填国内空白！“青岛造”固态锂电池完成万米海试示范应用

自主深海探测设备的开发已成为国家的一项重大战略需求。高能量密度深海电源技术是制约潜水器长航时的瓶颈。目前，能够承受100MPa压力的全海深海供电技术只有日本掌握。近年来，中国在深海动力电池领域取得了令人瞩目的成就。其中，“十五”期间，我国开发了充油耐压银锌电池技术，并应用于“蛟龙”号载人潜水器，潜水深度7000米，巡航时间6小时。然而，银锌电池的能量密度低（低于60Wh/kg），使用寿命短（50倍），无法满足11000米深海域长电池寿命领域的应用要求。

与银锌电池相比，锂离子电池在能量密度和安全性方面具有明显优势，目前商用单体的能量密度高达180Wh/kg。然而，在使用有机电解质的锂离子电池中，当出现过充电或内部短路等异常现象时，挥发性和易燃的有机电解质可能导致热失控，尤其是在3000米以下，发生爆炸等安全事件的概率增加。使用固体电解质代替液体电解质可以使电池的能量密度达到400Wh/kg，是商用锂离子电池的两倍多，是银锌电池的六倍多。同时，有效克服了热失控等安全风险，满足了潜水器电池寿命长、安全性高的要求，可以为深海空间站和深海机器人提供充足的能源动力。

在中国科学院纳米项目和科技局深海动力项目的支持下，中国科学院青岛生物能源与工艺研究所国家杰出青年基金获得者崔光磊带领的研发团队坚持源头创新。针对传统聚环氧乙烷（PEO）室温离子电导率低、电位窗窄的瓶颈问题，基于电解质分子结构与离子电导率的构效关系，深入研究了离子传输机理和压力耦合的多尺度科学问题，创新开发了综合财产优异的刚柔复合聚合物。同时，系统分析了固态锂电池热电应力多物理场的耦合因素，发展了固态电池的跨尺度相关理论。在源头创新的基础上，创新开发了锂金属的界面改性技术和界面原位修复技术；

在中国科学院深海科学与工程研究所的大力支持下，“陆地”号和“海洋”号共同攻克了深部固态锂电池模块和系统集成等关键工程技术问题，研制出了高能量密度、高安全性的深部固态锂电动力系统。

该系统具有安全性高、续航时间长、全水深等特点，是长航时潜水器的理想动力。该团队开发的第一代大容量固态聚合物锂二次电池（清能一号）以三元材料和金属锂为正负极，经第三方授权，能量密度超过250Wh/kg，500次循环后容量保持在80%以上，从而在诸如重复针刺和挤压的苛刻测试条件下保持非常好的安全性能。截至目前，青岛能源研究院崔光磊研发的固体锂二次电池（清能二号）技术取得突破，其能量密度达到300Wh/kg，是商用锂离子动力电池的两倍，是银锌电池的五倍。

2017年1月15日至3月23日，青岛能源研究所研制的固态电池系统（清能一号）与中国科学院深海研究所探险队一起前往马里亚纳海沟（TS03探险队），为万泉着陆器的控制系统和CCD传感器提供能量，共完成9次潜水，深度均在7000米以上，其中6个超过10000米，最大工作水深为1090米。累计水下作业时间为134小时，最大连续作业时间为20小时。万米深海的示范应用已经成功完成，这标志着中国成为继日本之后，世界上第二个在全海成功应用深度锂二次电池电力系统的国家，这表明中国科学院的“陆海一体化”突破了深海供电的技术瓶颈，掌握了深海供电系统的核心技术。自主深海探测设备的开发已成为国家的一项重大战略需求。高能量密度深海电源技术是制约潜水器长航时的瓶颈。目前，能够承受100MPa压力的全海深海供电技术只有日本掌握。近年来，中国在深海动力电池领域取得了令人瞩目的成就。其中，“十五”期间，我国开发了充油耐压银锌电池技术，并应用于“蛟龙”号载人潜水器，潜水深度7000米，巡航时间6小时。然而，银锌电池的能量密度低（低于60Wh/kg），使用寿命短（50倍），无法满足11000米深海域长电池寿命领域的应用要求。

与银锌电池相比，锂离子电池在能量密度和安全性方面具有明显优势，目前商用单体的能量密度高达180Wh/kg。然而，在使用有机电解质的锂离子电池中，当出现过充电或内部短路等异常现象时，挥发性和易燃的有机电解质可能导致热失控，尤其是在3000米以下，发生爆炸等安全事件的概率增加。使用固体电解质代替液体电解质可以使电池的能量密度达到400Wh/kg，是商用锂离子电池的两倍多，是银锌电池的六倍多。同时，有效克服了热失控等安全风险，满足了潜水器电池寿命长、安全性高的要求，可以为深海空间站和深海机器人提供充足的能源动力。

在中国科学院纳米项目和科技局深海动力项目的支持下，中国科学院青岛生物能源与工艺研究所国家杰出青年基金获得者崔光磊带领的研发团队坚持源头创新。针对传统聚环氧乙烷（PEO）室温离子电导率低、电位窗窄的瓶颈问题，基于电解质分子结构与离子传导之间的构效关系……

深入研究了离子传输机理和压力耦合的多尺度科学问题，创新开发了综合财产优异的刚柔复合聚合物。同时，系统分析了固态锂电池热电应力多物理场的耦合因素，发展了固态电池的跨尺度相关理论。在源头创新的基础上，创新开发了锂金属的界面改性技术和界面原位修复技术；在中国科学院深海科学与工程研究所的大力支持下，“陆地”号和“海洋”号共同攻克了深部固态锂电池模块和系统集成等关键工程技术问题，研制出了高能量密度、高安全性的深部固态锂电动力系统。

该系统具有安全性高、续航时间长、全水深等特点，是长航时潜水器的理想动力。该团队开发的第一代大容量固态聚合物锂二次电池（清能一号）以三元材料和金属锂为正负极，经第三方授权，能量密度超过250Wh/kg，500次循环后容量保持在80%以上，从而在诸如重复针刺和挤压的苛刻测试条件下保持非常好的安全性能。截至目前，青岛能源研究院崔光磊研发的固体锂二次电池（清能二号）技术取得突破，其能量密度达到300Wh/kg，是商用锂离子动力电池的两倍，是银锌电池的五倍。

2017年1月15日至3月23日，青岛能源研究所研制的固态电池系统（清能一号）与中国科学院深海研究所探险队一起前往马里亚纳海沟（TS03探险队），为万泉着陆器的控制系统和CCD传感器提供能量，共完成9次潜水，深度均在7000米以上，其中6个超过10000米，最大工作水深为1090米。累计水下作业时间为134小时，最大连续作业时间为20小时。万米深海的示范应用已经成功完成，这标志着中国成为继日本之后，世界上第二个在全海成功应用深度锂二次电池电力系统的国家，这表明中国科学院的“陆海一体化”突破了深海供电的技术瓶颈，掌握了深海供电系统的核心技术。

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