半岛全媒体记者 王春燕
7月26日，2023年度山东省科技进步奖揭晓，由中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员牵头完成的【高性能固态锂电池材料、技术及系统应用】项目，获得山东省科技术发明一等奖。
崔光磊研究员在电池研制现场照片
据了解该项目研制的高性能固态锂电池在全海深电源系统、规模储能、新能源汽车及无人机等领域实现了应用，取得了显著的经济社会效益。同时该项目还培养、引进了一批国家、省部级高端人才，形成了一支具有国际影响力的固态锂电池创新团队。
深海电源是深海装备的能源保障
深海装备是贯彻深海战略的核心，而深海电源系统又是深海装备的能源保障，需要满足高耐压、高安全、高能量密度的「三高」苛刻要求。然而，我国深海电源系统的发展长期滞后。传统深海电源系统采用镍铬、银锌电池，能量密度低、造价昂贵，维护困难，这制约了深海装备的复杂工况作业能力。美国和日本等发达国家的深海电源系统开始采用锂离子电池方案，能量密度有所提升，但技术对我国封锁。现有的商品化锂离子电池，采用液态有机电解液传导锂离子，闪点低，存在安全隐患，且不耐深海高压力；以固态电解质替代液态电解液，发展的固态锂电池，能量密度高，可提供本征安全，且可以承受深海高压力。固态锂电池成为深海电源的理想解决方案。
兆瓦时级固态锂电池能源基站支撑深海智能探测
然而，单一固态电解质体系存在性能短板，无法满足深海电源对高能量密度和长寿命的使用要求；电极与固态电解质固固界面阻抗大，且在极端条件下长时间充放电循环后会发生固固界面的严重失效。要改变这种状况，急需突破现有材料体系和电池制造技术瓶颈，开发满足深海电源三高需求的固态锂电池。
三大突破点，实现国际领先
项目创新了固态电解质材料体系，突破了固态锂电池关键制造技术，并发展了双源动力系统集成技术，最终开发出国际领先的深海电源系统。
其关键突破点之一是，采用了「三相渗流」复合固态电解质关键材料制备技术。针对单一固态电解质体系无法兼顾离子传输和机械性能的瓶颈问题，而该项目提出「三相渗流」复合固态电解质设计理念，在快离子导体中填充聚合物，改善电解质机械性能的同时，创建界面离子传输通道，构建出无机相、聚合物相、界面相的三相快速传锂的复合固态电解质，显著提升其综合性能。
「三相渗流」复合电解质的设计理念改善了界面相容性，大幅提高了固态电池的综合性能。针对全海深百兆帕高压强环境下界面失效的瓶颈问题，该项目通过弹性聚合物多级包覆及差异化界面设计，显著提升了电极的离子、电子电导、附着力和界面相容性。同时发明了原位聚合固态化界面融合技术，利用聚合物单体、锂盐及塑性晶体分子间强相互作用形成低温共熔前驱体，浸润正负极多尺度界面，通过引发聚合实现电极片与电解质膜界面的一体化融合，实现了固态锂电池的批量化制备。与国际同类在研技术相比，能量密度及充放电循环寿命等各项指标均得到显著提升。
而针对在超高功率复杂工况下，固态锂电池动力性能不足的瓶颈问题，创新集成高比能固态锂电池与高功率电池电容器，开发出「功」、「能」兼备的电池电容双源动力系统。与国际知名公司开发的电源系统相比，该项目开发的双源动力系统动力性能得到显著提升，且同等重量下续航能力翻倍。
提供百余批次深海固态能源系统，实现零故障运行
固态电解质和固态锂电池从本征上解决了商品液态锂电池安全问题，具有极高的可靠性，该项目先后提供共110批次深海固态能源系统，全部实现安全、可靠、零故障运行。
项目高比能固态锂电池技术的历经十余年的创新发展，至今已经发展到最新的第四代，能量密度超过500Wh/kg，突破商品锂离子电池能量密度天花板。该项目固态锂电池技术创新性强，在全海深极端条件下，实现了能源系统的成功应用，达到了国际领先水平。
记者了解到，此项目产生了巨大的社会和经济效益。
青能-I为万泉号深海着陆器提供电源系统，累计完成9次下潜，最大工作水深10918米，首次实现万米全海深电源系统的示范应用。
青能-II电源系统随「探索一号」科考船在马里亚纳海沟单次续航长达26天，圆满完成全海深应用，扭转我国万米全深海科考依赖电缆供电的尴尬局面。
2020年，项目深海电源系统成功保障了「沧海」与「奋斗者」的万米深海联合作业，实现了全球首次万米洋底直播。
青能所研发的固态锂电池深海电源先后服务于万泉、天涯、海斗、深海勇士等深海装备，在中国科学院深战略性先导科技专项支持下，搭建了兆瓦时级深海能源基站，彰显了我国在深海装备领域的跨越式发展，产生了巨大的社会效益。
兆瓦时级固态锂电池能源基站支撑深海智能探测
记者了解到项目聚焦青岛，推进成果转化，与数家上市企业开展广泛合作；在崂山区建设了固态锂电池生产线；在青岛城阳区落地固态电池系统集成项目，助力青岛绿色低碳新能源产业高质量发展。
