[发明专利]一种微型固态薄膜锂电池的制备方法

说明书

本发明涉及一种微型固态薄膜锂电池的制备方法。本发明属于化学电源技术领域。一种微型固态薄膜锂电池的制备方法，其特点是：微型固态薄膜锂电池的结构为玻璃/Al/V₂O₅/LiPON/Li/Cu；制备过程包括：采用磁控溅射法，沉积金属Al薄膜作为正极集流体，沉积V₂O₅薄膜作为正极薄膜；采用原子层沉积技术，沉积锂磷氧氮薄膜对正极薄膜进行修饰；采用磁控溅射技术，沉积锂磷氧氮固态电解质薄膜，沉积金属Li薄膜作为负极，最终完成微型固态薄膜锂电池的制备。本发明对微型固态薄膜锂电池正极/电解质薄膜界面进行了原子尺寸的修饰，能有效改善界面接触效果，降低电池阻抗，提高电池性能。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，特别是涉及一种微型固态薄膜锂电池的制备方法。

背景技术

目前，微型固态薄膜锂电池具有超薄、超轻、高安全性、可集成、可柔性化等特点，将在微系统以及可折叠、可穿戴装备、物联网等领域具有非常广阔的应用前景。因此，全固态薄膜锂电池的研究引起了各国广泛的关注。目前，比较常见的全固态薄膜锂电池的制备方法是采用化学或物理气相沉积技术依次实现薄膜电池正极及集流体薄膜、电解质薄膜、负极及集流体薄膜的沉积，最终完成薄膜电池的制备。磁控溅射技术具有薄膜生长速率快、操作简单等显著特点，是薄膜电池制备的成熟技术。但在实际研制过程中，采用磁控溅射技术生长的正极薄膜表面往往不是理想中的那样光滑、平整，会存在许多大小不一的“颗粒”、“凹槽”以及“尖峰”(如图2所示)，而后续同样采用磁控溅射技术制备的电解质薄膜无法完全覆盖这些缺陷，因此会导致正极薄膜同固态电解质薄膜之间界面接触不好、成为电池阻抗的主要来源、甚至有些“尖峰”会使电池发生短路，影响电池的性能。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种微型固态薄膜锂电池的制备方法。

本发明的目的是提供一种具有能有效改善固态薄膜电池正极/电解质界面接触效果，有效降低全固态薄膜锂电池阻抗，提高电池性能等特点的微型固态薄膜锂电池的制备方法。

本发明针对目前磁控溅射制备微型固态薄膜锂电池存在的界面问题，在完成正极薄膜沉积后，利用原子层沉积技术“无孔不入”的独特优势，在正极薄膜表面预沉积一定厚度的固态电解质薄膜，随后再采用磁控溅射技术依次完成薄膜电池的制备。

1.本发明微型固态薄膜锂电池的结构为玻璃/Al/V₂O₅/LiPON/Li/Cu，如图1所示，衬底为经超声清洗后的载玻片，电池各功能层薄膜通过更换不同的掩模板设计成不同的形状和尺寸。

2.本发明在完成正极薄膜的沉积后，采用原子层沉积技术分别以LiHMDS为锂源、TMPO为磷源，沉积制备锂磷氧氮修饰层。

3.本发明采用磁控溅射法，沉积金属Al薄膜作为正极集流体，沉积V₂O₅薄膜作为正极薄膜。采用原子层沉积技术，沉积锂磷氧氮薄膜对正极薄膜进行修饰。采用磁控溅射技术，沉积锂磷氧氮固态电解质薄膜，沉积金属Li薄膜作为负极，最终完成微型固态薄膜锂电池的制备。

本发明微型固态薄膜锂电池的制备方法所采取的技术方案是：

一种微型固态薄膜锂电池的制备方法，其特点是：微型固态薄膜锂电池的结构为玻璃/Al/V₂O₅/LiPON/Li/Cu；制备过程包括：采用磁控溅射法，沉积金属Al薄膜作为正极集流体，沉积V₂O₅薄膜作为正极薄膜；采用原子层沉积技术，沉积锂磷氧氮薄膜对正极薄膜进行修饰；采用磁控溅射技术，沉积锂磷氧氮固态电解质薄膜，沉积金属Li薄膜作为负极，最终完成微型固态薄膜锂电池的制备。

本发明微型固态薄膜锂电池的制备方法还可以采用如下技术方案：