鋰離子電池的超小型化設計長(cháng)期以來(lái)都是一個(gè)困擾鋰離子電池發(fā)展的難題，薄膜鋰離子電池本質(zhì)上來(lái)講是一種采用固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池。薄膜鋰離子電池的設計生產(chǎn)類(lèi)似于鋰離子半導體集成電路，需要使用到紫外光刻蝕技術(shù)，但是光刻過(guò)程中使用的有機/無(wú)機化學(xué)試劑會(huì )對薄膜鋰離子電池的正極材料LiMn2O4材料結構產(chǎn)生破壞，影響鋰離子電池的性能。

薄膜鋰離子電池需要首先在硬質(zhì)基體上進(jìn)行制備，然后再轉移到柔性材質(zhì)上。為了提升電池的性能，并減少光刻過(guò)程中對于LMO材料的破壞，直接在整個(gè)基體上沉積了一層LiPON電解質(zhì)，然后采用SiO2對需要的部分進(jìn)行保護，采用等離子體進(jìn)行干法刻蝕，這一過(guò)程中不會(huì )用到光刻溶液，從而避免了對LMO材料的破壞。

完成電池制備后，還需要將電池從Si/SiO2基體上剝離到柔性襯底上，采用聚二甲基硅氧烷PDMS作為剝離材料，將PDMS旋涂到上述電池上，25℃鍵合24h后將上述制備的電池從Si/SiO2基體上剝離下來(lái)，然后通過(guò)電子束真空蒸鍍的方式在PDMS的表面沉積一層SiO2。

在過(guò)去的許多研究中都表明LMO材料在光刻過(guò)程中使用的有機和無(wú)機溶液中會(huì )發(fā)生O2的釋放，從而造成晶體結構的衰變，進(jìn)而影響材料的電性能。因此通過(guò)改變電池結構設計和采用干法侵蝕工藝，避免了光刻溶劑對LMO材料的破壞。

早期的研究?jì)A向于將采用晶態(tài)LMO材料，但是更多的研究表明晶態(tài)LMO材料由于不可逆相變的原因，在容量衰降和循環(huán)性能存在一系列的問(wèn)題，因此為了改善電池的性能，可以采用非晶態(tài)的LMO材料。

對于LiPON電解質(zhì)而言，晶態(tài)和非晶態(tài)的選擇也非常重要，因為有研究表明晶態(tài)LiPON材料會(huì )導致材料的離子電導率降低，從而影響電解質(zhì)薄膜的電化學(xué)特性。

通過(guò)對比了堆疊式結構和平行式兩種結構對鋰離子電池的電性能影響，堆疊式電池結構的充電電壓平臺在3.3V左右，但是在放電的過(guò)程中電池的電壓衰降非?？?，正極的比容量?jì)H為10mAh/g左右，這可能是由于在光刻過(guò)程中使用的有機/無(wú)機溶液對LMO材料的破壞，導致其無(wú)法再次嵌鋰。采用平行式結構和干法刻蝕工藝避免了光刻溶液對LMO材料的破壞，因此平行式結構電池具有非常好的充放電曲線(xiàn)，充電電壓平臺在3.7V左右，比容量也達到了150mAh/g。經(jīng)過(guò)13uA/cm2的小電流密度對電池進(jìn)行了循環(huán)測試，表明平行式電池結構具有非常好的穩定性。

通過(guò)將薄膜微型鋰離子電池原有的堆疊式電池結構改變?yōu)槠叫惺诫姵亟Y構，并對原有的光刻工藝進(jìn)行優(yōu)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(wú)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(xué)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。