一種固態鋰離子薄膜電池制造技術

本實用新型專利技術公開一種固態鋰離子薄膜電池，其中，包括一載片，所述載片的兩端沉積有金屬集電極薄膜，在其中一端的金屬集電極薄膜上沉積有正極材料薄膜，在所述正極材料薄膜上沉積有LIPON固體電解質薄膜，在所述LIPON固體電解質薄膜上沉積有金屬Li薄膜。本實用新型專利技術的固態鋰離子薄膜電池，其電池容量高，能量密度高，尤其適用于小型電子設備的無線充電。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及微型電池領域，尤其涉及一種固態鋰離子薄膜電池。
技術介紹
目前，穿戴式智能電子設備逐漸走進消費電子市場，電子產品小型化、微型化、集成化是當今世界技術發展的大勢所趨。當一個子系統可以集成在一塊芯片上(SOC，Systemon a Chip)時，相應的電源也必須完成小型化、微型化的革命。隨著微芯片、微器件的發展，迫切要求發展能與這些微型化智能設備匹配的微電池，如何保證微型化智能設備長時間運行已經成為一個迫切需要解決的技術難題。常規電池已經不能滿足微電機械系統(MEMS)系統對小型化、集成化日益增長的要求。因此，現有技術還有待于改進和發展。
技術實現思路
鑒于上述現有技術的不足，本技術的目的在于提供一種固態鋰離子薄膜電池，旨在解決現有常規電池難以滿足微電機械系統(MEMS)系統對小型化、集成化日益增長的要求的問題。本技術的技術方案如下:一種固態鋰離子薄膜電池，其中，包括一載片，所述載片的兩端沉積有金屬集電極薄膜，在其中一端的金屬集電極薄膜上沉積有正極材料薄膜，在所述正極材料薄膜上沉積有LIPON固體電解質薄膜，在所述LIPON固體電解質薄膜上沉積有金屬Li薄膜。所述的固態鋰離子薄膜電池，其中，所述載片為玻璃、硅片或塑料薄膜載片。所述的固態鋰離子薄膜電池，其中，所述金屬集電極薄膜的厚度為400~600nm。所述的固態鋰離子薄膜電池，其中，所述正極材料薄膜的厚度為200~300nm。所述的固態鋰離子薄膜電池，其中，所述LIPON固體電解質薄膜的厚度為1.5?2.5μιη0所述的固態鋰離子薄膜電池，其中，所述金屬Li薄膜的厚度為2.有益效果:本技術在基片上依次沉積金屬集電極薄膜、正極材料薄膜、LIPON固體電解質薄膜、金屬Li薄膜，本技術的全固態薄膜鋰離子電池，其電池容量高，能量密度高，尤其適用于小型電子設備的無線充電。【附圖說明】圖1至圖6為本技術一種固態鋰離子薄膜電池一具體實施例在制備過程中不同階段的結構示意圖。【具體實施方式】本技術提供一種固態鋰離子薄膜電池，為使本技術的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本技術進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。本技術的一種固態鋰離子薄膜電池較佳實施例，其包括:在載片上依次沉積的金屬集電極薄膜，在其中一端的金屬集電極薄膜上沉積有正極材料薄膜，在所述正極材料薄膜上沉積有LIPON固體電解質薄膜，在所述LIPON固體電解質薄膜上沉積有金屬Li薄膜。所述的載片可以是玻璃或硅片或塑料薄膜載片，其表面保持潔凈。在沉積金屬集電極薄膜時，采用直流派射方法(D.C.Sputtering)，將該金屬集電極薄膜作為引出極。基片上沉積金屬集電極薄膜的兩個區域可為一大一小。所述金屬集電極薄膜的材質優選為Ti或Cu。所述正極材料薄膜的材質優選為LiMn2O4,或LIFe(W04)2。正極材料薄膜采用磁控派射法(R.F.sputtering)沉積，在沉積時需掩住其他區域。同樣采用磁控濺射法沉積LIPON固態電解質薄膜，該LIPON固態電解質薄膜的區域覆蓋了正極材料薄膜的區域。以LIPON為電解質的薄膜電池，具有較好的化學性能，其電流密度高，可循環次數也多，固態鋰離子薄膜電池需封裝處理，留出基片兩端的引出極區域，還可通過調節各步驟靶材成分和成膜條件，來優化固態鋰離子薄膜電池的電化學性能。封裝時，可采用磁控濺射法沉積的惰性薄膜進行封裝。或者采用光敏膠進行封裝。所述惰性薄膜的材質優選為21<)2或S1 2。下面結合具體實施例對本技術的結構進行具體說明。在第一層結構中，如圖1所示，以7.5cmX2.5cmX0.1cm的載片作為基片，所述基片的兩端1.0cmX 2.5cm和5.5cmX2.5cm的區域沉積金屬集電極薄膜，作為引出極，金屬集電極薄膜厚度為400~600nm，如圖2所示。其中，金屬集電極薄膜其材質可為Ti或Cu。在第二層結構中，如圖3所示，在5.5cmX2.5cm區域的金屬集電極薄膜上沉積正極材料薄膜(其材質為LiMn2O4或LIFe (W0 4)2)，正極材料薄膜的面積為4.0cmX 1.7cm。所述的正極材料薄膜其厚度為200~300nm。在第三層結構中，如圖4所示，在基片上留出兩端1.5cmX2.5cm和1.0cmX 2.5cm的區域用掩模板掩住，在中間空出的區域沉積鋰磷氧氮(LIPON)固態電解質薄膜，其厚度為 1.5-2.5Mm, LIPON 薄膜面積為 5.0cmX 2.5cm。在第四層結構中，如圖5所示，在LIPON薄膜上沉積金屬Li薄膜，金屬Li薄膜其厚度為2.5Mm。金屬Li薄膜的薄膜面積為4_6cm2;固態鋰離子薄膜電池封裝之后，留出基片兩端的各0.5cmX2.5cm的引出極區域，在封裝時沉積1.5-2.5μπι的21<)2或S1 2等惰性薄膜進行封裝或用光敏膠進行封裝，如圖6所示；本實施例的固體鋰離子薄膜電池其單片陰極薄膜有效面積可以達到4cm2，循環次數彡1000次，體積比容量多ΙΟΟμΑΙι，電流密度達到5μΑ/αιι2。綜上所述，本技術的全固態薄膜鋰離子電池，其電池容量高，有效面積大，能量密度高，具有優異的電化學性能，尤其適用于小型電子設備的無線充電。并可將其與RFID標簽集成，制成有源燈ID標簽，提升了標簽的識別性能。制作成匹配全固態電池的射頻充電設備，可實現非外接電源充電，可應用智能手機、智能手表、智能眼鏡等等小型電子設備無線充電的使用。應當理解的是，本技術的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本技術所附權利要求的保護范圍。【主權項】1.一種固態鋰離子薄膜電池，其特征在于，包括一載片，所述載片的兩端沉積有金屬集電極薄膜，在其中一端的金屬集電極薄膜上沉積有正極材料薄膜，在所述正極材料薄膜上沉積有LIPON固體電解質薄膜，在所述LIPON固體電解質薄膜上沉積有金屬Li薄膜。2.根據權利要求1所述的固態鋰離子薄膜電池，其特征在于，所述載片為玻璃、硅片或塑料薄膜載片。3.根據權利要求1所述的固態鋰離子薄膜電池，其特征在于，所述金屬集電極薄膜的厚度為 400~600nm。4.根據權利要求1所述的固態鋰離子薄膜電池，其特征在于，所述正極材料薄膜的厚度為 200~300nm。5.根據權利要求1所述的固態鋰離子薄膜電池，其特征在于，所述LIPON固體電解質薄膜的厚度為1.5-2.5Mm。6.根據權利要求1所述的固態鋰離子薄膜電池，其特征在于，所述金屬Li薄膜的厚度為 2.5Mm。【專利摘要】本技術公開一種固態鋰離子薄膜電池，其中，包括一載片，所述載片的兩端沉積有金屬集電極薄膜，在其中一端的金屬集電極薄膜上沉積有正極材料薄膜，在所述正極材料薄膜上沉積有LIPON固體電解質薄膜，在所述LIPON固體電解質薄膜上沉積有金屬Li薄膜。本技術的固態鋰離子薄膜電池，其電池容量高，能量密度高，尤其適用于小型電子設備的無線充電。【IPC分類】H01M10-0525, H01M10-058【公開號】CN204271201【申請號】CN2014208229本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種固態鋰離子薄膜電池，其特征在于，包括一載片，所述載片的兩端沉積有金屬集電極薄膜，在其中一端的金屬集電極薄膜上沉積有正極材料薄膜，在所述正極材料薄膜上沉積有LIPON固體電解質薄膜，在所述LIPON固體電解質薄膜上沉積有金屬Li薄膜。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉遠鳳，
申請(專利權)人：TCL集團股份有限公司，
類型：新型
國別省市：廣東;44