以DFT方法計算鋰離子電池中微孔隔離膜(PP/PE/PP)之晶格擴張行為

  • 吳 柏憲

學生論文: Master's Thesis

摘要

鋰離子電池是現今被廣泛使用的二次電池之一,它可應用在可攜式的電子產品,甚至也被應用在需要大電力如電動車中,鋰離子電池主要是由一正極、一負極、隔離膜以及電解液所組成。 本研究係針對由PP(polypropylene)/PE(polyethylene)/PP三層結構所組成的高分子隔離膜,隔離膜通常會置放於正極與負極之間,避免兩極直接接觸造成如短路等等的現象發生,以維持電池正常運作,而它必須擁有良好的離子傳導性、電化學穩定性以及好的機械性質,在電池運作期間只能允?鋰離子等通過,不參與其他任何反應。 從X-ray diffraction (XRD)的實驗中可以觀察到PP/PE/PP三層隔離膜有五個主要的繞射峰值,由小至大分別代表PP(110)、PP(040)、PP(130)、PE(110) 及PE(200),從此可以得知隔離膜結構中除了非晶狀(amorphous)以外也有結晶狀(crystalline),其中PP(040) 和PE(200)兩峰值向小角度產生明顯的偏移,由布拉格定律(Bragg’s law)可以得知隔離膜晶格間距擴張,這個結果顯示原本認為不參與反應的隔離膜,可能與電解液中的離子或分子有交互作用。 透過density functional theory(DFT)方法計算,並且使用Vienna Ab initio Simulation Package(VASP) 等軟體去模擬隔離膜在鋰離子電池中的行為,將不同的離子以及分子組合嵌入至隔離模中,其中若嵌入的是離子則會對此帶電系統(charge system)做能量修正,記錄各個能量並觀察晶格擴張變化,透過計算反應能(reaction energy)以及模擬XRD圖分析,便可以瞭解PP/PE/PP隔離膜在鋰離子電池中的機制。
獎項日期2016 8月 30
原文???core.languages.zh_ZH???
監督員Wen-Dung Hsu (Supervisor)

引用此

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