[00926936]新型纤维状锂离子电池

电子设备正不断向轻薄化、微型化、柔性化、集成化的方向快速发展，必须构建与之匹配的新型储能系统，以满足军事国防、生物医学、电子工程、智能通讯等重大领域的迫切应用要求。该项目建立了取向碳纳米管与活性材料复合制备柔性纤维电极的普适性方法，揭示了纤维电极多尺度螺旋结构促进电荷快速传输和电解液有效浸润的新机制，最终发展出新型纤维状锂离子电池，可以有效满足未来电子设备的发展需要。主要成果总结如下。 （1）建立了两类普适性方法制备髙性能复合纤维电极，为实现纤维状锂离子电池奠定了材料基础。提出了一维纳米单元多层次取向组装获得高性能宏观纤维的新策略，建立共加捻和原位化学合成两类普适性方法,制备出取向碳纳米管/电化学活性材料复合纤维，总结了取向碳纳米管与活性组分相互作用的基本规律，发展出柔性、高强度、髙电导率和髙电化学性能的纤维电极。 （2）揭示了多级螺旋结构促进电荷在纤维电极中快速传输和缠绕包裹结构实现优异电化学性能的机制，为实现高性能纤维状锂离子电池奠定了理论基础。发现电子在复合纤维电极中显示三维跳跃导电机制，沿长度方向快速传输：多尺度取向孔道结构大幅提高电解液浸润，促进离子高效传输，降低器件内阻，从而实现了高倍率性能。通过设计碳纳米管缠绕包裹结构，有效固定住活性组分，解决了电极在大幅度弯折以及充放电过程中体积变化导致导电通路失效的难题，获得了优异的循环稳定性。 （3）提出了在正负极纤维上涂覆凝胶电解质进行平行组装或缠绕成型的新路线，构建了髙性能的纤维状锂离子电池。该方法突破了传统锂离子电池必须使用非活性金属集流体、粘结剂和隔膜的研究思路。另外，通过将纤维电极设计成弹簧状结构，发展出一类构建弹性纤维状锂离子电池的普适性方法。进一步通过纺织方法获得柔软的储能织物，满足人体等动态变化表面的应用要求，为可穿戴设备等新兴领域在供能上面临的瓶颈难题提供了新的解决方案。 8篇代表性论文包括2篇Nature Nanolechnol.、1篇Nature Photon.、2篇Angew. Chem.Int.Ed.和3篇Adv.Mater.,共被SCI他引1184次，单篇最高他引328次。上述成果得到国际学术界认可，如韩国蔚山国家科学技术研究院Jaephil Cho教授认为“彭和合作者开创了一维电池的研究方向”，美国斯坦福大学Yi CUI教授认为“彭慧胜团队是柔性和可拉伸电池领域的先驱”。该项目成果2次被Nature、.4次被Nature子刊以研究亮点报道。第一完成人应邀在Nature Rev.Mater、Nature Protoc、Chem.Rev等撰写综述，应邀出版了2部专著，应邀在国际材料研究学会联盟会议、电气和电子工程师协会会议、美国材料学会年会、欧洲材料学会年会、哈佛大学、麻省理工学院等做大会/邀请报告50多次，应邀担任Adv.Funct.Mater.,Adv.Mater.等15个国际期刊编委、客座编辑和编委会主席，获得英国皇家化学会会士、美国李氏基金会杰出成就奖等6项国际荣誉。基于该项目理论成果发展的6项授权专利实现了技术转让，合作进行产业化开发。