《电化学阳极沉积奈米结构氧化镍电极应用於锂离子二次电池负极材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电化学阳极沉积奈米结构氧化镍电极应用於锂离子二次电池负极材料（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中文摘要 本研究主要是利用電化學陽極沉積法在不銹鋼基材上沉積多孔性奈米結構氧化 鎳電極，做為鋰離子電池負極材料使用。此外為了提升電極的電化學特性，以 電泳動沉積法製備聚苯乙烯(PS)球狀模板後再進行陽極沉積氧化鎳，經移除聚 苯乙烯球及燒結後可得巨孔結構(500 nm)氧化鎳電極，並探討此巨孔電極在鋰 離子電池負極材料的電化學特性。 由電子顯微鏡(SEM)圖可以發現電沉積後的氧化鎳薄膜為一種奈米網狀結構， 當使用較大的沉積電流密度時(0.25 mA cm-2)，其形成網狀結構的孔洞會比小電 流沉積(0.05 mA cm-2)的略小。但經過充放電後，電極表面會產生劇烈變化，反 而較大電流密度沉積的
2、電極還保有多孔性，而較小電流密度沉積的電極其孔隙 度會大幅減少。從氧化鎳電極的 1 C 充放電曲線圖可知，以 0.05 與 0.25 mA cm-2 電沉積之氧化鎳薄膜電極，其可逆電容量分別為 1221 與 1294 mAh g-1， 當在大電流速率充放電測試(15 C)時，其可逆電容量分別為 383 與 487 mAh g- 1，明顯的反而以 0.25 mA cm-2 沉積具有較優異的電化學性能。 以 PS 當模板所製備的巨孔結構氧化鎳電極(沉積電流密度為 0.25 mA cm-2)，其 可逆電容量可提升 15.6 %，更重要的是當以大電流速率充放電(15 C)測試時， 其可逆電容量可大幅提
3、升 87 %。這顯示用 PS 當模板所形成的巨孔結構氧化鎳 電極，確實增加許多比表面積與反應面積，使得電解液可以更有效且快速進入 氧化鎳電極內部進行反應，降低電極材料中的內部電阻，對氧化鎳電極之電化 學性能有所提升。 英文摘要In this research, the nanostructured nickel oxide electrodes were deposited onto the stainless steel (SS) substrate by anodic deposition for lithium-ion battery application. In order to i
4、mprove the electrochemical performance of the nickel oxide electrode, monodispersed polystyrene (PS) spheres were used as a template in anodic deposition of nickel oxide. The PS template was fabricated by electrophoretic deposition (EPD). After removal of PS, the electrode was annealed at 400oC for
5、1 h to form macroporous NiO electrode (cubic NiO, deduced from X-ray diffraction). The electrochemical properties of the macroporous NiO electrode toward lithium were investigated. Surface morphology of the deposited NiO electrodes is platelet-like structure observed from SEM (scanning electron micr
6、oscope). The pores in the electrode deposited at a high current density of 0.25 mA cm-2 are smaller than that of deposited at a lower current density of 0.05 mA cm-2. However, the surface morphology of nickel oxide electrode can be severely modified after charge and discharge cycling. The porous str
7、ucture of the electrode deposited at 0.25 mA cm-2 remains unchanged, while that of deposited at 0.05 mA cm-2 is attenuated significantly. Galvanostatic charge/discharge curve of nickel oxide films (1 C current) indicates that the reversible capacity of electrodes deposited at 0.05 and 0.25 mA cm2 ar
8、e 1221 and 1294 mAh g-1, respectively. At a higher current charge/discharge (15 C), the reversible capacities of electrodes deposited at 0.05 and 0.25 mA cm-2 are 383 and 487 mAh g-1, respectively. Moreover, the nickel oxide electrode with macropores deposited at a current density of 0.25 mA cm2 exh
9、ibits excellent electrochemical behavior toward lithium, especially during high-rate charging and discharging circumstances. The reversible capacity of electrode is increased by 15.6 % at 1 C rate, and 87 % at 15 C rate compared with the bare nickel oxide electrode (without open macropores). Therefo
10、re, we can conclude that a porous film structure with macropores is beneficial to the electrolyte transport, leading to an increase in effective specific surface areas for electrochemical reaction. As a result, the electrochemical performance of the nickel oxide electrode with open macropores is bet
11、ter than that of the bare nickel oxide electrode. 目 中 文 摘 要 IAbstract II 總 目 錄IV 表 目 錄VII 圖 目 錄IX第 一 章 緒 論1-1 前言11-2 鋰電池的發展4 1-3 鋰離子二次電池的特性與優點6 1-4 鋰離子電池的工作原理7 1-5 鋰離子二次電池的電極材料9 1-5-1 正（陰）極活性材料 9 1-5-2 負（陽）極材發展趨勢 16 1-5-3 隔膜 20 1-5-4 電解液 21 1-6 過渡屬氧化物負極材相關文獻分析23 1-6-1 鎳氧化物23 1-6-2 鐵氧化物30 1-6-3 鈷氧化物3
12、6 1-6-4 錳氧化物40 1-6-5 銅氧化物421-6-6 錫氧化物44 1-7 研究動機與目的46第 二 章 實 驗 步 驟2-1 不銹鋼（stainless-steel）基材前處理 48 2-2 電鍍液配製50 2-3 電泳懸浮液配製50 2-4 電化學沉積氧化鎳電極50 2-5 以 PS 做為巨孔結構氧化鎳電極之製備53 2-6 電化學特性分析57 2-7 實驗藥品60 2-8 實驗儀器61 2-9 電化學特性分析儀62 2-10 材料特性分析儀 63第 三 章 結 果 與 討 論3-1 結晶結構分析65 3-2 表面形態分析67 3-2-1 氧化鎳薄膜電極 67 3-2-2 以粒
13、徑 0.5 m PS 做為巨孔結構氧化鎳電極70 3-3 電化學特性分析73 3-3-1 循環伏安法 733-3-2 氧化鎳薄膜電極於不同沉積電流密度下電化學性能之影響76 3-3-3 氧化鎳薄膜電極之大電流充放電性能80 3-3-4 氧化鎳電極對 PS 模板電極之電化學特性比較83 第 四 章 結 論4-1 氧化鎳薄膜電極91 4-2 以 PS 當模板形成巨孔結構氧化鎳電極92 考 文 獻 93表 目 錄表 1-1 常用二次電池性質比較3 表 1-2 各種電池的發展年代表5 表 1-3 鋰離子二次電池正極材料性質比較15 表 1-4 傳統碳材之電容量比較18 表 1-5 高電容量碳材之電容量
14、比較18 表 1-6 以同方式製備鎳氧化物電極，做為鋰子電池負極材的電化學測試結果27 表 1-7 以同方式製備鐵氧化物電極，做為鋰子電池負極材的電化學測試結果34 表 1-8 以同方式製備鈷氧化物電極，做為鋰子電池負極材的電化學測試結果39 表 1-9 以同方式製備錳氧化物電極，做為鋰子電池負極材的電化學測試結果41 表 1-10 以同方式製備銅氧化物電極，做為鋰子電池負極材的電化學測試結果43 表 1-11 以同方式製備錫氧化物電極，做為鋰子電池負極材的電化學測試結果45 表 3-1 不同沉積電流密度之氧化鎳薄膜電極，在 15 次充放電程序之電容量。 79 表 3-2 不同沉積電流密度之氧
15、化鎳薄膜電極，在充放電速率為1-15 C 下所獲得的電容量。 82 表 3-3 沉積電流密度為 0.25 mA cm-2 之氧化鎳薄膜與 PS 巨孔結構氧化鎳電極，在 15 次充放電程序下之電容量比較。87表 3-4 沉積電流密度為 0.25 mA cm-2 之氧化鎳電極與 PS 巨孔結構氧化鎳電極，在充放電速率為 1-15 C 下所獲得的電容量比較。 90圖 目 錄圖 1-1 鋰電池的工作原理8 圖 1-2 鋰離子在充放電過程中往返於正負極之間示意圖8 圖 1-3 鋰鈷氧化物之結構示意圖11 圖 1-4 鋰鎳氧化物之結構示意圖11 圖 1-5 鋰錳氧化物之結構示意圖13 圖 1-6 The
16、concept of the electrode for lithium storage device with both the high power density and high energy density.31 圖 1-7 Schematic of the fabrication of nanostructured electrodes 33圖 1-8 Scheme of the preparation of the CoOx/MCS composite 37 圖 2-1 不銹鋼基材前處理流程圖49 圖 2-2 電化學沉積裝置圖51 圖 2-3 電化學沉積氧化鎳電極之製備流程圖52 圖 2-4 電泳動沉積裝置圖54 圖 2-5 以 PS 做為巨孔結構氧化鎳電極之製備流程圖55 圖 2-6 以 PS 做為巨孔結構氧化鎳電極之沉積構想圖56 圖 2-7 電性測試設備圖58 圖 3-1 SS 基材與氧化鎳薄膜電極，經 400 燒結 1hr 之 XRD圖譜。66 圖
