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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:莫崇祐
研究生(外文):Chung-Yu Mo
論文名稱:製備LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2陰極材料以應用於高性能鋰離子電池
論文名稱(外文):Synthesis and Electrochemistry of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 Cathode Materials for Li-ion Batteries
指導教授:謝建德謝建德引用關係
指導教授(外文):Chien-Te Hsieh
口試委員:陳金銘吳茂松
口試委員(外文):Jin-Ming ChenMao-Sung Wu
口試日期:2013-06-12
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:化學工程與材料科學學系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2微波加熱碳披覆鋰離子電池陰極材料
外文關鍵詞:LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2Microwave heatingCarbon coatingLithium ion batteryCathode materials
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本研究主要分兩部份:第一部份利用化學濕式配合微波輔助法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LNCM)前驅物;第二部分則是在LNCM外層披覆碳做表面改質。不同的微波時間與碳含量的添加在合成LNCM粉體擔任一個非常關鍵的因子。經由XRD的證實,LNCM為一個有序的層狀結構。經由研究後顯示,在循環伏安法與充放電測試(0.1-5C),微波輔助法與碳披覆的表面改質對放電電容量、快速充放電能力和循環穩定性皆有顯著的改善。微波加熱LNCM前驅物有利於降低陽離子錯合程度,建立一個良好的電荷轉移通道。而適當碳的添加,在LNCM表面形成一個保護層,防止電解液的侵蝕。由以上改質所製備之LNCM電極在1C下做50次充放電循環測試,電容量維持率從70.2%提升至93.3%。實驗結果證實,微波輔助與碳的表面披覆有效提升了電化學性能,對於三元鋰離子電池粉體材料製造及發展有相當的幫助。
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 (LNCM) with a well-ordered layered structure, confirmed by X-ray diffraction, was synthesized by the chemical-wet synthesis incorporated with (i) a pulse microwave-assisted heating of LNCM precursors and (ii) a carbon coating technique. The microwave periods (i.e., 5–20 min) and amount of carbon additive (i.e., glucose content: 0.1–0.75%) served as key factors in modifying as-prepared LNCM powders. The electrochemical performance of as-prepared LNCM cathodes was well characterized by cyclic voltammetry and charge-discharge cycling at 0.1−5C. Both appropriate microwave heating and carbon coating significantly improve discharge capacity, rate capability, and cycling stability of LNCM cathodes. This improved performance can be attributed to the facts that an appropriate microwave heating of LNCM precursors induces low cation mixing of the layered lattices and the carbon coating enables the creation of outer circuit of charge-transfer pathway, preventing cathode corrosion from direct contact to the electrolyte. The C-coated LNCM cathode shows the increased capacity retention from 70.2 to 93.3% after 50 cycles at 1C. On the basis of the experimental results, both the microwave heating and the carbon coating provided a feasible potential to improve the electrochemical performance of LNCM cathode, benefiting the development of Li-ion batteries.
中文摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 1
緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的與架構 2
第二章 7
文獻回顧 7
2.1 鋰離子電池發展及簡介 7
2.2 鋰離子工作原理 10
2.3 鋰離子電池陰極材料 12
2.3.1 LiCoO2 14
2.3.2 LiNiO2 16
2.3.3 LiMn2O4 17
2.3.4 LiFePO4 18
2.3.5 LiNi1-x-yCoxMnyO2陰極材料 19
第三章 24
實驗方法與分析 24
3.1 實驗藥品 24
3.2 實驗儀器裝置 26
3.3 實驗步驟 27
3.3.1 化學濕式法合成LNCM陰極材料 27
3.3.2 化學濕式配合微波輔助法合成LNCM陰極材料 30
3.3.3 利用碳披覆在LNCM外層做表面改質 33
3.4 材料鑑定分析 36
3.4.1 X-ray繞射粉末分析儀 36
3.4.2 場發射掃描式電子顯微鏡 38
3.4.3 高解析穿透式電子顯微鏡 39
3.5 材料電化學特性分析 41
3.5.1 陰極電極製備 41
3.5.2 鈕扣型電池組裝 43
3.5.3 定電流充放電 45
3.5.4 循環伏安法測試 46
第四章 47
結果與討論 47
4.1 化學濕式法合成LNCM陰極材料 48
4.1.1 X光繞射分析 48
4.1.2 場發射掃描式電子顯微鏡分析 52
4.1.3 電池性能評估 56
4.2 化學濕式配合微波輔助法合成LNCM陰極材料 61
4.2.1 X光繞射分析 61
4.2.2 場發射掃描式電子顯微鏡分析 63
4.2.3 循環伏安法分析 65
4.2.4 電池性能評估 67
4.3 利用碳披覆在LNCM外層做表面改質 70
4.3.1 場發射掃描式電子顯微鏡分析 70
4.3.2 穿透式電子顯微鏡分析 72
4.3.3 X光繞射分析 73
4.3.4 電池性能評估 75
第五章 79
結論與未來展望 79
5.1 結論 79
5.2 未來展望 80
參考文獻 81
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53. N. N. Sinha, N. Munichandraiah, J. Electrochem. Soc., 157, A647 (2010).
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