專利名稱：一種全固態鋰離子薄膜電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種全固態鋰離子薄膜電池。
背景技術：
作為鋰離子電池一個分支的全固態鋰離子薄膜電池，由于在智能
卡、CMOS基集成電路、微設備等方面具有廣泛的應用前景，受到各 國學者的廣泛關注，成為鋰離子電池研究的新熱點。
目前鋰離子薄膜電池的研究都是在硅基片或其它基片上進行的。 一般是在基片上沉積正極薄膜，然后沉積固體電解質薄膜，最后沉積 負極薄膜(或反向進行)。由于薄膜電池存在額外基片，研制工作較 為煩瑣。盡管以lithium phosphorus oxynitride (LiPON)無定形薄膜 為固體電解質、金屬鋰為負極研制的LiMn2(V UPON /Li或UCo02/ LiPON /Li薄膜電池性能相對較好[J.B.Bates， N丄Dudney， B.Neudecker， et al. Solid State Ionics 135 (2000) 33],但由于鋰的熔點(約180°C ) 低于焊接溫度(250°C-260°C),焊接時會導致鋰負極的熔化從而破壞 電池，因而難以應用于一體化集成領域。
本發明人在研究LiuAl。.3Th.7(P04)3鋰離子固體電解質燒結片時
發現，盡管制備的LiL3AWTh.7(P04)3燒結片厚度不到lmm，壓片時 的壓強較小，沒有添加助熔劑，但制備的燒結片卻具有相當強度，不易斷裂。所以用這種燒結片作為固體電解質的同時又兼作基片來制作 鋰離子薄膜電池，可避免使用額外基片。
目前最受關注的LiPON固體電解質薄膜的離子電導率為2.3xl(T6 S.cm-1[X. Yu, J. B. Bates, G. E. Jellison, et al. J. Electrochem. Soc. 144(1997) 524.]， LiuAlcuTiLXPC^固體電解質燒結片的離子電導率 為7xl0-4 S.cm國1 [H.Aono, E.Sugimoto， Y.Sadaoka， et al. J.Elec加chem, Soc.l36(1989) L590.]。比較可知，在面積相同的情況下，300 |im厚 的LiL3Al。.3Ti"(P04)3燒結片與lfim厚的LiPON固體電解質薄膜的 電阻差不多。因此與有額外基片(一般基片的厚度在300^im以上)采用 1 (im厚LiPON為固體電解質的鋰離子薄膜電池相比，采用 LiuAl(oTiu(P04)3燒結片作為固體電解質并兼作基片來制備鋰離子 薄膜電池，薄膜電池的內阻和厚度都不會增加，但卻使薄膜電池的制 作更方便。
發明內容
本發明的目的旨在提供一種基于固體電解質燒結片的全固態鋰 離子薄膜電池。
LiL3Al。.3Th.7(P04)3是 一種性能優良的鋰離子固體電解質，其離子
電導率可達7xl()4s.cm",燒結片的強度大，不易斷裂。本發明采用
固相反應和溶膠-凝膠法合成LiL3Alo.3Ti!.7(P04)3燒結片，是以 LiL3AWTiu(P04)3固體電解質燒結片作為電解質的同時兼作基片，在 燒結片的兩側分別沉積LiCo02或LiMn204薄膜作為正極、Li4Ti5012
或LiMll204薄膜作為負極而成。其LiL3AWTi,.7(P04)3固體電解質燒結片的厚度在1.5mm以下，正、負極薄膜厚度在20iam以下。
采用LiL3AWriL7(P04)3燒結片作為固體電解質并兼作基片來制
備鋰離子薄膜電池，薄膜電池的內阻和厚度都不會增加，但卻使薄膜 電池的制作更方便。且電池為全固態，能用于一體化集成領域和高溫 環境，可避免使用額外基片。 具體實施方案
實施例1
首先將化學計量比的醋酸鋰和醋酸錳加熱溶解于少量去離子水
后，加入乙二醇甲醚得到LiMn204前驅體溶液，溶液濃度為0.3 mol/L。 再將化學計量比的醋酸鋰溶于乙二醇甲醚，待完全溶解后加入 Ti(OQH9)4并不斷攪拌，得到0.2 mol/L的Li4Ti5012前驅體溶液。將
Li4Ti5012前驅體溶液噴霧熱解在LiL3AWTiL7(P04)3固體電解質燒結
片一側，燒結片溫度控制在38(TC。然后將一側沉積了 0 115012薄膜 的LiuAWTiL7(P04)3燒結片于快速退火系統中80(TC熱處理5分鐘。 熱處理后將LiMn204前驅體溶液噴霧熱解在LiL3Alo.3Th.7(P04)3燒結 片的另一側，燒結片溫度控制在35(TC,沉積了 LiMn204薄膜后于快 速退火系統中750°C熱處理5分鐘得到開路電壓約為2.4V的LiMn204/ LiuAlo.3Th.7(P04V Li4Ti5012全固態鋰離子薄膜電池。在 LiL3八lo.3TiL7(P04)3燒結片兩側沉積的LiMn204、 Li4Ti5012薄膜厚度在 20nm以下，Lii.3Al。.3Ti,.7(P04)3固體電解質燒結片的厚度在1.5 mm 以下。整個過程中，噴嘴與LiL3AWn"(P04)3固體電解質燒結片的距 離為8 cm,實施例2
首先將化學計量比的醋酸鋰和醋酸鈷加熱溶解于少量去離子水 后，加入乙二醇甲醚得到0.3mol/L的LiCo02前驅體溶液。另外將化
學計量比的醋酸鋰溶于乙二醇甲醚，待完全溶解后加入Ti(OC4H9)4 并不斷攪拌，得到0.2 mol/L的0^5012前驅體溶液。將LiCo02前
驅體溶液、Li4Ti5012前驅體溶液分別噴霧熱解在LiL3AWTiL7(P04)3
固體電解質燒結片的兩側，燒結片的溫度控制在3S(TC，噴嘴與 LiuAlojTii.XPO^固體電解質燒結片的距離為 8 cm。 LiL3Al。.3Tk7(P04)3兩側分別沉積了 Li4Ti5012和LiCo02薄膜后于快速 退火系統中80(TC熱處理5分鐘，得到開路電壓約為2.2V的LiCo(V LiL3Alo.3Tiu(P04V Li4Ti5012全固態鋰離子薄膜電池。在 LiL3Al。.3Ti,.7(P04)3燒結片兩惻沉積的LiCo02、 Li4Ti5012薄膜厚度在 20(im以下，LiuAlo.3Th.7(P04)3固體電解質燒結片的厚度在1.5 mm以下。
實施例3
首先將化學計量比的醋酸鋰和醋酸錳加熱溶解于少量去離子水 后，加入乙二醇甲醚得到LiMn204前驅體溶液，溶液濃度為0.3 mol/L。 然后將LiMn204前驅體溶液分別噴霧熱解在LiuAl。.3TiL7(P04)3固體
電解質燒結片的兩側，LiL3Al(x3TiL7(P04)3固體電解質燒結片溫度控制
在350°C,噴嘴與LiuAlo.3Th.7(P04)3固體電解質燒結片的距離為8
Cm。然后將兩側沉積了 LiMll204薄膜的LiL3Al。.3TiL7(P04)3固體電解
質燒結片于快速退火系統中750。C熱處里5分鐘，得到開路電壓約為1.2V的LiMn204/ LiuAUiLXPCUV LiMn204全固態鋰離子薄膜電
池。在Lk3AWTiL7(P04)3燒結片兩側沉積的LiMll204薄膜厚度在
20(im以下，LiuAl(uTiL7(P04)3固體電解質燒結片的厚度在1.5 mm 以下。
權利要求
1、一種全固態鋰離子薄膜電池，其特征是以Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3固體電解質燒結片作為電解質的同時兼作基片，在燒結片的兩側分別沉積正極為LiCoO2或LiMn2O4薄膜和負極為Li4Ti5O12或LiMn2O4薄膜；正、負極薄膜厚度在20μm以下，Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3固體電解質燒結片的厚度在1.5mm以下。
全文摘要
一種全固態鋰離子薄膜電池。是以Li<sub>1.3</sub>Al<sub>0.3</sub>Ti<sub>1.7</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>固體電解質燒結片作為電解質的同時兼作基片，在燒結片的兩側分別沉積LiCoO<sub>2</sub>或LiMn<sub>2</sub>O<sub>4</sub>薄膜作為正極、Li<sub>4</sub>Ti<sub>5</sub>O<sub>12</sub>或LiMn<sub>2</sub>O<sub>4</sub>薄膜作為負極而成，電池正、負極薄膜厚度在20μm以下，Li<sub>1.3</sub>Al<sub>0.3</sub>Ti<sub>1.7</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>固體電解質燒結片的厚度在1.5mm以下。本發明薄膜電池的內阻和厚度都不會增加，但卻使薄膜電池的制作更方便。且電池為全固態，能用于一體化集成領域和高溫環境，可避免使用額外基片。
文檔編號H01M10/36GK101673846SQ200910044488
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月28日 優先權日2009年9月28日
發明者何則強, 劉建本, 吳顯明, 肖卓炳, 上 陳, 陳善文, 陳良鋼, 麻明友 申請人:吳顯明