摘要：当可穿戴设备日益深度融入我们的生活，一个尖锐矛盾随之浮现——那些被精心包裹在手表手环下的硬质电池模块，与身体舒适佩戴的柔性需求格格不入。更糟糕的是，液体电解质固有的泄漏和燃爆风险，如同悬在舒适体验之上的利刃，但科技总能带来曙光。
当可穿戴设备日益深度融入我们的生活，一个尖锐矛盾随之浮现——那些被精心包裹在手表手环下的硬质电池模块，与身体舒适佩戴的柔性需求格格不入。更糟糕的是，液体电解质固有的泄漏和燃爆风险，如同悬在舒适体验之上的利刃，但科技总能带来曙光。
想象一下，消防员穿着能自动调温的防护服冲进火场，衣服里没有笨重的电池模块，却能持续为生命监测设备供电；潜水员在零下10℃的深海作业，贴身衣物自带的加热系统靠织物本身就能续航8小时——这些听起来像科幻电影的场景，正因为固态电解质纺织品（Solid-State Electrolyte Textiles，SSETs）的出现，一步步走进现实。
防水电加热纱线的应用
如今的电子穿戴设备早已不是“手表+手环”的简单形态。运动爱好者想要衣服实时监测肌肉张力，慢性病患者需要无感佩戴的健康监测装备，甚至时尚达人都期待能发光、可交互的智能服饰。但传统锂电池始终是个“硬伤”：液态电解质怕摔怕漏，硬质电池模块硌得人难受，低温下续航还会“跳水”。就像我们总在抱怨智能手表一天一充，却忘了它背后那枚无法弯曲的电池，早已跟不上“穿戴”的本质需求。而固态电解质纺织品的横空出世，正是要把“电池”彻底变成织物的一部分，让电子穿戴真正实现“无感融入”。
这是一场关于材料、制备工艺和应用的多维革新，核心原理令人着迷：
固态电解质充当核心媒介：由高性能聚合物（如PEO、PVDF-HFP）或无机陶瓷（如石榴石型氧化物LLZO）构成的固态电解质层取代了液态电解液，彻底消除泄漏与燃烧风险。
电极功能材料化为“纤维”：正极材料（如钴酸锂LCO、磷酸铁锂LFP）、负极材料（如钛酸锂LTO、特定有机材料）以纳米复合物形式分散或负载在柔性导电纤维（如碳纤维基、高分子基）中，成为织物结构中的“能量节点”。
微观结构构筑三维导电网络：在纤维、纱线乃至整体织物结构中，精心构筑互相连接但物理隔离的固态离子传输通道（电解质相）和电子传输通道（电极材料相），形成完整的能量存储转换体系。
电化学反应如织锦穿行：放电时，阳极发生氧化反应释放电子和锂离子，电子通过外部电路做功，离子穿越固态电解质层抵达阴极参与还原反应；充电过程则将此路径倒转。这种将电化学核心单元结构完全由纤维“编织”出来的策略，为穿戴设备带来了前所未有的适应性。
从实验室走出来的“柔性能量体”：那些颠覆认知的研发成果
西北工业大学的实验室里，有一块能“感知温度”的芳砜纶布料——它在100℃时会发出最亮的光，温度超过200℃反而会变暗，消防员穿上用它做的防护服，队友能通过光线变化判断他周围的环境温度。更神奇的是上海第二工业大学丁彬教授团队的成果：他们用固态电解质纺织品做的锂电池，在-60℃的极寒环境下还能保持稳定容量，扔到210℃的高温里针刺、挤压，既不冒烟也不爆炸，能量密度却高达280瓦时/千克，比普通智能手表电池还强。
高性能纤维电池的集成
这些突破背后，是材料与工艺的双重革新。比如丁彬团队研发的聚合物凝胶电解质纤维电池，他们先在纤维里造了“内、外双通道”，让凝胶能像血管一样渗透到每个角落，再把聚合物单体溶液灌进电极纤维，最后形成的电池不仅能弯能折，容量保持率还超过80%，库伦效率接近99%。用这种纤维织成的布料，随便剪一块下来都能当电源，缝在消防服里，就能为体温传感器、定位设备持续供电。
还有西北工大研发的“树干年轮”电极，听起来就很有意思——他们把不到5毫米长的碳纤维竖着排成200微米厚的薄膜，像树干年轮一样卷起来，再涂上磷酸铁锂浆料。这种电极的热传导率是传统电极的3倍，阻抗却只有1/3，用它做的电池，比容量能达到150毫安/克，是普通电极的两倍多。把它织进运动内衣里，监测心率的传感器再也不用频繁换电池了。
突破性制备技术：制造维度上的革命
固态电解质纺织品的制造不仅是工艺问题，更是一场在力学支撑、导电网络和离子通道间寻求最佳平衡的艺术：
静电纺丝技术：其核心原理是利用高压电场将高分子溶液拉伸成纳米级连续纤维。这一技术能直接制备无纺布状的聚合物基电解质膜和复合电极材料膜，操作简单灵活。核心突破方向在于多组分/多层级结构的精密共纺与大面积生产控制。如清华大学团队（2022）采用同轴静电纺丝技术批量制造了具有PEO基电解质鞘层和PVDF/PAN混合芯层的核鞘纤维，结构优化后，界面电阻下降了60%。
纺织成型技术：
机织/针织：将功能性导电纱线（如涂覆了电极活性物质的导电纱、含固态电解质的复合纱）通过常规纺织方式织成柔性电极或电解质层。
编织/刺绣：适用于更精细的电路设计，能精确定位纤维与电极位置。
非织造成型：短纤经梳理、气流成网等工艺形成柔性基体，成本低廉。
涂层与沉积技术：
喷涂/刮涂：将电极或电解质浆料直接涂敷在织物基底上，工艺简单但厚度控制和界面粘结是瓶颈。
原子层沉积（ALD）：原子级精度的薄膜沉积技术，在复杂纤维表面包覆界面修饰层和固态电解质薄膜效果显著。韩国KAIST团队（2023）将ALD制备的LLZO薄膜用于修饰织物表面，成功大幅降低了界面电阻。
化学气相沉积（CVD）：可在纤维基底原位生长石墨烯等导电层或电极活性薄膜。
磁控溅射：适用于在温度敏感的纤维基底沉积薄而均匀的电极材料层。
3D打印与增材制造：定制化能力强大，可打印更精细、结构更复杂的三维储能织物结构。如瑞士联邦材料实验室Empa（2023）采用墨水直写技术实现了包含固态电解质和电极的纤维结构精确三维堆叠。
关键步骤：辊压机与电磁加热辊的“硬核操作”
很多人好奇，硬邦邦的电池怎么变成能穿的布料？其实核心工艺里，有两个“大功臣”——辊压机和电磁加热辊，它们就像纺织厂里的“魔术师”，把粉末和纤维变成了能储能的织物。
先从材料准备说起。比如要做硫化物固态电解质纺织品，得先把硫化物粉末和少量粘结剂放进球磨机，搅成能拉丝的糊状。接着就轮到辊压机登场了：它有两个相向转动的压辊，一个固定，一个能调节压力，就像家里擀面条的擀面杖，不过精度要高得多。把糊状的电解质材料喂进去，在25-250℃的温度、1-30转/分钟的转速下，压辊会把材料压实成薄薄的膜，厚度均匀，粘结剂含量还能控制在0.1%-5%之间——粘结剂多了会影响导电，少了又不牢固，这个精度全靠辊压机把控。
更关键的步骤在后面：要把压好的电解质膜和普通织物叠在一起，这时候就需要“带加热功能”的电磁加热辊了。它和传统加热辊不一样，不是靠热油或电阻丝发热，而是靠电磁感应——线圈通电产生磁场，金属辊自身发热，温度能精准控制在±1℃以内，最高能到350℃。当叠好的电解质膜和织物经过电磁加热辊时，高温会让它们紧紧粘在一起，既保证了电解质膜的柔性，又增强了整体强度,还能降低锂枝晶穿刺的风险——锂枝晶就是电池里的“小刺”，容易戳破电解质导致短路，现在有了牢固的复合结构，安全性大大提高。
上海第二工业大学丁彬教授团队做固态锂电池纺织品时，也用到了对辊成型技术。他们把有机和无机复合电解质材料放进对辊机，压出来的薄膜既能和纤维完美结合，又能保持高离子电导率。正是靠这套工艺，他们做出的电池才能在-60℃到190℃的极端温度下稳定工作。
不止于“能供电”：电子穿戴的下一个十年，藏在这些场景里
现在的固态电解质纺织品，早已不是“能发电的布”那么简单，它正在解锁电子穿戴的更多可能。
在医疗领域，初创公司Loomia正在开发能监测血糖的智能织物。它把微型传感器和固态电解质织物电池缝进贴身内衣里，电池薄得像一张纸，能持续为传感器供电，患者不用再天天扎手指，衣服就能实时传输血糖数据。德国Fraunhofer研究所更厉害，他们做的“e-textile绷带”，靠织物电池驱动微泵，能根据伤口情况自动释放药物，还能监测愈合进度。
运动领域的应用更贴近生活。美国Nextiles公司和MIT合作的智能运动衣，把固态电解质储能单元织进面料里，能为嵌入的肌肉传感器供电8小时以上。跑步时，衣服能监测你腿部肌肉的张力，通过手机APP提醒你调整姿势，避免受伤——这比绑个传感器在腿上舒服多了。
就连新能源汽车也能用上它。丁彬团队发现，用固态电解质纺织品做的锂电池，能解决新能源汽车的“低温续航焦虑”和“高温安全隐患”。未来或许能把这种材料做成汽车座椅的面料，既舒适又能当备用电源，紧急情况下还能为车载设备供电。
当然，这项技术还有需要突破的地方。比如现在制备过程中，静电纺丝、精密涂覆这些工艺还很难做到大规模量产，成本也比较高；聚合物电解质在室温下的导电率还不够理想，需要科学家们继续优化材料配方。但就像十年前我们想不到智能手表能测血氧，现在的固态电解质纺织品，也正在为电子穿戴打开一个“万物皆可织”的未来。
固态电解质纺织品代表的不仅是一种新型储能器件，更是一种全新思维方式——将能源存储单元彻底柔化、无形化，使其能与承载人类躯体的天然柔性载体无缝融合。虽然当下仍被材料性能和工艺复杂度所困，但从诺基亚的初步尝试，到MIT的界面工程革新，再到上海硅酸盐所的陶瓷纤维化突破，每一步都是艰难而有价值的跃进。
当电池不再是冰冷的模块，而是能随身体曲线贴合的织物；当电子设备不再是“附加品”，而是衣服本身的一部分，电子穿戴才能真正融入生活。而固态电解质纺织品，正是这条路上最关键的一步。
文章参考资料：从材料到纺织品、中国纺织报、上海联净
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来源：联净自动化