科创中国

采用先进的理论分析和检测技术，从宏观和微观角度深入研究电池能源系统全寿命周期的安全因素，构建电池能源系统的全寿命安全评估框架体系，建立深潜器电池能源系统的全寿命周期安全性能科学评估体系与控制策略，准确诊断电池能源系统全寿命周期内与任务剖面内的故障，并提出有效应对策略，建立电池组安全性评估与试验规范，合理科学的进行电池组安全性测试与评估。

1)完成了电池组的安全性设计与分析，为项目电池组在深海压力环境中的安全运行提供了技术支撑。对于全海深高能量密度锂电池中的能量活性物质与非活性物质完成了从原子、粒子层级到系统层级的失效因素分析，如图15和16所示，掌握了电池内部所有组分的失控边界条件与作用机制，制定了全海深高能量密度锂电池用原材料研制规范、电芯研制工艺规范、安全性测试方法规范，确保了电池组的能量安全。 2)完成了电池组的安全风险辨识、状态监测与安全管理策略，提升了项目电池组在万米压力环境中工作的安全可靠性。 3)完成了电池组安全性评估方法的研究，形成了从电池单体、电子元器件、电池模块到电池组的安全评估方法、耐压测试规范（图17）。为万米深海潜水器的动力电池组筛选评估提供了准确、有效的考核方法。形成的《电池系统安全性内在因素研究报告与内部健康特征研究报告》解析了深海压力下可能造成电池组宏观安全失控的源头，实现了电池系统故障的定位与控制响应。经过筛选、评估后的电池组已顺利完成多次海试验证。

该项目开展了全海深高能量密度锂电池材料、电极设计与工艺、成组耐压结构、管理系统等方面的技术研究，实现了高稳定性电极、电解质与复合隔膜、电芯耐压结构与电化学性能匹配性、电池监测与管理系统、电池组成组与结构、电池安全性评估与控制等关键技术的突破，研制的电池组以满分成绩通过了马里亚纳海沟海试验收，在“奋斗者”号万米载人潜水器上得到应用。项目组累计完成12种类型共20组全海深锂离子蓄电池组工程样机的研制，装备了国内5家总体单位的7种型号深海潜水器，实现了国内主流深海潜水器电能源系统的全覆盖应用。结合不同应用场景，该项目的技术成果还将用于深海预置装备、深海信息簇、深海穿梭机的建设，助推我国深海装备体系发展，为我国深远海国家战略提供重要电能源保障。

研究团队由中国船舶集团有限公司第七一二研究所的二十余名专家组成，其中具有高级工程师以上职称的成员十五人。 研究团队开展了全海深高能量密度锂电池材料、电极设计与工艺、成组耐压结构、管理系统等方面的技术研究，实现了高稳定性电极、电解质与复合隔膜、电芯耐压结构与电化学性能匹配性、电池监测与管理系统、电池组成组与结构、电池安全性评估与控制等关键技术的突破，研制的电池组以满分成绩通过了马里亚纳海沟海试验收，在“奋斗者”号万米载人潜水器上得到应用。 本团队已申请发明专利19项，已授权11项，论文及国防科技报告15篇。

该成果已应用于60多种船舶与海洋工程产品，近三年新增利润约20.75亿元。应用与效果：在中国船舶重工集团公司第七0二研究所、中国船舶工业集团公司第七0八研究所、上海外高桥造船有限公司、南通中远川崎船舶工程有限公司等船舶与海洋工程国家级研究机构和大型装备制造企业的重要产品上得到了应用，为“海洋石油981”钻井平台、“蛟龙号”载人深潜器、“中远川崎117”超大型集装箱船等国家重点工程提供了重要技术支撑，促进了船舶与海洋工程行业技术进步，显著地提高了中国船舶与海洋工程装备研发国际竞争力。

奋斗者”号成功拉开了人类对海斗深渊科考的序幕，将有越来越多不同类型的深海潜水器随之开发，深海潜水器的规模等级、用电功率、海底作业时间均将提升。随之要求深海电池组的能量密度、能量等级、输出功率、经济性均得到提升，具体按国内、国外产品发展趋势如下：

（1）国内全海深锂电池的发展趋势：高安全性、高能量密度（200Wh/kg）、宽输出功率（瓦级~百千瓦级）、高环境适应性（宽温域-20℃~55℃、全海深）、低成本。预计实现时间：2025年。

（2）国外全海深锂电池的发展趋势：高安全性、高能量密度（230Wh/kg）、宽输出功率（瓦级~兆瓦级）、高环境适应性（宽温域-20℃~55℃、全海深）、新应用场景研究（外星UUV）。预计实现时间：2025年。

期望与要求：

（1）加强全海深锂电池的原位研究平台的建设，着力解决全海深锂电池技术发展的基础问题；

（2）完善深海电池系统科学设计平台，缩短全海深锂电池系统的设计周期；

（3）建设全海深锂电池先进生产线，提高制造工艺水平和产品成熟度，降低规模化应用成本。

该项目投入时间较长，未在产品化商业化实现规模销售。但该成果产品化商业化的材料采购成本与生产成本均可控，技术含量较高，与同类产品相比竞争优势较强。