近日，复旦大学高分子科学系彭慧胜教授团队在柔性纤维储能领域取得新进展。研究团队提出了一种基于外部锂源精准供给与界面协同调控的锂硫纤维电池构筑策略，通过顺序活化过程实现稳定电极界面的原位形成，有效解决了硫基纤维电池首次效率低和循环稳定性不足等关键问题，构筑了兼具高能量密度与优异柔韧性的纤维电池器件。
相关成果以“Regulated external lithium supply enables high-energy sulfurized polyacrylonitrile-graphite fiber batteries”为题发表于Science Bulletin。
研究亮点
提出外源锂精准调控与顺序活化新策略，实现高容量SPAN正极的高效补锂与稳定界面构筑；
构建高性能SPAN–石墨全纤维电池体系，实现纤维电池高能量密度与高安全性解耦；
揭示活化过程中锂迁移与界面演化机制，建立面向高性能柔性储能器件的普适界面调控与活化方法。
研究背景
随着可穿戴电子设备、智能纺织和柔性机器人等新兴领域的快速发展，传统刚性储能器件难以满足轻量化、柔性化和高安全性的应用需求。纤维电池因其独特的一维结构、高度可编织性和形态适应性，被认为是构建下一代柔性储能系统的重要方向。然而，当前纤维电池仍面临能量密度、安全性与器件集成难以兼顾的关键挑战。
硫化聚丙烯腈（SPAN）作为一种高容量、结构稳定的有机硫正极材料，具有优异的循环稳定性和安全优势，是发展高性能纤维电池的潜在候选材料。然而，由于SPAN正极材料本身不含活性锂，在全电池构建过程中通常需要依赖金属锂负极提供锂源。该策略不仅引入了金属锂枝晶生长和不可逆锂损耗等安全隐患，同时，金属锂难以与柔性纤维结构实现高度兼容性集成，也限制了其在贴身可穿戴器件中的应用。此外，SPAN在首次充放电过程中会发生大量锂消耗，包括界面膜（CEI）的形成以及C–S键重排等过程，进一步降低初始库仑效率并增加锂资源需求。因此，如何在避免金属锂依赖的同时，实现锂资源精准补偿和稳定界面构筑，是推动SPAN纤维电池发展的关键科学问题。
成果简介
该研究通过设计外源锂精准调控策略与顺序活化（Sequential Activation Protocol，SAP）方法，构建出高性能SPAN–石墨全纤维锂电池体系。该体系利用可控外源锂迁移实现锂资源精准补偿，并通过电化学活化过程诱导稳定SEI/CEI界面原位形成，有效解决了SPAN正极首次锂损失严重、界面演化复杂以及传统金属锂负极难以兼顾安全性与纤维化集成的问题。通过结合电化学测试、X射线光电子能谱（XPS）、电子显微分析等多种表征手段，系统揭示了不同活化路径下锂迁移行为和电极界面演化规律，阐明了顺序活化过程中锂资源调控与界面稳定构筑的协同机制。
基于该策略构筑的SPAN–石墨全纤维电池实现了高效锂利用和优异电化学性能，首次库仑效率达到98.82%，能量密度达到132.2 Wh kg-1，并在低负极/正极容量比（1.08）下表现出优异的循环稳定性。同时，该纤维电池具备良好的机械柔性，在反复弯曲测试后仍保持稳定电化学性能，并可进一步集成于织物结构中实现稳定供能。通过不同活化策略对比及电极拆解分析，研究进一步明确了顺序活化对于优化锂分布、促进稳定界面形成以及提升全电池性能的关键作用，为高能量密度、高安全柔性储能器件的发展提供了新的技术路径。
图文导读
图1. SPAN-石墨纤维电池及顺序活化工序示意图
（a）LSFBs的结构及工作原理示意图；（b）SAP活化过程示意图。
图2. SPAN纤维正极的制备与电化学性能
（a）原始S、PAN和SPAN的X射线衍射（XRD）图谱；（b）SPAN的拉曼光谱；（c）SPAN阴极的横截面扫描电子显微（SEM）照片和X射线能谱图（EDS，100×）；（d）在连续纤维阴极制造过程中，SPAN阴极负载对浆料固含量的依赖性；（e）连续制造过程中SPAN阴极负载相对于光纤长度的稳定性测试；（f）SPAN光纤半电池在前四个周期内的库仑伏安曲线（CV，扫描速率1 mV s-1）；（g）SPAN纤维阴极半电池在1至200次循环后的容量保持率（红色）和库仑效率（蓝色）；（h）SPAN纤维阴极的容量保持率（红色）和库仑效率（蓝色）与0.1, 0.2, 0.5C及1C倍率性能（1 C=673.2 mA g-1）。
图3. 不同活化工步的性能对比
（a）作为外来锂源的锂渗透芳纶纤维电极（Li-AF）在熔融灌锂工序前后的XRD图谱；（b）不同捻度（Ttex）Li-AF负载锂容量对比图；（c）Li-AF重量随长度变化规律，并与全电池质量对比图；（d）三种活化工序示意图；（e）三种活化工序的首圈充放电曲线对比图；（f）三种活化工序前三圈充放电的库伦效率及平均放电电压对比图；（g）三种活化工序的dQ/dV曲线对比图。
图4. LSFB的全电池活化过程与界面研究
（a）LSFBs在SAP过程的充放电曲线；（b）SAP前后LSFBs的CV曲线；SAP前后LSFBs的（c）横面与（d, e）截面的SEM图；（f-h）SAP后SPAN纤维正极表面的（f）F 1s，（g）C 1s，（h）O 1s XPS精细谱；（i）SAP后LSFBs的变速CV曲线（扫速0.1-1.0 mV s-1）；（j）不同扫速下SPAN纤维正极与石墨纤维负极的Lg i vs. Lg v拟合曲线；（k）锂硫锂金属纤维电池（LMSFBs）与LSFBs在1圈与100圈循环次数的Nyquist曲线。
图5. LSFBs的全电池性能与集成应用展示
（a）LMSFBs与LSFBs的电化学循环寿命曲线；（b）LSFBs第1, 10, 20, 50, 100圈循环的充放电曲线；（c）LSFBs全电池能量密度与当前主流纤维电池对比图；（d）LSFBs的弯折稳定性测试；（e）LMSFBs与（f）LSFBs在酚酞水溶液中的切断测试；（g）LSFBs集成织物在水中为LED阵列供电；（h）LSFBs集成织物在浸洗-自然晾干-再浸洗循环下的电压稳定性测试。
作者简介
第一作者：李天睿，复旦大学硕士研究生，从事新型高能量密度储能方式与纤维储能器件研究。
通讯作者：王兵杰，复旦大学研究员，博士生导师，纤维电子材料与器件研究院副院长，国家优秀青年科学基金获得者，主要从事柔性储能材料的制备和智能纤维器件的产业化研究。
通讯作者：赵琛，复旦大学青年研究员，国家优秀青年科学基金（海外）获得者，主要从事新型高能量密度纤维储能器件研究。
团队：彭慧胜院士团队
彭慧胜，复旦大学特聘教授，博士生导师，中国科学院院士，国家杰出青年科学基金获得者，“长江学者”特聘教授，国家万人计划领军人才，现任复旦大学校长助理、科学技术研究院院长。
文章信息
Tianrui Li, Chuanfa Li, Qian Ye, Yi Jiang, Longmei Ma, Jiaqi Wang, Yiqing Cheng, Kun Zhang, Jiahe Qu, Yingfan Chang, Shiqi Sun, Siwei Cao, Haiyang Cheng, Meng Liao, Peining Chen, Jue Deng, Chen Zhao, Huisheng Peng, Bingjie Wang. Regulated external lithium supply enables high-energy sulfurized polyacrylonitrile-graphite fiber batteries. Science Bulletin, 2026; DOI: 10.1016/j.scib.2026.08.024.
