鋰電池鋰電池 指導教授 :蘇順發 教授

研 究 生研 究 生 :: 吳政隆吳政隆 報告日期報告日期 : 98/11/25: 98/11/25

前言前言 隨著這些電子產品的製造技術趨於成熟以及市場需求量的增大，逐漸往多功能、處理速度快、螢幕彩色化等方面發展，這也使得具有能量密度高、循環壽命長、安全性高、無記憶效應、重量輕盈等優點的鋰離子電池，逐漸取代傳統的鎳氫電池、鎳鎘電池等這類鹼性二次電池，而成為輕便可攜帶式電子產品新一代的電能儲存系統。

基本構造基本構造 電極 (electrode): 活性物質與導電極板構成，所謂活性物質是指在導電及板上可以進行樣化還原的物質。

電解液 (electrolyte): 使內部帶電離子在陰陽極之間傳遞。

隔離膜 (separation film): 避免兩極上的活性物質直接接觸而造成短路。

罐體 (shell): 電池外殼，主要保護內部構造。

運作原理 運作原理

充放電過程充放電過程

正極材料 正極材料 正極材料的選用原則上包括能量密度高（電

壓高、電容量高）、電解液不起反應、較快速的動力學反應、電化學反應為可逆反應、材料在大氣中是穩定的等條件。

市售常見的正極材料市售常見的正極材料

負極材料負極材料 傳統金屬鋰 :

經過反覆的充放電的作用下，還原時容易生成樹枝狀的結構刺穿隔離膜，造成電池短路，使電池局部溫度升高，甚至於引起爆炸，進而發生危險。

以碳材料取代鋰金屬，因具有 (1) 低電阻；(2) 耐腐蝕； (3) 價格便宜及 (4) 可石墨化等特點。

碳材料系列碳材料系列 石墨 (Graphite) 石油焦碳 (Petroleum Coke) 氣相成長碳纖維 (Vapor Grown Carbon Fiber ；

VGCF) 介穩相球狀碳 (Mesophase Carbon Micro Beads ；

MCMB) 摻雜型碳 (Doped Carbon)

電解質材料 電解質材料 液態電解質 :由鋰鹽與一種或多種以上之有機溶劑混合所組成。

固態電解質 : 1. 純固態高分子電解質 (SPE) 2. 膠態高分子電解質 (gel-type)

液態電解質液態電解質 有機溶劑：

EC(ethylene carbonate) PC(propylene carbonate) EMC(ethyl methyl carbonate) DMC(dimethyl carbonate) DEC(diethyl carbonate)

鋰鹽 : LiAsF6 LiBF6 LiClO4 LiPF6

固態電解質固態電解質 -(SPE)-(SPE) 由鋰鹽，如 LiClO4、 LiBF4、 LiPF6、 LiAsF6、 LiCF3SO3、 LiN(CF3SO2)2 及 LiC(CF3SO2)3 溶於高分子中，如 PEO 、 PPO。

固態電解質固態電解質 -(Gel-typ-(Gel-type)e) 在固態高分子中藉加入溶劑以提高在室溫下之 導電度，其導電度介於液態電解質與固態高分

子電解質，但是機械強度卻較差於固態高分子

電解質。

結論結論 鋰電池目前運用的材料眾多，研究在眾多材料 中效力最好的材料以提升性能是研發的方向， 不過還是以安全為前提，才能用的安心又愉 快。

參考資料參考資料 廖家慶，石墨表面改質之鋰離子二次電池負

極材料性能研究，中華技術學院， 機電光工程研究所碩士班。

劉定國，鋰離子電池鋰錳系陰極材料之研究，國立台灣科技大學，化學工程系。

科學發展 2003 年 2月， 362期， 32-35 頁。

高分子電解質導電機制高分子電解質導電機制 高導電度高分子電解質是發生在非結晶相 (Amorpho

us) 區域。 而目前廣泛被接受的導電機構是液體狀 (Liquid-like) 機構：高分子鏈上之高陰電性原子 (O 、N 、 S ) 具有未共用電子對可與鋰鹽中所解離出的陽離子 (Li+) 形成暫時性配位鍵 (Coordination Bond) ，藉由高分子本身的局部運動 (Local Motion) 及轉動 (Rotation) ，帶動整條高分子鏈的扭動，使得陽離子得以在分子間和分子內移動，造成離子導電，也就是說當金屬陽離子與高分子間的孤對電子形成配位後，在電場的驅動下，鋰陽離子將從電池的陰極轉移到陽極介面。再藉由高分子本身的擾動使得陽離子得以在分子間和分子內移動，造成導電 。