鋰離子電池的超小型化設計長期以來都是一個困擾鋰離子電池發展的難題，薄膜鋰離子電池本質上來講是一種采用固態電解質的(de)(de)(de)全固態電(dian)(dian)池。薄膜鋰(li)(li)離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)設計(ji)生產(chan)類似于鋰(li)(li)離(li)子(zi)(zi)半導(dao)體集成電(dian)(dian)路(lu)，需要使用(yong)到(dao)紫外光(guang)刻蝕技術，但是(shi)光(guang)刻過程(cheng)中使用(yong)的(de)(de)(de)有機/無機化學(xue)試劑會對薄膜鋰(li)(li)離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)正極材(cai)料LiMn2O4材(cai)料結(jie)構產(chan)生破壞，影(ying)響鋰(li)(li)離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)性能。

薄膜鋰離(li)子(zi)電(dian)池需要(yao)(yao)首先(xian)在(zai)硬質基體(ti)上(shang)進行制備，然(ran)后(hou)再轉(zhuan)移到柔性材(cai)質上(shang)。為了(le)提升電(dian)池的性能，并減少光刻(ke)過程中對(dui)于(yu)LMO材(cai)料的破壞(huai)，直接在(zai)整個基體(ti)上(shang)沉積(ji)了(le)一層LiPON電(dian)解質，然(ran)后(hou)采(cai)用SiO2對(dui)需要(yao)(yao)的部分進行保護，采(cai)用等(deng)離(li)子(zi)體(ti)進行干法刻(ke)蝕，這(zhe)一過程中不會用到光刻(ke)溶液，從而避(bi)免了(le)對(dui)LMO材(cai)料的破壞(huai)。

完成電池(chi)制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)后(hou)，還需要將電池(chi)從(cong)Si/SiO2基體上(shang)(shang)剝離(li)到柔性(xing)襯底上(shang)(shang)，采用聚(ju)二甲基硅氧烷PDMS作(zuo)為(wei)剝離(li)材料，將PDMS旋涂到上(shang)(shang)述(shu)電池(chi)上(shang)(shang)，25℃鍵合(he)24h后(hou)將上(shang)(shang)述(shu)制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)的電池(chi)從(cong)Si/SiO2基體上(shang)(shang)剝離(li)下來，然后(hou)通過電子束(shu)真空蒸(zheng)鍍的方式在PDMS的表(biao)面沉積一(yi)層SiO2。

在過(guo)去的(de)(de)(de)許多研(yan)究中(zhong)都表(biao)明LMO材料在光(guang)刻(ke)過(guo)程中(zhong)使用(yong)的(de)(de)(de)有機(ji)和(he)無機(ji)溶(rong)液(ye)中(zhong)會發生O2的(de)(de)(de)釋放，從而造成晶(jing)體(ti)結構(gou)的(de)(de)(de)衰變(bian)，進而影響材料的(de)(de)(de)電性能。因此通過(guo)改變(bian)電池結構(gou)設計(ji)和(he)采用(yong)干法侵蝕工(gong)藝(yi)，避免(mian)了光(guang)刻(ke)溶(rong)劑對LMO材料的(de)(de)(de)破壞。

早期的(de)研究傾(qing)向于(yu)將采用(yong)晶態(tai)LMO材料，但是更(geng)多的(de)研究表明晶態(tai)LMO材料由于(yu)不可逆相(xiang)變的(de)原因(yin)，在容量(liang)衰降和循環性能(neng)存在一系列的(de)問(wen)題(ti)，因(yin)此為了改善電池(chi)的(de)性能(neng)，可以采用(yong)非晶態(tai)的(de)LMO材料。

對于LiPON電(dian)解(jie)質(zhi)(zhi)而言，晶態(tai)和非(fei)晶態(tai)的選擇也(ye)非(fei)常重要，因為有研究表明晶態(tai)LiPON材料(liao)會(hui)導(dao)致材料(liao)的離子電(dian)導(dao)率降低，從而影響電(dian)解(jie)質(zhi)(zhi)薄膜(mo)的電(dian)化學(xue)特性(xing)。

通(tong)過對(dui)比了堆疊式(shi)(shi)(shi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)和平行(xing)式(shi)(shi)(shi)兩種結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)對(dui)鋰(li)離(li)子電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)性(xing)能影(ying)響，堆疊式(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)池(chi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)充電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)平臺(tai)在3.3V左右(you)，但是在放(fang)電(dian)(dian)的(de)(de)(de)過程中電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)衰降非常快，正極的(de)(de)(de)比容量(liang)僅為10mAh/g左右(you)，這可能是由于在光刻(ke)過程中使用的(de)(de)(de)有機/無(wu)機溶(rong)液對(dui)LMO材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)破(po)壞，導致其無(wu)法再次嵌鋰(li)。采用平行(xing)式(shi)(shi)(shi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)和干法刻(ke)蝕工(gong)藝避(bi)免了光刻(ke)溶(rong)液對(dui)LMO材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)破(po)壞，因此平行(xing)式(shi)(shi)(shi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)電(dian)(dian)池(chi)具有非常好(hao)的(de)(de)(de)充放(fang)電(dian)(dian)曲線，充電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)平臺(tai)在3.7V左右(you)，比容量(liang)也達到了150mAh/g。經(jing)過13uA/cm2的(de)(de)(de)小(xiao)電(dian)(dian)流(liu)密度(du)對(dui)電(dian)(dian)池(chi)進行(xing)了循環測試，表明平行(xing)式(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)池(chi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)具有非常好(hao)的(de)(de)(de)穩定性(xing)。

通過將薄膜微型鋰離子電池原有的堆疊式電池結構改變為平行式電池結構，并對原有的光刻工藝進行優化，采用干法刻蝕替代了傳統的光刻溶液，從而避免了有機/無機光刻溶液對LMO材料的破壞，提升微型鋰離子電池的電化學性能微型薄膜鋰離子電池由于微小的尺寸適合應用在一些對電流要求較低的微型機械機構中，例如微型醫療機器人，具有廣闊的應用前景。