Várias baterias de lítio são amplamente utilizados em dispositivos móveis modernos, tem um peso leve, de alta eficiência, baterias de alta densidade energética não pode coincidir com uma série de outras vantagens.

No entanto, as deficiências inerentes do projeto da bateria de lítio convencional e processo de fabricação, inevitavelmente, fazer baterias de lítio têm problemas de segurança. tecnologia de fabricação de chips graças, Enovix projetar o melhor desempenho da corrente da bateria de lítio, a tecnologia de fabricação da bateria é esperado para mudar a indústria de baterias de lítio inteiro.

O lítio é a principal força da revolução digital moderna. Tem sido amplamente utilizado em telefones celulares, dispositivos electrónicos móveis em uma série de computadores portáteis, carros, etc., é um dos mais procurados após o sistema de armazenamento de energia comercial.

Comparado a outros tipos de baterias, peso leve de lítio, de alta densidade energética , Poderem ser eliminados vários dispositivos de volume muito pequenos portáteis modernos móveis.

Se não houver bateria de lítio, por isso não existe modernos telefones avançados inteligentes, laptops futuros, carros elétricos, são preocupantes.

Desde a comercialização de baterias de lítio, embora tenha sido muito bem sucedido nos negócios, mas ainda tem desvantagens significativas: O custo ainda é alto; instável em altas temperaturas; pode explodir ou causar um incêndio e assim por diante.

No ano passado, ocorreu uma série de incêndios bateria de lítio, explosão chocado com a notícia: laptops foram queimados, foram cancelados os voos, fogo skate suspensa no trabalho. Nos Estados Unidos, porque as baterias de lítio pegou fogo no ano passado, a Samsung lembrou no valor de até US $ 5 bilhões Galaxy Note 7 telefones inteligentes, e suspendeu o uso continuado do modelo, o que torna capitalização de mercado da Samsung reduzido em bilhões de dólares.

Depois de testar alguns meses, em janeiro deste ano, a Samsung anunciou estes Fracasso principalmente do projeto da bateria de lítio . design tradicional bateria de lítio originou em um contexto histórico específico, que fazia sentido na época. Mas podemos hoje Melhor para fazer o processo de fabricação usando o chip indústria transformadora fornecido .

empresas Enovix da Califórnia provaram que eles podem produzir no mercado é menor do que o volume atual, as baterias de lítio mais baratas e mais seguras.

FIG | vista em corte de um protótipo de silício lítio bateria Enovix

Enovix Fundada em 2007, a empresa financiamento start-up de várias empresas de capital de risco do Vale do Silício. Em primeiro lugar, a empresa de silício é disponível em vez de grafite é um ânodo de lítio bateria recarregável de material à prova de conceito estudos.

2012, começou a produção de baterias de lítio têm uma energia mais elevada do que a densidade convencional. Então, em um investidor estratégico Cypress Semiconductor, Intel e ajuda da Qualcomm, Enovix começou a se desenvolver de baixo custo, sistemas de produção de alto volume.

processo de design de bateria de lítio tradicional originada na produção de fita Sony:

Uma fita magnética é revestida com pasta fluida sobre um substrato de película de plástico e, em seguida, secou-se, corte em tiras e, em seguida, o seu enrolamento é feito. Se a argamassa química é revestida sobre uma folha de metal, secou-se, e em corte de um eléctrodo de folha;

Em seguida, os substratos de eléctrodos intermédios ensanduichando uma membrana de electrólito polimérico, permitindo que os iões fluam entre os dois eléctrodos de electrões mas não passar por ele;

Por fim, o rolo de geleia de feridas em conjunto como empilhamento estrutura como um todo, que formam uma parte de chave da bateria.

Este projeto é muito inteligente, mas para Aumentar ainda mais o desempenho dessas baterias tornou-se mais difícil .

Num aspecto, este design é um desperdício de espaço, o que limita a densidade de energia e, por outro lado, a selecção de materiais de bateria de lítio, a montagem da bateria vai ser um risco de segurança.

bateria Enovix feitas melhorias significativas para esta: primeiro, uma bolacha de silício, utilizando uma técnica de fotolitografia sobre uma bolacha de silício fabrico de uma bateria; uma segunda, ânodo de lítio grafite material tradicional em Si poroso.

FIG | vista em corte transversal interna de uma bateria de lítio convencional, a folha de ânodo da bateria, uma folha de cátodo são separados por uma membrana de polímero, achatadas e colocadas numa caixa metálica

Na bateria de lítio convencional montado, a energia armazenada no material apenas aquelas partículas que constituem o ânodo (eléctrodo negativo) e um cátodo (eléctrodo positivo). Normalmente, o colector de folha de metal, um electrólito, e material de vedação de espaço não utilizado foi responsável por 40% do volume total da bateria, uma grande quantidade de espaço de armazenamento não utilizado tal reduz em grande parte, a densidade de energia da bateria.

bateria Enovix usando técnicas de fotolitografia de silício provenientes da indústria do chip, a produção de cátodo, um ânodo e um separador numa proporção de 1 mm de espessura sobre uma bolacha de silício, o que reduz significativamente o espaço desperdiçado. Nesta célula, 7 5% do volume da bateria para o armazenamento de energia Este aumento de capacidade de cerca de 25% do que as baterias convencionais.

Da mesma forma, para uma dada capacidade da bateria, a bateria será reduzida em proporção com o peso. Volume é tipicamente uma bateria em um dispositivo móvel restrição mais crítica .

FIG | embalagem densa: a estrutura da bateria de lítio compreende um cátodo, um ânodo de silício de 100% e uma orientação separador de cerâmica, dispostas alternadamente sobre um plano fina de uma espessura de 1 mm, melhorou significativamente a densidade de energia da bateria e segurança Fonte: Jean-Luc Fortier

Integrado em um wafer de silício para o eletrodo, o catodo da bateria mais segura. Tipicamente, o material de cátodo tem a sua própria gama de temperaturas de funcionamento, quando a temperatura operacional seja superior à temperatura crítica, o material do cátodo decompõe-se e liberta automaticamente oxigénio para manter a combustão.

Se este processo continuar, pode causar incêndio ou explosão. A célula divide-se em uma estrutura de cátodo com os milhares de pequena porção de silício, um silicone condutor térmico rápido, o que torna a difusão causada pelo calor de fogo separados, explosão torna-se mais difícil.

Uma bateria de lítio utilizando um ânodo de silício como também pode reduzir o risco de fracasso . Quando, pode ocorrer o fluxo de iões de lítio a partir do metal de lítio ânodo cátodo óxido de grafite (ânodo material é quase uma bateria de lítio padrão no dispositivo móvel) os problemas adicionais. Normalmente, os iões de lítio estão localizados na estrutura de rede cristalina de grafite da lacuna.

No entanto, com uma corrente de alta, baixa ou ausência parcial temperatura ambiente material do ânodo activo, iões de lítio pode levar a migrar para a superfície da grafite.

Em seguida, as estruturas de dendrite de metal de lítio tendem a acumular-se no processo de carga da bateria e de descarga, os dendritos irá continuar a crescer e, eventualmente, perfurar o septo causando um curto-circuito, o que pode resultar em incêndio ou explosão.

Finalmente, o sobreaquecimento da bateria de lítio convencional torna-se instável e pode levar à insuficiência induzida termicamente.

FIG | insuficiência induzida termicamente: a estrutura da tecnologia convencional de produção de fita magnética de gravação para produzir uma bateria de lítio, a estrutura é sensível à influência de calor, pode produzir uma explosão ou um incêndio fenómeno, outras consequências catastróficas. 1. O calor gerado; destruição da camada de protecção 2, 3 solução electrolítica é decomposto em gases combustíveis; derretendo diafragma 4, pode provocar um curto-circuito; destruição cátodo 5, o oxigénio é gerado Fonte: .... Llustration

ânodo do Silício tem outra grande vantagem: capacidade específica melhorou muito . Para as baterias de lítio convencionais, a bateria está carregada, os iões de lítio absorvida ânodo de grafite formados de carboneto de lítio (LiC6); bateria de lítio é descarregada de volta para o electrólito, a proporção da capacidade teórica de grafite de cerca de 372mAh / g.

Uma bateria de lítio usando silício como um ânodo, e o carregamento da liga de silício lítio capaz de formar capacidade específica teórica Li22Si5 da bateria até 4200mAh / g, que é uma quantidade muito grande.

No entanto, após a grafite de silício, ainda uma alternativa pesado: Após o lítio absorve silício, expansão do volume grave de silício Até 4 vezes, o que faz com que a integridade da estrutura da célula é destruída.

bateria Enovix resolve porosas silício este problema: no processo de carga e descarga, infla os poros de silício poroso torna-se menor, mas não causa expansão de todo o ânodo, o que faz com que a célula da bateria durante os ciclos de carga-descarga repetidas integridade estrutural pode ser mantida.

Esta capacidade para controlar a expansão do ânodo é uma das principais vantagens do sistema de bateria Enovix, além da bateria de iões de lítio tradicional Sony foi pioneira no desenvolvimento da estrutura. Sob as mesmas condições de volume, Enovix capacidade da bateria de lítio convencional de até 1,5-3 vezes a capacidade.

projeto da estrutura celular plana traz outra vantagem: segurança melhora . Então, especificamente como consegui-lo?

Por um lado, O separador de bateria melhor . Numa bateria de lítio convencional, um separador é geralmente feita de material plástico ou polímero tal como o material do diafragma deve ser suficientemente flexível para facilitar o rolamento. No entanto, uma membrana de plástico e propensos a falhas a temperaturas elevadas. Este design permite planar cerâmica como um separador, aumenta a resistência ao calor e reduz o risco de falha.

As experiências mostram que as principais melhorias acima mencionadas Não só aumentar a capacidade das baterias de lítio, mas também basicamente elimina o risco de explosão e incêndio .

Enovix feito um teste: uma capacidade de baterias de lítio convencional 130mAh e uma bateria de lítio sobrecarga sua fabricado a partir de silício 100mAh para 250% da sua capacidade, e depois agulhada por testes padrão. Resultados convencional bateria de iões de lítio capturados no incêndio, o silicone não disparou uma bateria de iões de lítio.

Uma outra experiência revelou que Enovix, Sob as mesmas condições, esta nova bateria de lítio silício Do que as baterias de lítio convencionais Com uma capacidade maior.

Mapa | Fremont, Califórnia Enovix planta piloto: standard células solares de silício 3D fonte de fabricação de equipamentos de: Enovix Corporação

A maior parte da tecnologia de fabricação de bateria da indústria de fabricação de chips. Litografia e wafers de silício não é a primeira vez para mudar o mundo, quando o computador é iniciado usando circuitos integrados, tudo isso aconteceu.

Estas técnicas têm sido muito utilizados para produzir diodos emissores de luz, tubos de raios catódicos, laser, monitores de vídeo e muitos outros produtos. Usando esta técnica na fabricação de chips de computador a partir de O potencial de revolucionar a indústria de bateria de lítio inteiro.