車東西（公眾號：chedongxi）
作者 ｜ 頤圣
編輯 ｜ 志豪

小米也開始入局固態(tài)電池了！

車東西6月17日消息，日前，小米汽車科技有限公司公布了一項名為”固態(tài)電池復(fù)合電極與制備方法及包含其復(fù)合電極的固態(tài)電池”的專利，這也是小米首次詳細(xì)在專利層面透露其目前固態(tài)電池的研究進展，

此次申請的專利申請?zhí)枮镃N202311707711.8，專利發(fā)明人為復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系博士趙則棟，申請時間為2023年12月。

▲小米固態(tài)電池專利信息

這次小米專利中的固態(tài)電池讓離子跑得更快，內(nèi)阻更小，同時壽命也更長

根據(jù)小米公布的實驗數(shù)據(jù)，全電池在循環(huán)次數(shù)上可達(dá)200次，較基準(zhǔn)產(chǎn)品的70次翻了兩倍多。

此外通過優(yōu)化離子傳輸路徑，一定程度上解決了厚電極中金屬離子傳輸路徑長、內(nèi)阻大的問題，顯著提升了電池的電極載量和倍率性能。

不過，作為前端技術(shù)的研究，距離量產(chǎn)還有一定距離，固態(tài)電池可能還要再等待2-3年的時間，才能迎來量產(chǎn)產(chǎn)品。

一、采用創(chuàng)新手法 關(guān)鍵4步助力商業(yè)化

固態(tài)電池作為下一代電池技術(shù)的重要發(fā)展方向，相比傳統(tǒng)液態(tài)電池具有多方面優(yōu)勢。

小米的固態(tài)電池專利主要涉及復(fù)合電極設(shè)計與制備方法。該專利的核心創(chuàng)新在于通過結(jié)構(gòu)設(shè)計縮短金屬離子在厚電極中的傳輸路徑，加快傳輸速率，從而提升電池性能。

▲固態(tài)電池金屬離子通路示意圖

其中，優(yōu)化離子傳輸效率是小米專利的關(guān)鍵設(shè)計。電池電芯由聚合物+金屬鹽構(gòu)成的固態(tài)電解質(zhì)組成，寬度僅為10~500微米，直接連接電極的上下兩面，方向與電流主傳輸方向一致。

通道之間有規(guī)律的間隔布置，形成密集的垂直網(wǎng)絡(luò)。這種設(shè)計有效解決了傳統(tǒng)厚電極內(nèi)部”羊腸小道”式的復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的傳輸路徑長、阻力大的問題，使離子能夠”直達(dá)”活性材料，大幅提升傳輸效率。

小米的固態(tài)電池專利還強調(diào)了該技術(shù)的工藝兼容性和規(guī)模化制備優(yōu)勢。專利中設(shè)計了一套適合規(guī)模化制備復(fù)合電極的方法。

這里主要解讀一下主要的四個步驟：

1、復(fù)合薄膜制備：在玻璃基板上涂布含有活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的基質(zhì)漿料，并用3D打印技術(shù)形成有平行細(xì)槽的電極材料薄層。

2、固態(tài)電解質(zhì)填充：在細(xì)槽中澆注含有聚合物和金屬鹽的漿料，填滿凹槽。

3、卷繞固化：將復(fù)合薄膜沿細(xì)槽方向卷成圓柱體，使平行細(xì)槽變?yōu)榇怪狈较虻耐ǖ馈?/p>

4、切片疊片：沿垂直于卷軸方向切開，將切下的厚片疊在集流體上，形成最終的復(fù)合電極。

不同于此前實驗室采用的制備方法，上述這種制備方法的優(yōu)勢在于無需復(fù)雜設(shè)備或極高溫度處理，適合規(guī)模化商用生產(chǎn)。

二、寧德時代“同款”技術(shù)路線 性能提升顯著

在性能方面，從目前專利文件的信息來看，實驗數(shù)據(jù)顯示當(dāng)電極厚度達(dá)2cm時，正極活性物質(zhì)載量提升至500mg/cm2，面積容量達(dá)60-70mAh/cm2。

關(guān)鍵的是，該電池在2C高倍率放電時容量保持率達(dá)75%，較傳統(tǒng)方案提升45%。在循環(huán)壽命方面，也相比基線產(chǎn)品翻了2倍多。

▲專利固態(tài)電池和基線產(chǎn)品性能對比

從小米的固態(tài)電池專利路線來看，其采用的是聚合物+金屬鹽的復(fù)合電解質(zhì)路線。

總的來看，當(dāng)前行業(yè)主流的固態(tài)電池技術(shù)路線分為硫化物、氧化物和聚合物三大類。

不同路線各有優(yōu)缺點：硫化物路線離子電導(dǎo)率高但穩(wěn)定性差；氧化物路線穩(wěn)定性好但離子電導(dǎo)率低；聚合物路線成本低但室溫下離子電導(dǎo)率不足。

小米選擇的聚合物+金屬鹽復(fù)合電解質(zhì)路線，可能是為了在安全性、能量密度和成本之間尋求平衡。

而這，也是電池行業(yè)巨頭寧德時代選擇的路線之一。

▲固態(tài)電池龍頭企業(yè)進展匯總

根據(jù)寧德時代首席科學(xué)家吳凱在2024年CIBF上的演講來看，寧德時代主要采取的是硫化物路線，但新型復(fù)合物路線也是寧德時代的發(fā)力方向。

此外，比亞迪、贛鋒鋰業(yè)、國軒高科等固態(tài)電池龍頭企業(yè)也都在也發(fā)固態(tài)電池，大家也基本都把量產(chǎn)時間線拉到了2027年左右。

結(jié)語：固態(tài)電池商用仍有距離

盡管目前小米固態(tài)電池的專利目的之一便是解決商業(yè)化問題，然而固態(tài)電池的商業(yè)化仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

技術(shù)路線選擇、成本控制、產(chǎn)業(yè)鏈成熟度和國際競爭壓力等問題，都需要小米在未來的發(fā)展中逐一解決。

從更長遠(yuǎn)的視角看，固態(tài)電池可能也只是電池技術(shù)發(fā)展的一個階段。隨著材料科學(xué)和制造技術(shù)的進步，未來可能出現(xiàn)更先進的電池技術(shù)。

未來，如何積極升級成熟產(chǎn)業(yè)，擁抱新技術(shù)，也是研發(fā)過程中值得思考的話題。