以錫碳負極複合材料最佳化提升鋰離子二次電池之電性表現

Improving the Electrochemical Performance of Li-ion Secondary Batteries by Optimizing the Sn / C Composite Anode Materials

林育生(Yu-Sheng Lin)

指導教授 ： 杜正恭

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2008年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2008.00483

摘要

隨著科技日新月異，可攜式電子產品變的越來越輕、薄、短、小。因此，高功率、高能量密度的鋰離子二次電池之發展在當今能源科技領域上佔有一席不可或缺的地位。因此在本研究，複合材料的觀念被運用來研發創新的負極材料系統。
從商業用電池之負極材料的演進，錫碳系統之負極材料已經成為一種新趨勢。而本研究是利用化學溶液法製備錫碳負極複合材料。在研究的第一部份，電池循環壽命藉由改變不同的酸鹼度來提升。當酸鹼度為6時，多相的錫化合物可被鍍覆在天然石墨的表面，這些錫化合物含有Sn6O4(OH)4、SnO2以及Sn3(PO4)2。它們與鋰離子產生反應後還原成錫金屬並產生可以吸收充放電過程產生大量體積變化之緩衝物。因此，酸鹼度為6的電池擁有最好的循環壽命。此電池在0.001V與1.5V充放電時，第1圈的電容量為758 mAhg-1，即使充放電50圈，仍然具有超過460 mAhg-1的電容量。
研究的第二部份是利用改變不同的初始錫濃度以提升電池的循環壽命。當錫濃度為0.12M時，最多含量的多相錫化合物被鍍覆於天然石墨表面上。除此之外，錫凝團的現象能夠被多相錫化合物所產生的緩衝物所抑制。因此，當初始錫濃度為0.12M時，擁有最佳的電化學性質。在0.001V與1.5V充放電過程中，第1圈的電容量為734 mAhg-1，經過50圈之充放電仍然具有超過440 mAhg-1的電容量。
本研究的第三部份是利用分析充放電過程產生的相變化來推測反應機制。並且藉由改變不同的截止電壓來防止錫凝團的產生以及富鋰之鋰錫合金相的生成。當電池在0.001V與1V充放電時，電池能表現最好的循環壽命。雖然前3圈有電容量衰退的問題，但是50圈之後的電容量幾乎沒有衰退。第1圈與第50圈的電容量分別為417 mAhg-1與359 mAhg-1，經過50圈的充放電仍然擁有超過86%的電容量。

關鍵字

錫 ； 無電鍍 ； 負極

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參考文獻

7. M.S. Whittingham, and M.B. Dines, J. Electrochem. Soc., 124 (1977)

9. K. Brandt, J. Power Sources, 18 (1986) 117-125.

Battery, (2000) 14-15.

13. M. S. Whittingham, Science, 192 (1976) 1126-1128.

14. A. A. Schneider, U. S. Patent No. 4,010,043 (1972).