高性能纤维锂离子电池规模化制备技术入选2021年度中国科学十大进展

2月28日，科技部高技术研究发展中心（基础研究管理中心）发布2021年度中国科学十大进展。火星探测任务天问一号探测器成功着陆火星、从二氧化碳到淀粉的人工合成等10 项重大科学进展，从30 项候选进展中脱颖而出。其中，实现高性能纤维锂离子电池规模化制备代表了纺织材料领域的重大突破，研究揭示了如何通过设计新结构（如创建纤维锂离子电池）满足电子产品高度集成化和柔性化发展要求，是锂离子电池领域面临的重大挑战。按票数高低，该项研究位列2021年度中国科学十大进展第七位。

据了解，复旦大学彭慧胜、陈培宁等发现纤维锂离子电池内阻与长度之间独特的双曲余切函数关系，即内阻随长度增加并不增大，反而先下降后趋于稳定。在此理论指导下构建的纤维锂离子电池具有优异且稳定的电化学性能，能量密度较过去提升了近2 个数量级，弯折10 万次后容量保持率超过80%；建立的世界上首条纤维锂离子电池生产线，实现了其规模化连续制备；编织集成得到的纤维锂离子电池系统，电化学性能与商业锂离子电池相当，而稳定性和安全性更加优异。

研究团队提出高效负载纤维锂离子电池活性材料的连续化方法，有效解决了聚合物复合活性层与导电纤维集流体的界面稳定性难题，并通过自主设计和建立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调控，得到了负载量高、涂覆均匀和容量高度匹配的正、负极纤维材料。通过将正极纤维和包覆隔膜的负极纤维进行缠绕组装和封装，最终实现了高性能纤维锂离子电池的连续化制备。

通过纺织方法，研究团队获得了高性能和高安全性的大面积电池织物。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。此外，研究团队通过将纤维锂离子电池和纤维传感器与显示织物集成，实现了智能织物系统对人体汗液中钠离子和钙离子浓度的实时监控和信号传输与显示，为后期相关医疗方面的应用提供了可能。