纤维锂离子电池具有高储能性能、高柔性和可编织性，在柔性可穿戴领域展现出巨大的应用潜力。复旦大学彭慧胜/王兵杰团队从应用视角出发，总结了纤维锂离子电池的发展历程，可以分为概念的提出、连续化制备和产业化应用三个阶段，分析了每个阶段中纤维电池发展面临的难题与挑战，并介绍了典型的解决策略和技术突破，最后对该领域仍待解决的问题和未来的发展方向进行了展望。该文以“Fiber lithium-ion battery from a view of application”为题发表在Science Bulletin 2024年第24期。
图1. 纤维锂离子电池的发展历程
作为现代电子设备中不可或缺的核心组件，以锂离子电池为代表的储能器件在电子工业和日常生活中扮演着至关重要的角色，凭借其高能量密度、长循环寿命以及高工作电压等显著优势，成为商业储能器件的主流选择。其中，纤维锂离子电池（Fiber lithium-ion batteries, FLBs）作为一种极具应用潜力的柔性储能器件，受到了学术界和产业界的广泛关注。其独特的一维结构赋予了其优异的柔性，保障了其穿戴的舒适性。即便在动态变形条件下，仍能确保电化学性能的稳定。同时，纤维锂离子电池还可编织成透气的储能织物，或与其他柔性电子器件集成为多功能电子织物，极大丰富了可穿戴设备的设计形态。
在过去十年间，纤维锂离子电池取得了显著进展。2013 年，彭慧胜教授团队发表了第一篇关于纤维电池的论文，证实了纤维结构设计用于储能器件的可行性，随后基于多种材料和结构的纤维锂离子电池被相继报道。然而，受限于“电池内阻随长度增加而增大”等传统认知及制备工艺，早期纤维锂离子电池的长度通常局限于几厘米，无法连续化构建，且能量密度较低（小于 1 Wh/kg）。2021 年，研究人员揭示了纤维锂离子电池的内阻随长度变化规律，并以此作为理论指导在实现连续化制备和提高能量密度等方面取得重大突破，促进了纤维锂离子电池的工程化进程。进一步，为确保实际应用中的安全性，研究人员设计了具有多层次网络孔道和取向孔道的纤维电极及其工程化制备路线，并设计了单体溶液，使其快速渗入纤维电极的孔道结构中。单体经过聚合反应后，形成高分子凝胶电解质，从而与纤维电极形成牢固而稳定的接触界面，实现了高安全性和高储能性能（128 Wh/kg）的双重兼顾，使纤维电池的规模应用成为可能。
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