鋰離子電池自誕生以來(lái)，其基本結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有發(fā)生改變?，F(xiàn)在所有的鋰離子電池結(jié)構(gòu)都是基于索尼當(dāng)年設(shè)計(jì)的三明治結(jié)構(gòu)，電池主要由正極薄片和負(fù)極薄片組成，為了防止正負(fù)極之間短路，正負(fù)極極片之間需要加入一層多孔結(jié)構(gòu)的聚合物隔膜，以便讓Li+穿過(guò)隔膜在正負(fù)極之間移動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以說(shuō)是恰到好處，以至于二十多年來(lái)鋰離子電池的結(jié)構(gòu)都沒(méi)有發(fā)生大的改變，但是這種結(jié)構(gòu)其實(shí)存許多問(wèn)題，首當(dāng)其沖的就是就是安全問(wèn)題。聚合物隔膜的熔點(diǎn)比較低，在電濫用或者機(jī)械濫用導(dǎo)致電池大量產(chǎn)熱或者內(nèi)短路時(shí)，隔膜在高溫的作用下會(huì)發(fā)生收縮和熔化，從而導(dǎo)致正負(fù)極之間直接接觸，引起可怕的后果——熱失控。

此外，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池在能量密度，特別是體積能量密度上存在很大的劣勢(shì)。在鋰離子電池內(nèi)部能夠儲(chǔ)存能量的只有正負(fù)極活性物質(zhì)，但是傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝和電池結(jié)構(gòu)使得鋰離子電池內(nèi)部存在大量的非活性材料——Al箔、Cu箔和隔膜，以及大量沒(méi)有的得到利用的空間（電極和隔膜之間，電芯與殼體之間等），這都極大的降低了鋰離子電池體積能量密度和重量能量密度。

設(shè)計(jì)導(dǎo)致的問(wèn)題最終還需要從設(shè)計(jì)的角度上來(lái)解決，Enovix公司的工程師從半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上找到了解決這一問(wèn)題的靈感。在過(guò)去的數(shù)十年中半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下快速發(fā)展，每18個(gè)月芯片上的晶體管數(shù)量就要翻一倍，在戈登?摩爾博士作出這個(gè)預(yù)測(cè)的1965年，單個(gè)芯片上能夠集成的晶體管數(shù)量?jī)H為30個(gè)，而今天每一塊芯片上都集成了數(shù)十億個(gè)晶體管。反觀鋰離子電池的發(fā)展史，在過(guò)去的二十多年的時(shí)間里其能量密度的提升速度僅為每年5%左右，而電子設(shè)備對(duì)儲(chǔ)能的需求卻大幅增加，功能機(jī)時(shí)代手機(jī)每周充一次電，而到了智能機(jī)時(shí)代充電成了每天必備的功課。

幸運(yùn)的是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基石Si材料，對(duì)于鋰離子電池而言也是一種非常優(yōu)異的負(fù)極材料，一個(gè)Si能與4.4個(gè)Li結(jié)合形成Li4.4Si，而6個(gè)C才能與1個(gè)Li結(jié)合形成LiC6，因此石墨負(fù)極的理論容量?jī)H為372mAh/g，而Si材料的理論容量可達(dá)4200mAh/g以上，這使得Si材料成為了一種理想的負(fù)極材料，因此半導(dǎo)體行業(yè)成熟的Si材料處理工藝有望應(yīng)用在鋰離子電池行業(yè)中。

Enovix公司的三位創(chuàng)始人Lahiri、Shah和Dales都具有半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和封測(cè)經(jīng)驗(yàn)，因此他們將半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的光刻蝕工藝與Si負(fù)極鋰離子電池結(jié)合在一起，在Si基片上通過(guò)光刻蝕工藝設(shè)計(jì)了一種3D結(jié)構(gòu)的固態(tài)鋰離子電池（工藝過(guò)程如下圖所示），其工藝主要包含以下幾個(gè)步驟1）第一步是在涂有光刻膠的硅片表面繪制圖案；2）對(duì)其進(jìn)行腐蝕，留下一部分作為Si負(fù)極，還有一部分需要作為正極集流體支撐結(jié)構(gòu)；3）在剩余的Si負(fù)極和正極集流體支撐結(jié)構(gòu)上電鍍一層薄薄的金屬層作為集流體；4）在Si負(fù)極的表面沉積一層陶瓷隔膜；5）將正極材料填充的剩余的空間之中。制備完成鋰離子電池Si基片將會(huì)被激光切割成為單片電池，這些單片電池首先會(huì)焊接上正負(fù)極引線(xiàn)，然后進(jìn)行烘干，最后這些1mm厚的單片電池會(huì)根據(jù)需求堆疊成為不同厚度和形狀的電池。

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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這一技術(shù)極大的提高了鋰離子電池的空間利用率，在Enovix開(kāi)發(fā)的電池中75%的空間都能夠用來(lái)儲(chǔ)存電池，體積能量密度是傳統(tǒng)鋰離子電池的1.5-3倍，這對(duì)于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品而言無(wú)疑具有極大的吸引力。

Enovix電池的另一大優(yōu)勢(shì)就是安全，傳統(tǒng)鋰離子電池采用的聚合物隔膜，在高溫下會(huì)發(fā)生熔化和收縮，引起鋰離子電池?zé)崾Э?。而Enovix電池采用的陶瓷隔膜最大程度上避免了這一問(wèn)題。即便是電池發(fā)生短路，Enovix集成電池的分布式微電極結(jié)構(gòu)也能夠?qū)﹄娏骱蜔崃總鞑テ鸬较拗谱饔?，從而進(jìn)一步提升電池的安全性。將一個(gè)130mAh的傳統(tǒng)鋰鋰離子電池和一個(gè)100mAh的Enovix電池都充電到250%SoC，然后進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)鋰離子電池發(fā)生了熱失控并起火，而Enovix則沒(méi)有發(fā)生熱失控，充分表明了Enovix電池的安全性。

對(duì)于鋰離子電池而言成本往往是最大的敵人，將半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的工藝應(yīng)用在鋰離子電池上首先需要解決也是如何降低成本。Cypress半導(dǎo)體公司曾經(jīng)幫助其旗下公司SunPOwer以極低的成本生產(chǎn)高性能太陽(yáng)能電池，在Cypress半導(dǎo)體公司、Intel投資公司和高通投資公司的幫助下，Enovix公司從2014年開(kāi)始借助SunPower成熟的技術(shù)改進(jìn)自己的生產(chǎn)工藝，從而將生產(chǎn)成本大大降低。

現(xiàn)有的鋰離子電池結(jié)構(gòu)是在索尼的磁帶生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)限制了鋰離子電池體積能量密度和重量能量密度的提高，Enovix開(kāi)發(fā)的3DSi電池工藝是建立在半導(dǎo)體工業(yè)的基礎(chǔ)上，該電池解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池的空間利用率低和安全性問(wèn)題，隨著工藝的成熟和成本的不斷降低，有望為鋰離子電池行業(yè)帶來(lái)革命性的變化！