硅晶圓鋰電池相比傳統(tǒng)鋰電池有哪些改進(jìn)？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-12 21:09
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傳統(tǒng)的鋰電池設(shè)計起源于索尼公司生產(chǎn)磁帶的過程：
-磁帶是在塑料薄膜帶基上涂覆磁漿、干燥、切成長條形并卷起而制成。如果將化學(xué)漿料涂在金屬箔上干燥并切片，就能成電極；
-然后，將兩個電極片中間夾一層聚合物電解質(zhì)隔膜，在允許離子劉東宇電極之間的同時不允許電子通過；
-最后將整個堆疊而成的結(jié)構(gòu)像壽司卷一樣纏繞在一起，這就形成了圓柱形電池的主要部分。
這種設(shè)計雖巧妙，但如果要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升電池性卻十分困難。這種設(shè)計很浪費空間，限制了能量密度，還會在材料選擇、組裝過程中留下安全隱患。
Enovix電池對此做出了重要的改進(jìn)：第一，使用硅晶圓光刻技術(shù)在硅晶圓上制造兩極；第二，將傳統(tǒng)鋰電池的陽極材料石墨換成了多孔硅。
在組裝好的傳統(tǒng)鋰電池中，儲存能量的材料僅限于構(gòu)成陽極（負(fù)電極）和陰極（正電極）的顆粒。通常情況下，金屬箔集流體，電解質(zhì)，封裝材料以及未利用的空間會占到電池總體積的40%，如此巨大的浪費很大程度上降低了電池的能量密度。
Enovix電池使用了來自芯片行業(yè)的硅晶圓光刻技術(shù)，在1毫米厚的硅晶圓上制造陰極，陽極和隔膜，這顯著地減少了浪費的空間。在這種電池中，75％的電池體積用于儲存能量，這比傳統(tǒng)電池增加了約25％的電容量。
類似地，對于給定容量的電池，電池重量會成比例地減少。體積通常是電池用于移動設(shè)備中更關(guān)鍵的約束。
將電極集成到硅晶圓上，也會使電池的陰極安全。通常，陰極材料都有不同的工作溫度限制，當(dāng)工作溫度超過臨界溫度，陰極材料就會自動分解，釋放出支持燃燒的氧。
如果這個過程持續(xù)發(fā)生，就可能造成起火或爆炸。而Enovix將陰極分成了成千上萬個由硅分離開來的微小部分，硅的導(dǎo)熱速度很快，于是降低了由熱擴散引起的起火爆炸的可能性。
使用硅作為鋰電池陽極也能減少故障發(fā)生的幾率。通常，離子從鋰金屬氧化物陰極流到石墨陽極（移動設(shè)備中的最普遍使用的陽極材料）的過程中也可能發(fā)生意外，而鋰離子位于石墨晶體點陣結(jié)構(gòu)的空隙中。
但是，在電流較大、活性陽極材料局部缺或極端低溫的情況下，鋰離子都有可能遷移到石墨的表面上。因為金屬鋰傾向于以樹枝晶的結(jié)構(gòu)積聚，所以在電池充電和放電的過程中，枝狀結(jié)晶會生長并最終刺穿隔膜造成短路，這也可能導(dǎo)致起火或爆炸。
而且，傳統(tǒng)的鋰電池過熱會變得不穩(wěn)定，并可能發(fā)生熱致失效。
硅陽極還有另一大優(yōu)勢:比容量大大地提高。對于傳統(tǒng)鋰電池而言，電池充電時，石墨陽極會吸收鋰離子形成碳化鋰（LiC6）；電池放電時，鋰離子重新回到電解質(zhì)中，而石墨的理論比容量約為372mAh/g。
-磁帶是在塑料薄膜帶基上涂覆磁漿、干燥、切成長條形并卷起而制成。如果將化學(xué)漿料涂在金屬箔上干燥并切片，就能成電極；
-然后，將兩個電極片中間夾一層聚合物電解質(zhì)隔膜，在允許離子劉東宇電極之間的同時不允許電子通過；
-最后將整個堆疊而成的結(jié)構(gòu)像壽司卷一樣纏繞在一起，這就形成了圓柱形電池的主要部分。
這種設(shè)計雖巧妙，但如果要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升電池性卻十分困難。這種設(shè)計很浪費空間，限制了能量密度，還會在材料選擇、組裝過程中留下安全隱患。
Enovix電池對此做出了重要的改進(jìn)：第一，使用硅晶圓光刻技術(shù)在硅晶圓上制造兩極；第二，將傳統(tǒng)鋰電池的陽極材料石墨換成了多孔硅。
在組裝好的傳統(tǒng)鋰電池中，儲存能量的材料僅限于構(gòu)成陽極（負(fù)電極）和陰極（正電極）的顆粒。通常情況下，金屬箔集流體，電解質(zhì)，封裝材料以及未利用的空間會占到電池總體積的40%，如此巨大的浪費很大程度上降低了電池的能量密度。
Enovix電池使用了來自芯片行業(yè)的硅晶圓光刻技術(shù)，在1毫米厚的硅晶圓上制造陰極，陽極和隔膜，這顯著地減少了浪費的空間。在這種電池中，75％的電池體積用于儲存能量，這比傳統(tǒng)電池增加了約25％的電容量。
類似地，對于給定容量的電池，電池重量會成比例地減少。體積通常是電池用于移動設(shè)備中更關(guān)鍵的約束。
將電極集成到硅晶圓上，也會使電池的陰極安全。通常，陰極材料都有不同的工作溫度限制，當(dāng)工作溫度超過臨界溫度，陰極材料就會自動分解，釋放出支持燃燒的氧。
如果這個過程持續(xù)發(fā)生，就可能造成起火或爆炸。而Enovix將陰極分成了成千上萬個由硅分離開來的微小部分，硅的導(dǎo)熱速度很快，于是降低了由熱擴散引起的起火爆炸的可能性。
使用硅作為鋰電池陽極也能減少故障發(fā)生的幾率。通常，離子從鋰金屬氧化物陰極流到石墨陽極（移動設(shè)備中的最普遍使用的陽極材料）的過程中也可能發(fā)生意外，而鋰離子位于石墨晶體點陣結(jié)構(gòu)的空隙中。
但是，在電流較大、活性陽極材料局部缺或極端低溫的情況下，鋰離子都有可能遷移到石墨的表面上。因為金屬鋰傾向于以樹枝晶的結(jié)構(gòu)積聚，所以在電池充電和放電的過程中，枝狀結(jié)晶會生長并最終刺穿隔膜造成短路，這也可能導(dǎo)致起火或爆炸。
而且，傳統(tǒng)的鋰電池過熱會變得不穩(wěn)定，并可能發(fā)生熱致失效。
硅陽極還有另一大優(yōu)勢:比容量大大地提高。對于傳統(tǒng)鋰電池而言，電池充電時，石墨陽極會吸收鋰離子形成碳化鋰（LiC6）；電池放電時，鋰離子重新回到電解質(zhì)中，而石墨的理論比容量約為372mAh/g。
