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鋰電池

鋰電池. 指導教授 : 蘇順發 教授 研 究 生 : 吳政隆 報告日期 : 98/11/25. 前言. 隨著這些電子產品的製造技術趨於成熟以及市場需求量的增大，逐漸往多功能、處理速度快、螢幕彩色化等方面發展，這也使得具有能量密度高、循環壽命長、安全性高、無記憶效應、重量輕盈等優點的鋰離子電池，逐漸取代傳統的鎳氫電池、鎳鎘電池等這類鹼性二次電池，而成為輕便可攜帶式電子產品新一代的電能儲存系統。. 基本構造. 電極 (electrode): 活性物質與導電極板構成，所謂活性物質是指在導電及板上可以進行樣化還原的物質 。

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  1. 鋰電池 指導教授:蘇順發 教授 研 究 生:吳政隆 報告日期: 98/11/25

  2. 前言 隨著這些電子產品的製造技術趨於成熟以及市場需求量的增大，逐漸往多功能、處理速度快、螢幕彩色化等方面發展，這也使得具有能量密度高、循環壽命長、安全性高、無記憶效應、重量輕盈等優點的鋰離子電池，逐漸取代傳統的鎳氫電池、鎳鎘電池等這類鹼性二次電池，而成為輕便可攜帶式電子產品新一代的電能儲存系統。

  3. 基本構造 • 電極(electrode):活性物質與導電極板構成，所謂活性物質是指在導電及板上可以進行樣化還原的物質。 • 電解液(electrolyte):使內部帶電離子在陰陽極之間傳遞。 • 隔離膜(separation film):避免兩極上的活性物質直接接觸而造成短路。 • 罐體(shell):電池外殼，主要保護內部構造。

  4. 運作原理

  5. 充放電過程

  6. 正極材料 • 正極材料的選用原則上包括能量密度高（電壓高、電容量高）、電解液不起反應、較快速的動力學反應、電化學反應為可逆反應、材料在大氣中是穩定的等條件。

  7. 市售常見的正極材料

  8. 負極材料 • 傳統金屬鋰: 經過反覆的充放電的作用下，還原時容易生成樹枝狀的結構刺穿隔離膜，造成電池短路，使電池局部溫度升高，甚至於引起爆炸，進而發生危險。 • 以碳材料取代鋰金屬，因具有(1)低電阻；(2)耐腐蝕；(3)價格便宜及(4)可石墨化等特點。

  9. 碳材料系列 • 石墨(Graphite) • 石油焦碳(Petroleum Coke) • 氣相成長碳纖維(Vapor Grown Carbon Fiber；VGCF) • 介穩相球狀碳(Mesophase Carbon Micro Beads；MCMB) • 摻雜型碳(Doped Carbon)

  10. 電解質材料 • 液態電解質:由鋰鹽與一種或多種以上之有機溶劑混合所組成。 • 固態電解質: 1.純固態高分子電解質(SPE) 2.膠態高分子電解質(gel-type)

  11. 液態電解質 • 有機溶劑： EC(ethylene carbonate) PC(propylene carbonate) EMC(ethyl methyl carbonate) DMC(dimethyl carbonate) DEC(diethyl carbonate) • 鋰鹽: LiAsF6 LiBF6 LiClO4 LiPF6

  12. 固態電解質-(SPE) • 由鋰鹽，如LiClO4、LiBF4、LiPF6、 LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2及 LiC(CF3SO2)3溶於高分子中，如PEO、PPO。

  13. 固態電解質-(Gel-type) • 在固態高分子中藉加入溶劑以提高在室溫下之 導電度，其導電度介於液態電解質與固態高分 子電解質，但是機械強度卻較差於固態高分子 電解質。

  14. 結論 • 鋰電池目前運用的材料眾多，研究在眾多材料 中效力最好的材料以提升性能是研發的方向， 不過還是以安全為前提，才能用的安心又愉 快。

  15. 參考資料 • 廖家慶，石墨表面改質之鋰離子二次電池負極材料性能研究，中華技術學院， 機電光工程研究所碩士班。 • 劉定國，鋰離子電池鋰錳系陰極材料之研究，國立台灣科技大學，化學工程系。 • 科學發展2003年2月，362期，32-35頁。

  16. THANKS FOR YOUR ATTENTION

  17. 高分子電解質導電機制 • 高導電度高分子電解質是發生在非結晶相 (Amorphous) 區域。 而目前廣泛被接受的導電機構是液體狀 (Liquid-like) 機構：高分子鏈上之高陰電性原子 (O、N、S ) 具有未共用電子對可與鋰鹽中所解離出的陽離子 (Li+) 形成暫時性配位鍵 (Coordination Bond)，藉由高分子本身的局部運動 (Local Motion) 及轉動 (Rotation)，帶動整條高分子鏈的扭動，使得陽離子得以在分子間和分子內移動，造成離子導電，也就是說當金屬陽離子與高分子間的孤對電子形成配位後，在電場的驅動下，鋰陽離子將從電池的陰極轉移到陽極介面。再藉由高分子本身的擾動使得陽離子得以在分子間和分子內移動，造成導電 。

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