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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:吳尚恩
研究生(外文):Shang-En Wu
論文名稱:以檸檬酸法製備鋰離子電池陰極材料-LiMn2O4之合成機構
論文名稱(外文):Mechanism for the synthesis of LiMn2O4 cathode material using citrate route
指導教授:方滄澤
指導教授(外文):Tsang-Tse Fang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:材料科學及工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:充放電電容量衰退率鋰錳氧化物尖晶石凝膠酸鹼值
外文關鍵詞:citriccyclinglithium ion batterypHdischargecapacitygellithium manganese oxidespinel
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本研究使用檸檬酸凝膠法製備LiMn2O4 鋰離子電池陰極材料。鋰錳檸檬酸凝膠在經過500℃熱分解12小時以後,可以合成單相LiMn2O4,經充放電測試,電容量可達120 mAh/g以上。

含鋰錳離子的檸檬酸-乙二醇起始溶液,經調整pH值後,可使凝膠熱分解後的LiMn2O4相更容易生成,也改善了LiMn2O4粉末的充放電性質。LiMn2O4粉末的個別粒徑也因為起始溶液pH值的改變而細化。

藉由拉曼光譜及C13核磁共振光譜分析起始溶液,發現檸檬酸分子只有跟錳離子發生鍵結,與鋰離子並沒有發生任何作用。而調整起始溶液pH值也使得錳離子的周圍配位情形改變。

從起始溶液到凝膠,乃至熱分解前導物,LiMn2O4的合成機構仍需進一步探討。
Modified citrate routes were used to prepare nanocrystalline spinel lithium manganese oxides LiMn2O4 as the cathode materials for lithium ion batteries. Adjusting the pH of precursor solutions containing citric acid (CA), ethylene glycol (EG), and lithium and manganese ions makes the formation of LiMn2O4 much easier, which in turn improves the electrochemical performance of the resultant LiMn2O4 powders. To understand the effect of pH on the interactions between cations and CA, C13 NMR and Raman spectra were used to characterize the precursor solution. The spectra have shown that CA coordinated only to manganese ions in the Li/Mn/CA/EG solution, and lithium ions didn’t cause any effect on CA. With the adjustment of pH, the interactions between CA and manganese ions changed monotonically.
第一章 緒論....................................1
1-1 前言.......................................1
1-2 本研究之重點及目的.........................3
第二章 理論基礎與文獻回顧......................4
2-1 鋰離子電池簡介.............................4
2-1-1 鋰離子電池的誕生.........................4
2-1-2 鋰離子電池的工作原理.....................4
2-1-3 鋰離子電池的理論電容量...................5
2-1-4 鋰離子電池陰極材料簡介...................8
2-2 鋰錳氧化物粉末之合成......................13
2-2-1 合成方法及熱處理對粉末特性的影響........13
2-2-2 檸檬酸凝膠熱分解法製備粉末..............13
2-3 拉曼散射原理..............................22
2-4 核磁共振原理..............................25
2-4-1 核磁共振的產生..........................25
2-4-2 核磁共振中的化學偏移....................28
第三章 實驗方法與步驟.........................31
3-1 化學藥品的選用 ............................31
3-2 檸檬酸凝膠之製備及熱分解..................32
3-2-1 均勻澄清Li/Mn檸檬酸凝膠之製備...........32
3-2-2 Li/Mn檸檬酸凝膠之熱分解................33
3-3 溶液性質量測..............................37
3-3-1 核磁共振光譜分析........................37
3-3-2 拉曼光譜分析............................37
3-4 粉末性質量測..............................37
3-4-1 X光繞射分析............................37
3-4-2 掃瞄式電子顯微鏡(SEM)分析...............38
3-5 電化學性質量測 ............................38
3-5-1 硬幣型電池組裝..........................38
3-5-2 充放電測試..............................39
第四章 結果與討論.............................40
4-1 製程參數對於粉末合成溫度的影響............40
4-2 製程參數對於粉末粒徑的影響................40
4-3 Li/Mn/CA/EG溶液的拉曼光譜分析............47
4-3-1 含乙二醇之檸檬酸溶液系統................47
4-3-2 不含乙二醇之檸檬酸溶液系統..............50
4-4 Li/Mn/CA/EG溶液的核磁共振光譜分析........52
4-5 製程參數對LiMn2O4粉末充放電性質的影響.....52
第五章 結論...................................62
1. 許雪萍、陳金銘、施德旭、林月微、姚慶意, 工業材料126期, p. 106 (1997).
2. 林月微, 工業材料157期, p. 158 (2000).
3. 姚慶意, 工業材料131期, p. 161 (1997).
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13. T. Shirane et al., Solid State Ionics, 79, p. 227 (1995).
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31. R. K. Harris, “Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy”, Longman Scientific & Technical, U. K. (1986).
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34. R. S. Czernuszewicz, J. Am. Chem. Soc., 110, p. 4158 (1988).
35. T. T. Fang and J. D. Tsay, J. Am. Ceram., Soc., 84(11), p. 2475 (2001).
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