鋰離子電池 未來戰(zhàn)場(chǎng)的新型動(dòng)力源

　　作為新一代可充電電源，鋰離子電池具有能量密度大、工作電壓高、工作溫度范圍寬、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前充電電池的主流發(fā)展方向。它還具有低維護(hù)需求和無記憶效應(yīng)等特點(diǎn)，在作戰(zhàn)中可隨時(shí)充放電，且?guī)缀醪恍枞魏螒?zhàn)場(chǎng)維護(hù)，減少后勤負(fù)擔(dān)，因此受到各國(guó)軍隊(duì)的重視和發(fā)展。近年來，鋰離子電池被廣泛用于單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、潛艇、無人機(jī)、空天飛行器等軍事裝備，在陸、海、空、天領(lǐng)域展示出廣闊的應(yīng)用前景。

　　優(yōu)勢(shì)不可替代

　　鋰離子電池是繼鎳氫等傳統(tǒng)蓄電池之后的新一代可充電電池，由日本索尼公司于1990年最先研發(fā)成功。鋰離子電池工作原理簡(jiǎn)單，具有較好的安全性和較長(zhǎng)的充放電壽命，被認(rèn)為是新型動(dòng)力源的首選。

　　鋰離子電池在軍事應(yīng)用中具有以下優(yōu)點(diǎn)。工作電壓高。一節(jié)鋰離子電池的放電電壓相當(dāng)于3節(jié)傳統(tǒng)蓄電池，同等使用條件下，大大減少電池使用量。能量密度高。是普通蓄電池的2至3倍，加上體積小、重量輕，用于野戰(zhàn)便攜式電子設(shè)備有不可替代的優(yōu)勢(shì)。循環(huán)使用壽命長(zhǎng)。使用壽命長(zhǎng)達(dá)10至15年，與傳統(tǒng)蓄電池7至8年相比，降低了造價(jià)高昂帶來的影響。無環(huán)境污染。不含鉛、汞等重金屬，是一種潔凈的“綠色”能源。無記憶效應(yīng)?？呻S意充放電，尤其在戰(zhàn)時(shí)和緊急情況下顯示出優(yōu)異的使用性能。低維護(hù)率。幾乎不需要任何維護(hù)，減少戰(zhàn)時(shí)后勤負(fù)擔(dān)。此外，還有安全性能高、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。

　　近年來，各國(guó)將鋰離子電池作為替代傳統(tǒng)蓄電池的新型電池大力發(fā)展，新型鋰離子電池具備諸多特色，在便攜式電子設(shè)備應(yīng)用方面展現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢(shì)。

　　趨于可彎曲輕量化。隨著小型化、便攜式、可穿戴電子裝備日益增多，要求與之適配的電源具有重量輕、體積小、比能量高、可任意形變等特點(diǎn)，鋰離子電池憑借優(yōu)異性能成為上述電子設(shè)備的首選電源。2013年，美軍研發(fā)出一款可拉伸的鋰離子電池，能內(nèi)置手表腕帶中，為單兵智能手表等裝置供電。日本新推出一種柔性超薄鋰離子電池，在彎曲折疊后依然保持穩(wěn)定的電量輸出。該電池的另一個(gè)技術(shù)亮點(diǎn)是采用無線充電技術(shù)，使可穿戴設(shè)備無需專門設(shè)計(jì)電池安裝區(qū)域。

　　能量密度持續(xù)提高。促進(jìn)鋰離子電池發(fā)展的一大因素是新興電池材料的應(yīng)用。近年來，隨著多種新型電極材料被應(yīng)用，大大提升鋰離子電池的能量密度、循環(huán)使用壽命和穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能。另外，鋰離子電池的制造工藝也取得多項(xiàng)技術(shù)突破。日本新型耐高溫全固態(tài)鋰離子電池，在150℃的高溫環(huán)境中仍具備良好的導(dǎo)電性能，此項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)大鋰離子電池的應(yīng)用范圍。美國(guó)采用噴涂工藝可大面積制造鋰離子電池，幾乎可以在所有物體表面形成電池，可進(jìn)一步提高戰(zhàn)場(chǎng)能源的保障能力。

　　安全性能取得技術(shù)突破。高安全性是軍事裝備對(duì)鋰離子電池的剛性要求，保證電池在受到高強(qiáng)度打擊和沖擊時(shí)絕對(duì)安全，主要通過使用高安全材料和優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。2017年1月，美國(guó)斯坦福大學(xué)研發(fā)出一種含有阻燃劑的微型“智能”纖維，插在電池的電極之間，可阻止電池短路起火。在測(cè)試中，當(dāng)鋰離子電池溫度達(dá)到160℃以上時(shí)，阻燃劑會(huì)被釋放到電解質(zhì)中，確保電池安全。

　　未來軍事裝備的主選

　　鋰離子電池作為動(dòng)力源，近年來被廣泛應(yīng)用在單兵電子設(shè)備、潛艇、魚雷、無人機(jī)中，展現(xiàn)出良好的使用性能，逐漸成為軍事裝備的重要能源。

　　單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)的首選電源。鋰離子電池作為目前性能最好的蓄電池，不僅能為戰(zhàn)場(chǎng)上的單兵電子設(shè)備提供持久穩(wěn)定電源，還可大大減輕單兵負(fù)重，增強(qiáng)單兵作戰(zhàn)的靈活性和機(jī)動(dòng)性，成為未來單兵裝備的首選電源。美陸軍開發(fā)的“士兵適形電池”，就是一種可穿戴的鋰離子聚合物電池，外形輕薄，排列放置在士兵穿著的防彈板上，減輕士兵承重。英國(guó)國(guó)防部將鋰離子電池作為單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)補(bǔ)給能源，研制的袋狀鋰離子電池具有超高比能量。此外，當(dāng)前世界各國(guó)軍隊(duì)研發(fā)的未來士兵作戰(zhàn)系統(tǒng)大多采用鋰離子電池作為動(dòng)力源，如美國(guó)“陸地勇士”單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)和德國(guó)“未來士兵”系統(tǒng)都使用鋰離子電池。

　　海上裝備的“能源新寵”。鋰離子電池用作潛艇的動(dòng)力源，可極大提高潛艇航速、續(xù)航里程、生存能力，降低潛艇維護(hù)成本。近年來，多國(guó)海軍將鋰離子電池應(yīng)用于微型潛艇，同時(shí)開發(fā)適用于中遠(yuǎn)程潛艇的鋰離子電池。例如，法軍天蝎級(jí)潛艇裝備新一代鋰離子電池，能夠承受大電流充電，使?jié)撏С潆姇r(shí)間大幅縮短，水下續(xù)航時(shí)間翻倍。

　　鋰離子電池用于魚雷，可大幅降低魚雷動(dòng)力部分的體積和重量，并能在訓(xùn)練中反復(fù)使用，滿足部隊(duì)訓(xùn)練需求。目前，法國(guó)海軍已成功開發(fā)鋰離子電池魚雷，運(yùn)行速度超過50節(jié)（92.5千米/小時(shí)），續(xù)航時(shí)間超過1小時(shí)，可靠性和安全性均滿足作戰(zhàn)性能要求。此外，外軍還探索將鋰離子電池用作水面艦艇的電力系統(tǒng)。

　　空天飛行器的“第三代電源”。鋰離子電池被稱為第三代航天電源，近年來逐步應(yīng)用于各類航天設(shè)備。例如，新式鋰離子電池已經(jīng)用作國(guó)際太空站電源。在軍事航空領(lǐng)域，鋰離子電池主要應(yīng)用于小型、微型無人機(jī)。美軍在阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中投入使用的“龍眼”無人偵察機(jī)，采用鋰離子電池作為動(dòng)力源，已在作戰(zhàn)中得到檢驗(yàn)。不過總體看，鋰離子電池在這一領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于起步階段，主要制約因素是小型化不足、動(dòng)力不夠等。

　　大型裝備的動(dòng)力源不足。在地面裝備中，鋰離子電池主要應(yīng)用于軍用無人地面車輛、機(jī)器人、混合電動(dòng)戰(zhàn)車等。對(duì)使用油電混合驅(qū)動(dòng)的地面戰(zhàn)車來說，采用鋰離子電池作為動(dòng)力源不僅可以降低油耗，減少后勤負(fù)擔(dān)，還可以提高戰(zhàn)術(shù)車輛的機(jī)動(dòng)力和生存能力。目前，外軍積極為混合電驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)車、無人地面車輛、地面機(jī)器人研發(fā)鋰離子電池模塊。不過，對(duì)大型地面裝備來說，鋰離子電池功率偏弱是制約其進(jìn)一步應(yīng)用的主要因素。因此，未來還需要繼續(xù)研發(fā)高比功率、低成本的鋰離子電池，滿足地面裝備的任務(wù)需求。