新型薄膜鋰離子電池是什么電池？

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(fā)展的難題，薄膜鋰離子電池本質上來講是一種采用固態(tài)電解質的全固態(tài)電池。薄膜鋰離子電池的設計生產類似于鋰離子半導體集成電路，需要使用到紫外光刻蝕技術，但是光刻過程中使用的有機/無機化學試劑會對薄膜鋰離子電池的正極材料LiMn2O4材料結構產生破壞，影響鋰離子電池的性能。

薄膜鋰離子電池需要首先在硬質基體上進行制備，然后再轉移到柔性材質上。為了提升電池的性能，并減少光刻過程中對于LMO材料的破壞，直接在整個基體上沉積了一層LiPON電解質，然后采用SiO2對需要的部分進行保護，采用等離子體進行干法刻蝕，這一過程中不會用到光刻溶液，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，然后通過電子束真空蒸鍍的方式在PDMS的表面沉積一層SiO2。

在過去的許多研究中都表明LMO材料在光刻過程中使用的有機和無機溶液中會發(fā)生O2的釋放，從而造成晶體結構的衰變，進而影響材料的電性能。因此通過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。

早期的研究傾向于將采用晶態(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材料會導致材料的離子電導率降低，從而影響電解質薄膜的電化學特性。

通過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，但是在放電的過程中電池的電壓衰降非?？?，正極的比容量僅為10mAh/g左右，這可能是由于在光刻過程中使用的有機/無機溶液對LMO材料的破壞，導致其無法再次嵌鋰。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，充電電壓平臺在3.7V左右，比容量也達到了150mAh/g。經過13uA/cm2的小電流密度對電池進行了循環(huán)測試，表明平行式電池結構具有非常好的穩(wěn)定性。

通過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行優(yōu)化，采用干法刻蝕替代了傳統(tǒng)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(yī)療機器人，具有廣闊的應用前景。