深潜器固态锂电池能源系统的研究

Deep-sea energy system is one of the key components for bathyscaphe, which determines the technology and reliability for the whole system. With the increasing demand of energy density in power source system, lithium batteries have drawn substantial attention for its high energy density. However, there are potential safety hazards of combustion and explosion when lithium batteries employing organic carbonate solvent as electrolytes. To address this issue, we develop solid-state electrolyte based lithium battery and packed energy storage system. The lithium conducting mechanism of solid-state polymer electrolyte will be elaborated through the investigation of material, the device, the module. Furthermore，the under-pressure performance (equalized to 11,000 meters depth) of the solid state pouch cell with oil-filled protection will be tested, as well as the scale-up techniques. The evaluation of the packed the battery system based on solid-state lithium battery are going to be tested with the full ocean depth.

深海能源系统是深水装备关键部件之一，直接影响水下装备的技术水平和可靠性。随着深潜器对电源能量密度需求的不断提升，锂离子电池开始得到了越来越多的重视及应用。然而目前锂离子电池由于采用液态电解液，存在安全隐患。为了解决这一瓶颈问题，本项目计划采用固态电解质构建固态锂电池，并深入研究基于固态锂电池全海深能源系统。通过材料、器件、模块三方面入手，深入研究固态电解质体系分子结构与离子电导率的构效关系，揭示固态电池内部热-电-应力与离子输运的耦合机理；完成全海深（最大深度11000米）高比能固态锂电池单体关键材料与制备技术开发、单体充油耐压结构设计与批量化制备技术开发；研制全海深充油耐压固态锂电池模块，完成综合试验与评价，率先实现其在深海装备上的应用。

深海能源系统是深水装备关键部件之一，直接影响水下装备的技术水平和可靠性。随着深潜器对电源能量密度需求的不断提升，锂离子电池开始得到了越来越多的重视及应用。然而目前锂离子电池由于采用液态电解液，存在安全隐患。为了解决这一瓶颈问题，本项目设计了新型聚合物固态电解质，研究了聚合物电解质体系分子结构与离子电导率的构效关系，构建了基于三维离子传输骨架的具有高离子传输特性的有机/无机复合固态电解质，阐明了三相渗流离子传输机制。探索了聚合物固态电解质工程化工艺，发展卷对卷工程化工艺。研究了差异化锂盐对正负极界面调控的影响规律，构建了高稳定性有机/无机复合电解质及电极界面缓冲层。分析材料-电池-系统全链条热失控行为，探究锂电池热失控机理，揭示了固态锂电池具有高安全、高可靠性本质特性。优化固态单体电池器件设计，打通单体电池原位固化工艺，研制出高安全，长寿命的固态锂电池。聚焦深海装备需求，研究了差异化、多层级、多维度、高安全可靠的电源管理策略。开发出高能量密度固态电源系统并广泛展开固态锂电池电源系统的应用验证，5年内实现零故障示范运行。高能量密度固态锂电池深海电源技术的成功突破，可大幅提升深水装备的续航能力、作业效率、安全可靠性，促进深海装备智能化、高效化，为深海资源开发及海疆防卫提供强大能源动力，对于加速我国海洋强国的建设具有重要的意义。