鋰離子電池在深潛器上的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

戴國(guó)群，陳性保，胡 晨

(1.北京神州遠(yuǎn)望科技有限公司，北京100029；2.珠海市賽緯電子材料有限公司，廣東珠海519000；3.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京100192)

鋰離子電池在深潛器上的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

戴國(guó)群1，陳性保2，胡 晨3

(1.北京神州遠(yuǎn)望科技有限公司，北京100029；2.珠海市賽緯電子材料有限公司，廣東珠海519000；3.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京100192)

深潛器是開(kāi)展水下作業(yè)的重要平臺(tái)。先進(jìn)能源技術(shù)是決定深潛器續(xù)航能力和航速的關(guān)鍵技術(shù)，是衡量深潛器性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。對(duì)國(guó)內(nèi)外典型深潛器所采用的動(dòng)力能源類型進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)對(duì)鋰離子電池在深潛器上的應(yīng)用方式進(jìn)行了剖析。通過(guò)與深潛器上傳統(tǒng)電池性能的比較，認(rèn)為鋰離子電池具有高能量密度、長(zhǎng)壽命、高安全性、低成本與免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，將成為新一代深潛器(HOV，UUV)最有發(fā)展前途的能源技術(shù)之一。

鋰離子電池；深潛器；壓力補(bǔ)償；耐壓電池；油浸；裸潛

隨著材料技術(shù)、制造技術(shù)和水下通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，各類水下深潛器如雨后春筍般涌現(xiàn)。新一代鋰離子電池技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使人類在海洋的活動(dòng)范圍逐漸擴(kuò)大，活動(dòng)時(shí)間日趨延長(zhǎng)，活動(dòng)內(nèi)容日趨多樣化。

1 鋰離子電池在深潛器上的應(yīng)用現(xiàn)狀

鋰離子電池自上世紀(jì)90年代商業(yè)化以來(lái)，在移動(dòng)通信與便攜式電子產(chǎn)品等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨后，人們將其成功應(yīng)用到航天和航空等領(lǐng)域[1]，顯現(xiàn)出其寬廣的應(yīng)用潛能。2012年3月，在美國(guó)著名導(dǎo)演卡梅隆乘坐的“Deepsea Challenger”(深海挑戰(zhàn)者)載人深潛器上又得到了充分展示，深潛器依靠搭載的鋰離子電池提供動(dòng)力，在太平洋馬里亞納海溝10 898 m海底深處，成功潛航了3 h。

由于深潛器使用環(huán)境的特殊性，電池成為其水下工作的唯一動(dòng)力能源。在深潛器的發(fā)展歷史中，電池一路伴隨它成長(zhǎng)，經(jīng)歷了從鉛酸電池、鋅銀電池、燃料電池、鎘鎳電池、氫鎳電池到鋰離子電池的發(fā)展過(guò)程。正是由于電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，才使深潛器具備了今日多功能的裝備能力。

目前，深潛器主要分為載人深潛器 (human occupied vehicle，HOV)和無(wú)人深潛器(unmanned underwater vehicle，UUV)。迄今為止，已有成百上千的各類深潛器在廣袤的海洋中執(zhí)行科考、救援、海底光纜鋪設(shè)和特種作戰(zhàn)等任務(wù)。

1.1 國(guó)內(nèi)外典型載人深潛器及其動(dòng)力能源

載人深潛器較早出現(xiàn)在上世紀(jì)60年代，其中以美國(guó)“阿爾文”號(hào)載人深潛器為杰出代表，1966年，“阿爾文”號(hào)載人深潛器以鉛酸電池為動(dòng)力，在西班牙海域成功打撈出一顆失落的氫彈，極大地鼓舞了人們研究深潛器的熱情，并由此掀起了研制高潮。此后，各類載人深潛器不斷涌現(xiàn)(見(jiàn)表1)。

1.2 國(guó)內(nèi)外典型無(wú)人深潛器及其動(dòng)力能源

自上世紀(jì)90年代起，在海底礦藏資源調(diào)查、石油開(kāi)采以及軍事作戰(zhàn)等多種需求的刺激下，無(wú)人深潛器得到了飛速發(fā)展。目前，世界上已有十幾個(gè)國(guó)家從事無(wú)人深潛器的研制，尤以美國(guó)、挪威、英國(guó)、日本和法國(guó)等處于領(lǐng)先地位(見(jiàn)表2)。

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2 鋰離子電池在深潛器上的應(yīng)用方式

目前，鋰離子電池在深潛器上常用的應(yīng)用方式有常壓型、油浸型、裸潛型及混合型等。

2.1 常壓型

常壓型應(yīng)用方式是將電池組直接安裝在耐壓殼體內(nèi) (圖1)。在潛水過(guò)程中，電池不受海水壓力變化的影響，始終處于常壓狀態(tài)。在下潛深度不超過(guò)2 000 m的無(wú)人深潛器上常采用這種方式，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于深潛器流線型設(shè)計(jì)；缺點(diǎn)是當(dāng)電池組出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題發(fā)生燃燒時(shí)，會(huì)導(dǎo)致密閉的壓力容器內(nèi)壓驟增，引起殼體炸裂，發(fā)生傷人事故。此外，由于殼體需要承壓，壁厚增加，導(dǎo)致質(zhì)量增加，降低了深潛器的有效載荷能力。

圖1 法國(guó)SAFT公司為輕型操雷(左)及重型概念魚(yú)雷(右)研制的標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池模塊[5]

2.2 油浸型

油浸型應(yīng)用方式是將電池固定在一個(gè)內(nèi)腔充滿絕緣油的電池箱中，利用壓力補(bǔ)償器對(duì)電池箱進(jìn)行壓力補(bǔ)償。壓力補(bǔ)償器比較常用的結(jié)構(gòu)方式有一體式和分體式。

圖2 一體式壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)示意圖[6]

(1)一體式：利用補(bǔ)償皮囊直接作為電池箱體的上蓋，電池則固定在金屬箱體內(nèi)，上蓋與箱體通過(guò)螺栓緊固在一起后，內(nèi)部為密閉空間(如圖2所示)。我國(guó)某大深度載人深潛器電池組，即采用這種結(jié)構(gòu)方式。其工作原理：當(dāng)深潛器下潛時(shí)，柔性補(bǔ)償皮囊受到外界海水壓力后，率先于金屬殼體向內(nèi)凹陷，對(duì)絕緣油形成擠壓，絕緣油體積被壓縮，因而產(chǎn)生內(nèi)壓。由于絕緣油的壓縮模量較大，較小的壓縮量就能迅速使絕緣油產(chǎn)生與外界壓力相等的內(nèi)壓，因而電池箱壁兩側(cè)壓力就瞬時(shí)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，避免了電池箱形變和破壞；而處于電池箱體內(nèi)的電池，根據(jù)流體力學(xué)帕斯卡原理，靜止液體內(nèi)任何一點(diǎn)壓強(qiáng)的變化都將等值傳到各點(diǎn)。因此，只要電池內(nèi)部沒(méi)有空隙存在，其表面任何一點(diǎn)所受合力均為零，因而不會(huì)被壓壞。當(dāng)深潛器繼續(xù)往下潛時(shí)，補(bǔ)償皮囊則繼續(xù)向內(nèi)凹陷，直至內(nèi)外壓力達(dá)到一個(gè)新的動(dòng)態(tài)平衡為止。當(dāng)深潛器上浮時(shí)，外壓減小，內(nèi)壓逐步釋放，使補(bǔ)償皮囊向外復(fù)位。當(dāng)深潛器上浮至水面后，補(bǔ)償皮囊又恢復(fù)到常壓狀態(tài)。

圖3 分體式壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)示意圖

(2)分體式：外置壓力補(bǔ)償器與電池箱彼此分立，使用時(shí)通過(guò)輸油軟管連通(如圖3)。壓力補(bǔ)償器內(nèi)部結(jié)構(gòu)較常用的方式有活塞式和皮囊式。其工作原理：下潛時(shí)，外界海水壓力大于電池箱絕緣油的內(nèi)壓，活塞(或皮囊)向內(nèi)運(yùn)動(dòng)。補(bǔ)償器中的絕緣油被推入箱體，對(duì)箱體內(nèi)的絕緣油形成擠壓，進(jìn)而產(chǎn)生內(nèi)壓，使電池箱壁兩側(cè)壓力瞬時(shí)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)深潛器上浮時(shí)，外壓減小，內(nèi)壓逐步釋放，活塞/皮囊向外歸位運(yùn)動(dòng)，當(dāng)深潛器上浮至水面后，補(bǔ)償皮囊又恢復(fù)到常壓狀態(tài)。俄羅斯“和平1/2”號(hào)載人深潛器電池組，即采用此種結(jié)構(gòu)方式。

油浸型結(jié)構(gòu)方式的優(yōu)點(diǎn)：

(1)有效載荷大：適用于任何下潛深度的深潛器，特別是在大深度深潛器上應(yīng)用更有優(yōu)勢(shì)，箱體壁厚僅為常壓結(jié)構(gòu)壁厚的1/10左右，數(shù)倍提高了深潛器的有效載荷。

(2)可靠性好、安全性高：首先，使用前可預(yù)先進(jìn)行電池耐壓模擬測(cè)試，確認(rèn)電池的耐壓性能，提高了系統(tǒng)的可靠性；其次，一旦電池組在水下出現(xiàn)安全問(wèn)題時(shí)，可通過(guò)深潛器上設(shè)置的拋載機(jī)構(gòu)進(jìn)行拋棄，電池組在自身重力的作用下沉入海底，以保障潛航員和深潛器的安全；此外，當(dāng)電池組停留在甲板時(shí)，亦可避免類似電池組在壓力容器內(nèi)因極端情況下發(fā)生燃燒引起的爆炸傷人事故。

(3)散熱效果好：熱量可通過(guò)海水直接冷卻降溫。

2.3 裸潛型

裸潛型應(yīng)用方式是將單體電池或單元電池與線路板整體灌封在樹(shù)脂膠內(nèi)，外部設(shè)置水密接頭，用于電路輸出。灌封后的電池可以直接使用，也可以通過(guò)水密電纜對(duì)電池再度進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)連接，組合成所需求電壓和容量。灌封的作用在于：使電池正負(fù)極形成絕緣防護(hù)層，避免電池在下潛過(guò)程中與海水接觸造成短路 (如圖4)。這種結(jié)構(gòu)方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；缺點(diǎn)是可靠性與循環(huán)壽命差，出現(xiàn)故障不能維修。

圖4 裸潛式電池結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 混合型

混合型應(yīng)用方式是將單體電池或單元電池固定在一個(gè)充滿硅膠油的帶有補(bǔ)償皮囊的薄形密閉殼體內(nèi)。單體電池的正負(fù)極與電路控制板通過(guò)導(dǎo)線連接到設(shè)置在殼體上的水密接件上。使用時(shí)，通過(guò)水密電纜將電池進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)連接，組成所需要的電壓和容量。美國(guó)Deepsea Challenger(深海挑戰(zhàn)者)載人深潛器和Bluefin(藍(lán)鰭金槍魚(yú)系列)UUV所攜帶的鋰離子電池組，即采用這種混合型方式(如圖5、圖6)。混合型方式的優(yōu)點(diǎn)是電池組合靈活，適用于任何下潛深度的深潛器；缺點(diǎn)是由于連接點(diǎn)多，影響電池組的可靠性。

圖5 美國(guó)Deepsea Challenger(深海挑戰(zhàn)者)深潛器鋰離子電池組

圖6 Bluefin(藍(lán)鰭金槍魚(yú)系列)可快速更換的深海鋰離子電池包與安裝現(xiàn)場(chǎng)

需要指出的是：無(wú)論是油浸型、裸潛型，還是混合型，均要求單體電池本身能承壓。由于液態(tài)圓柱形及方形鋼鋁殼鋰離子電池，其內(nèi)腔存在空氣及液態(tài)電解液。在電池受壓之后，空氣與電解液被壓縮，導(dǎo)致電池內(nèi)壓急驟升高，安全閥打開(kāi)，引起電解液外泄與殼體破裂，致使電池失效。因此，上述三種應(yīng)用方式僅適用于聚合物鋰離子電池。

3 鋰離子電池在深潛器上的性能優(yōu)勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)

目前，在深潛器上應(yīng)用比較成熟的有鉛酸電池、鎘鎳電池、鋅銀二次電池等傳統(tǒng)電池。鉛酸電池技術(shù)成熟、價(jià)格便宜，但能量密度不足，剩余電量不易估算，存在輕度記憶效應(yīng)等。鎘鎳電池相對(duì)鉛酸電池，比能量有所提高，但自放電大(＞20%/月)。銀鋅二次電池的能量密度較高，但充電時(shí)間長(zhǎng) (30 h左右)，使用壽命短(20～30次)，低溫性能較差，且價(jià)格昂貴，跟鉛酸電池一樣，充電時(shí)有可燃爆炸氣體產(chǎn)生。因此，銀鋅二次電池充電時(shí)，需要將電池箱體敞開(kāi)，置于通風(fēng)良好的環(huán)境下，充電完成后將密封蓋再裝回去。由于密封蓋的反復(fù)拆裝，會(huì)加劇密封性能的不穩(wěn)定性，給下潛過(guò)程帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)性。亞硫酰氯鋰電池為一次鋰電池，能量密度相當(dāng)高，但不可大倍率放電，遇短路、大電流或高溫時(shí)，容易引起熱失控，進(jìn)而發(fā)生爆炸[7]。早期，美國(guó)和法國(guó)在魚(yú)雷的研制過(guò)程中，采用亞硫酰氯鋰電池作動(dòng)力，均發(fā)生過(guò)爆炸事故。2010年，我國(guó)某研究所也發(fā)生過(guò)類似的爆炸事故。顯然，傳統(tǒng)電池雖然應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，但問(wèn)題依然突出。因此，鋰離子電池憑借其優(yōu)秀的電性能迅速成為水下能源技術(shù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，給深潛器動(dòng)力系統(tǒng)注入了新的希望。

3.1 性能優(yōu)勢(shì)

(1)能量密度高

鋰離子電池的能量密度是鉛酸電池的2～4倍，鋅銀二次電池的1.5倍左右。某型號(hào)操雷，用鋰離子電池替代原有的銀鋅二次電池后，在電池艙體積不變的情況下，航速與航程均提高了2倍，且無(wú)滯后時(shí)間。

(2)工作溫度范圍寬、環(huán)境適應(yīng)性與倍率性能好

鋰離子電池具有很好的高低溫度特性，可以在－20～60℃范圍內(nèi)正常工作(如圖7)，在工作過(guò)程中無(wú)氣體產(chǎn)生。此外，聚合物鋰離子電池還可以形狀尺寸任意，安裝方式不限，可在大傾角條件下工作，能適應(yīng)深潛器水下各種運(yùn)動(dòng)姿態(tài)要求。鋰離子電池還具有很好的倍率充放電特性，放電倍率高達(dá)27C(如圖8)。

(3)循環(huán)壽命長(zhǎng)

由于鉛酸電池在使用過(guò)程中，極板容易硫化，嚴(yán)重影響循環(huán)壽命，因此，鉛酸電池需要采取周期性的放電治療進(jìn)行修復(fù)。即便這樣，其循環(huán)壽命與鋰離子電池的循環(huán)壽命相比也相差較大。鋅銀電池的使用壽命僅為一年，循環(huán)壽命小于30次，而鋰離子電池使用壽命長(zhǎng)達(dá)八年。鋰離子電池與其它電池的循環(huán)壽命比較見(jiàn)表3。

圖7 鋰離子電池溫度特性曲線

圖8 鋰離子電池倍率放電特性

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

由于目前鋰離子電池大多使用極易燃燒的碳酸酯類有機(jī)電解液，抗濫用能力較差，設(shè)計(jì)不當(dāng)或?yàn)E用情形下易引起電池過(guò)充電或過(guò)熱等行為，使電池性能劣質(zhì)化，影響電池的使用壽命。最嚴(yán)重時(shí)，易導(dǎo)致熱失控發(fā)生，引起電池發(fā)生燃燒等安全問(wèn)題。本文針對(duì)影響電池的安全性與可靠性的幾個(gè)主要因素，提出以下解決方案。

3.2.1 電極體系材料

電極材料的選擇是研制電池組的關(guān)鍵技術(shù)之一，需慎重選擇。建議選用技術(shù)成熟、穩(wěn)定性較好的電化學(xué)體系，以提高電池本身的安全性能。在現(xiàn)有鋰離子電池正極材料中，Jiang和Chen等通過(guò)差示掃描量熱法(DSC)研究發(fā)現(xiàn)，LiCoO2、LiMn2O4、LiNi1/xCo1/yMn1/zO2、LiFePO4的熱穩(wěn)定性依次增強(qiáng)，LiCoO2、LiNi1/xCo1/yMn1/zO2、LiMn2O4、LiFePO4的過(guò)充性能依次增強(qiáng)[8-14]。由于LiMn2O4在高溫下Mn易溶解，使尖晶石結(jié)構(gòu)遭受破壞，引起循環(huán)壽命和高溫性能變差的問(wèn)題，因此，三元材料(LiNi1/xCo1/yMn1/zO2)與磷酸鐵鋰應(yīng)為水下深潛器電池的優(yōu)選電極材料。三元正極材料為鈷、鎳、錳三種金屬過(guò)度態(tài)化合物，融合了鈷酸鋰的循環(huán)穩(wěn)定性、錳酸鋰的安全性、鎳酸鋰的高容量的優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)能量密度要求高、安全性居次位的UUV應(yīng)用。磷酸鐵鋰正極材料較適合在HOV上應(yīng)用，以發(fā)揮其安全性高和循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)。其次，隔膜宜選用復(fù)合隔膜，以減少內(nèi)部短路幾率。此外，電解液選型也很重要，有機(jī)電解液除了易燃的問(wèn)題外，在一些濫用情況下，高活性的有機(jī)溶劑在電極材料的作用下，易發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱量，加速熱失控發(fā)生[15-17]。因此，電解液宜選用安全阻燃型電解液和高閃點(diǎn)溶劑組合，以提高電解液閃點(diǎn)和燃點(diǎn)溫度。

3.2.2 耐壓工藝

采用油浸型、裸潛型及混合型結(jié)構(gòu)的鋰離子電池組，需嚴(yán)格控制單體電池生產(chǎn)工藝過(guò)程中陰陽(yáng)極膜片的粒徑、粒度、金屬異物顆粒，以及涂布極片膜厚的均勻性、沖裁過(guò)程中的毛刺、隔膜品質(zhì)與疊放位置正確等，以防止電池在外界巨大壓力的作用下，造成內(nèi)部隔膜壓破而形成短路，產(chǎn)生熱失控的危險(xiǎn)。此外，化成過(guò)程中的產(chǎn)氣必須抽盡，務(wù)必使電池內(nèi)部形成亞固體狀態(tài)。

3.2.3 保護(hù)措施

挪威Kongsberg公司針對(duì)Hugin1000 UUV鋰離子電池組提出了以下安全措施[18]：

(1)設(shè)置防火墻：防止單個(gè)電池或模塊著火后，影響相鄰的電池或模塊；

(2)預(yù)防內(nèi)部短路：每個(gè)單體電池輸出端，均設(shè)聚合物保險(xiǎn)絲PTC FUSE；

(3)預(yù)防外部短路：連接導(dǎo)線外加設(shè)玻纖導(dǎo)管，防止導(dǎo)線過(guò)熱時(shí)發(fā)生熔化形成短路，及在總電路上設(shè)置斷路器和限流裝置等；

(4)采用加強(qiáng)殼體：即使電池著火后，電池箱體仍需堅(jiān)固，可考慮用鈦合金鋼制造，防止再次發(fā)生災(zāi)害。

通過(guò)上述方式，實(shí)現(xiàn)電池組的多級(jí)保護(hù)措施，提高安全性。

3.2.4 熱控制技術(shù)

在中小型深潛器上，電池散熱問(wèn)題比較好解決，一方面，深潛器所攜帶的能量有限，發(fā)熱量也較少；另一方面，可由海水將熱量快速帶走。但在大型載人深潛器上則不同：其一，所攜帶的電池能量巨大，發(fā)熱量劇烈；其二，密閉的電池艙又增加了散熱的難度，僅靠熱傳導(dǎo)和熱輻射方式，達(dá)不到散熱效果。因此，需要采取熱控制技術(shù)，防止熱失控發(fā)生：(1)優(yōu)化電極設(shè)計(jì)及合理選擇電流密度，以控制單體電池的溫升，減少發(fā)熱量；(2)對(duì)導(dǎo)電部件、加工工藝、散熱結(jié)構(gòu)、連接方式等進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到增大接觸面積，減少接觸電阻之目的，使之不能形成新的熱源和局部過(guò)熱的條件；(3)在電池模塊內(nèi)部設(shè)置冷媒，控制各單體電池之間的溫差；(4)可采用自然散熱和強(qiáng)制冷卻相結(jié)合措施，當(dāng)溫度高時(shí)，可開(kāi)啟強(qiáng)制冷風(fēng)對(duì)電池組進(jìn)行快速降溫。

3.2.5 管理策略

通常，深潛器上的電池組需由一定數(shù)量的單體電池經(jīng)多次串聯(lián)和并聯(lián)后組成。由于各單體電池間的初始性能存在差異性，在電池模組的運(yùn)行過(guò)程中，因環(huán)境因素的影響，還會(huì)加劇各單體電池間的差異性，造成惡性循環(huán)，引起循環(huán)與使用壽命的提早終結(jié)，嚴(yán)重時(shí)引起潛在的安全性問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，可采取先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)技術(shù)和策略予以解決，主要采取的技術(shù)和策略有：

(1)在每只單體電池的表面設(shè)置溫度傳感器，在其輸出端設(shè)置電壓采集點(diǎn)和保險(xiǎn)絲。

(2)在電池模塊內(nèi)設(shè)置電池監(jiān)控板(battery monitor board，BMB)，用以監(jiān)控電池模塊的電壓，電流以及各個(gè)單體電池電壓、溫度等。

(3)在電池組內(nèi)設(shè)置電池管理系統(tǒng)(battery management system，BMS)，在充放電過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)控電池組的總電流、總電壓、荷電狀態(tài)、絕緣電阻、各單體電池及電池模塊的電壓和溫度等參數(shù)。對(duì)電池模組實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)電池模組的早期預(yù)警及過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路與過(guò)溫的保護(hù)功能，以保障電池組在最佳狀態(tài)下工作。

4 展望

在近期服役的典型無(wú)人深潛器中，大部分采用鋰離子電池作為動(dòng)力能源(見(jiàn)表2)。顯然，鋰離子電池已顯現(xiàn)出向水下無(wú)人深潛器應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。

鋰離子電池作為水下動(dòng)力能源，其高能量密度減輕了電池組的質(zhì)量，提高了深潛器的有效載荷能力；尺寸形狀任意與充放電過(guò)程中無(wú)氣體產(chǎn)生的屬性，可為深潛器設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的方便；長(zhǎng)壽命和免維護(hù)，可降低運(yùn)行成本[19]。

隨著制造設(shè)備、生產(chǎn)工藝以及材料科學(xué)的發(fā)展，鋰離子電池的能量密度和安全性能還將得到大幅提升。正在研發(fā)的正極富鋰錳(LiNi0.5Mn1.5O4)和負(fù)極碳硅材料、石墨烯復(fù)合材料、新型阻燃電解液和離子液體、氟代碳酸酯等功能添加劑，以及陶瓷隔膜和無(wú)機(jī)隔膜等新型材料的出現(xiàn)，有望使困擾鋰離子電池應(yīng)用到大型載人深潛器上的安全性問(wèn)題得到解決。

持續(xù)提升的新能源技術(shù)吸引了設(shè)計(jì)工程師們的眼光，在最近研制的中小型載人深潛器動(dòng)力能源的選擇方向上，鋰離子電池脫穎而出。2008年伍茲-霍爾海洋研究所公布了新“阿爾文”號(hào)載人深潛器的改造計(jì)劃，改造的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)之一是用鋰離子電池替代原有的鉛酸電池作動(dòng)力。2012年，中船重工集團(tuán)702所也公布了2018年開(kāi)建的“作業(yè)型”4 500 m載人深潛器，計(jì)劃采用聚合物鋰離子電池作動(dòng)力。據(jù)防務(wù)新聞網(wǎng)2014年10月11日?qǐng)?bào)道，日本海上自衛(wèi)隊(duì)計(jì)劃采購(gòu)的10艘“蒼龍”級(jí)常規(guī)動(dòng)力潛艇的后四艘，動(dòng)力系統(tǒng)將用鋰離子電池取代目前使用的AIP技術(shù)。

隨著應(yīng)用技術(shù)的不斷提升，將會(huì)有越來(lái)越多的鋰離子電池應(yīng)用到水下深潛器上，發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和作用。

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Current status and development trend of lithium-ion battery in underwater vehicle

DAI Guo-qun1,CHEN Xing-bao2,HU Chen3
(1.Beijing Shenzhou Yuanwang Co.,Ltd.,Beijing 100029,China;2.Zhuhai Smoothway Electronic Materials Co.,Ltd.,Zhuhai Guangdong 519000,China;3.China Electric Power Research Institute,Beijing 100192,China)

The underwater vehicle is an important platform for underwater survey.Advanced energy technology is a key factor influencing the cruising range and speed of underwater vehicle,and is an important index to measure the performance of underwater vehicle. The domestic and foreign power energy types of underwater vehicles were introduced.The application of lithium-ion battery in underwater vehicle was analyzed.Due to the advantages of high energy density,long life,high safety,low cost and free-maintenance,lithium-ion batteries will be one of the most promising energy technologies for the new generation of underwater vehicle(HOV,UUV).

lithium-ion battery;underwater vehicle;pressure-compensation;pressure-tolerant battery;oil-filling; naked diving

TM 912

A

1002-087 X(2015)08-1768-05

2015-01-15

戴國(guó)群(1966—)，男，湖南省人，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闈摵狡鲃?dòng)力電池應(yīng)用技術(shù)。