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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 材料科學與工程學系
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dc.contributor.advisor李源弘
dc.contributor.authorTzoo-Shing Yehen
dc.contributor.author葉佐興zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-13T08:08:33Z-
dc.date.available2016-07-27
dc.date.copyright2011-07-27
dc.date.issued2011
dc.date.submitted2011-07-20
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dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/36629-
dc.description.abstract本研究目的主要在探討人造石墨的改質,作為鋰離子負極材料的應用,論文主要分成兩個主題進行:(1)利用工業廢棄物—燃油飛灰中的未燃碳,分別經由熱處理和酸處理對電化學性質的影響;(2)利用球形人造石墨與奈米矽,藉由煤焦瀝青於高溫中裂解成低結晶碳,在球形石墨及奈米矽上形成低結晶碳被覆,使奈米矽包覆在球形石墨上形成複合材料,再將高分子聚烯丙胺包覆於複合材料上,形成穩定石墨的層狀結構,同時對奈米矽體積的膨脹有緩衝效應。
第一部分:將研磨過的未燃碳經由2700℃熱處理,在0.1C的充放電下,其第一次庫倫效率為93.6%,而在經過50次充放電循環之後其放電電容量為325.5 mAhg-1,電容量保持率為97.5%。另一方面,研磨過的未燃碳經過2500℃熱處理之後酸處理(7M HNO3),其第一次庫倫效率由89.8%升至91.1%;經由50次充放電循環後,其可逆電容量為由293.7升至318.6 mAhg-1,電容量保持率由94.7升至98.5%。
第二部分:利用聚烯丙胺高分子聚合物包覆人造球形石墨/碳/奈米矽的複合材料,在0.1C的充放電下,第一次庫倫效率為89.1%,其第一次不可逆電容量由95.1降至55.0 mAhg-1,經過50次充放電循環後其放電電容量為410.1 mAhg-1,電容量保持率增加到91.5%。所以利用高分子聚烯丙胺包覆人造球形石墨/碳/奈米矽的複合材料,可以防止材料直接與電解液接觸,以及奈米矽體積膨脹所造成的破壞。
zh_TW
dc.description.abstractThe purpose of this study focused on the modification of artificial graphite as anode material for lithium-ion battery. The work covers two areas: (1) Unburned carbon is an industrial waste product of oil-fired fly ash. From the viewpoint of waste recycling, using ground unburned carbon and applying either acid treatment or heat treatment, this study examines the electrochemical properties of unburned carbon used as anode materials in lithium-ion batteries. (2) A homopolymer of 2-propen-1-amine layer was coated on the surface of spherical artificial graphite /carbon/ Nano-Si composite materials. The homopolymer of 2-propen-1-amine provided surface modification and an elastic network, it prevented direct material contact with the electrolyte and the silicon volume expansion caused by structure destruction.
First part:ground unburned carbon heat treatment at 2700℃, and both charge and discharge at 0.1 C, yields the first columbic efficiency of about 93.6%. Moreover, after 50 cycles, the discharge capacity is 325.5 mAhg-1, and the capacity retention is about 97.5%. On the other hand, ground unburned carbon after heat treatment at 2500ºC displayed an initial coulombic efficiency of approximately 89.8% at a charge and discharge rate of 0.1 C. The discharging capacity of this type of carbon was initially 293.7 mAhg-1, and its capacity retention was approximately 94.7% after 50 cycles. However, the initial coulombic efficiency of ground unburned carbon receiving nitric acid treatment after heat treatment increased to 91.1%, its discharging capacity increased to 318.6 mAhg-1, and its capacity retention increased to 98.5% after 50 cycles.
Second part:This study reports the coating of spherical artificial graphite/disordered carbon/silicon (AG/C/Si) with a homopolymer of 2-propen-1-amine (PAA) layer. The resulting PAA-coated AG/C/Si electrode structure did not destroy locally for large volume change. For both charge and discharge at 0.1 C, the PAA-coated AG/C/Si yielded the first columbic efficiency of about 89.1% and the first irreversible capacity decreased from 95.1 to 55.0 mAhg-1. Moreover, the discharge capacity was 410.1 mAhg-1 after 50 cycles, and its capacity retention increased to 91.5%. The addition of PAA decreased the specific surface area (BET) of AG/C/Si composites and reduced the direct contact between the anode electrode surface and the electrolyte. These results indicate that PAA-coated AG/C/Si composites have relatively lower electrochemical resistance and good cycling stability.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-13T08:08:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2011
en
dc.description.tableofcontents摘 要 I
Abstract II
目 錄 IV
圖 目 錄 VII
表 目 錄 XI
第一章 緒 論 1
1-1 前言 1
1-2 研究目的與架構 4
第二章 文獻回顧 6
2-1 碳負極材料 6
2-1-1 傳統碳粉負極材料 6
2-1-2 高容量碳粉負極材料 13
2-2 碳負極材料表面改質方法 20
2-3 高電容量Si/C負極材料 29
2-4 碳材石墨化度之評估 35
2-5 鋰離子於負極中之反應機構 37
2-5-1 表面特性及第一次不可逆現象 37
2-5-2 鋰離子嵌入與釋出碳層機制 39
第三章 實驗方法與步驟 40
3-1 實驗儀器與藥品 40
3-1-1 實驗儀器 40
3-1-2 實驗藥品 41
3-2 實驗材料的製備及流程步驟 42
3-2-1 材料的製備 42
3-2-2 實驗流程步驟圖 44
3-3 材料粉末鑑定分析方法 46
3-3-1 X-ray繞射分析(XRD) 46
3-3-2 拉曼光譜分析(Raman) 46
3-3-3 掃描式電子顯微鏡分析(SEM) 46
3-3-4 比表面積測試(BET) 46
3-3-5 感應耦合電漿分析(ICP) 46
3-3-6 穿透式顯微鏡(TEM) 47
3-3-7 粒徑大小分佈(Particle size distribution) 47
3-3-8 元素分析儀(EA) 47
3-4 負極材料塗佈與電池組裝及電化學分析 48
3-4-1 電極塗佈 48
3-4-2 電池組裝 48
3-4-3 交流阻抗分析 51
第四章 結果與討論 52
4-1 未燃碳熱處理作為鋰離子電池負極材料之研究 52
4-1-1 未燃碳熱處理之X-ray繞射分析(XRD) 52
4-1-2 未燃碳熱處理之拉曼光譜分析(Raman) 55
4-1-3 未燃碳熱處理之元素分析(EA) 57
4-1-4 未燃碳熱處理之比表面積測試(BET) 59
4-1-5 未燃碳熱處理之掃描式電子顯微鏡分析(SEM) 60
4-1-6 未燃碳熱處理之穿透式電子顯微鏡分析(TEM) 61
4-1-7 未燃碳熱處理之電池效能的探討 65
4-1-8 未燃碳熱處理之研究結論 73
4-2 未燃碳酸處理作為鋰離子電池負極材料之研究 74
4-2-1 未燃碳酸處理之X-ray繞射分析(XRD) 74
4-2-2 未燃碳酸處理之掃描式電子顯微鏡分析(SEM) 80
4-2-3 未燃碳酸處理之元素分析(EA) 82
4-2-4 未燃碳酸處理之比表面積測試(BET) 82
4-2-5 未燃碳酸處理之拉曼光譜分析(Raman) 85
4-2-6 未燃碳酸處理之傅立葉轉換紅外線光譜分析(FTIR) 86
4-2-7 未燃碳酸處理之電池效能的探討 87
4-2-8 未燃碳酸處理之交流阻抗測試 96
4-2-9 未燃碳酸處理之研究結論 97
4-3聚烯丙胺包覆球型人工石墨/碳/奈米矽複合材料作為鋰離子電池負極材料之研究 98
4-3-1 聚烯丙胺包覆球型人工石墨/碳/奈米矽複合材料之X-ray繞射 分析(XRD) 99
4-3-2 聚烯丙胺包覆球型人工石墨/碳/奈米矽複合材料之掃描式電子顯微鏡分析(SEM) 101
4-3-3 聚烯丙胺包覆球型人工石墨/碳/奈米矽複合材料之比表面積測試(BET) 101
4-3-4 聚烯丙胺包覆球型人工石墨/碳/奈米矽複合材料之穿透式電子顯微鏡分析(TEM) 103
4-3-5 聚烯丙胺包覆球型人工石墨/碳/奈米矽複合材料之電池效能的探討 105
4-3-6 聚烯丙胺包覆球型人工石墨/碳/奈米矽複合材料之 交流阻抗測試 111
4-3-7 聚烯丙胺包覆球型人工石墨/碳/奈米矽複合材料之 研究結論 113
第五章 結 論 114
5-1 未燃碳作為鋰離子電池負極材料之研究 114
5-2 聚烯丙胺包覆球型人工石墨/碳/奈米矽複合材料作為鋰離子電池負極材料之研究 115
參考文獻 116
作 者 簡 歷 120
著 作 120
dc.language.isozh-TW
dc.subject電化學zh_TW
dc.subject未燃碳zh_TW
dc.subject負極材料zh_TW
dc.subject鋰離子電池zh_TW
dc.subject高能量zh_TW
dc.subjectanode materialsen
dc.subjecthigh poweren
dc.subjectelectrochemicalen
dc.subjectlithium-ion batteriesen
dc.subjectunburned carbonen
dc.title人造石墨改質作為動力鋰離子電池負極材料zh_TW
dc.titleModification of artificial graphite as anode material for high power lithium-ion batteryen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear99-2
dc.description.degree博士
dc.contributor.coadvisor吳玉祥
dc.contributor.oralexamcommittee張火成,張文固,陳軍華
dc.subject.keyword鋰離子電池,負極材料,未燃碳,電化學,高能量,zh_TW
dc.subject.keywordlithium-ion batteries,anode materials,unburned carbon,electrochemical,high power,en
dc.relation.page121
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2011-07-20
dc.contributor.author-college工學院zh_TW
dc.contributor.author-dept材料科學與工程學研究所zh_TW
顯示於系所單位:材料科學與工程學系

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