化學(xué)電源發(fā)展一直朝著(zhù)高比能量、長(cháng)壽命、高安全的方向，全固態(tài)薄膜鋰電池成為當前比較的熱門(mén)的鋰電池種類(lèi)，無(wú)機全固態(tài)薄膜鋰電池采用薄膜正負極和薄膜固態(tài)電解質(zhì)，無(wú)機固態(tài)電解質(zhì)的薄膜形態(tài)使離子電導率較低的固態(tài)電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)成為可能，而正負極的薄膜形態(tài)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(shí)，由于薄膜鋰電池的薄膜形態(tài)，使其很容易加工成微米級電池，甚至進(jìn)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學(xué)電源的研究熱點(diǎn)，同時(shí)也是微電池研究必然的發(fā)展方向。

目前對無(wú)機全固態(tài)薄膜鋰電池的研究方向主要分為：（1）研發(fā)新的電池結構，提高電池單位面積的容量、放電功率，解決薄膜鋰電池單位面積容量和功率低的問(wèn)題：（2）研究新型高離子電導率的固態(tài)電解質(zhì)，解決無(wú)機固態(tài)電解質(zhì)鋰離子電導率低的問(wèn)題：（3）研究新型正、負極，使成膜后的正、負極具有更

1、薄膜鋰電池結構的研究

薄膜鋰電池采用經(jīng)典的疊層結構，這種電池結構簡(jiǎn)單，加工容易。但為了進(jìn)一步提高電池的性能，對薄膜鋰電池結構的研究逐漸增加，特別是3D結構的薄膜鋰電池由于其良好的性能預期而成為研究熱點(diǎn)。在薄膜鋰電池的3D結構的類(lèi)似多孔結構的3D電池，這種電池是在硅基體上加工很多規則排列的微孔，在微孔內沉積Li擴散阻隔層TiN，然后以硅為負極，LiPON為電解質(zhì)，LiCoO2為正極制成電池。

2、無(wú)機固態(tài)電解質(zhì)的研究

應用無(wú)機固態(tài)電解質(zhì)的電池相對于電解液電池有諸多優(yōu)勢，如電化學(xué)穩定、熱穩定、抗震、耐沖擊、不存在漏液和污染問(wèn)題，易于小型化及制成薄膜。優(yōu)良的無(wú)機固態(tài)電解質(zhì)應當具有以下特點(diǎn)：（1）在鋰活性狀態(tài)和環(huán)境溫度范圍內具有高鋰離子電導率和幾乎可以忽略的電子電導率；（2）必須在電化學(xué)反應下保持穩定，尤其與鋰或鋰合金負極接觸的界面；（3）為了將其應用，固態(tài)電解質(zhì)必須環(huán)境友好、無(wú)毒、價(jià)格低廉容易制備，最好熱膨脹系數能與兩側的電極相吻合，至少不能相差過(guò)大。

（1）晶體型無(wú)機電解質(zhì)

目前，晶體無(wú)機電解質(zhì)在諸多報道中表現出了高離子電導率，其可以分為NASICON型、LISICON型、Thio-LISICON型、鈣鈦礦型等結構的固態(tài)電解質(zhì)。NASICON型固態(tài)電解質(zhì)的結構一般為M[A2B3O12]，盡管NASICON型電解質(zhì)具有較高的離子傳導率，但是由于T產(chǎn)易被金屬鋰還原，導致其與金屬鋰接觸不穩定。

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(zhì)則是為了提高電解質(zhì)的離子傳導率在LISICON型電解質(zhì)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。

晶體型固態(tài)電解質(zhì)雖然具有較高的離子電導率，但一般是單晶數據，制成陶瓷電解質(zhì)片應用時(shí)，由于晶界的離子擴散阻力，其離子電導率大幅降低，而且晶體型固態(tài)電解質(zhì)由于含有易被金屬鋰還原的離子如T”、Si”、Ge*等，使其在與金屬鋰、鋰合金等還原性強的負極接觸時(shí)界面發(fā)生還原反應，電解質(zhì)不穩定。

（2）LPON等非晶體固態(tài)電解質(zhì)

LiPON是一種部分氮化的磷酸鋰，是一種綜合性能優(yōu)秀的固態(tài)電解質(zhì)，LiPON膜的室溫離子電導率與其N(xiāo)含量有關(guān)，其合成最佳比例的LiPON電解質(zhì)膜為L(cháng)ibPOxNaus，25℃時(shí)其離子電導率可達3.3×10^-5S/cm，電化學(xué)穩定窗口寬，可達5.5V，活化能0.54eV。LiPON是通過(guò)在N2氣氛下濺射得到的薄膜，且其化學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)穩定，而且可以同LiCo02、LiMnO4等正極，金屬鋰、鋰合金等負極相匹配，使其成為對于薄膜鋰電池發(fā)展十分重要的一種電解質(zhì)。

3、正、負極薄膜的研究

（1）正極薄膜的研究

薄膜鋰電池的正極材料初期主要是Ti2S3、MoS2、MnO?等，隨后被電位更高的正極材料代替，如V2O3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。薄膜制備技術(shù)也從初期的蒸鍍、旋涂、濺射等技術(shù)不斷完善增加。

釩氧化物和釩酸鋰類(lèi)正極材料一直是正極材料研究的重要方向，其作為薄膜鋰電池的正極材料具有不需要退火的加工優(yōu)勢，可以加工在一些不耐高溫的襯底上。

LiCo04是商業(yè)化薄膜鋰電池采用的正極材料（ITN），美國很多電池體系均采用其作為正極薄膜的材料，其有比能量高、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)，研究十分活躍。采用磁控濺射或脈沖激光沉積的LiCoO4薄膜為無(wú)定形結構，容量低、循環(huán)性能差，需要經(jīng)過(guò)700℃以上的退火，才能得到容量高、循環(huán)性能好的晶體結構的LiCoO2薄膜，這就限制了Li-Co02電極對襯底材質(zhì)的選擇。

納米晶體的LiCoO4放電性能雖然不如700℃退火的LiCoO2薄膜，但比未退火的薄膜性能有明顯改善，針對聚合物等不耐高溫的襯底有一定的應用價(jià)值。Park等在射頻磁控濺射中加入偏壓，制備出了不需要退火也具有一定容量、循環(huán)能力。

（2）負極薄膜的研究

全固態(tài)薄膜鋰電池的負極薄膜目前多采用金屬鋰薄膜。

金屬鋰具有電位低、比容量高等優(yōu)點(diǎn)，而其安全性差、充放電形變大的缺點(diǎn)由于薄膜電極很薄而近于忽略，但考慮到全固態(tài)薄膜鋰電池未來(lái)在微電子方面的用途，采用鋰薄膜作為負極不能耐受回流焊的加熱溫度（鋰熔點(diǎn)l80.5℃，回流焊溫度245℃），因此，薄膜鋰電池的研究工作者們對于新型負極也進(jìn)行了很多研究。

錫基材料具有較高的熔點(diǎn)，能夠承受回流焊的溫度，且制備環(huán)境要求低，是目前研究較多的薄膜負極之一。SnO3薄膜負極，其具有較高的首次放電容量，但第二循環(huán)就衰減到29%，該負極初始比容量達100uAh/cm2，但衰減很快，100次循環(huán)后只能保持3uAh/cm2。這可能是由于制成薄膜電極后，電極不能對錫氧化物的收縮和團聚進(jìn)行有效抑制造成的。

硅具有高達4200mAh/g（LioSi）的理論比容量，因此，硅基負極薄膜的研究一直是薄膜負極研究的熱點(diǎn)之一。采用電子束蒸發(fā)的方式，以Co和Si靶制備出了CoSie和CoSib2兩種硅合金薄膜，均顯示出了良好的電化學(xué)性能，但合金中的Si導致循環(huán)后容量有一定的衰減。采用脈沖激光沉積的方法制備了MgsSi薄膜負極，在0.1~1V（vs.Li）范圍內該薄膜電極比容量達到2000mAh/g，并且超過(guò)l00次循環(huán)后無(wú)明顯衰減，同時(shí)，他們還發(fā)現硅合金負極的厚度影響了其循環(huán)性能，Mg.Si薄膜負極厚度30nm時(shí)，其循環(huán)性能最好。