利用芯片技術告別“炸藥包”問題 硅晶圓鋰電池是什么鬼?
鋰電池廣泛用于現代各種移動設備中,它具有質輕、高效、能量密度高等一系列其它電池無法比擬的優勢。
然而,傳統鋰電池結構設計的固有缺陷與制造工藝都會使鋰電池具有不可避免的安全隱患。得益于芯片制造技術,Enovix設計出了當前性能最好的鋰電池,制造該電池的技術有望改變整個鋰電池行業。
鋰電池是現代數字化革命的主力軍。它已經廣泛用于手機、筆記本電腦、汽車等一系列移動電子設備之中,是目前商業上最搶手的能量存儲系統之一。
自鋰電池商業化以來,雖然它在商業上已經非常成功,但它仍然有明顯的缺點:成本仍然很高;高溫下不穩定;能會爆炸或引發火災等。
去年就發生了一系列與鋰電池燃燒、爆炸有關的事件:筆記本電腦被燒毀,航班被取消,懸浮滑板在工作時起火。在美國,去年因為鋰電池起火,三星召回了價值高達50億美元的Galaxy Note 7智能手機,并中止了該模型的繼續使用,這使得三星的市值減少了數十億美元。
經過幾個月的檢測,三星在今年一月宣布這些故障主要來自于鋰電池的設計。傳統的鋰電池設計起源于特定的歷史背景,但是今天可以我們完全可以利用芯片制造制造工藝提高鋰電池的生產水平。
位于美國加州的Enovix公司已經表示,他們能夠生產比目前市場上體積更小、更便宜、更安全的鋰電池。
Enovix成立于2007年,啟動資金來源于硅谷的幾家風險投資公司。該公司的第一個項目是,研究是否能用硅代替石墨做可充電鋰電池的陽極材料。
2012年,該公司已開始生產比傳統鋰電池具有更高能量密度的電池,并在英特爾、高通和普拉斯半導體的戰略投資下,開始開發低成本、大批量的生產系統。
傳統的鋰電池設計起源于索尼公司生產磁帶的過程:
- 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構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。
這種設計雖巧妙,但如果要在此基礎上進一步提升電池性卻十分困難。這種設計很浪費空間,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:第一,使用硅晶圓光刻技術在硅晶圓上制造兩極;第二,將傳統鋰電池的陽極材料石墨換成了多孔硅。
圖 | 傳統鋰電池的內部橫截面視圖,電池陽極薄片、陰極薄片
被聚合物隔膜分開,壓平并裝入金屬外殼中
在組裝好的傳統鋰電池中,儲存能量的材料僅限于構成陽極(負電極)和陰極(正電極)的顆粒。通常情況下,金屬箔集流體,電解質,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。
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