化學電源發展一直朝著高比能量、長壽命、高安全的方向，全固態薄膜鋰電池成為當前比較的熱門的鋰電池種類，無機全固態薄膜鋰電池采用薄膜正負極和薄膜固態電解質，無機固態電解質的薄膜形態使離子電導率較低的固態電解質代替液體電解質成為可能，而正負極的薄膜形態使其可以應用很多充放電體積變化較大的正負極材料，如金屬鋰、薄膜硅等。同時，由于薄膜鋰電池的薄膜形態，使其很容易加工成微米級電池，甚至進一步的研究出納米電池，所以，薄膜鋰電池不但成為下一代化(hua)學電(dian)源的(de)研(yan)究(jiu)熱點(dian)，同時也是微電(dian)池研(yan)究(jiu)必(bi)然的(de)發展方向。

目前對無機(ji)全(quan)固態薄膜鋰電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)方向主(zhu)要分為(wei)：（1）研(yan)(yan)發新的(de)(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)結構，提高電(dian)(dian)池(chi)單位(wei)面積(ji)的(de)(de)(de)容(rong)量(liang)、放電(dian)(dian)功率，解(jie)決(jue)薄膜鋰電(dian)(dian)池(chi)單位(wei)面積(ji)容(rong)量(liang)和功率低(di)(di)的(de)(de)(de)問題：（2）研(yan)(yan)究(jiu)新型(xing)(xing)高離子電(dian)(dian)導(dao)率的(de)(de)(de)固態電(dian)(dian)解(jie)質，解(jie)決(jue)無機(ji)固態電(dian)(dian)解(jie)質鋰離子電(dian)(dian)導(dao)率低(di)(di)的(de)(de)(de)問題：（3）研(yan)(yan)究(jiu)新型(xing)(xing)正(zheng)(zheng)、負極，使成(cheng)膜后的(de)(de)(de)正(zheng)(zheng)、負極具有(you)更(geng)

1、薄膜鋰電池結(jie)構的研(yan)究

薄(bo)膜(mo)鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)采用(yong)經典的(de)(de)(de)疊層(ceng)結構(gou)，這種電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)結構(gou)簡單(dan)，加(jia)(jia)工容易。但為了進一步提高電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)性能，對薄(bo)膜(mo)鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)結構(gou)的(de)(de)(de)研(yan)究逐漸(jian)增加(jia)(jia)，特別是3D結構(gou)的(de)(de)(de)薄(bo)膜(mo)鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)由于其良(liang)好的(de)(de)(de)性能預期而成為研(yan)究熱點。在(zai)(zai)薄(bo)膜(mo)鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)3D結構(gou)的(de)(de)(de)類(lei)似(si)多孔(kong)結構(gou)的(de)(de)(de)3D電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)，這種電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)是在(zai)(zai)硅基體上加(jia)(jia)工很多規則排列的(de)(de)(de)微孔(kong)，在(zai)(zai)微孔(kong)內沉積Li擴散(san)阻(zu)隔層(ceng)TiN，然后以(yi)硅為負極，LiPON為電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)質(zhi)，LiCoO2為正極制(zhi)成電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)。

2、無機固(gu)態電解質的研究

應(ying)用無機固(gu)態(tai)電(dian)(dian)解質的電(dian)(dian)池(chi)相對于電(dian)(dian)解液(ye)(ye)電(dian)(dian)池(chi)有(you)諸多優(you)勢，如電(dian)(dian)化(hua)學(xue)穩定(ding)、熱(re)穩定(ding)、抗震、耐沖擊、不存在(zai)(zai)漏(lou)液(ye)(ye)和(he)污染(ran)問題，易于小型化(hua)及制(zhi)成薄(bo)膜。優(you)良的無機固(gu)態(tai)電(dian)(dian)解質應(ying)當具有(you)以(yi)下特點：（1）在(zai)(zai)鋰(li)(li)活性狀態(tai)和(he)環(huan)境溫度范圍內具有(you)高鋰(li)(li)離子電(dian)(dian)導率和(he)幾乎可以(yi)忽略的電(dian)(dian)子電(dian)(dian)導率；（2）必(bi)須在(zai)(zai)電(dian)(dian)化(hua)學(xue)反應(ying)下保持穩定(ding)，尤其(qi)與(yu)鋰(li)(li)或鋰(li)(li)合金(jin)負極接觸的界面；（3）為了將(jiang)其(qi)應(ying)用，固(gu)態(tai)電(dian)(dian)解質必(bi)須環(huan)境友好(hao)、無毒、價格低廉(lian)容(rong)易制(zhi)備(bei)，最好(hao)熱(re)膨脹(zhang)系數能(neng)與(yu)兩側的電(dian)(dian)極相吻合，至(zhi)少(shao)不能(neng)相差(cha)過大。

（1）晶體型無機電(dian)解質

目前，晶體無(wu)機電解質在諸多報道中表(biao)現出(chu)了(le)高(gao)離子電導率，其(qi)可以分為NASICON型(xing)、LISICON型(xing)、Thio-LISICON型(xing)、鈣(gai)鈦礦型(xing)等(deng)結(jie)構(gou)的(de)固態(tai)(tai)電解質。NASICON型(xing)固態(tai)(tai)電解質的(de)結(jie)構(gou)一般為M[A2B3O12]，盡管(guan)NASICON型(xing)電解質具有較(jiao)高(gao)的(de)離子傳導率，但是由于T產(chan)易被(bei)金(jin)屬鋰還原，導致(zhi)其(qi)與金(jin)屬鋰接(jie)觸不穩定。

LISICON也具有較高的離子電導率，其典型結構是Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON型電解質則是為了提高電解質的離子傳導率在LISICON型電解質中用硫替代氧，如Li2GeS3、Li4GeS4、Li2ZnGeS4等新材料，其離子電導率最高可達6.5×10^-5S/cm。

晶體(ti)型固(gu)態(tai)電解(jie)質(zhi)雖然具有較(jiao)高的(de)(de)離(li)子電導率(lv)，但一般是單晶數據，制成(cheng)陶瓷(ci)電解(jie)質(zhi)片應用時，由(you)于晶界(jie)的(de)(de)離(li)子擴(kuo)散阻(zu)力，其離(li)子電導率(lv)大(da)幅(fu)降低，而且晶體(ti)型固(gu)態(tai)電解(jie)質(zhi)由(you)于含有易被金(jin)屬(shu)鋰(li)還(huan)原的(de)(de)離(li)子如T”、Si”、Ge*等(deng)，使其在與金(jin)屬(shu)鋰(li)、鋰(li)合金(jin)等(deng)還(huan)原性強的(de)(de)負極(ji)接觸(chu)時界(jie)面發生還(huan)原反應，電解(jie)質(zhi)不穩定。

（2）LPON等非晶體固態電解質

LiPON是一種部分氮化的磷酸鋰，是一種綜合性能優秀的固態電解質，LiPON膜的室溫離子電導率與其N含量有關，其合成最佳比例的LiPON電解質膜為LibPOxNaus，25℃時其離子電導率可達3.3×10^-5S/cm，電化學穩定窗(chuang)口寬，可達5.5V，活化能0.54eV。LiPON是通過在N2氣(qi)氛下濺(jian)射得到的薄膜，且(qie)其(qi)化學性質和電化學性質穩定，而且(qie)可以同LiCo02、LiMnO4等(deng)正極，金屬鋰(li)(li)、鋰(li)(li)合金等(deng)負極相匹配(pei)，使其(qi)成為對于薄膜鋰(li)(li)電池發展十(shi)分重(zhong)要(yao)的一種(zhong)電解質。

3、正、負極(ji)薄(bo)膜的研究(jiu)

（1）正極(ji)薄膜的研(yan)究(jiu)

薄膜(mo)(mo)鋰電池的正(zheng)極(ji)材料初(chu)期(qi)主要是Ti2S3、MoS2、MnO?等(deng)，隨后被電位(wei)更高(gao)的正(zheng)極(ji)材料代替，如V2O3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。薄膜(mo)(mo)制備技術(shu)也從初(chu)期(qi)的蒸鍍(du)、旋涂、濺(jian)射(she)等(deng)技術(shu)不斷完善增加。

釩(fan)(fan)氧化物(wu)和釩(fan)(fan)酸鋰(li)類正極(ji)材料一直是正極(ji)材料研究的重要(yao)方(fang)向，其(qi)作(zuo)為薄膜鋰(li)電池(chi)的正極(ji)材料具有不需要(yao)退火的加工(gong)優(you)勢(shi)，可以加工(gong)在一些不耐(nai)高溫(wen)的襯底上(shang)。

LiCo04是商業化薄(bo)膜(mo)(mo)鋰電(dian)池(chi)(chi)采用的(de)(de)正極材料（ITN），美國很多電(dian)池(chi)(chi)體系均采用其作為(wei)(wei)正極薄(bo)膜(mo)(mo)的(de)(de)材料，其有比能(neng)(neng)量(liang)高、循環性能(neng)(neng)好等優點，研究十分(fen)活(huo)躍。采用磁控濺射(she)或脈沖激光(guang)沉積(ji)的(de)(de)LiCoO4薄(bo)膜(mo)(mo)為(wei)(wei)無定形結構，容量(liang)低、循環性能(neng)(neng)差，需要(yao)經過700℃以(yi)上(shang)的(de)(de)退火，才能(neng)(neng)得到容量(liang)高、循環性能(neng)(neng)好的(de)(de)晶體結構的(de)(de)LiCoO2薄(bo)膜(mo)(mo)，這就(jiu)限制(zhi)了Li-Co02電(dian)極對(dui)襯底(di)材質的(de)(de)選擇。

納米晶體的(de)LiCoO4放電性(xing)能雖然不(bu)如700℃退(tui)火的(de)LiCoO2薄膜(mo)，但比未(wei)退(tui)火的(de)薄膜(mo)性(xing)能有(you)明(ming)顯改善，針對(dui)聚(ju)合物(wu)等不(bu)耐高溫的(de)襯底(di)有(you)一(yi)定的(de)應(ying)用價值。Park等在射頻磁控濺射中加入偏壓(ya)，制備出了不(bu)需要退(tui)火也具有(you)一(yi)定容量、循環能力。

（2）負極薄膜的研究

全(quan)固態薄(bo)膜(mo)鋰電(dian)池(chi)的(de)負極薄(bo)膜(mo)目前多采(cai)用金屬鋰薄(bo)膜(mo)。

金屬鋰(li)具有電(dian)位(wei)低、比容量高等(deng)優點(dian)(dian)，而其安全性(xing)差、充(chong)放電(dian)形變大的(de)(de)(de)缺點(dian)(dian)由(you)于(yu)薄(bo)膜(mo)電(dian)極很(hen)薄(bo)而近(jin)于(yu)忽略，但考(kao)慮(lv)到全固態薄(bo)膜(mo)鋰(li)電(dian)池(chi)未來在微電(dian)子方(fang)面的(de)(de)(de)用途，采用鋰(li)薄(bo)膜(mo)作(zuo)為負(fu)極不能耐(nai)受回流焊的(de)(de)(de)加熱(re)溫度(du)（鋰(li)熔點(dian)(dian)l80.5℃，回流焊溫度(du)245℃），因(yin)此，薄(bo)膜(mo)鋰(li)電(dian)池(chi)的(de)(de)(de)研究工作(zuo)者們對于(yu)新型負(fu)極也(ye)進行了很(hen)多研究。

錫基材料具(ju)有較高的(de)(de)熔點，能夠承受回流焊的(de)(de)溫度，且制(zhi)備環(huan)境要求低(di)，是(shi)目前研究(jiu)較多的(de)(de)薄(bo)(bo)膜(mo)負(fu)極(ji)之(zhi)一。SnO3薄(bo)(bo)膜(mo)負(fu)極(ji)，其具(ju)有較高的(de)(de)首次放(fang)電(dian)(dian)容(rong)量，但第二循環(huan)就衰減到29%，該負(fu)極(ji)初始比容(rong)量達100uAh/cm2，但衰減很快，100次循環(huan)后只能保持(chi)3uAh/cm2。這可能是(shi)由(you)于制(zhi)成薄(bo)(bo)膜(mo)電(dian)(dian)極(ji)后，電(dian)(dian)極(ji)不能對(dui)錫氧(yang)化物(wu)的(de)(de)收縮和(he)團聚進行有效抑制(zhi)造(zao)成的(de)(de)。

硅具有高達4200mAh/g（LioSi）的理論比(bi)容量(liang)，因此，硅基(ji)負極(ji)薄(bo)(bo)膜的研(yan)究一(yi)(yi)直是(shi)薄(bo)(bo)膜負極(ji)研(yan)究的熱(re)點之一(yi)(yi)。采(cai)用電子束蒸發的方(fang)式，以Co和Si靶制(zhi)(zhi)備出了CoSie和CoSib2兩種硅合金薄(bo)(bo)膜，均顯(xian)示出了良好(hao)的電化(hua)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)(neng)，但合金中的Si導致循(xun)(xun)環后(hou)容量(liang)有一(yi)(yi)定的衰(shuai)減(jian)。采(cai)用脈沖激(ji)光沉積的方(fang)法(fa)制(zhi)(zhi)備了MgsSi薄(bo)(bo)膜負極(ji)，在0.1~1V（vs.Li）范圍內該薄(bo)(bo)膜電極(ji)比(bi)容量(liang)達到2000mAh/g，并且超(chao)過l00次循(xun)(xun)環后(hou)無(wu)明(ming)顯(xian)衰(shuai)減(jian)，同(tong)時，他們還發現硅合金負極(ji)的厚(hou)度影響了其循(xun)(xun)環性(xing)(xing)能(neng)(neng)，Mg.Si薄(bo)(bo)膜負極(ji)厚(hou)度30nm時，其循(xun)(xun)環性(xing)(xing)能(neng)(neng)最好(hao)。