《表1 不同固态电池体系及传统锂离子电池的特性对比》

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《薄膜型全固态锂电池》

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薄膜型全固态锂电池是在传统锂离子电池的基础上发展起来的一种新型结构的锂离子电池。其基本工作原理与传统锂离子电池类似，即在充电过程中Li+从正极薄膜脱出，经过电解质在负极薄膜发生还原反应；放电过程则相反[8]。如表1所示，薄膜锂电池在结构上使用固态电解质层取代了传统锂离子电池原有的电解液和隔膜，由致密的正极、电解质、负极薄膜在衬底上叠加而成，并且在加工制备、电化学特性等方面有着显著的差异。在加工制备方面，商用锂离子电池多采用涂布、喷涂等方法，体型固态锂电池多采用涂布、挤压、高温烧结等工艺[9-10]。而薄膜型全固态锂电池通常使用磁控溅射、脉冲激光沉积、热蒸发等镀膜方法或者化学气相沉积、溶胶-凝胶等合成方法成膜。基于以上制备工艺，薄膜型全固态锂电池的电极薄膜十分致密，与体型固态电池的多孔电极相比，电极材料的利用率可有效提高。此外，由于薄膜锂电池的电解质和电极在制备时为原子或分子簇团叠加成膜，与体型固态电池相比可以更有效地解决固-固界面上的微观缺陷，实现完美结合的固-固界面[11-13]。在性能方面，薄膜锂电池除具有提高电池能量密度、拓宽工作温度区间、延长使用寿命等固态电池的优点外，与体型固态锂电池相比，还具有以下特点:（1）电极/电解质界面接触良好，具有极薄电解质层，可实现快速充放电；（2）电极材料更为致密，可实现更高的能量密度，更低的自放电率（<1%每年）[14]，并具有超长的循环寿命（文献报道最长达40000次，容量保持95%）[8]；（3）电池可设计性更高，体积小，与半导体生产工艺匹配，可在电子芯片内集成。然而，由于受镀膜工艺的限制，目前薄膜电极厚度通常为微米级，存在着单位面积比容量较低的缺点。基于以上特性，薄膜型全固态锂电池可广泛的应用于智能卡、电子标签、集成电路等领域，被认为是微电子系统电源供应中唯一可用的能源器件以及可穿戴电子设备的理想电源，还可以应用于可植入医疗器件、航天航空等特殊领域。