以奈米碳管/奈米碳纖維之複合材料應用於鋰電池負極之研究

Translated title of the thesis: Application of Carbon Nanotube/ Carbon Nanofiber Composite in Lithium Ion Battery Anode
  • 姜 瀚盛

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本研究利用本實驗室開發之電漿接枝技術改質奈米碳管,將奈米碳管表面進行有機化改質,克服其自身的凡得瓦力提升在溶劑中的分散性,並添加於聚丙烯?系的奈米碳纖維,誘導其石墨化程度提升,增加物理性質以及電化學性質。最後應用於鋰離子電池之負極材料降低內部阻抗。同時,利用電紡絲技術製備負極材料,可以得到一塊不需要基材(例如:鋁箔)的負極碳材料,並利用奈米電紡絲的高比表面積得到高比電容值的負極材料。 首先,利用電漿技術將馬來酸酐或丙烯?等單體接枝於奈米碳管上。將接枝馬來酸酐或是丙烯?的改質奈米碳管添加進二甲基甲醯胺分散,並將聚丙烯?均勻溶解於奈米碳管分散液中進行靜電紡絲實驗製備奈米纖維,最後將奈米纖維以不同溫度鍛燒,得到鋰離子電池負極片。利用四點探針量測量負極片的片電阻值,由實驗結果可得知,當鍛燒溫度為1400 0C,接枝丙烯?的奈米碳管添加量2 5%時,負極片片電阻值可下降到25 Ω/sq(Ω/sq為表面阻抗率,每歐姆平方),ID/IG之石墨化程度可降至0 4、當奈米碳管添加量2 5%,鍛燒溫度為800 0C時,負極片片電阻值可下降到228 Ω/ sq。將奈米碳管添加量2 5%,鍛燒溫度為800 0C之樣品組裝成電池進行測試後,其0 1 C放電電容量最高可達561 mAh/g,0 1 C長循環充放電50圈後電容量為220 mAh/g。 低溫鍛燒的負極片由於具有微孔及表面殘留氮官能基,可以增加鋰離子的儲存量,但是內部電阻過高使循環效能降低;高溫鍛燒之負極片因為石墨化程度提升造成微孔閉合及氮官能基減少,雖使循環效能提升,但是電容量降低。因此,本研究於低溫鍛燒之負極片添加奈米碳管以降低內電阻,於高溫鍛燒之負極片以氧電漿做表面改質,增加其親水性,使負極片和電解質之親和性增加,增加其電化學性質表現。氧電漿表面活化後之負極片1200 0C鍛燒,2 5 wt% CNT-AN添加量電容值充放電循環50圈後為200 mAh/g,循環性能表現電容值下降由未改質之38%下降至27%,不可逆電容值由未改質之70%下降至57%;1400 0C鍛燒,2 5wt% CNT-AN添加量電容值充放電循環30圈後為180 mAh/g,循環性能表現電容值下降由未改質之16%下降至9%,不可逆電容值由未改質之2 7%下降至2%
Date of Award2014 Aug 21
Original languageChinese
SupervisorChuh-Yung Chen (Supervisor)

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