【能源科技前瞻研究】：磷酸亞鐵鋰/碳新型複合陰極材料製程與電池性能研究(I); Synthesis and Electrochemical Performance of Novel LiFePO/sub 4//C Composite Cathode Materials for Electric Vehicle(I)

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Title:	【能源科技前瞻研究】：磷酸亞鐵鋰/碳新型複合陰極材料製程與電池性能研究(I);Synthesis and Electrochemical Performance of Novel LiFePO/sub 4//C Composite Cathode Materials for Electric Vehicle(I)
Authors:	費定國;曾重仁;高憲明
Contributors:	化學工程與材料工程學系
Keywords:	能源工程
Date:	2007-10-01
Issue Date:	2010-12-21 16:20:07 (UTC+8)
Publisher:	行政院國家科學委員會
Abstract:	鋰離子電池已成為小型二次電池的主流，廣泛應用於3C 電子產品，年產16 億顆，產值超過45 億美元，由於目前所用陰極材料為LiCoO2，受層狀結構限制，僅適合於小電流放電應用。欲將鋰離子電池擴大於大電流放電應用之電動車市場，其關鍵在於陰極材料之適用性， LiFePO4 為新型的陰極材料，其優點為價格低廉，可大電流充放電，安全性高，並對環境污染低，在結構上允許鋰完全地釋出，故電容量遠高於LiCoO2 系統，非常適合於大型電動車應用，但該材料合成不易，且工業產量有限，相關電池研究方興未艾。有鑑於此，本研究團隊擬發展性能更優良及成本更低廉之LiFePO4 陰極材料製程，以符合現今電動車之需求，故提出此一前瞻性計劃。本整合型計畫包含三個子計畫：子計畫一乃利用高溫固態法，使用不同種類之有機酸為碳源，製備一系列之LiFePO4/C 複合陰極材料，利用碳含量分析儀(TOC)鑑定LiFePO4/C 複合材料中的碳含量，比較不同種類有機酸及材料顆粒尺寸等因素，對於材料導電度差異與充放電性能的影響。藉由陰極材料晶體結構之鑑定、充放電測試等研究，以探討製程最適化之條件，並為了瞭解鋰離子在嵌入釋出於材料時之反應動力學，將佐以循環伏安法與交流阻抗法等進行電化學鑑定分析，並以微分掃瞄熱卡計測試材料在充電後之熱穩定性安全研究。子計畫二乃使用高轉速球磨系統製備不同粒徑之LiFePO4 材料，此球磨系統技術包含精密機械設計、製程控制、循環系統與溫度的控制技術。此外，亦考量流場與球磨效能設計，並在製程中結合分散劑的使用，達到液態的安定分散，以及有效控制粒徑大小和分佈。藉由不同粒徑之LiFePO4/C 複合材料，深入探討粒徑之範圍與表面型態，對於材料性質與電池性能間的相互關係。利用四點探針導電度儀測定LiFePO4/C 複合材料之導電度，瞭解不同碳塗佈的方式、次數、厚度與種類，對於LiFePO4/C 複合材料結構與電化學特性之影響。子計畫三首先發展高導電性及高電化學穩定性之複合式固態及膠態電解質為主，利用 13C/7Li 或29Si/7Li 雙頻共振(Double resonance)NMR 實驗，分析新型複合式固態及膠態電解質之性質及其所含有機相(高分子)與無機相(矽酸鹽類)之間，對鋰離子運動之影響，搭配7Li 或 19F 之測量，瞭解弛豫時間(T1 T2, T1ρ)與自擴散常數，進而製備高導電性及高電化學穩定性的膠態電解質以組裝成高性能鋰離子電池。接著利用固態核磁共振研究電極材料中鋰離子嵌入/ 釋出之機制，與顆粒表面碳層在充放電狀態下的結構變化與化學位移，透過超高轉速(30 kHz) 7Li、6Li 或13C 固態核磁共振，釐清新發展的陰極及碳材中鋰離子的局部結構、電子與磁性之影響。希冀透過以上各子計畫，能開發出應用於大型電動車用之鋰離子電池陰極材料，並提高本國關鍵性物料及鋰離子電池產業之競爭力，期能提升我國在國際鋰離子電池市場之佔有率。研究期間：9511 ~ 9610
Relation:	財團法人國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心
Appears in Collections:	[Department of Chemical and Materials Engineering] Research Project

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