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2021年9月1日 ， 复旦大学高分子科学系彭慧胜团队在高分子纤维器件领域取得新进展 ， 发现了纤维锂离子电池内阻与长度之间的双曲余切函数关系 ， 有效解决了活性材料和纤维电极界面稳定性难题 ， 连续构建出兼具高安全性、高性能的新型纤维聚合物锂离子电池 。
相关研究成果以《高性能纤维锂离子电池的规模化构建》（“Scalable production of high-performing woven lithium-ion fibre batteries”）为题 ， 于2021年9月1日发表在Nature上 ， 审稿人评价这个工作是“储能领域和可穿戴技术领域的里程碑研究”（“landmark research not only in energy storage but also in wearable technology”）和“柔性电子领域的一个里程碑”（“a milestone towards the prevalence of flexible electronics”） 。 高分子科学系博士生何纪卿和路晨昊为共同第一作者 。 该研究得到科技部、国家自然科学基金委、上海市科委等项目支持 。
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转换思维 ， 严谨求证
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 ， 为有效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 。
经过最近几年国际学术界的共同努力 ， 纤维锂离子电池研究取得了系列积极进展 ， 但仍然面临一些重大难题 ， 限制了其实际应用 。 其关键挑战在于 ， 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 ， 而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 ， 并且基于整体质量的能量密度也比较低 。 “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 ， 首先需要解决的一个重要科学问题 ， 是要从源头上厘清纤维电池内阻和长度的关系规律 。 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 。
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