化學電源發展一直朝著高比能量、長壽命、高安全的方向，全固態薄膜鋰電池成為當前比較的熱門的鋰電池種類，無機全固態薄膜鋰電池采用薄膜正負極和薄膜固態電解質，無機固態電解質的薄膜形態使離子電導率較低的固態電解質代替液體電解質成為可能，而正負極的薄膜形態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，由于薄膜鋰電池的薄膜形態，使其很容易加工成微米級電池，甚至進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電源的研究熱點，同時也是微電池研究必然的發展方向。

目前對無機全固態薄膜鋰電池的研究方向主要分為：（1）研發新的電池結構，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題：（2）研究新型高離子電導率的固態電解質，解決無機固態電解質鋰離子電導率低的問題：（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

薄膜鋰電池采用經典的疊層結構，這種電池結構簡單，加工容易。但為了進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。在薄膜鋰電池的3D結構的類似多孔結構的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，LiCoO2為正極制成電池。

2、無機固態電解質的研究

應用無機固態電解質的電池相對于電解液電池有諸多優勢，如電化學穩定、熱穩定、抗震、耐沖擊、不存在漏液和污染問題，易于小型化及制成薄膜。優良的無機固態電解質應當具有以下特點：（1）在鋰活性狀態和環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，固態電解質必須環境友好、無毒、價格低廉容易制備，最好熱膨脹系數能與兩側的電極相吻合，至少不能相差過大。

（1）晶體型無機電解質

目前，晶體無機電解質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電解質。NASICON型固態電解質的結構一般為M[A2B3O12]，盡管NASICON型電解質具有較高的離子傳導率，但是由于T產易被金屬鋰還原，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型電解質則是為了提高電解質的離子傳導率在LISICON型電解質中用硫替代氧，如Li2GeS3、Li4GeS4、Li2ZnGeS4等新材料，其離子電導率最高可達6.5×10^-5S/cm。

晶體型固態電解質雖然具有較高的離子電導率，但一般是單晶數據，制成陶瓷電解質片應用時，由于晶界的離子擴散阻力，其離子電導率大幅降低，而且晶體型固態電解質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界面發生還原反應，電解質不穩定。

（2）LPON等非晶體固態電解質

LiPON是一種部分氮化的磷酸鋰，是一種綜合性能優秀的固態電解質，LiPON膜的室溫離子電導率與其N含量有關，其合成最佳比例的LiPON電解質膜為LibPOxNaus，25℃時其離子電導率可達3.3×10^-5S/cm，電化學穩定窗口寬，可達5.5V，活化能0.54eV。LiPON是通過在N2氣氛下濺射得到的薄膜，且其化學性質和電化學性質穩定，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展十分重要的一種電解質。

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。薄膜制備技術也從初期的蒸鍍、旋涂、濺射等技術不斷完善增加。

釩氧化物和釩酸鋰類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勢，可以加工在一些不耐高溫的襯底上。

LiCo04是商業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、循環性能好等優點，研究十分活躍。采用磁控濺射或脈沖激光沉積的LiCoO4薄膜為無定形結構，容量低、循環性能差，需要經過700℃以上的退火，才能得到容量高、循環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、循環能力。

（2）負極薄膜的研究

全固態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、比容量高等優點，而其安全性差、充放電形變大的缺點由于薄膜電極很薄而近于忽略，但考慮到全固態薄膜鋰電池未來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行了很多研究。

錫基材料具有較高的熔點，能夠承受回流焊的溫度，且制備環境要求低，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之一。采用電子束蒸發的方式，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性能，但合金中的Si導致循環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l00次循環后無明顯衰減，同時，他們還發現硅合金負極的厚度影響了其循環性能，Mg.Si薄膜負極厚度30nm時，其循環性能最好。