薄膜锂电池制备工艺现状

　　1摘要随着无线电通讯和集成光电路的迅速发展，在很多电子设备上都要求有独立的高性能微型电源。薄膜锂电池作为种重要的微型能源形式。正在受到越来越多的关注和研宄。概述了国际上目前制备薄膜锂电池的阴极膜阳极膜和电解质膜过程中所采用的各种工艺手段从工作原理。采用的材料与设备得到的膜的物理化学性能等各个方面对这些工艺方法进行了分析。比较及评价。

　　近几十年来，电子工业迅猛发展，电子仪器设备进步微型化。为了减少电源的噪声，降低电能在高密度排列的动态随机贮存器，人肘3中的耗逸，实际生产中要求将电源与电子设备连为体，实现能源局域化，即在金属氧化半导体CMS存於块上匹配质量轻能量高寿命长的微型电池。锂离子电池被认为是最合适的电源，因为锂是最轻的金属元素，同时电负性最大，能够提供高比能量。为了将微电源与微电子设备联为体，须将电池的各个部分阴极电解质阳极，以多层薄膜的形式制备在电子设备上。

　　在国外，薄膜锂电池经过十几年的实验室研宄开发，现在已经逐渐进入应用领域。1是几3，每6实验室制备的集成电路块上的，忙02薄膜电池意，其电池本身厚度仅有15可提供4.23.8，之间的稳定电压，150的电量1.心1如，3，8公司开发的1丁人薄膜收稿日期200103基金项目国家自然科学基金50172058蓄电池正极材料的研锂电池，工作电压为该公司将其应用于射频仍卡和智能卡上，容量达到0.2次以上121.

　　备工艺，主要包括阴极膜阳极膜和电解质膜的制备。

　　1阴极膜集成电路块上的以02薄膜电池意阴极薄膜的制备是薄膜锂离子蓄电池制备工艺中最主要和最困难的步骤。因为高性能的阴极材料是复合氧化物量比的化合物是制备工艺的关键。制备阴极薄膜的工艺可分为物理方法和化学方法。前者研究较多。制得的膜性能也较增强化学气相沉积法印，13.，100.使用化学方法来沉积阴极膜与物理方法相比，仪器设备的成本要便宜得多。

　　但控制参数，多，更不容易得到符合计量比的薄膜，1.1射频磁控溅射沉积法主要设备是磁控溅射仪。将欲沉积的膜材料的粉末相经过冷压和高温焙烧处理后作为靶源。工作气氛为氩气和氧气白勺研宄人员米用人1作为衬底。并在其上沉积20030，厚无定型的膜转化为晶体膜。膜的沉积速率控制为0.70.12最后得到的膜的厚度为0.051.8.膜的性能优良，忙0，2膜的比容量可达到60以，2.化0肘2，4膜上3.在本验中。仙发现在各种不同类型衬底上生长的小于0.14的02膜都具有轴定向的特点5，通过控制实5佥条件，可以制备003定向或1004定向的00，02薄膜。他们还通过严格控制实验参数制备了具有纳米级晶粒约5腿的。2，4，1比容量可搡到45±23 mAh，U剧循环ll以。的时间，而且高；lllllL工l性，g优良71.

　　1.2脉冲激光沉积法这是利用激光的巨大能量。将源物质迅速蒸发，并在衬底沉积成膜。激光的这特点使得膜材料与源物质在组成上几乎是致的。使用这方法的另优点是可以直接在不锈钢衬底上沉积，同时无需沉积后的高温退火处理。2是美国定能得到与靶物质组成相同的薄膜。只有精确控制，2压才能获得计量比的膜2坏境气芦等发现用孔1方法制膜在沉淀初定向的。但当膜的厚度再增时。沉淀的膜变为无定向的轴定向的膜由于电荷转移电阻大和垂直衬底方向的扩散系数小，电化学性能并不理想31.3电子束蒸发法沉淀的非晶膜以后。既可以取出进行高温800，退火处理14，也可以在较低的温度400，进行原位退火处理1两种处理方法都可得到河204晶体膜。其中后者具有特别重要导体的基本材料8和3；无法承受40，以上的温度但在8，目前的工艺中。仍以低镍含量的不锈钢或41既作为忖底又作为上流体。4时沉枳有10的；和2，1的入作为缓冲层该；去的1积违牛。可达609，1出得。；以24薄膜中。文接近1.400原位退火处理得到的晶体颗粒小于，5爪。比通常的沉淀后退火处理得到的晶体颗粒小数倍，比容量亦在130，以上。

　　簧谏溶液La.wrenBerkleyNational实验室使用该法制备薄膜彦电池阴极膜的脉冲激光设备意。沉积室抽成真空后充入低压的，1平；衬底坫通过电阻丝加热到60，1的不锈钢薄片；衬底与靶源之间的距离为35；沉积速率在1025，1之间其均匀沉淀的面积达32.得到的，02和0肘2，4膜的比容量分别为62以加2.0和56以，2.0但寿命只有300次左右。刖。朋。1等认为即使，用脉冲激光沉。亦不1.4热解法要设备是个密封小室和个针状喷嘴3通过高电压将含有源物质的溶液在特定的气氛中喷射到加热的衬底上，反应生成嵌锂化合物沉积下来。而有机物则被加热分解伯丁醇+乙酸为溶剂8衬底可为人1箔金箔或硅片，通过热电偶控制在450，左右，韩国尺人丁大学应用此法通过分层沉积制备以肘叱+即每沉淀段时间后。停止沉淀。加热膜。以充分干燥并除去有机物。经过68次沉淀干燥后，再在高温下进行退火处理，即可得到结晶膜。以200的电流密度充放电。可逆比容量为40以而2卞，可承受600次循环191法其原理是将两种源物质通过加热蒸发，利用携带气体的流动带至加热的衬底上。在衬底上发生反应，产生膜物质并沉积下来。叫着1等人采用，0方法制备02膜时，以6，甲基庚火夺3！5酮反应生成的产物为0源。源物质通过人1气携入反应仓。与反休+；1；合。反应仓的气；通过量拉制仪控制在0.3，13.331.衬底为450的人1不锈或硅厂。当沉淀违率较饫时0.12.得到的膜较为孜密；当沉淀速丰较高，扣，得到多孔漠，JLiMn2O4莫时。1源采基环。戈烯锰。1.；源仍为1的产物，衬底温度须提高到650，21.

　　m，itCVD，PECVD这是种改进的00方法，它利用等离子体的作用使源物质在等离子区进行均匀充分的反应，然后在加热的衬底上直接以晶体形态沉淀下来。得到所需的膜。美国心1；1只1山沿实似；1在采1目，0方认制备521和1遍043时。应1种。1有低沸1.和高劣汽的忡源物质六氟异丙氧化锂，32，1儿，它在5，1的蒸汽压可达到6.6744是该实验室制备25时采用的设备意，两种源物质。，13和1.32001由，1.气执5反应气休2和02均匀混合后。进入体积为1 400，的等离子区。发生反应，并在加热的铟锡氧化物1贤衬底上沉积。其中源物质和反应气体的流量衬底的温度等离子的发射功率等参数都须要严格控制，该实验室报道其得到的1205膜在3.53.6之间的两个放电平台可提供30心2.4的比容量，循环寿命可达到2次；3124的比容1为3广以流量控制押1386加，价，16，101制备12，5的设备意2电解质膜合适的锂离子电池的电解质应当是种优良的，离子导体厂1.同时是电子绝缘体。而且在05电压范围内不与金属以发生反应。早期人们研宄的电解质薄膜体系300的电导率仅有9，量级随含量的增加略有上升，可采用如1蒸发法在4001制备1241.

　　0；1；21215是另个桉研宄过的电，质体系；其电鲜质薄膜在251的电导率约为104；1它是用，8；04和，04作为源物质。通过溅射法制备的1气采用了6，14以04285为靶源物质。通过溅射法得到的电解质膜具胃人抓的屯导中191.

　　其室温电异半达2081.与和各种氧化物阴极在，5范围内均不发生反应。长期循环性能稳定。它是将3，4耙在纯沁中通过磁控溅射制备成膜的，沉淀速率控制在51咖爪；1；仙膜是种非晶膜，面平滑。膜的，比可通过能1色散射线射1和1山。竹向肢射必技术测汜山质子激发射线；分析法，确记，与，或0与4；的1；子比，据报道；2.，的电导半。可达330父10饥28.少量的存在是。，膜具有高的0+导电性和良好的稳定性的主要原因，但其具体作用机理尚1叫1.久。似室机测在，10膜中可能形成4状结构27，3阳极膜目前使用的阳极薄膜材料主要有种金属0硅和锡的试化物1爪州汜锂阳极。

　　金属0是应用最多的种阳极薄膜。它的制备较为简单，可以通过直接蒸发金属来获得。

　　由于电子线路装配过程中使用的焊接回流3，技术要求将电子设备的各个部分加热到2502此时金属1已不坫含作为阳极，的沸点为8，1.，泱，实验室开发了无定型的硅锡氧氮化合物30阳极薄膜31.它的电压在01.2.，之间，该实验窀饥装的，离子，电沐。作4.22.7之以5流密度介放电可逆界1为3401且。作经过250.处理后，容量还有10的增加。，阳极薄膜可以02和8，2为源物质。在气氛中通过射频磁控溅射或直流磁控，射制备。

　　但8爪阳极在首次循环中有很大的不可逆容量3，为克服这缺九，吐1；如。实验；1义研制1锂1；极1.

　　仙们在，训电解质脱。1.怕溅射沉积100501的1成丁谓1作为阳极集流体，再覆盖层0.314的0，脱或6的聚对找似1.如6脱作为保护层。避免充电过程中人1.气中痕量比，和，2对，的影响。组装成电池杜柯等薄膜锂电池制备工艺现状后，通过第次充电。在阳极集流体上形成金属放电时，这层金属1又会剥落。形成1+，重新回到阴极。因此，阳极上不会有过量的1存在。避免了锂枝晶的产生，同时在制备中没有生成金属阳极膜，可以承受250，的热处理。这种用无锂阳极装配的电池其性能可与用金属锂阳极装配的电池相比。当以0.1认2的电流密度充放电时。阴极02的比容量达到62.512爪，当电流密度，大到5，2时，比容量降低为40.6.而寿命可达数千次。

　　0；18实验室将这种薄膜电池直接做到1型8；片上1；1环后剩余62，