[發明專利]一種MEMS微型固態鋰離子電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201610128735.1
• 申請日: 2016-03-07
• 公開（公告）號: CN107170958B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 黃曉東;甘興鋒;黃見秋;黃慶安
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M10/0525;H01M4/1395;H01M10/058;B81B3/00;B81C1/00;B81C99/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

1.一種MEMS微型固態鋰離子電池，其特征在于：包括基底（1），所述基底（1）為L型懸臂梁結構，分為橫向自由面和縱向支撐部；在所述基底（1）上從下向上依次設置絕緣層（3）、正極集流體層（4）、正極層（5）、固態電解質層（6）、硅負極層（7）、負極集流體層（8）；其中，所述硅負極層（7）正對基底（1）的橫向自由面設置，基底（1）的縱向支撐部正對位置沒有設置硅負極層，所述硅負極層（7）為厚度100 - 3000 nm的硅；在所述基底（1）的橫向自由面和縱向支撐部的連接處設置敏感電阻（2）。

2.根據權利要求1所述的MEMS微型固態鋰離子電池，其特征在于：所述敏感電阻（2）為基底（1）中注入硼離子形成區域。

3.如權利要求1或2所述MEMS微型固態鋰離子電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

A．選用N型(100) Si作為基底材料，在基底材料上表面進行光刻并使用光刻膠作掩膜進行硼離子注入，形成敏感電阻（2）；

B．通過熱氧化在基底材料的上表面和下表面形成100 nm厚度的SiO₂，其中位于基底材料上表面的SiO₂形成絕緣層（3）；

C．對絕緣層（3）進行光刻，并通過濺射在絕緣層（3）上表面形成100 nm厚度的Pt并光刻，形成正極集流體層（4）以及敏感電阻（2）的引出電極；

D．通過化學氣相沉積在正極集流體層（4）上形成2000 nm厚度的LiCoO₂并光刻，然后進行退火使LiCoO₂結晶化，形成正極層（5）；

E．通過化學氣相沉積在正極層（5）上形成500 nm厚度的LiPON并光刻，形成固態電解質層（6）；

F．通過化學氣相沉積在固態電解質層（6）上形成200 nm厚度的Si并光刻，形成硅負極層（7）；

G．通過濺射在硅負極層（7）上形成100 nm厚度的Cu并光刻，形成負極集流體層（8）；

H．通過化學氣相沉積在基底材料的下表面沉積500 nm厚Si₃N₄，通過雙面對準對位于基底材料的下表面的SiO₂和Si₃N₄進行光刻和開窗，以基底材料下表面的SiO₂和Si₃N₄做掩膜并使用四甲基氫氧化銨試劑對基底材料進行選擇性各向異性濕法刻蝕，形成空腔；

I．對基底材料上表面進行選擇性各向異性干法刻蝕，釋放MEMS懸臂梁結構，最終形成MEMS微型固態鋰離子電池。