人们出门不需要带充电器和充电宝，通过身上穿的衣服，就可以对手机进行无线充电。听起来像科幻片的场景，正在逐步成为现实。

这是复旦大学高分子科学系彭慧胜团队的研究方向之一。近日，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1日，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”。

研究新型纤维锂离子电池，满足可穿戴设备能源需求

作为现代电子设备的“心脏”，以锂离子电池为代表的储能器件是现代电子工业和人们生活不可或缺的组成部分。彭慧胜团队从2008年开始研究新型柔性电池系统，在2013年提出并实现了新型纤维锂离子电池，为满足智能电子织物等可穿戴设备能源供给需求提供了新路径。

纤维锂离子电池研究在实际应用中，存在连续化制备的难题。

“纤维锂离子电池就如同毛线，要织成一件可以充电的毛衣，必须保证有足够长的毛线。”这篇论文的共同第一作者、复旦大学高分子科学系博士生何纪卿和路晨昊形容道。

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。“在纤维表面进行涂覆时，很容易产生串珠等涂覆不均匀的现象，就像糖葫芦一样，严重影响了纤维电极制备的连续性和电池的电化学性能。”何纪卿解释道，经典的平面涂覆方法很难适用于高曲率的纤维。

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，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。

应用前景广阔，推广普及任重道远

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》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。谈起这一成果，彭慧胜表示：“前者是用电，我们现在的这个研究是供电，二者完全不同但又紧密相关。”

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。它可以为智能手机、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，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性能。

进一步通过纺织方法，团队已经获得了高性能的大面积电池织物。“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。”何纪卿说。

“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。”彭慧胜说。

从新现象到新规律，到连续构建关键技术的突破，到几乎所有核心设备的自主研发，再到工程化连续制备路线的不断提高……团队从未止步。通过十多年持续不断的深入研究，已经把纤维电池从实验室样品发展到了产品模型，特别是实现了高安全性纤维聚合物锂离子电池的连续化构建，并致力于推动纤维电池和织物系统的规模化应用研究。

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。

彭慧胜表示，期待锂离子电池领域产业界的合作者加入，共同探索解决新型电池体系在生产和实际应用中面临的各种问题。

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