鋰離子電池自誕生以來，其基本結(jié)構(gòu)幾乎沒有發(fā)生改變。現(xiàn)在所有的鋰離子電池結(jié)構(gòu)都是基于索尼當年設(shè)計的三明治結(jié)構(gòu)，電池主要由正極薄片和負極薄片組成，為了防止正負極之間短路，正負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+穿過隔膜在正負極之間移動。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計可以說是恰到好處，以至于二十多年來鋰離子電池的結(jié)構(gòu)都沒有發(fā)生大的改變，但是這種結(jié)構(gòu)其實存許多問題，首當其沖的就是就是安全問題。聚合物隔膜的熔點比較低，在電濫用或者機械濫用導致電池大量產(chǎn)熱或者內(nèi)短路時，隔膜在高溫的作用下會發(fā)生收縮和熔化，從而導致正負極之間直接接觸，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。在鋰離子電池內(nèi)部能夠儲存能量的只有正負極活性物質(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)計導致的問題最終還需要從設(shè)計的角度上來解決，Enovix公司的工程師從半導體產(chǎn)業(yè)上找到了解決這一問題的靈感。在過去的數(shù)十年中半導體產(chǎn)業(yè)在摩爾定律的驅(qū)動下快速發(fā)展，每18個月芯片上的晶體管數(shù)量就要翻一倍，在戈登?摩爾博士作出這個預測的1965年，單個芯片上能夠集成的晶體管數(shù)量僅為30個，而今天每一塊芯片上都集成了數(shù)十億個晶體管。反觀鋰離子電池的發(fā)展史，在過去的二十多年的時間里其能量密度的提升速度僅為每年5%左右，而電子設(shè)備對儲能的需求卻大幅增加，功能機時代手機每周充一次電，而到了智能機時代充電成了每天必備的功課。

　　幸運的是半導體產(chǎn)業(yè)的基石Si材料，對于鋰離子電池而言也是一種非常優(yōu)異的負極材料，一個Si能與4.4個Li結(jié)合形成Li4.4Si，而6個C才能與1個Li結(jié)合形成LiC6，因此石墨負極的理論容量僅為372mAh/g，而Si材料的理論容量可達4200mAh/g以上，這使得Si材料成為了一種理想的負極材料，因此半導體行業(yè)成熟的Si材料處理工藝有望應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都具有半導體設(shè)計和封測經(jīng)驗，因此他們將半導體產(chǎn)業(yè)中的光刻蝕工藝與Si負極鋰離子電池結(jié)合在一起，在Si基片上通過光刻蝕工藝設(shè)計了一種3D結(jié)構(gòu)的固態(tài)鋰離子電池（工藝過程如下圖所示），其工藝主要包含以下幾個步驟1）第一步是在涂有光刻膠的硅片表面繪制圖案；2）對其進行腐蝕，留下一部分作為Si負極，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基片將會被激光切割成為單片電池，這些單片電池首先會焊接上正負極引線，然后進行烘干，最后這些1mm厚的單片電池會根據(jù)需求堆疊成為不同厚度和形狀的電池。

　　這一技術(shù)極大的提高了鋰離子電池的空間利用率，在Enovix開發(fā)的電池中75%的空間都能夠用來儲存電池，體積能量密度是傳統(tǒng)鋰離子電池的1.5-3倍，這對于消費類電子產(chǎn)品而言無疑具有極大的吸引力。

　　Enovix電池的另一大優(yōu)勢就是安全，傳統(tǒng)鋰離子電池采用的聚合物隔膜，在高溫下會發(fā)生熔化和收縮，引起鋰離子電池熱失控。而Enovix電池采用的陶瓷隔膜最大程度上避免了這一問題。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茫瑥亩M一步提升電池的安全性。將一個130mAh的傳統(tǒng)鋰鋰離子電池和一個100mAh的Enovix電池都充電到250%SoC，然后進行針刺實驗，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)鋰離子電池發(fā)生了熱失控并起火，而Enovix則沒有發(fā)生熱失控，充分表明了Enovix電池的安全性。

　　對于鋰離子電池而言成本往往是最大的敵人，將半導體產(chǎn)業(yè)的工藝應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)高性能太陽能電池，在Cypress半導體公司、Intel投資公司和高通投資公司的幫助下，Enovix公司從2014年開始借助SunPower成熟的技術(shù)改進自己的生產(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開發(fā)的3DSi電池工藝是建立在半導體工業(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)帶來革命性的變化！