摻雜元素於矽薄膜負極對鋰離子電池效能之影響

Abstract

　　由於純矽材料的導電性非常差，在鋰離子電池中作為負極時常常因為阻抗過大而使電池表現大大偏離理論值，為了提高矽活性材料在電池內部的表現，本實驗希望製作不同參雜元素之矽薄膜極片，探討導電性對於矽負極鋰離子電池之影響。首先選用純矽基板和高導電率的p型矽基板及n型矽基板製作成矽靶材，利用電子蒸鍍機將矽薄膜鍍製於銅箔基板上，在進行熱退火後，將矽薄膜極片送入SEM、XRD及TEM進行結晶性分析，得到矽薄膜為完全非結晶的結構。接著利用SIMS進行成分分析確定雜質是否有進入矽薄膜內部並且分布狀況是否均勻，再將退火後的矽薄膜極片以四點探針量測其導電性值計算出電阻率，觀察矽薄膜與矽基板之間導電性的變化。 　　將製作完成的極片作為待測電極，鋰金屬作為參考電極組裝為半電池並進行電化學測試，設定矽薄膜負極半電池在化成反應後進行充放電速率的測試，探討在高電流充放電的狀態下，不同雜質摻雜後對於電池表現之影響，發現摻雜砷的n型薄膜具有最好的電池表現，而摻雜硼的p型矽薄膜則會大大降低矽薄膜電池的循環壽命。在循環充放電二十圈及兩百圈測量其阻抗變化探討其中的電化學機制，最後將化成後及循環充放電一百圈後的的電池在完全去鋰化後，將鋰電池拆開後觀察矽薄膜之表面形貌變化，發現表面產生網狀的裂紋，是造成電容值隨著圈數逐漸增加的原因。

Date of Award	2016 Sept 1
Original language	Chinese
Supervisor	Chuan-Pu Liu (Supervisor)