填國內空白！“青島造”固態鋰電池完成萬米海試示范應用

自主深海探測設備的開發已成為國家的一項重大戰略需求。高能量密度深海電源技術是制約潛水器長航時的瓶頸。目前，能夠承受100MPa壓力的全海深海供電技術只有日本掌握。近年來，中國在深海動力電池領域取得了令人矚目的成就。其中，“十五”期間，我國開發了充油耐壓銀鋅電池技術，并應用于“蛟龍”號載人潛水器，潛水深度7000米，巡航時間6小時。然而，銀鋅電池的能量密度低（低于60Wh/kg），使用壽命短（50倍），無法滿足11000米深海域長電池壽命領域的應用要求。

與銀鋅電池相比，鋰離子電池在能量密度和安全性方面具有明顯優勢，目前商用單體的能量密度高達180Wh/kg。然而，在使用有機電解質的鋰離子電池中，當出現過充電或內部短路等異常現象時，揮發性和易燃的有機電解質可能導致熱失控，尤其是在3000米以下，發生爆炸等安全事件的概率增加。使用固體電解質代替液體電解質可以使電池的能量密度達到400Wh/kg，是商用鋰離子電池的兩倍多，是銀鋅電池的六倍多。同時，有效克服了熱失控等安全風險，滿足了潛水器電池壽命長、安全性高的要求，可以為深海空間站和深海機器人提供充足的能源動力。

在中國科學院納米項目和科技局深海動力項目的支持下，中國科學院青島生物能源與工藝研究所國家杰出青年基金獲得者崔光磊帶領的研發團隊堅持源頭創新。針對傳統聚環氧乙烷（PEO）在室溫下離子電導率低、電位窗窄的瓶頸問題，從電解質分子結構與離子電導率的構效關系出發，深入研究了離子傳輸機理和壓力耦合的多尺度科學問題，創新開發了一種綜合財產優異的復合聚合物。同時，系統分析了固態鋰電池熱電應力多物理場的耦合因素，發展了固態電池的跨尺度相關理論。在源頭創新的基礎上，創新開發了鋰金屬的界面改性技術和界面原位修復技術；

在中國科學院深海科學與工程研究所的大力支持下，“陸地”號和“海洋”號共同攻克了深部固態鋰電池模塊和系統集成等關鍵工程技術問題，研制出了高能量密度、高安全性的深部固態鋰電動力系統。

該系統具有安全性高、續航時間長、全水深等特點，是長航時潛水器的理想動力。該團隊開發的第一代大容量固態聚合物鋰二次電池（清能一號）以三元材料和金屬鋰為正負極，經第三方授權，能量密度超過250Wh/kg，500次循環后容量保持在80%以上，從而在諸如重復針刺和擠壓的苛刻測試條件下保持非常好的安全性能。截至目前，青島能源研究院崔光磊研發的固體鋰二次電池（清能二號）技術取得突破，其能量密度達到300Wh/kg，是商用鋰離子動力電池的兩倍，是銀鋅電池的五倍。

2017年1月15日至3月23日，青島能源研究所研制的固態電池系統（清能一號）與中國科學院深海研究所探險隊一起前往馬里亞納海溝（TS03探險隊），為萬泉著陸器的控制系統和CCD傳感器提供能量，共完成9次潛水，深度均在7000米以上，其中6個超過10000米，最大工作水深為1090米。累計水下作業時間為134小時，最大連續作業時間為20小時。萬米深海的示范應用已經成功完成，這標志著中國成為繼日本之后，世界上第二個在全海成功應用深度鋰二次電池電力系統的國家，這表明中國科學院的“陸海一體化”突破了深海供電的技術瓶頸，掌握了深海供電系統的核心技術。

上述成果得到了國家結清、中科院納米工程、135所、中科院深海動力項目、青島儲能基金等項目的支持。自主深海探測設備的開發已成為國家的一項重大戰略需求。高能量密度深海電源技術是制約潛水器長航時的瓶頸。目前，能夠承受100MPa壓力的全海深海供電技術只有日本掌握。近年來，中國在深海動力電池領域取得了令人矚目的成就。其中，“十五”期間，我國開發了充油耐壓銀鋅電池技術，并應用于“蛟龍”號載人潛水器，潛水深度7000米，巡航時間6小時。然而，銀鋅電池的能量密度低（低于60Wh/kg），使用壽命短（50倍），無法滿足11000米深海域長電池壽命領域的應用要求。

與銀鋅電池相比，鋰離子電池在能量密度和安全性方面具有明顯優勢，目前商用單體的能量密度高達180Wh/kg。然而，在使用有機電解質的鋰離子電池中，當出現過充電或內部短路等異常現象時，揮發性和易燃的有機電解質可能導致熱失控，尤其是在3000米以下，發生爆炸等安全事件的概率增加。使用固體電解質代替液體電解質可以使電池的能量密度達到400Wh/kg，是商用鋰離子電池的兩倍多，是銀鋅電池的六倍多。同時，有效克服了熱失控等安全風險，滿足了潛水器電池壽命長、安全性高的要求，可以為深海空間站和深海機器人提供充足的能源動力。

在中國科學院納米項目和科技局深海動力項目的支持下，青島生物能源研究所國家杰出青年基金獲得者崔光磊帶領的研發團隊……

s、 中國科學院堅持源頭創新。針對傳統聚環氧乙烷（PEO）在室溫下離子電導率低、電位窗窄的瓶頸問題，從電解質分子結構與離子電導率的構效關系出發，深入研究了離子傳輸機理和壓力耦合的多尺度科學問題，創新開發了一種綜合財產優異的復合聚合物。同時，系統分析了固態鋰電池熱電應力多物理場的耦合因素，發展了固態電池的跨尺度相關理論。在源頭創新的基礎上，創新開發了鋰金屬的界面改性技術和界面原位修復技術；在中國科學院深海科學與工程研究所的大力支持下，“陸地”號和“海洋”號共同攻克了深部固態鋰電池模塊和系統集成等關鍵工程技術問題，研制出了高能量密度、高安全性的深部固態鋰電動力系統。

該系統具有安全性高、續航時間長、全水深等特點，是長航時潛水器的理想動力。該團隊開發的第一代大容量固態聚合物鋰二次電池（清能一號）以三元材料和金屬鋰為正負極，經第三方授權，能量密度超過250Wh/kg，500次循環后容量保持在80%以上，從而在諸如重復針刺和擠壓的苛刻測試條件下保持非常好的安全性能。截至目前，青島能源研究院崔光磊研發的固體鋰二次電池（清能二號）技術取得突破，其能量密度達到300Wh/kg，是商用鋰離子動力電池的兩倍，是銀鋅電池的五倍。

2017年1月15日至3月23日，青島能源研究所研制的固態電池系統（清能一號）與中國科學院深海研究所探險隊一起前往馬里亞納海溝（TS03探險隊），為萬泉著陸器的控制系統和CCD傳感器提供能量，共完成9次潛水，深度均在7000米以上，其中6個超過10000米，最大工作水深為1090米。累計水下作業時間為134小時，最大連續作業時間為20小時。萬米深海的示范應用已經成功完成，這標志著中國成為繼日本之后，世界上第二個在全海成功應用深度鋰二次電池電力系統的國家，這表明中國科學院的“陸海一體化”突破了深海供電的技術瓶頸，掌握了深海供電系統的核心技術。

上述成果得到了國家結清、中科院納米工程、135所、中科院深海動力項目、青島儲能基金等項目的支持。

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