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    題名: 鋰離子電池LixNi1-yCoyO2陰極材料之溶膠凝膠法製程研究
    作者: 徐瑞鋒;Ran-Fon Hsi
    貢獻者: 化學工程與材料工程研究所
    關鍵詞: 溶膠凝膠法;陰極材料;鋰離子電池;LixNi1-yCoyO2;cathode materials;Lithium ion batteries;sol-gel
    日期: 2000-07-10
    上傳時間: 2009-09-21 12:17:43 (UTC+8)
    出版者: 國立中央大學圖書館
    摘要: 本實驗為利用溶膠凝膠法,並加入螯合劑,其包含檸檬酸(Citric acid)、草酸(Oxalic acid)、丙酸(Propionic acid)、酒石酸(Tartaric acid)或順丁烯二酸(Maleic acid)等,合成LiNi1-yCoyO2(0.1≦y≦0.3)陰極材料,初步比較不同螯合劑及不同鎳鈷計量對電池電容量的影響,篩選出較佳的螯合劑及獲得最佳的鎳鈷計量數。針對檸檬酸及順丁烯二酸等兩種螯合劑,改變製程中的變數,如煆燒溫度、煆燒時間、螯合劑量、鋰過計量、溶劑種類及摻雜微量的鍶等六種,比較各變數中最佳的變因,得到電池性能較佳的電極材料。 A. 以檸檬酸為螯合劑,合成LiNi1-yCoyO2 (y=0.1~0.3) (電池充放電截止電壓:4.3V~3.0V) 以硝酸鋰、硝酸鎳及硝酸鈷等三種為起始物,以檸檬酸為螯合劑,無水酒精為溶劑,將所得的先導物以800℃煆燒12小時,得到鋰鎳鈷氧化物LiNi1-yCoyO2(0.1≦y≦0.3),其中以y=0.2即LiNi0.8Co0.2O2之電池,第一次放電電容量為188 mAh/g,而FMC LiNi0.8Co0.2O2樣品為180mAh/g,前者循環性較後者差。 B. 以檸檬酸、酒石酸、草酸、丙酸或順丁烯二酸等五種弱酸為螯合劑,初步研製LiNi0.8Co0.2O2材料(電池充放電截止電壓:4.3V~3.0V) 在800℃或700℃煆燒12小時之條件可合成出純相的產物。對前者800℃而言,所得材料之電池性能,以檸檬酸、順丁烯二酸、酒石酸及草酸為螯合劑,其電池性能,在第一次循環的放電電容量,均在180 mAh/g以上;以丙酸為螯合劑所得材料,電池第一次循環放電電容量為178 mAh/g較前四者稍微低一點。對後者700℃而言,所得材料之電池性能,只有順丁烯二酸,放電容量仍可在180 mAh/g以上,其它螯合劑,所得材料之電池放電電容量均在175 mAh/g以下。 C. 以檸檬酸為螯合劑,合成LixNi0.8Co0.2O2材料(電池充放電截止電壓:4.3V~3.0V) 在700~950℃煆燒溫度下,以800℃煆燒的材料性較佳,可得純相之產物,而電池電容量亦是以800℃時最高。另外,在固定800℃煆燒材料,6~24小時煆燒時間中,以煆燒12小時最佳,相應的電容量亦是如此,因此材料以800℃煆燒12小時為最佳條件,電容量有188mAh/g。對螯合劑量、溶劑種類及鋰過計量等變數而言,分別以等於金屬離子莫爾數總和、無水酒精及以鋰不過計量為最佳條件。在材料改質方面,摻雜不同比例鍶濃度如10-6(1 ppm)至10-2(104 ppm),其電池性能的表現,濃度在10-6至10-3之間時,電容量與未摻雜鍶的電池性能差不多,但濃度在10-3時循環性最佳,前十次循環只衰退4 mAh/g,但是當濃度提升至10-2時,電容量反而下降至170 mAh/g以下。 所合成之LiNi0.8Co0.2O2材料及FMC公司所提供之 LiNi0.8Co0.2O2,在充放電截止電壓範圍4.2V~3.0V,比較充放電電容量。結果前者第一次放電電容量為159 mAh/g,後者第一次放電電容量可達166 mAh/g,循環性以後者較佳。 D. 以順丁烯二酸為螯合劑,合成LixNi0.8Co0.2O2材料(電池充放電截止電壓:4.2V~3.0V) 不同煆燒溫度600℃~800℃等,其中以700℃及800℃煆燒時,可得純相之產物。比較不同煆燒溫度中,以800℃煆燒溫度最佳,合成的材料其電容量有168 mAh/g,但與700℃煆燒下之電池電容量有167 mAh/g兩者相近,所以選擇上述之700℃煆燒12小時為煆燒條件。螯合劑量為一倍之量、鋰不過計量及以無水乙醇當溶劑時,為螯合劑量、鋰計量數及溶劑種類等變數中最佳的條件。在材料改質方面,以摻雜不同比例鍶濃度如10-6(1 ppm)、10-5(10 ppm)及10-4(100 ppm),其中摻雜10-5(鍶對鋰之莫爾比)之濃度,電池電容量由第一次循環放電電容量165 mAh/g,至第十次循環放電電容量161 mAh/g,電池循環性相當好。
    顯示於類別:[化學工程與材料工程研究所] 博碩士論文

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