锂电池因为高能效比在电子设备中广泛应用，市场前景越来越广阔，也因此有很多科研人员投入这个行业。

这种电池基于锂离子在正极和负极材料之间的嵌入和脱嵌过程，实现电能的储存和释放。

当前主流锂电池，通常使用镍钴锰或者镍钴铝按照不同配比与锂元素进行混合做正极材料，被称为三元锂电池，能效比最高；另一种则是磷和铁与锂离子结合做正极材料的磷酸铁锂电池，成本相对较低，能效比稍差，负极材料大多数以石墨为主。

当外部电源连接到电池时，锂离子从正极材料中脱离出来，通过电解液向负极移动。

在负极，锂离子嵌入到石墨的层状结构中，并与从正极通过外电路到达的电子结合，储存电荷能量。

使用电池为外部设备供电时，嵌入在负极的锂离子会脱嵌出来，再次通过电解液迁移到正极。

在正极，锂离子与正极材料反应，同时从外电路接收电子，这一过程释放能量，形成电流供设备使用。

锂电池的能量存储和释放本质上是化学能与电能之间的转换，这一过程是可逆的，允许电池反复充放电。

正负极材料在反复的锂离子嵌入和脱嵌过程中，部分活性物质会逐渐溶解、脱落或发生结构变化，导致可参与反应的锂离子减少，电池容量随之下降。

锂元素是密度最小的金属，在元素周期表中位次只在氢与氦之后，排第三位，也就意味着相同的质量中，可以含有更大数量的金属离子，在正负极之间进行穿梭，达到最高的存储能效。

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电池材料，提高能量密度，降低生产成本，可惜研究进展缓慢，始终达不到量产要求。

曾凡从公司回到家后，就在书房琢磨如何设计一种更合理的电池结构，提高能效比的同时，增加安全性，受热容易起火爆炸是锂电池的痼疾。

本来想设计个家庭用的垃圾清理机器人，结果又跳跃到了电池的研究上来，主要还是他微观感应进展到原子层面后，对微观分子结构的研究更方便，让他可以看到更多的可能性，无论研究哪个方向，都能取得前所未有的成果。

其实生物体就是能效比最高的机器，不需要太高能量密度，就可以做到很多机器做不了的事情，但是改造出一种有智慧的生物为人类支配，曾凡从内心比较抵触，他更希望设计出只有简单智能的机器来做这些工作。

所有的机器最高效便捷的能源就是电能，想要可以移动，那电池就是必不可少的材料，解决电池问题，就相当于解决了许多机器设备的使用效率问题。

提高电池的能量密度，最根本的方法就是提高电池中用于能量循环的锂离子数量，减少充放电过程中锂离子的损失。

提升电池的安全性，最主要就是提高电池耐热性，减少正负极短路的可能，最好是用固态物质替代现有的液态或者凝胶电解质。

将这两个要求融合到一起，目前理论上最佳解决方案就是锂离子固态电池，所谓的固态电池，指的就是固态电解质。

电解质的最佳要求允许锂离子在电池内部高效移动，同时阻隔电子传递，确保电荷只能通过外部电路流动，同时还要有很好的高低温适应能力，极端状况下也能最大限度隔离电池正负极，减少内部短路的可能。

固态电解质能很好的解决这些问题，只是仍面临很多的技术挑战：目前固态电解质的离子电导率相对较低，影响电池的快速充放电性能；正负极材料与固态电解质之间的接触界面电阻较大，影响电池性能；还有就是大规模生产的成本控制问题。

只要曾凡能找到一种解决这些缺点的固态电解质材料，那锂电池的性能将会得到极大的提升