臺灣博碩士論文加值系統

本研究是以表面改質之碳披覆方式，於天然石墨表面披覆一層非晶質
碳膜，來穩定石墨的層間結構，改善鋰離子電池負極材料表面結構與電化
學特性，並降低充放電中第一次不可逆性與電容量衰退。實驗以軟碳(煤
焦瀝青)與硬碳(酚醛樹脂)作為碳披覆材料，其含量為15wt.%，並將軟碳/
硬碳比分別取為10:90、30:70、50:50、70:30、90:10 之比例，丙酮作為溶
劑形成混合液，再將石墨與混合液以磁石攪拌機均勻攪拌，於70℃加熱
去除丙酮，加入去離子水以磁石攪拌機均勻攪拌，於100℃中加熱使去離
子水去除，加熱至150℃能使瀝青與樹脂硬化，最後將表面披覆碳材之石
墨置於氧化鋁坩堝，並放入管型爐中通入氮氣，以10°C/min 升溫至1100°C
持溫3 小時熱處理而形成非晶質碳膜。以掃描式電子顯微鏡（SEM）觀察
表面形態；以X 光繞射（XRD）分析石墨特性；以比表面積(BET)分析
包覆的均勻性。結果顯示煤焦瀝青含量越多比表面積越小，而酚醛樹脂含
量越多比表面積越大，酚醛樹脂披覆在石墨表面上會形成微小的孔洞，造
成較大的比表面積。改質前後的表面型態由粗糙變為較平滑，披覆碳材會
造成層間距離d(002) 的增加與石墨化度降低，以及菱面晶比例增加，而改
變石墨的表面結晶特性，以不同比例軟碳(煤焦瀝青)與硬碳(酚醛樹脂)
90:10 披覆改質後，確實能有效改善石墨表面結構的問題，進而改善其不
可逆性及提高循環穩定性。

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 研究背景…………………………………………………………1
1-2 研究動機與目的…………………………………………………2
1-3 研究方法…………………………………………………………3
第二章文獻回顧…………………………………………………………….4
2-1 鋰離子電池簡介…………………………………………………4
2-2 鋰離子電池工作原理……………………………………………7
2-3 鋰離子二次電池的電極材料響…………………………..........11
2-3-1 負極材料種類………………………………………...…11
2-3-2 碳系列負極材料………………………………………...18
2-3-3 碳材的構造……………………………………………...22
2-3-4 固態電解質介面(SEI)膜………………………………..27
2-3-5 石墨化度計算…………………………………………...29
2-3-6 電解液材料……………………………………………...30
2-3-7 隔離膜…………………………………………………...32
2-4 石墨材料碳披覆表面改質………………..………………..…33
目錄
v
第三章實驗方法與步驟…………………………………………………...41
3-1 實驗設備與分析儀器……………………………………...…...41
3-2 實驗材料………………………………………………………..42
3-2-1 材料來源………………………………………………...42
3-2-2 碳披覆之石墨樣品的配製……………………………...42
3-3 鋰離子電池電極材料之塗佈與電池組裝……………………..45
3-3-1 負極極片製作…………………………………………...45
3-3-2 電池組裝………………………………………………...46
3-3-3 充放電測試……………………………………………...48
3-4 碳披覆石墨鑑定分析…………………………………………..49
3-4-1 掃描式電子顯微鏡 (SEM) …………………………….49
3-4-2 X 光繞射分析儀 (XRD)………………………………49
3-4-3 比表面積分析儀 (BET)………………………………. 50
3-4-4 熱重分析儀 (TGA)……………………………………50
第四章結果與討論………………………………………………………...51
4-1 掃描式電子顯微鏡(SEM)分析…………………….…………..51
4-2 X-ray 繞射分析 (XRD)分析………………………….……….58
4-3 比表面積(BET)分析………………………………….………..64
4-4 熱重 (TGA)分析……………………………….………….65
4-5 充放電循環測試…………………………………….………….66
第五章結論………………………………………………………….……..74
參考文獻……………………………………………………………….……..76
作者簡介……………………………………………………………………………79

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