鋰離子電池材料鋰-錳-鈷氧化物之結構與磁性研究

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楊仲準(Chun-Chuen Yang) 查詢紙本館藏

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物理學系

論文名稱

鋰離子電池材料鋰-錳-鈷氧化物之結構與磁性研究

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摘要(中)

Li(Mn/Co)2O4樣品，結果顯示室溫時此樣品為兩相共存，其中73%為正方晶系中Fd m空間對稱的Li(Mn1.81Co0.19)O4；而27%為長方晶系中具Fddd空間對稱的Li(Mn1.37Co0.63)O4。由結構分析顯示出Co的摻雜會破壞樣品結構的對稱性，造成此結構相的分離。
針對樣品LiMn2O4的中子磁繞射實驗，在80 K到1.8 K之間發現三個米勒指標分別對應為{0 1 ½}、{0 1 1}、{1 1 0}的磁繞射峰出現。主要是來自於Mn3+離子間的反鐵磁排列造成的短程磁相關，在1.8 K時其相關長度大約為300Å；30 K以下的磁繞射譜圖亦發現一米勒指標為{1 1 1}之繞射峰，其主要來源為Mn4+離子間的鐵磁排列所造成短程磁相關，在1.8 K時相關長度大約為50Å。由於Mn3+之間較強的磁矩交換作用，故在磁有序參數實驗上發現Mn3+先於80K時克服熱擾動而開始自發磁相關，迄於40K時Mn4+才開始發生磁相關，形成Mn離子的兩階段磁相關現象。這些實驗顯示也了Mn3+離子和Mn4+離子並非均勻的交錯配置在空間中，而是各自形成區域性叢集的現象。
在交流磁化率實驗上。三個Li(Mn/Co)2O4摻雜Co比例為0%、10%、20%的樣品，由300 K到1.8K以Curie-Weiss定律去擬合，發現依序分別在90K、150K、150K時脫離順磁態。對照中子磁有序參數實驗分析不含鈷的樣品可知，90K脫離順磁態的原因是由於Mn3+開始發生的反鐵磁相關造成。在30K附近，三個樣品都發現一隱沒的峰值，同樣對照中子磁有序參數實驗可知，其來源是Mn4+的鐵磁相關。而在118K處以及75K處，摻雜鈷10%、20%的樣品較無摻雜Co的樣品多出兩磁化率峰。由外加直流磁場的磁化率實驗，推論其可能來源為摻雜的鈷所造成的磁擾動。

關鍵字(中)

★ 鋰離子電池

關鍵字(英)

★ Lithium ion battery

論文目次

論文摘要………………………………………………………………………1
致謝……………………………………………………………………………3
目錄……………………………………………………………………………4
圖目……………………………………………………………………………5
表目……………………………………………………………………………6
第一章簡介
1.1 LiMn2O4系統簡介…………………………………………………………7
1.2 Li(Mn2-xCox)O4樣品製作………………………………………………12
第二章中子散射理論與實驗
2.1 中子的基本特性…………………………………………………………16
2.2 中子核散射理論…………………………………………………………18
2.3 中子磁散射理論…………………………………………………………20
2.4 中子核散射實驗技術與裝置……………………………………………23
2.5 中子磁散射實驗技術與裝置……………………………………………26
2.6 Rietveld結構精算法……………………………………………………29
第三章中子散射實驗結果分析
3.1 晶體結構分析……………………………………………………………37
3.2 中子磁繞射分析…………………………………………………………49
第四章交流磁化率實驗
4.1 交流磁化率理論…………………………………………………………56
4.2 交流磁化率實驗裝置……………………………………………………58
4.3 交流磁化率實驗結果分析………………………………………………62
第五章結論…………………………………………………………………70
附錄
a. 中子核繞射強度模擬程式………………………………………………73
b. 中子核繞射強度模擬程式輸入檔………………………………………76
c. 中子磁繞射強度模擬程式………………………………………………77
d. 中子磁繞射強度模擬程式輸入檔………………………………………81
e. Curie-Weiss表示式擬合程式……………………………………………82
f. Curie-Weiss表示式擬合程式輸入檔……………………………………84

參考文獻

第一章
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指導教授

李文献(Wen-Hsien Li)

審核日期

2000-6-28

推文