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研究生:許朝陽
研究生(外文):Chao-yang Hsu
論文名稱:無電鍍法製備錫碳複合負極材料於鋰二次電池特性研究
論文名稱(外文):Tin/Graphite Composite Anodes Prepared by Electroless Plating for Lithium-Ion Batteries
指導教授:張家欽張家欽引用關係劉世鈞劉世鈞引用關係
指導教授(外文):Chia-Chin ChangShyh-Jiun Liu
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺南大學
系所名稱:材料科學系碩士班
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:126
中文關鍵詞:鋰離子電池天然石墨錫金屬直交表負極材料
外文關鍵詞:natural graphitelithium-ion cellsanode materialSnorthogonal array
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鋰離子電池主要研發目標為輕、薄、短、小、使用時數長、電池性能佳等;近年來在高容量負極材料開發上,許多研究均著重於石墨或碳材料表面之金屬修飾,進而提高負極材料之電容量及循環壽命。
本研究以無電鍍法,將具高容鋰活性物質的錫(Sn)金屬沉積於NG碳材的表面上,從SEM表面型態觀察可發現奈米顆粒均勻散落於NG碳材表面。經由硬幣型電池充放電測試、循環壽命測試、循環伏安測試、熱差微卡掃瞄(DSC)測試來探討此負極材料之充放電特性、循環壽命、電化學行為、及熱穩定性等。此外,為了取得無電鍍法各因素之最佳條件,故將實驗設計法中直交表之L8導入循環壽命數據加以分析。其無電鍍法最佳條件各因子分別是預鍍配方為0.15M Sn(BF4)2、0.6M HBF4、2.0M (NH2)2CS、預鍍時間為30秒、主鍍浴[MOH]/[SnCl2]比為12、主鍍浴為KOH之氫氧化物、主鍍浴[Sn]及[K3C6H5O7] 各0.075M、0.1M、主鍍浴時間為3小時、主鍍浴溫度為80℃。
結果顯示,以最佳條件進行實驗時,經過五十圈的循環壽命測試後發現其電容量仍維持324 mAh/g,比起未修飾的NG碳材大幅提升了109%,此外在1 C-rate的高速率放電下仍然維持332.87 mAh/g(95.61%vs.0.1C-rate放電電容量)的高電容量,而經充電後的極片進行DSC的測試發現當NG碳材經錫金屬修飾後其熱穩定性略為降低。
The main developmental aim of lithium-ion cells is light, thin, short, longer battery lifetime, good battery performance and so on. In recent years, as for the development of anode material with high capacity, many researchers focus on the metal modification of graphite or carbon surface in order to enhance the capacity and the cycle life.
Therefore, this work is conducted with electroless plating treatment to deposit high active material Sn, on the surface of natural graphite. Scanning electron microscopic morphology (SEM) shows the nano-particle was uniform distribution on the graphite surface. The charge and discharge characteristics, cycle life performance, electrochemical behaviors, and thermal stability are performed by coin cell charge/discharge test, cycle life test, cyclic voltammetry test, and differential scanning calorimetry(DSC) test, respectively. Moreover, to obtain the optimization of various factors for electroless plating treatment, this study inducts L8 of orthogonal array to analyze the cycle life data .The factors of optimization for electroless plating treatment are as follows: the substances of pre-plating bath are 0.15M Sn(BF4)2、0.6M HBF4、2.0M (NH2)2CS, the time of pre-plaing is set for 30 seconds, the [MOH]/[SnCl2] ratio of main plating bath is 12, the hydroxides of main plating bath is KOH, the substances of main plating bath are Sn(0.075M)、 K3C6H5O7 (0.1M), the time of main plating is set for 3 hours, the temperature of main plating is set at 80℃.
From this optimum condition, the capacity after 50 cycles is 324 mAh/g, which enhances 109% compared with the one of pristance graphite. Besides, the rate capacity can be maintained 332 mAh/g (95.6%vs.0.1C rate discharge capacity) under 1 C-rate high rate discharge test. DSC scans of lithium intercalated anodes show that Sn-modified on the graphite reduces the thermal stability of the anode.
摘 要 і
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目 次 iv
表 次 vii
圖 次 viii

第一章 緒論 1
1-1鋰離子二次電池的發展簡介 1
1-2鋰離子二次電池工作原理介紹 2
1-3鋰離子電池的材料組成 4
1-3-1正極材料 4
1-3-2電解液 5
1-3-3隔離膜 6
1-3-4負極材料 6
1-4負極碳材表面金屬修飾之近況研究 16
1-5無電鍍 29
1-5-1無電鍍原理 29
1-5-2無電鍍的操作變數 30
1-6研究目的與架構 31
第二章 實驗設備、方法與程序 35
2-1實驗儀器名稱 35
2-2實驗藥品及器材 36
2-3實驗步驟 37
2-3-1碳材修飾之製備 37
2-3-2配置因子的選擇 39
2-3-3材料鑑定分析 42
2-4電池組裝測試 46
2-4-1極片製作 46
2-4-2電池的組裝 47
2-4-3充放電測試 48
2-5電化學分析 50
2-5-1循環伏安分析 50
第三章 結果與討論 54
3-1前置實驗錫修飾之材料分析 54
3-1-1 SEM觀察分析 54
3-1-2 EDS分析 57
3-1-3金屬錫含量分析 59
3-2前置實驗充放電測試分析 60
3-2-1前置實驗電容量及循環壽命分析 60
3-3前置實驗循環伏安分析 65
3-4 L8直交表實驗性質分析 71
3-5 L8直交表實驗電容量及循環壽命分析 72
3-6 L8直交表實驗錫修飾之材料分析 82
3-6-1 SEM觀察分析 82
3-6-2 EDS分析 85
3-6-3金屬錫含量分析 89
3-7循環伏安分析 90
3-8放電速率測試分析 96
3-9 L8直交表實驗變異數分析 99
3-10最佳條件配方及測試分析 107
3-10-1最佳條件配方 107
3-10-2最佳條件SEM觀察分析 107
3-10-3最佳條件EDS分析 109
3-10-4最佳條件金屬錫含量分析 112
3-10-5最佳條件充放電測試分析 113
3-10-6最佳條件循環伏安分析 117
3-10-7最佳條件放電速率測試分析 122
3-10-8最佳條件材料熱穩定性分析 123
第四章 結論 126
參考文獻 127
附錄 132
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