Abstract
近年來，由於電動車市場的崛起，鋰電池的需求已由原先高能量密度轉變為高功率密度和長循環壽命。因此，本研究擬定針對高功率密度與長循環壽命之LiNi0.5Mn1.5O4正極材料及Li4Ti5O12負極材料進行研究。 藉由改良式固態法可有效合成多孔性無雜相之LiNi0.5Mn1.5O4正極材料。隨著多孔性結構形成，電容量由原先的105增加至120 mA/g而且循環壽命也從65 % (充放電500圈)提昇至80 % (充放電1000圈)。 調整煆燒溫度(700∼800 0C)製備出LiNi0.5Mn1.5O4擁有Fd3m與(Fd3m+P4332)混合之space group。在55 0C，Fd3m與混合相(Fd3m+P4332)結構之LiNi0.5Mn1.5O4在150圈充放電後，電容量仍有77 與83 %。擁有Fd3m 結構 之LiNi0.5Mn1.5O4電容量衰退可歸咎於Mn3+的分解((Mn3+→Mn2+ + Mn4+)。 經由混合LiCl、TiCl4與草酸經過兩階段燒結過程製備出多孔性負極材料Li4Ti5O12。此多孔性Li4Ti5O12負極材料在0.5、1、5、10 C的充放電速率下，分別出現167、133、100、70 mAh/g且在充放電200圈後，電容量仍然維持超過98 %。 經由調整第一階段燒結溫度的調整能有效使Li2TiO3產生，此化合物能進一步與rutile TiO2反應成純相Li4Ti5O12。純相Li4Ti5O12在0.5與1 C的充放電速率下，能呈現出169與150 mAh/g的電容量且在150圈充放電後，電容量仍然維持超過98 %，然而，有TiO2雜相出現時，在相同的充放電速率下，只有148與125 mAh/g。 為了全面性改善Li4Ti5O12導電性差之缺點，結合Ru doping 與carbon coating的技術來改善Li4Ti5O12粉體內部導電度和降低外部Li4Ti5O12粉體間的傳輸阻抗。在5與10 C的充放電速率且充放電100圈後， Li4Ru0.01Ti4.99O12/C 仍出現120與110 mAh/g。由改質結果可知，Li4Ru0.01Ti4.99O12/C擁有最好的充放電能力與最佳的電容量。