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全固态锂/锂离子薄膜电池因具有能量密度高、循环寿命长、安全性好，以及工作温度范围大等优点，可用作各种便携式微电子器件的独立或备用电源，以及微电子机械系统(MEMS)和超大规模集成电路(VLSI)的微电源，无论在民用还是在军事上都展现出了广阔的应用前景。薄膜正极材料作为锂/锂离子薄膜电池的重要组成部分，其性能制约着薄膜电池整体电性能。因此制备高性能的薄膜正极材料极为关键。但目前所研究的薄膜正极材料，无论是制备技术还是其性能上均存在一些问题：(1)虽然已有技术能制备出性能较好的薄膜材料，但大多沉积速率低，成膜面积小，成本高，不利于大规模生产；(2)目前研究的各种薄膜正极材料总体性能不佳，容量和循环稳定性均有待提高。为了提高薄膜容量和循环性能，仍需不断探索薄膜制备新技术以及对现有制备工艺进行改进。
溶胶-凝胶薄膜制备技术因具有工艺简单、成本低、材料组分易控、热处理温度低等优点，已被广泛应用于各种薄膜材料的制备。但该法用来制备层状结构的LiNi0.5Mn0.5O2薄膜却不多见。本文基于目前国内外关于薄膜正极材料的研究现状，选取层状LiNi0.5Mn0.5O2和尖晶石LiMn2O4两种薄膜作为研究对象，对溶胶-凝胶法合成这两种薄膜材料进行了系统研究，在此基础上对该法进行了改进，研究了两种薄膜电极材料的动力学性质。全文主要研究工作和结论如下：
(1)对溶胶-凝胶法合成两种薄膜材料的成膜方法进行了研究，结果表明络合剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)不仅能保持溶胶体系的稳定，同时也能有效抑制薄膜在热处理过程中产生裂纹。溶胶中PVP/Mn+摩尔配比对薄膜的最终物相组成影响很大，制备符合化学计量比的LiNi0.5Mn0.5O2薄膜和LiMn2O4薄膜的最佳比值分别为0.8:1和0.6:1。PVP浓度对薄膜形貌和厚度有着显著影响，PVP浓度增加，薄膜表面变得更加粗糙，膜厚增大，在热处理过程中易产生裂纹。在限定合适的PVP/Mn+摩尔比值后，PVP单体浓度控制在0.5 M左右较为合适。
(2)系统研究了溶胶-凝胶法合成LiNi0.5Mn0.5O2薄膜中不同工艺条件对薄膜结构、形貌和电性能的影响，实验结果表明薄膜的物相组成受工艺条件的影响显著。要获得符合化学计量比的目标产物，需严格控制工艺参数。实验发现采用原料一步混合工艺和三段干燥制度可以获得均匀致密、没有裂纹和气孔的薄膜；较高的退火温度有利于材料层状结构的形成，但温度高于800℃时薄膜层状结构受到破坏。缺锂的LiNi0.5Mn0.5O2薄膜其充放电曲线上2.8 V附近出现了一个电位平台，表现出尖晶石材料的充放电特征，降低了LiNi0.5Mn0.5O2薄膜的放电容量；富锂的LiNi0.5Mn0.5O2薄膜电化学性能没有明显改善；光滑致密、层状结构良好的薄膜电性能较优。在较窄的电压区间充放电时容量有所降低，但循环稳定性大大提高。LiNi0.5Mn0.5O2薄膜的倍率性能较差。
(3)对溶胶-凝胶薄膜制备技术进行了改进，采用改进的超声波溶胶-凝胶法制备的LiMn2O4薄膜，其电化学性能有了明显改善。退火温度对LiMn2O4薄膜结构和性能的影响较为显著，700℃退火30 min合成的薄膜样品具有最佳的电性能，其首次放电比容量为59μAh/(cm2·μm)，循环50次后容量保持率为97.3％；充放电截止电压对LiMn2O4薄膜的电化学性能影响很大，在较窄的电压区间充放电时循环稳定性大大提高。LiMn2O4薄膜有着良好的倍率性能。
(4)采用恒电位间歇滴定技术(PITT)和循环伏安法(CV)测定了LiNi0.5Mn0.5O2和LiMn2O4薄膜材料中锂离子扩散系数，两种薄膜材料中Li离子扩散系数分别为3.85×10-13-1.02×10-12cm2/s和4.83×10-12-2.57×10-11cm2/s。Li离子在材料中的扩散系数越大，材料的倍率性能越好。