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》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”。

转换思维，严谨求证

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。经过国际学术界共同努力，近几年纤维锂离子电池研究取得了一系列积极进展。然而，目前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，国际上纤维锂电池的连续化制备研究几乎是空白，迄今为止报道的纤维锂离子电池长度往往在厘米尺度，能量密度较低。“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。

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，首先需要解决一个重要的科学问题，即从源头上厘清纤维电池内阻和长度的关系规律。他们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。他们还发现，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。

自主设计，创新路线

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，严重影响了纤维电极制备的连续性和电池的电化学性能。”何纪卿解释说，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，通过调控正负极活性材料组分和粘附力，有效解决了稳定性难题，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，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。进一步将正极纤维和包覆高分子隔膜的负极纤维进行缠绕组装，通过封装和电解液注入，最终实现了高性能纤维聚合物锂离子电池的连续化制备。

前景广阔，任重道远

该纤维锂聚合物离子电池表现出了良好的综合性能：基于包括封装材料在内的全电池重量，其能量密度超过85 Wh/kg，长度为1米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；具有良好的循环稳定性，循环500圈后，电池的容量保持率仍达90.5%，库伦效率为99.8%；在曲率半径为1厘米的情况下，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。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。

不过，彭慧胜说，可穿戴纤维锂离子电池距离真正的推广普及，依然任重道远。

一方面，该电池与生活中常用的平面电池的能量密度相比，还有较大提升空间；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；另一方面，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。他们期待有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。