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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王琦
研究生(外文):WANG,CHI
論文名稱:碳/鐵合金複合材料製備及其作為鋰離子電池負極材料之研究
論文名稱(外文):Preparation of carbon/iron alloy composites and their application in anode materials for lithium-ion batteries
指導教授:吳茂松
指導教授(外文):WU,MAO,SUNG
口試委員:卓錦江吳茂松李志聰謝建德
口試委員(外文):JOW,JIIN JIANGWU,MAO,SUNGLEE,JYH,TSUNGHSIEH,CHIEN,TE
口試日期:2016-07-14
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:化學工程與材料工程系博碩士班
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:135
中文關鍵詞:鐵氰化鎳鐵氰化鋅奈米碳球奈米碳管鋰離子電池負極材料
外文關鍵詞:nickel hexacyanoferratezinc hexacyanoferratecarbon nanospherescarbon nanotubeslithium-ion batteriesanode material
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本研究利用共沉澱法合成鐵氰化鋅與鐵氰化鎳,再將鐵氰化物於氬氣保護下進行高溫碳化,550℃下碳化可產生奈米碳球,750℃下碳化可產生奈米碳管,此方法可直接將過渡金屬包覆於碳材料內。使用電泳動法將碳/鐵合金複合材料沉積在不鏽鋼基材上,作為鋰離子電池負極材料。利用掃描式電子顯微鏡及穿透式電子顯微鏡觀察高溫碳化後之奈米碳球與碳管之形貌及為結構,並以X光繞射儀與熱重分析鑑定複合材料結晶結構及過渡金屬含量。以循環伏安法、充放電法及循環壽命測檢測球狀與管狀碳/鐵合金之電化學特性。結果顯示,經過13 M HNO3迴流酸洗1 h後之鐵鋅奈米碳管複合電極,其首圈的可逆電容量最高可達1055.8 mAh/g(0.1 C),而在10.0C下其可逆電容量也可達663.3 mAh/g,經過3000次充放電後仍具有良好的電容量保持率。
In this study, zinc and nickel hexacyanoferrates (ZnHCF and NiHCF) were synthesized by co-precipitation method. The carbon/iron alloy composites were prepared by direct pyrolysis of ZnHCF and NiHCF precursors at various temperatures under argon atmosphere. The nanosphere and nanotube structures were obtained at 550C and 750C, respectively. This method allowed for the formation of carbon materials with encapsulated iron alloy nanoparticles. The composite nanoparticles could be deposited on stainless steel substrate using electrophoretic deposition as the anode for lithium-ion batteries. Surface morphology and internal microstructure of the composite materials were characterized by scanning electron microscope and transmission electron microscopy, respectively. Crystal structure and content of the composite materials were analyzed by X-ray diffraction analyzer and thermal gravimetric analysis, respectively. The electrochemical properties of the composite electrodes were measured by cyclic voltammetry , galvanostatic charge/discharge, and cycle-life test. The results showed that the carbon/iron-zinc alloy electrode after reflux acid treatment in 13 M HNO3 for 1 h exhibited a high reversible specific capacity of 1055.8 mAh/g in the first charge/discharge cycle at 0.1 C rate, while its specific capacity decreased slightly to 663.3 mAh/g at 10 C rate. After galvanostatic charge/discharge for 3000 cycles, specific capacity of carbon/iron-zinc alloy electrode remained almost unchanged, showing good electrochemical stability.
摘 要 I
Abstract II
致 謝 III
總 目 錄 IV
表 目 錄 VIII
圖 目 錄 X
第 一 章 緒 論 1
1-1 前言 1
1-2 鋰電池的發展 3
1-3 鋰離子二次電池的特性與優點 5
1-4 鋰離子電池的工作原理 7
1-5 鋰離子二次電池的電極材料 10
1-5-1 正(陰)極活性材料 10
1-5-2 負(陽)極材料發展趨勢 17
1-5-3 隔離膜 23
1-5-4 電解液 24
1-6 普魯士藍及其類似物介紹 26
1-7 奈米碳球與奈米碳管介紹 28
1-8 電泳動沉積法 30
1-8-1 原理 30
1-8-2 影響電泳動之因素 32
1-8-3 電泳動沉積種類 32
1-8-4 電泳動懸浮溶劑 33
1-9 文獻回顧與分析 34
1-9-1 鐵氰化銅 34
1-9-2 鐵氰化鎳 35
1-9-3 鋅氧化物 36
1-9-4 鎳氧化物 36
1-9-5 碳系材料 36
1-10 研究動機與目的 37
第 二 章 實 驗 方 法 與 步 驟 39
2-1 實驗藥品與材料 39
2-2 實驗儀器 41
2-3 以共沉澱合成法製備鐵氰化鋅與鐵氰化鎳 43
2-4 利用鐵氰化鋅與鐵氰化鎳製備奈米碳球與奈米碳管 44
2-4-1 奈米碳球與奈米碳管之酸洗流程 44
2-5 不鏽鋼基材前處理 45
2-6 電泳動懸浮液配置 47
2-7 電泳動沉積法製備鐵氰化鋅與鐵氰化鎳電極 47
2-8 鈕扣型鋰離子半電池組裝 49
2-9 材料特性分析儀 51
2-10 電化學特性分析 52
2-10-1 循環伏安法 (CV) 53
2-10-2充放電性能及額定充放電率 (charge-discharge & C-rate) 53
2-10-3 循環壽命測試 (cycle life) 54
第 三 章 結 果 與 討 論 55
3-1 含鐵合金之奈米碳球/碳管複合材料性質探討及分析 56
3-1-1 晶體結構鑑定 (XRD) 57
3-1-2 表面型態分析 (SEM) 61
3-1-3 內部結構分析 (TEM) 72
3-1-4 熱重損失分析 (TGA) 77
3-2 電化學特性比較及分析 80
3-2-1 電泳動沉積條件整理 81
3-2-2 循環伏安法 (CV) 82
3-2-3 倍率充放電性能測試 (C-rate) 88
3-2-4 循環壽命測試 (cycle life) 100
第 四 章 結 論 107
參 考 文 獻 110
自 傳 117


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