編織在衣服里的“健康衛士”

用纖維鋰離子電池、纖維傳感器和顯示織物編織的智能電子服裝

隨著5G 和物聯網技術的飛速發展，可穿戴設備被認為是繼計算機、智能手機之后的新一代電子產品，有望引領新一輪產業革命。但目前可穿戴設備主要局限于智能手表、手環、眼鏡等小型產品，一個關鍵原因在于現有可穿戴設備主要由塊狀或平面電子元件組成，很難滿足可穿戴設備緊貼人體皮膚、適應復雜形變、透氣導濕的應用要求。

纖維鋰離子電池具有獨特的一維結構，具有優異的柔性，可以編織成柔軟透氣的織物，有望為新一代電子設備提供靈活高效的能源供給方案。近幾十年來，科學界和工業界通過優化電極材料使鋰離子電池的電化學性能大幅提升，但是如何通過設計新結構創建纖維鋰離子電池，滿足電子產品高度集成化、柔性化和舒適化發展要求，是鋰離子電池領域面臨的另一個重大挑戰。

2013 年，復旦大學研究團隊在國際上率先提出纖維鋰離子電池的概念。與傳統塊狀電池不同，纖維鋰離子電池具有一維結構，直徑通常在幾十到幾百微米之間，和我們日常織物中使用的紗線相當，可以承受扭曲、拉伸等各種復雜形變。更為重要的是，它可以編織成像衣服一樣柔軟透氣的電池織物，從而有效貼合人體皮膚，有效滿足未來可穿戴設備柔性化、舒適化和輕量化的發展要求，推動紡織與物聯網、人機交互、大數據、人工智能等新興領域的融合發展。

面向纖維鋰離子電池規模化應用需求，復旦大學研究團隊通過近10 年深入研究，發現并揭示了纖維鋰離子電池內阻隨長度增加先減小后逐步趨于穩定的變化規律，并自主開發了“電極涂覆、隔膜包覆、螺旋組裝、電芯封裝”的連續化構建路線和標準化裝置，在國際上建成了首條纖維鋰離子電池中試生產線，實現了高性能纖維聚合物鋰離子電池的連續化制備。

復旦大學研究團隊所構建的纖維聚合物鋰離子電池，具有優異的電化學性能，其全電池能量密度較過去提升了兩個數量級，還具有較高的循環穩定性，綜合性能可與目前典型商業電池相當。該電池還可以耐受各種復雜形變，在彎折10 萬次后仍能保持性能穩定。

得益于有效的封裝技術和使用準固態的凝膠電解質，纖維鋰離子電池不會發生漏電和電解液泄漏，顯示出良好的安全性，將纖維鋰離子電池、纖維傳感器與顯示織物集成在一起并編織在衣服上，可以像平常穿的衣服一樣經受反復洗滌。纖維鋰離子電池充滿電后，就可以為織物系統中的傳感、顯示等器件持續供電，將這樣的智能服裝穿在身上，就可以對人體生理信號，如汗液中的鈣離子、鈉離子進行檢測，并顯示在衣服上，使我們能實時便捷地了解穿戴者的健康狀況。

未來將這種智能織物與物聯網和5G 技術進一步融合集成，無疑會給人們帶來更加便捷的人機交互體驗，甚至改變人們的生活方式。