穩(wěn)定實用的纖維鋰離子電池

近些年小型、便捷電子設(shè)備發(fā)展迅猛，而大體積、剛性的能源設(shè)備不能滿足這些設(shè)備的要求。為匹配這些微型設(shè)備，能源設(shè)備向著微型的方向發(fā)展。與平板夾層的電池相比，線性纖維鋰離子電池具有靈活多變的特點。纖維鋰離子電池體積小、適應(yīng)性強(qiáng)和可編織性強(qiáng)，然而制備適合的纖維電極需要先進(jìn)的技術(shù)。

圖1 TiO2/ rGO纖維簡明合成流程圖

蘇州大學(xué)耿鳳霞課題組的研究工作者，將TiO2加工成納米片，通過濕法紡織技術(shù)合成納米纖維。TiO2納米片和還原石墨烯（rGO）堆積共沉淀，成為高效集流體，同時TiO2/rGO纖維電極具有超高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的電化學(xué)性能。

圖2 (a) 半電池簡明示意圖 (b) 電壓容量圖 (c) 倍率圖 (c)長循環(huán)

TiO2/ rGO纖維電極金屬鋰線組裝成半電池，在電位窗為1-3V的條件下，檢測電化學(xué)性能。纖維電池長為3cm，在0.0085mA的電流下充放電，首次放電比容量高達(dá)168mAh/g（理論比容量為170mAh/g）。在0.0085、0.0170、0.0255、0.0340和0.0425mA的電流下檢測其倍率性，在最大電流0.0425mA時，容量保持為89mAh/g，當(dāng)電流回到0.0085mA時，容量保持為150mAh/g。電池在電流為0.0170mA時，首次放電比容量126mAh/g，循環(huán)100次后容量保持為100mAh/g，容量保持率高達(dá)80%。

圖3 柔性全電池性能圖 (a) 一個LED燈時電池工作超過5h(b) 電池彎折時的電壓 (c) 30cm的電池可以使6個LED燈工作。

LiMn2O4為正極與TiO2/rGO組裝成全電池，10cm的混合纖維電池可以供應(yīng)一個LED（2V，60mW）連續(xù)工作5個小時以上。以TiO2納米片合成的TiO2/rGO納米纖維表現(xiàn)出如此良好的電化學(xué)性能，證明了材料設(shè)計的合理性和可行性，這對于先進(jìn)的柔性電池儲能材料有著重大的意義。