| 研究生: |
游文雄 Wen-Hsiung Yu |
|---|---|
| 論文名稱: |
鋰離子電池混合金屬氧化物材料之電化學特性分析 |
| 指導教授: |
費定國
Ting-Kuo Fey |
| 口試委員: | |
| 學位類別: |
碩士 Master |
| 系所名稱: |
工學院 - 化學工程與材料工程學系 Department of Chemical & Materials Engineering |
| 畢業學年度: | 88 |
| 語文別: | 中文 |
| 論文頁數: | 104 |
| 中文關鍵詞: | LiNiyCi1-yO2 、循環伏安 、交流阻抗 、鋰離子電池 |
| 外文關鍵詞: | Lithium intercalation/deintercalation, SSCV, AC impedance |
| 相關次數: | 點閱:9 下載:0 |
| 分享至: |
| 查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報 |
本論文之研究目的為探討混合金屬氧化物LiNiyCo1-yO2及LiNiyCo1-yVO4作為鋰離子電池陰極材料的電化學特性分析。本研究主要是利用慢速循環伏安法(Slow-Scan Cyclic Voltammetry, SSCV)以及電化學阻抗頻譜法(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)分析混合金屬氧化物陰極材料的氧化還原特性與電極材料內鋰離子含量對於交流阻抗變化的影響。
充放電測試結果發現,無論是固態法或水溶液沉澱法合成之LiNiyCo1-yO2,皆在鎳計量y = 0.8時有相對較高之電容量。LiNiyCo1-yVO4,y = 0.5時,第一次可逆循環電容量為27 mAh/g,為在2.5 ~ 4.6充放電截止電壓範圍內,y = 0.5 ~ 0.9 之中電容量最高者,第150次循環之後放電電容量仍有18 mAh/g。
慢速循環伏安實驗結果發現LiNiyCo1-yO2在鎳計量y = 0.8時極化阻力與極化電壓最小,電容量測試亦是鎳計量y = 0.8時最大;LiNiyCo1-yO2在氧化電位4.2伏特以上時會發生結構的相變化,且經過多次循環掃描發現不可逆反應主要發生在前兩次氧化還原過程中。
此外,交流阻抗測試結果亦發現電荷轉移電阻會隨著鋰離子的釋出而降低,即與充電狀態有關,且LixNiyCo1-yO2,鎳計量y ≧0.5時,電荷轉移電阻與充電狀態的關係,較不具規則性,電荷轉移電阻在鋰計量x = 0.9~0.8之間有減小的趨勢,但在x = 0.6~0.5時,電荷轉移電阻有增加的趨勢。電荷轉移電阻不僅與充電狀態有關,亦隨鎳計量增加而改變;而鎳計量y ≦ 0.5時,電荷轉移電阻與充電狀態之關係則具有規則性,隨著鋰離子釋出,電荷轉移電阻,隨著減小。
LiNiyCo1-yVO4經由慢速循環伏安的測試,發現充電反應主要發生在4.0 ~ 4.5V及4.75 ~ 4.9 V之間;而交流阻抗測試結果則發現在鋰離子釋出後,電極材料的電荷轉移電阻遽增,且有隨著循環次數增加而增大的趨勢,此現象可能與材料本身的導電性有關。
01. E. Plichta, M. Salomon, S. Slane, M. Uchiyama, D. Chua, W. B. Ebner and H. W. Lin, J. Power Sources, 21, 25
02. K. Mizushima, P. C. Jones, P. J. Wiseman and J. B. Goodenough, Mat. Res. Bull., 15, 783 (1980).
03. H. J. Orman and P. J. Wiseman, Acta. Cryst., 40, 12 (1984).
04. A. Mendiboure, C. Delmas and P. Hagernmuller, Mat. Res. Bull., 19, 1383 (1984).
05. A. Honders, J. M. der Kinderen, A. H. van Heeren, J. H. W. de Wit and G. H. Braers, Solid State Ionics, 15, 265 (1985).
06. J. Molenda, A. Stoklosa and T. Bak, Solid State Ionics, 36, 53 (1989).
07. J. R. Dahn, U. von Sacken and R. Fong, Ext. Abstract No. 42, The 178th Electrochemical Society Meeting, Seattle, Washington, Oct. 14-19 (1990).
08. J. R. Dahn, U. von Sacken, M. W. Jazkow and H. Al-Janaby, J. Electrochem. Soc., 138, 2207 (1991).
09. M. G. S. R. Thomas, W. I. F. David, J. B. Goodenough and P. Grover, Mat. Res. Bull., 20, 1137 (1985).
10. A. Marini, V. Berbernni, V. Massarotti, G. Flor, R. Riccardi and M. Leonini, Solid State Ionics, 32/33, 398 (1989).
11. J. Morales, C. Peraz-Vicente and J. L. Tirado, Mat. Res. Bull., 25, 623 (1990).
12. J. M. Tarascon and D., Guyomard, Electrochimica Acta, 38, 1221 (1993).
13. J. M. Tarascon and D., Guyomard, J. Electrochem. Soc., 138, 2864 (1991).
14. J. M. Tarascon, D. Guyomard and G. L. Baker, J. Power Sources, 43-44, 689 (1993).
15. T. Ohzuku, K. Nakura, and T. Aoki, Electrochimica Acta, 45, 151 (1999).
16. E. Rossen, C. D. W. Jones, and J. R. Dahn, Solid State Ionics, 57, 311 (1992).
17. D. Caurant, N. Baffier, V. Bianchi, G. Gregoire, and S. Bach, J. Mater. Chem., 6, 1149 (1996).
18. G. X. Wang, S. Zhong, D. H. Bradhurst, S. X. Dou, and H. K. Liu, Solid State Ionics, 116, 271 (1999).
19. Y. Nitta, K. Okamura, K. Haraguchi, and S. Kobayashi, J. Power Sources, 54, 511 (1995).
20. Su-ll Pyun, J. Power Sources, 81, 442 (1999).
21. R. Stoyanova, E. Zhecheva, E. Kuzmanova, R. Alcantara, P. Lavela, and J. L. Tirado, Solid State Ionics, 128, 1 (2000).
22. Y. K. Sun, D. W. Kim, and Y. M. Choi, J. Power Sources, 79, 231 (1999).
23. K. Matsumoto, R. Kuzuo, K. Takeya, and A. Yamanaka, J. Power Sources, 81, 558 (1999).
24. S. Panero, P. Reale, F. Bonino, B. Scrosati, M. Arrabito, S. Bodoardo, and D. Mazza, Solid State Ionics, 128, 43 (2000).
25. D. Song, H. Ikuta, T. Uchida, and M. Wakihara, Solid State Ionics, 117, 151 (1999).
26. J. M. Amarilla, J. L. Martin, de Vidales, and R. M. Rojas, Solid State Ionics, 127, 73 (2000).
27. R. Alcantara, J. C. Jumas, P. Lavela, J. O. Fourcade, and C. P. Vicente, J. Power Sources, 81, 547 (1999).
28. Y. Jang, B. Huang, H. Wang, G. R. Maskaly, G. Ceder, D. R. Sadoway, Y. M. Chiang, H. Liu, and H. Tamura, J. Power Sources, 81, 589 (1999).
29. H. Huang, G. V. S. Rao, and B. V. R. Chowdari, J. Power Sources, 81, 690 (1999).
30. C. Sigala, D. Guyomard, A. Verbaere, Y. Piffard, and M. Tournoux, 81, 167 (1995).
31. I. J. Davidson, R. S. McMillan, and J. J. Murray, 54, 205 (1995).
32. G. X. Wang, D. H. Bradhurst, H. K. Liu, and S. X. Dou, Solid State Ionics, 120, 95 (1995).
33. S. H. Chang, K. S. Ryu, K. M. Kim, M. S. Kim, I. K. Kim, and S. G. Kang, J. Power Sources, 84, 134 (1999).
34. Y. M. Chiang, D. R. Sadoway, Y. Jang, B. Huang, and H. Wang, Electrochemical and Solid-state Letters, 2, 107 (1999).
35. P. Arora, B. N. Popov, and R. E. White, J. Electrochem. Soc., 145, 807 (1998).
36. I. J. Davidson, R. S. McMillan, H. Slegr, B. Luan, I. Kargina, and J. J. Murray, J. Power Sources, 81, 406 (1999).
37. J. R. Dahn, T. Zheng, and C. L. Thomas, J. Electrochem. Soc., 145, 851 (1998).
38. Z. Liu, A. Yu, and J. Y. Lee, J. Power Sources, 81, 416 (1999).
39. K. Kubo, S. Arai, S. Yamada, and M. Kanda, J. Power Sources, 81, 599 (1999).
40. L. Hernan, J. Morales, L. Sanchez, and J. Santos, Solid State Ionics, 118, 179 (1999).
41. T. J. Boyle, D. Ingersoll, M. A. Rodriguez, C. J. Tafoya, and D. H. Doughty, J. Electrochem. Soc., 146, 1683 (1999).
42. Z. Liu, A. Yu, and J. Y. Lee, J. Power Sources, 81, 416 (1999).
43. M. D. Levi, G. Salitra, B. Markovsky, H. Teller, D. Aurbach, U. Heider, and L. Heider, J. Electrochem. Soc., 146, 1279 (1999).
44. M. D. Levi, K. Gamolsky, D. Aurbach, U. Heider, and R. Oeaten, Electrochimica Acta, 45, 1781 (2000).
45. F. Croce, F. Nobili, A. Deptula, W. Lada, R. Tossici, A. D''Epifanio, B. Scrosati, and R. Marassi, Electrochemistry Communication, 1, 605 (1999).
46. D. Aurbach, M. D. Levi, E. Levi, H. Teller, B. Markovsky, and G. Salitra, J. Electrochem. Soc., 145, 3024 (1998).
47. R. K. B. Gover, M. Yonemura, A. Hirano, R. Kanno, Y. Kawamoto, C. Murphy, B. J. Mitchell, and J. W. Richardson Jr., J. Power Sources, 81, 535 (1999).
48. P. Nkeng, G. Poillerat, J. F. Koenig, and P. Chartier, J. Electrochem. Soc., 142, 1777 (1995).
49. Y. M. Choi, S. Pyun, and S. I. Moon, Solid State Ionics, 89, 43 (1996).
50. E. Levi, M. D. Levi, G. Salitra, D. Aurbach, R. Oesten, U. Heider, and L. Heider, Solid State Ionics, 126, 97 (1999).
51. B. Garcia, J. Farcy, J. P. P. Ramos, J. Perichon, and N. Baffier, J. Power Sources, 54, 373 (1995).
52. G. X. Wang, J. Horvat, D. H. Bradhurst, H. K. Liu, and S. X. Dou, J. Power Sources, 85, 279 (2000).
53. Y. Jang, B. Huang, H. Wang, D. R. Sadoway, G. Ceder, Y. M. Ciang, H. Liu, and H. Tamura, J. Electrochem. Soc., 146, 862 (1999).
54. K. S. Yoo, N. W. Cho, and Y. J. Oh, Solid State Ionics, 113, 43 (1998).
55. 施宜成, 碩士論文, 國立中央大學, 中華民國台灣 (1994).
56. C. Delmas, I. Saadoune, and A. Rougier, J. Power Sources, 43, 595 (1993).
57. M. Hosoya, H. Ikuta, M. Wakihara, Solid State Ionics, 111, 153 (1998).
58. J. Cho, H. Jung, Y. C. Park, G. B. Kim, and H. S. Lim, J. Electrochem. Soc., 147, 15 (2000).
59. W. Li, and J. C. Currie, J. Electrochem. Soc., 144, 2773 (1997).
60. G. T. K. Fey, W. Li, and J. R. Dahn, J. Electrochem. Soc., 141, 2279 (1994).
61. G. T. K. Fey, and W. B. Perng, Materials Chemistry & Physics, 47, 279 (1997).
62. H. Kawai, M. Nagata, H. Tukamoto, and A. R. West, J. Power Sources, 81, 67 (1999).
63. T. Ohzuku, S. Takeda, and M. Iwanaga, J. Power Sources, 81, 90 (1999).
64. M. Broussely, F. Perton, and J. Labat, J. Power Sources, 43, 209 (1993).
65. M. D. Levi, K. Gamolsky, D. Aurbach, U. Heider, and R. Oesten, J. Electroanalytical Chem., 477, 32 (1999).
66. G. Nagasubramanian, J. Power Sources, 87, 226 (2000).
67. L. Zhang, Electrochimica Acta, 43, 3333 (1998).
68. A. Ana, F. Eschbach, J. Howard, F. Malaspina, V. Meadows, Electrochimica Acta, 40, 2211 (1995).
69. E. Karden, S. Buller, R. W. De Doncker, J. Power Sources, 85, 72 (2000).
70. G. Pistoia, A. Antonini, R. Rosati, and D. Zane, Electrochimica Acta, 41, 2683 (1996).
71. J. Fan, and P. S. Fedkiw, J. Power Sources, 72, 165 (1998).
72. Y. M. Choi, and S. Pyun, Solid State Ionics, 90, 83 (1996).
73. Y. M. Choi, S. Pyun, J. S. Bae, and S. I. Moon, J. Power Sources, 56, 25 (1995).
74. B. E. Conway, J. Electrochem. Soc., 138, 1539 (1991).
75. D. H. Jang, Y. J. Shin, and S. M. Oh, J. Electrochem. Soc., 143, 2204 (1996).
76. M. D. Levi, and D. Aurbach, Electrochimica Acta, 45, 167 (1999).
77. 袁正宇,碩士論文, 國立中央大學, 中華民國台灣 (1999).
78. 楊長榮,"鋰鈷二次電池電化學特性研究", 工業材料, 157, p.140
79. O. Chusid, Y. E. Ely, and D. Aurbach, J. Power Sources, 43, 47 (1993).
80. D. Aurbach, B. Markovsky, A. Shechter, and Y. E. Eli, J. Electrochem. Soc., 143, 3809 (1996).
81. P. Arora, B. N. Popov, R. E. White, J. Electrochem. Soc., 145, 172 (1998).
82. Y. E. Eli, W. F. Howard, and S. H. Lu, J. Electrochem. Soc., 143, 1238 (1998).
83. H. Kaiser, K. D. Beccu, and M. A. Gutjahr, Electrochim Acta, 21, 539 (1976).
84. A. J. Bard, and L. R. Faulker, "Electrochemical Methods", p.105