一支來自上海復旦大學的科研團隊日前研發(fā)了一款可伸縮線型鋰離子電池，該創(chuàng)新科技利用兩個定向多層壁碳納米管/氧化鋰復合絲線作為電池組的陽極和陰極材料，而且不額外使用集電器以及粘結劑。正如這支科研團隊發(fā)表在《應用化學》雜志上的論文所言，新型電池可以編織成輕量化、易彎曲、有彈性、安全可靠的織物結構，并且擁有很高的能量密度等級。

兩根復合絲線配合使用，可以得到可靠性高的電池組，能量密度達到27瓦時/千克或者17.7毫瓦時/立方厘米，功率密度達到880瓦/千克或者0.56瓦/立方厘米，這些數據比傳統(tǒng)鋰離子薄膜電池反映數據有著數量級上的提高。線型電池彎曲能力強且重量較輕，經過100次彎曲測試后儲電能力可以保留新產品的97%。

得益于改進的彈簧結構，線型電池彈性出眾；經受200次強度達到100%的拉伸測試，儲電性能僅僅降低16%。創(chuàng)新的線型電池已經被開發(fā)成了可拉伸的織物式電池組，未來很有可能得到廣泛應用。先前生產線型電化學超級電容器的方法為把兩個纖維電極纏繞在一起，但是整個系統(tǒng)的性能表現(xiàn)較差，最終也沒能成功推廣到市場中。

鋰離子電池組可以有效地提高能量密度，但是之前的設計并沒有考慮過導線的形式。除了效能結構上的難題，鋰離子電池的安全問題也是一個重要影響因素：電池在過度充電時，材料鋰會形成樹枝狀結構，有可能穿透陽極，造成整個供電系統(tǒng)的短路，最終引起電池的自燃。這個問題對于線型電池構造顯得更為嚴重，因為使用過程中的拉伸、纏繞和彎曲更容易造成短路。

解決安全性問題

復旦大學的這支科研團隊成功解決了該安全性問題，研發(fā)出了高能量密度的線型鋰離子電池，而其中的核心技術為一種特殊的結構以及使用的材料。陽極和陰極室兩根處于平行位置的多層壁碳納米管纖維，其中一個含有鈦酸鋰（LTO）顆粒，另一個含有錳酸鋰（LMO）顆粒。由于平行的納米結構和超高導電能力，制造過程不需要使用任何集電器和粘結劑。

電池充電過程中，鋰離子從錳酸鋰晶格移動到電解液中，最終到達陽極的鈦酸鋰晶格中；電池放電過程中，鋰離子的運動方向剛好相反。鈦酸鋰復合電極的應用，使得單質鋰和鋰離子之間的轉化發(fā)生在電壓1.5伏左右，因此樹枝狀鋰結構生成的概率很小，不會造成短路的發(fā)生，從而電池安全性得到保障。

連續(xù)碳納米管的平行排列設計可以最大程度上控制納米粒子，并且為電荷傳輸提供了一條有效路徑，充當了集電器的作用。兩條電極絲線成平行分布，由一個絕緣物層分離，并被包裹在一個熱收縮管中。為了讓線型電池富有彈性，包裹材料可以使用像聚二甲硅氧烷這類彈性纖維，并涂抹一薄層膠狀電解液。這樣的話，不管是長度拉伸到原來的一倍，或者環(huán)繞成各種各樣的圓圈，都不會引起電池容量的降低。

線型電池能夠被生產為很長的纖維，再加工成織物結構，最終以紡織品的形式出現(xiàn)。