未来常规的主动力源：锂离子电池前景一片光明

作为柴电水下航行动力的来源，电池性能对柴电的航速、续航力、水下航行时间等多方面出现影响，直接制约着柴电的实际能力。目前，铅酸蓄电池作为柴电的传统电池能源，构型笨重，容易释放有毒易爆气体，越来越不能适应现代海战的需求。现代柴电迫切要进行一次“能源革命”，而锂离子电池将成为这场革命的引领者。

锂离子电池的构造和优势

相有关传统的铅酸蓄电池，锂离子电池具有更好的性能：比容量高，这是锂离子电池最大的优势，无论是单位质量的能量，还是单位体积的能量，均比铅酸蓄电池高出至少2倍；单电池输出电压高，平均输出电压值是铅酸蓄电池的3倍；自放电率低，自放电率是电池内自发反应引起的化学能损失，其自放电率小于每月2%；使用寿命长，锂离子电池的循环次数高达1000次，是铅酸蓄电池的4倍；安全性好，锂离子电池在充、放电过程中，只需锂离子的嵌入和脱出，将电池过热和内部短路的概率降到最低。

锂离子电池原理图

一般来说，锂离子电池重要由正极板、负极板、电解质、隔膜纸、钢壳及盖板等组件构成。正极板由氧化钴锂、氧化镍锂、氧化锰锂等材料组成；负极板由碳材料（包括石墨、软碳和硬碳）制成。电解质是电池内化学反应工程中锂离子来回移动的载体，其重要材料是碳酸酯类有机溶剂。处于正、负极之间的分离隔膜纸通常采用聚丙烯和聚乙烯制成，防止两极直接接触而导致的电池内部短路。钢壳是锂离子电池化学反应的容器，盖板在整个电池系统中起到密封和输出电源的用途，它们均由不锈钢或者高级铝材采用激光焊接成形。

工作原理

锂离子电池的工作原理是建立在“摇椅理论”上的，充电时锂离子从正极脱出，通过电解质到达负极，得到电子后与碳材料结合变为钴酸锂。放电时，锂离子从负极析出，通过电解质到达正极，重新回到层状钴酸锂骨架中，恢复到充电前的状态。由于锂离子电池在充、放电过程中，锂离子在正负极之间往返嵌入和脱出，就像摇椅相同摇来摇去，所以又被称为“摇椅电池”。

日本未来锂离子电池同现有蓄电池的比较

得益于锂离子电池的体积小、质量轻、能量密度高、循环寿命长、无毒无污染等优点，已经被各海军强国所重视。各国海军都希望能够将锂离子电池应用于新一代的柴电。据估算，假如柴电应用了锂离子电池之后，全速航行和经济航速航行下的水下续航力将分别提高3倍和5倍；假如非核AIP应用了锂离子电池，将使非核AIP在上述两种工况下的续航力提高3倍和7倍。这将极大的提高常规动力在现代海战条件下的效能、隐蔽性和生存能力。

发展现状和前景

目前，德国、法国在常规动力应用锂离子电池技术上处于世界领先地位。德国在20世纪90年代初开始探索用锂离子电池技术，霍瓦兹德意志造船公司和蒂森克虏伯海事系统公司以及GAIA公司密切合作，研发出用锂离子电池模块，总容量达到485安-小时。而且，该电池已经通过了关键技术评审，并且按照常规抗冲击、磁特点信号以及操作使用安全性进行了验证测试。

与同样容积的铅酸蓄电池相比，在水下全速航行工况下，锂离子电池放电量高出约4倍；在经济航速航行工况下，锂离子电池放电量高出约2.5倍。德国海军已经决定将该锂离子电池模块集成到新建的216型AIP。此外，法国舰船建造局DCNS与萨福特蓄电池公司从2000年开始研究用于常规的锂离子电池，目前已经完成锂离子电池陆基技术测试、锂离子电池的安全性测试、锂离子电池与柴油机的耦合试验、锂离子电池与AIP系统的耦合试验等。

在不久的将来，随着用锂离子电池技术的日臻成熟，很可能将彻底取代铅酸蓄电池，成为未来常规动力的主动力源。