和纺织品显示器的健康管理夹克供电。相关成果以题为“Scalable production of high-performing woven lithium-ion fibre batteries”发表在了Nature。