碳源粒徑對磷酸亞鐵鋰/碳鋰離子電池複合陰極材料之影響

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：117

、訪客IP：13.59.181.246

姓名

涂慧娟(Hui-Jyuan Tu) 查詢紙本館藏

畢業系所

化學工程與材料工程學系

論文名稱

碳源粒徑對磷酸亞鐵鋰/碳鋰離子電池複合陰極材料之影響
(Optimization of carbon coating on LiFePO4 with different sizes of polystyrene spheres as carbon sources)

相關論文

★ LixNi1-yCoyO2及LiM0.5-yM'yMn1.5O4之合成與電池性能	★ 鋅空氣一次電池之自放電與鋅極腐蝕抑制改善之研究
★ 鋰離子電池陽極碳材料開發	★ 鋰離子電池LixNi1-yCoyO2陰極材料之溶膠凝膠法製程研究
★ 鋰離子電池混合金屬氧化物材料之電化學特性分析	★ 由天然農作物製備鋰離子電池負極碳材料
★ LiCoO2陰極材料重要製程評估與改質研究	★ LiNi0.8Co0.2O2陰極材料製程與改質研究
★ 由花生殼製備鋰離子電池高電容量負極碳材料	★ 鋰離子電池層狀結構陰極材料合成與改質研究
★ 以三乙醇氨-蔗糖燃燒法合成LiCoO2製程研究	★ 以硝酸銨-環六亞甲基四胺燃燒法合成奈米級LiMn2O4陰極材料製程研究
★ 以奈米級ZrO2為塗佈物質改良鋰離子電池LiCoO2陰極材料充放電性能研究	★ 以複合金屬氧化物為塗佈物質表面處理鋰離子電池LiCoO2 陰極材料之製程研究
★ 鈣鈦礦結構氧化物改質LiCoO2陰極材料之製程與其電池性能研究	★ 鋰離子電池鈷酸鋰陰極材料之表面改質及電池性能研究

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

由於磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)之污染低、成本低、熱穩定性高，以及循環壽命長，且可耐大電流放電等優點，使其成為前景看好之陰極材料之一。然而導電度低、量產不易、振實密度低與鋰離子擴散速率慢，則為此材料固有之缺點。近年來，許多學者紛紛使用各種碳源進行表面改質，以改善LiFePO4導電度不佳之缺點，並增進其電化學性能。本論文利用不同粒徑之聚苯乙烯(Polystyrene, PS)微球為碳源，對LiFePO4進行表面改質，以探討碳源粒徑對LiFePO4/C複合陰極材料之影響。
由SEM下觀察LiFePO4/C粉體，可發現以最小粒徑0.22 μm PS球為碳源之複合陰極材料，遏止粒子間團聚之效果最佳，LiFePO4/C粒子分布介於100－600 nm之間。此材料於充放電截止電壓分別為4.0與2.8 V，0.2 C下，第一次放電電容量為145 mAh g-1，為所有材料中最高者。然而其循環壽命僅為289次，為所有材料中最短者。相反的，以粒徑最大之2.75 μm PS球為碳源，所合成之LiFePO4/C複合材料，則具有較高導電度(4.44 S cm-1)及表面積(20.58 m2 g-1)。此材料於相同充放電條件下之初始放電電容量僅有132 mAh g-1，但循環壽命卻長達755次。吾人亦利用XRD、SEM、TEM/EDS/SAED、拉曼光譜與慢速循環伏安法等鑑定，以釐清碳源粒徑對LiFePO4/C複合材料之物化性與電池性能影響。

摘要(英)

LiFePO4 is a promising alternative cathode material because of its low material cost, environmental friendliness, superior thermal safety, and long operational life. However, the main problem with LiFePO4 is its hard to scale up, low electronic conductivity, low tap density, and slow lithium ion mobility. In recent years, many researchers have used carbon coating to overcome the low electronic conductivity. They have tried various techniques and organic materials to optimize the effect of carbon coating on the cell performance of LiFePO4/C. In this thesis, different sizes of polystyrene (PS) spheres were employed as carbon sources to synthesize the carbon-coated LiFePO4 and to study how sphere size impacts the electrochemical properties of LiFePO4/C composites.
From SEM images, PS sphere with smallest size of 0.22 μm were more effective at preventing the aggregation of LiFePO4 particles. LiFePO4/C with 0.22 μm PS sphere as a carbon source delivered the highest first cycle discharge capacity of 145 mAh g-1 at a 0.2 C. However, it just maintained 289 cycles 80 % capacity retention. On the other hand, the composite prepared using the largest size (2.75 μm) PS sphere, with greater electronic conductivity (4.44×10-4 S cm-1) and surface area (20.58 m2 g-1), showed the lowest initial discharge capacity of 132 mAh g-1, but longest cycle life of 755 cycles. In order to understand how carbon coating influences the electrochemical properties of LiFePO4/C composite cathode materials, we analyzed them using several kinds of instruments, such as XRD, SEM, TEM/EDS/SAED, TOC, BET, Raman spectroscopy, four-point probe conductivity measurements, cyclic voltammetry, and so on.

關鍵字(中)

★ 陰極材料
★ 磷酸亞鐵鋰/碳
★ 碳結構
★ 聚苯乙烯微球
★ 表面型態
★ 鋰離子電池

關鍵字(英)

★ Li-ion batteries
★ Cathode material
★ LiFePO4/C
★ Carbon structure
★ PS sphere
★ Morphology

論文目次

中文摘要 I
英文摘要 II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
第一章緒論 1
1.1 前言 1
1.2鋰離子電池陰極材料發展與簡介 3
1.3研究目的及架構 7
第二章文獻回顧 8
2.1 LiFePO4陰極材料介紹 8
2.2 LiFePO4陰極材料之改質 10
2.2.1摻雜不同金屬改質 11
2.3.2粒徑大小對LiFePO4之影響 13
2.2.3. LiFePO4之表面改質 14
2.2.3.1應用碳塗佈層改質 14
2.3.2.2以其他物質進行改質 30
第三章實驗方法 35
3.1實驗儀器設備 35
3.2實驗藥品 36
3.3實驗步驟 37
3.3.1製備不同粒徑PS球 37
3.3.2製備LiFePO4/C複合陰極材料 38
3.4材料鑑定分析 39
3.4.1動態光散射 (Dynamic Light Scattering, DLS)量測 39
3.4.2 X光繞射（X-ray Diffractometer, XRD）分析 40
3.4.3掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope, SEM）觀測 40
3.4.5高解析穿透式電子顯微鏡（High Resolution Transmission Electron Microscope, HR-TEM）分析 41
3.4.5拉曼光譜（Raman Spectroscopy）鑑定 41
3.4.6微分掃描熱卡儀（Differential Scanning Calorimeter, DSC）檢測 41
3.4.7總有機碳（Total Organic Carbon, TOC）量測 42
3.4.8導電度（Four-Point probe）測試 42
3.4.9表面積（Brunauer Emmett Teller, BET）量測 43
3.5材料電化學特性分析 44
3.5.1電池性能測試 44
3.5.2慢速循環伏安分析 44
第四章結果與討論 46
4.1不同粒徑PS球之合成 46
4.1.1起始劑種類變因 46
4.1.2合成溫度變因 47
4.2 LiFePO4/C鑑定分析 52
4.2.1 X光繞射結構分析 52
4.2.2掃描式電子顯微鏡觀測 55
4.2.3穿透式電子顯微鏡分析 57
4.2.4拉曼光譜鑑定 64
4.2.5碳含量、導電度與表面積測定 68
4.2.6電池性能評估 69
4.2.7長循環測試 70
4.2.8特徵曲線測試 72
4.2.9慢速循環伏安測試 74
4.2.10微分掃描熱卡儀分析 75
第五章結論 78
第六章參考文獻 80

參考文獻

1.J. Yamaki, S. Tobishima, K. Hayashi, K. Saito, Y. Nemoto, M. Arakawa, J. Power Sources 74 (1998) 219.
2.D.W. Murphy, Mat. Res. Bull. 13 (1978) 1395.
3.J.M. Tarascon, M. Armand, Nature 44 (2001) 359.
4.T. Nagaura, K. Tozawa, Prog. Batts. Sol. Cells. 9 (1990) 209.
5.台灣電池協會， http://www.taiwanbattery.org.tw/read.asp?newsID=1794.
6.M. Wakihara, Mater. SCI. Engineering R33 (2001)109.
7.Y.S. Horn, L. Croguennec, C. Delmas, E.C. Nelson, M.A. Okeefe, Nat. Mater. 2 (2003) 464.
8.P. Biensan, B. Simon, J.P. Peres, A. Guibert, M. Broussely, J.M. Bodet, F. Perton, J. Power Sources 81/82 (1999) 906.
9.http://www.phy.cmich.edu/people/petkov/nano.html.
10.J. Hassoun, P. Reale, B. Scrosati, J. Mater. Chem. 17 (2007) 3668.
11.A.K. Padhi, K.S. Nanjundaswamy, J.B. Goodenough, J. Electrochem. Soc. 144 (1997) 1188.
12.A.K. Padhi, K.S. Nanjundaswamy, C. Masquelier, S. Okada, J.B. Goodenough, J. Electrochem. Soc. 144 (1997)1609.
13.台灣立凱電能科技股份有限公司, http://www.aleees.com/pdf/pp1.pdf.
14.必翔電能高科技股份有限公司,
http://www.phet.com.tw/Products/Products_Intro.aspx.
15.A.K. Padhi, K.S. Nanjundaswamy, C. Masquelier, J.B. Goodenough, J. Electrochem. Soc. 144 (1997) 2581.
16.A. K. Padhi, V. Manivannan, J. Electrochem. Soc. 145 (1998) 1518.
17.S. Morzilli, B. Scrosati, F. Sgrlata, Electrochim. Acta 30 (1985) 1271.
18.Liberty Electric Bikes, http://www.iloveebikes.com/batteries.html.
19.S.Y. Chung, J.T. Blocking, Y.M. Chiang, Nature Mater. 2 (2002) 123.
20.Y. Xia, M. Yoshio, H. Noguchi, Electrochim. Acta 52 (2006) 240.
21.N. Ravet, J.B. Goodenough, S. Besner, Electrochemical Society Fall Meeting, Honolulu, Hawaii (1999).
22.H. Huang, S.C. Yin, L. F. Nazarz, Electrochem. Solid-State Lett. 4 (2001) A170.
23.G.X. Wang, L. Yang, S.L. Bewlay, Y. Chen, H.K. Liu, J.H. Ahn, J. Power Sources, In Press (2005).
24.S.L. Bewlay, K. Konstantinov, G.X. Wang, S.X. Dou, H.K. Liu, Mater. Lett. 58 (2004) 1788.
25.Z. Chen, J.R. Dahn, J. Electrochem. Soc. 149 (2002) A1184.
26.S.S. Zhang, J.L. Allen, K. Xu, T.R. Jow, J. Power Sources 147 (2005) 234.
27.K.E. Thomas-Alyea, P. Onnerud, J. Treger, D. Novikov, J. Drennan, A. Beltran, 2005 Meeting Abstracts, 1305.
28.H.T. Chung, S.K. Jang, H.W. Ryu, K.B. Shim, Solid State Comm. 131 (2004) 549.
29.J. Barker, M. Y. Saidi, J.L. Swoyer, Electrochem. Solid-State Lett. 6 (2003) A53.
30.F. Croce, A. D’Epifanio, J. Hassoun, A. Deptula, T. Olczac, B. Scrosati, Electrochem. Solid-State Lett. 5 (2002) A47.
31.A.A. Salah, A. Mauger, K. Zaghib, J.B. Goodenough, N. Ravet, M. Gauthier, F. Gendron, C.M. Julien, J. Electrochem. Soc. 153 (2006) A1692.
32.R. Dominko, M. Bele, M. Gaberscek, M. Remskar, D. Hanzel, S. Pejovnik, J. Jamnik, J. Electrochem. Soc. 152 (2005) A607.
33.J. Moskon, R. Dominko, M. Gaberscek, R. Cerc-Korosec, J. Jamnik, J. Electrochem. Soc. 153 (2006) A1805.
34.H. Liu, Y. Feng, Z. Wang, K. Wang, J. Xie , Powder Technol. In Press, (2007)
35.Y. Hu, M.M. Doeff, R. Kostecki, R. Fiñones, J. Electrochem. Soc. 151 (2004) A1279.
36.J.D. Wilcox, M.M. Doeff, M. Marcinek, R. Kostecki, J. Electrochem. Soc. 154 (2007) A389.
37.J. Cho, Y.J. Kim, T.J. Kim, B. Park, Angew. Chem. Int. Ed. 40 (2001) 3367.
38.H. Liu, G.X. Wang, D. Wexler, J.Z. Wang, H.K. Liu, Electrochem. Commun. 10 (2008) 165.
39.G.X. Wang, L. Yang, Y. Chen, J.Z. Wang, S. Bewlay, H.K. Liu, Electrochim. Acta 50 (2005) 4049.
40.Y.H. Huang, K.S. Park, J.B. Goodenough, J. Electrochem. Soc. 153 (2006) A2282.
41.黃璽元, 碩士論文, "以雙重碳源合成高動力磷酸亞鐵鋰/碳複合陰極材料",國立中央大學, 中華民國台灣 (2007).
42.呂東霖, 碩士論文, "以不同有機酸為碳源製備LiFePO4/C鋰離子電池複合陰極材料",國立中央大學, 中華民國台灣 (2007).
43.徐文祥, 碩士論文, "鈣鈦礦結構氧化物改質LiCoO2陰極材料之製程與其電池性能研究",國立中央大學, 中華民國台灣 (2006).
44.Y.M. Abu, K. Aoki J. Electroanal. Chem. 583 (2005) 133.
45.丁志凡, 碩士論文, "螫合性高分子乳液之合成及其應用",國立成功大學, 中華民國台灣 (2004).
46.C.K. Ober, M.L. Hair, J. Polym. Sci., Part A: Polym Chem. Ed. 25 (1987) 1395.
47.張洪濤、江兵兵、黃錦霞，高分子材料科學與工程 18 (2002) 57.
48.H. Liu, C. Li, H.P. Zhang, L.J. Fu, Y.P. Wu, H.Q. Wu, J. Power Sources 159 (2006) 717.
49.K.F. Hsu, S.Y. Tsay, B.J. Hwang, J. Power Sources 146 (2005) 529.
50.B.D. Cullity, S.R. Stock, Elements of X-Ray Diffraction, Prentice Hall Publishers, New Jersey, USA, 2001, 3rd edn., chapter 5.2.
51.C.M. Julien, K. Zaghib, A. Mauger, M. Massot, A. Ait-Salah, M. Selmane, F. Gendron, J. Appl. Phys. 100 (2006) 063511.
52.M.R. Roberts, A.D. Spong, G. Vitins, J.R. Owen, J. Electrochem. Soc. 154 (2007) A921.
53.K.F. Hsu, S.Y. Tsaya, B.J. Hwang, J. Mater. Chem. 14 (2004) 2690.
54.L.J. van der Pauw, Phil. Res. Rep. 13 (1958) 1.
55.S.T. Myung, S. Komaba, N. Hirosaki, H. Yashiro, N. Kumagai, Electrochim. Acta 49 (2004) 4213.
56.R. Dominko, J M. Goupil, M. Bele, M. Gaberscek, M. Remskar, D. Hanzel, J. Jamnik, J. Electrochem. Soc. 152 (2005) A858.
57.J.R. Dahn, J. Jiang, L.M. Moshurchak, M.D. Fleischauer, C. Buhrmester, L.J. Krause, J. Electrochem. Soc. 152 (2005) A1283.

指導教授

費定國(George Ting-Kuo Fey)

審核日期

2008-7-15

推文