稳定实用的纤维锂离子电池

近些年小型、便捷电子设备发展迅猛，而大体积、刚性的能源设备不能满足这些设备的要求。为匹配这些微型设备，能源设备向着微型的方向发展。与平板夹层的电池相比，线性纤维锂离子电池具有灵活多变的特点。纤维锂离子电池体积小、适应性强和可编织性强，然而制备适合的纤维电极需要先进的技术。

图1 TiO2/ rGO纤维简明合成流程图

苏州大学耿凤霞课题组的研究工作者，将TiO2加工成纳米片，通过湿法纺织技术合成纳米纤维。TiO2纳米片和还原石墨烯（rGO）堆积共沉淀，成为高效集流体，同时TiO2/rGO纤维电极具有超高的机械强度和优良的电化学性能。

图2 (a) 半电池简明示意图 (b) 电压容量图 (c) 倍率图 (c)长循环

TiO2/ rGO纤维电极金属锂线组装成半电池，在电位窗为1-3V的条件下，检测电化学性能。纤维电池长为3cm，在0.0085mA的电流下充放电，首次放电比容量高达168mAh/g（理论比容量为170mAh/g）。在0.0085、0.0170、0.0255、0.0340和0.0425mA的电流下检测其倍率性，在最大电流0.0425mA时，容量保持为89mAh/g，当电流回到0.0085mA时，容量保持为150mAh/g。电池在电流为0.0170mA时，首次放电比容量126mAh/g，循环100次后容量保持为100mAh/g，容量保持率高达80%。

图3 柔性全电池性能图 (a) 一个LED灯时电池工作超过5h(b) 电池弯折时的电压 (c) 30cm的电池可以使6个LED灯工作。

LiMn2O4为正极与TiO2/rGO组装成全电池，10cm的混合纤维电池可以供应一个LED（2V，60mW）连续工作5个小时以上。以TiO2纳米片合成的TiO2/rGO纳米纤维表现出如此良好的电化学性能，证明了材料设计的合理性和可行性，这对于先进的柔性电池储能材料有着重大的意义。