臺灣博碩士論文加值系統

本研究使用表面改質的方式，將不同比例之煤焦瀝青(Coal tar pitch)，披覆於天然石墨表面，形成一層非晶質碳材。天然石墨表面披覆煤焦瀝青，使BET變小，減少SEI膜的形成，進而降低第一次不可逆性，並增進循環性能，達到改善天然石墨電化學性能的目的。實驗中以X射線繞射儀(XRD, X-Ray Diffractometer)和掃描式電子顯微鏡(SEM, Scanning Electron Microscope)分析碳披覆石墨的結晶構造與表面型態，以BET 法檢測粉末之比表面積，並利用真密度計測量密度，使用循環充放電測試儀探討電池之電化學特性，且以其結果探討披覆碳材料之不同對電化學特性之影響。於披覆不同添加量之煤焦瀝青中，其電性結果顯示天然石墨披覆15 wt.%之煤焦瀝青，第一次放電電容量為350 mAh/g，第一次不可逆性從原始之12.7%降低至6.9%，充放電循環於50次後，仍有優異的344 mAh/g之放電電容量。因此天然石墨披覆15 wt.%的煤焦瀝青，能有效改善天然石墨之第一次不可逆性及循環穩定性，擁有最佳電化學性能。

摘要……………………………………………………………………………..i
Abstract…………………………………………………………………………ii
誌謝………………………………………………………………………..…..iii
目錄………………………………………………………………………..…..iv
表目錄…………………………………………………………………...…..vi
圖目錄………………………………………………………………………vii

第一章 緒論………………………………………………………………….1
1-1 前言………………………………………………………………1
1-2 研究目的………………..………………………………………4
第二章 文獻回顧…………………………………………………………….5
2-1 鋰離子電池發展…………………………………………………5
2-2 鋰離子電池種類與基本構造…………………………………11
2-3 鋰離子電池充放電原理…..…………….……………..........13
2-3-1 鋰離子電池原理………………………………...…13
2-3-2 鋰離子電池固態電解質………..…………………...16
2-4 鋰離子二次電池的電極材料………………………………..18
2-4-1 正極材料………………………….………….…18
2-4-2 負極材料…………………………………..……22
2-5 碳系列負極材料…………………………………………..……24
2-5-1 傳統碳材…….…………………….…………27
2-5-2 高容量碳材……….……………………………31
2-5-3 電解液材料………………………………..…36
2- 5- 4 隔離膜……………….………………….…...………37
2-6 石墨材料改質的方式……….………………………..………38
第三章 實驗方法與步驟…………………………………………………...43
3-1 實驗設備…………………………………………………...…...43
3-2 分析儀器………………………………………………………44
3-3 實驗材料………………………………………………………..45
3-3-1 材料來源………………………………………………...45
3-3-2 碳披覆之石墨樣品的配製……………………………...45
3-4 鋰離子電池電極材料之塗佈與電池組裝……………………..48
3-4-1 負極極片製作…………………………………………...48
3-4-2 電池組裝………………………………………………...50
3-4-3 充放電測試……………………………………………...52
3-5 碳披覆石墨鑑定分析…………………………………………..53
3-5-1 掃描式電子顯微鏡 (SEM) …………………………….53
3-5-2 X光繞射分析儀（XRD）………………………………53
3-5-3 比表面積分析儀(BET)…………………………………53
3-5-4 雷射粒徑分析 (Laser particle size)…………………54

第四章 結果與討論…………………………………………………………………56
4-1 掃描式電子顯微鏡(SEM)分析…………………………………56
4-2 X-ray繞射分析 (XRD)分析……………………………………60
4-3 比表面積分析 (BET)………………………………67
4-4 雷射粒徑分析 (Laser particle size…………………………68
4-5 充放電循環測試………………………………………………69

第五章 結論……………………………………………………………………78

參考文獻…………………………………………………………………………79

作者簡介…………………………………………………………………………82

[1]S. M. Paek, E. Yoo, I. Honma, Nano Letters 9 (2009) 72–75.
[2]A. Concheso, R. Santamarıá, R.Meneńdez, J. M. Jimeńez-Mateos, R. Alcántara, P. Lavela, J. L. Tirado, Carbon 44 (2006) 1762–1772.
[3]E. Markevich, E. Pollak, G. Salitra, D. Aurbach, Journal of Power Sources 174 (2007) 1263–1269.
[4]P. Guo, H.H. Song, X.H. Chen, Electrochemistry Communications 11 (2009) 1320–1324.
[5]Y.Wang, J.Y. Lee, T.C. Deivaraj, Journal of the Electrochemical Society 151 (2004)1804–1806.
[6]J. Reiter, O. Krejza, M. Sedlaříková, Solar Energy Materials & Solar Cells 93 (2009) 249–255.
[7]Department of Mathematics, Hamline University, 1536 Hewitt Ave., Box 180, St. Paul, MN, 55104, United States of the Discrete Applied Mathematics 158 (2010) 1660–1667.
[8]曾柏尹、彭國光、周裕福、黃玫芳，「二次電池之電學特性與應用」，工業材料，197期 (2003) 118–122.
[9]N. Ohta, K. Nagaoka, K. Hoshi, S. Bitoh, M. Inagaki, Journal of Power Sources 194 (2009) 985–990.
[10]李文雄，「鋰電池E世代的能源」，科學發展，362期 (2003) 32–35.
[11]李香寰、楊模樺，「鋰離子電池負極碳材之表面特性探討」工業材料雜誌，191 期(2002) 149–153.
[12]F. M. Wang, D. T. Shieh, J. H. Cheng, C. R. Yang, Solid State Ionics 180 (2010) 1660–1666.
[13]C. Cuong Nguyen, S. W. Song, Electrochemistry Communications 12 (2010) 1593–1595.
[14]楊模華，「鋰電池材料技術發展」，工業材料，237期(2006) 135–144.
[15]洪為民，「鋰離子二次電池原理、特性與應用」，小型二次電池市場與技術專輯，工業材料系列叢書，第7期，(1996) 58–63.
[16]費定國、呂承璋，「鋰離子電池混合型鋰鎳鈷氧化物陰極材料製程與國內研究近況（上）」，工業材料，180期 (1997) 162–168.
[17]林育潤、陳金銘，「奈米複合材料技術在鋰離子電池負極材料之應用」，工業材料雜誌，215期 (2004) 87–97.
[18]R. Wiesendanger, D. Anselmetti, V. Geiser, H. R. Hidber, H. J. Güntherodt, Synthetic Metals 34 (1989) 175–180.
[19]陳金銘、劉茂煌，「鋰離子電池的介紹、應用與技術發展」，新電子科技雜誌 (1999) 92–96.
[20]陳金銘，「高容量碳粉材料」，工業材料，133 期，(1998) 85–92.
[21]K. Suzuki, T. Iijima, M. Wakihara, Electrochimica Acta (1999) 2185–2191.
[22]陳金銘，「高容量碳粉材料」，工業材料，133 期，(1998) 85–92.
[23]姚慶意、陳金銘，「鋰離子二次電池負極材料介紹」，工業材料，110 期，(1996) 57–64
[24]S. Wang, S. Yata, J. Nagano, Y. Okano, H. Kinoshita, H. Kikuta, T. Yamabe, Journal of The Electrochemical Society 147 (2000) 2498–2502.
[25]J. S. Xue, J. R. Dahn, Journal of the Electrochemical Society 142 (1995) 3668–3677
[26]P. Verma, P. Maire, P. Novak, Electrochimica Acta 56 (2011) 3555–3561.
[27]J. Li, K. Naga, Y. Ohzawa, T. Nakajima, A. I. Shames, A. M. Panich, Journal of Fluorine Chemistry 126 (2005) 265–273.
[28]T. Nakajima, V. Gupta, Y. Ohzawa, M. Koh, R. Niwas, A. Tressaud, E. Durand, Journal of Power sources 104 (2002) 104–109.
[29]B. Veeraraghavan, A. Durairajan, B. Haran, B. Popov and R. Guidotti, Journal of the Electrochemical Society 149 (2002) 675–680.
[30]L. Zou, F. Kang, Y. P. Zheng, W. Shen, Electrochimica Acta 54 (2009) 3930–3934.
[31]L. Zou, F. Kang, X. Li, Y. P. Zheng, W. Shen, J. Zhang, Journal of Physics and Chemistry of Solids 69 (2008) 1265–1271.
[32]K. K. Guo, Q. M. Pan, S. B. Fang, Journal of Power Sources 111 (2002) 350–355.
[33]N. Ohta, K. Nagaoka, K. Hoshi, S. Bitoh, M. Inagaki, Journal of Power Sources 194 (2009) 985–990.
[34]Z. J. Luo, D. Fan, X. Liu, H. Mao, C. Yao, Zh. Deng, Journal of Power Sources 189 (2009) 16–21.
[35]P. Zuo, G. Yin, Zh. Yang, Z.Wang, X. Cheng, D. Ji, C. Du, Materials Chemistry and Physics 115 (2009) 757–760.
[36]M. Q. Li, M. Zh. Qu, X. Y. He, Z. L.Yu, Journal of the European Ceramic Society 30 (2010) 3235–3243.
[37] J. Niu, D. Liu, Y. Wu, Surface & Coatings Technology 205 (2011) 3434–3437.
[38] L. Zou, I. Vidalis, D. Steelec, A. Michelmorec, S. P. Lowc, J. Q. Verberkb, Journal of Membrane Science 369 (2011) 420–428.