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锂電池因為高能效比在電子設備中廣泛應用，市場前景越來越廣闊，也因此有很多科研人員投入這個行業。

這種電池基于锂離子在正極和負極材料之間的嵌入和脫嵌過程，實現電能的儲存和釋放。

當前主流锂電池，通常使用鎳钴錳或者鎳钴鋁按照不同配比與锂元素進行混合做正極材料，被稱為三元锂電池，能效比最高；另一種則是磷和鐵與锂離子結合做正極材料的磷酸鐵锂電池，成本相對較低，能效比稍差，負極材料大多數以石墨為主。

當外部電源連接到電池時，锂離子從正極材料中脫離出來，通過電解液向負極移動。

在負極，锂離子嵌入到石墨的層狀結構中，并與從正極通過外電路到達的電子結合，儲存電荷能量。

使用電池為外部設備供電時，嵌入在負極的锂離子會脫嵌出來，再次通過電解液遷移到正極。

在正極，锂離子與正極材料反應，同時從外電路接收電子，這一過程釋放能量，形成電流供設備使用。

锂電池的能量存儲和釋放本質上是化學能與電能之間的轉換，這一過程是可逆的，允許電池反複充放電。

正負極材料在反複的锂離子嵌入和脫嵌過程中，部分活性物質會逐漸溶解、脫落或發生結構變化，導緻可參與反應的锂離子減少，電池容量随之下降。

锂元素是密度最小的金屬，在元素周期表中位次隻在氫與氦之後，排第三位，也就意味着相同的質量中，可以含有更大數量的金屬離子，在正負極之間進行穿梭，達到最高的存儲能效。

燕新新材料公司原先主要研究方向，就是更高能效的三元锂電池材料，提高能量密度，降低生産成本，可惜研究進展緩慢，始終達不到量産要求。

曾凡從公司回到家後，就在書房琢磨如何設計一種更合理的電池結構，提高能效比的同時，增加安全性，受熱容易起火爆炸是锂電池的痼疾。

本來想設計個家庭用的垃圾清理機器人，結果又跳躍到了電池的研究上來，主要還是他微觀感應進展到原子層面後，對微觀分子結構的研究更方便，讓他可以看到更多的可能性，無論研究哪個方向，都能取得前所未有的成果。

其實生物體就是能效比最高的機器，不需要太高能量密度，就可以做到很多機器做不了的事情，但是改造出一種有智慧的生物為人類支配，曾凡從内心比較抵觸，他更希望設計出隻有簡單智能的機器來做這些工作。

所有的機器最高效便捷的能源就是電能，想要可以移動，那電池就是必不可少的材料，解決電池問題，就相當于解決了許多機器設備的使用效率問題。

提高電池的能量密度，最根本的方法就是提高電池中用于能量循環的锂離子數量，減少充放電過程中锂離子的損失。

提升電池的安全性，最主要就是提高電池耐熱性，減少正負極短路的可能，最好是用固态物質替代現有的液态或者凝膠電解質。

将這兩個要求融合到一起，目前理論上最佳解決方案就是锂離子固态電池，所謂的固态電池，指的就是固态電解質。

電解質的最佳要求允許锂離子在電池内部高效移動，同時阻隔電子傳遞，确保電荷隻能通過外部電路流動，同時還要有很好的高低溫适應能力，極端狀況下也能最大限度隔離電池正負極，減少内部短路的可能。

固态電解質能很好的解決這些問題，隻是仍面臨很多的技術挑戰：目前固态電解質的離子電導率相對較低，影響電池的快速充放電性能；正負極材料與固态電解質之間的接觸界面電阻較大，影響電池性能；還有就是大規模生産的成本控制問題。

隻要曾凡能找到一種解決這些缺點的固态電解質材料，那锂電池的性能将會得到極大的提升，垃圾清理機器人也能按照他的設計要求很快的做出來。

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