鋰離子老化及再生研究

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題名:	鋰離子老化及再生研究
作者:	陳漢忠杜景順蔡明瞭
貢獻者:	化工與材料工程系
關鍵詞:	交流阻抗電池老化電池再生
日期:	2012
上傳時間:	2013-07-24 13:49:54 (UTC+8)
出版者:	台中;國立勤益科技大學
摘要:	本論文中，探討商用鋰離子電池(SDI ICR18650-20F)之老化機制及老化後之再生方法與效果。在老化方面，於恆溫25oC下，以3 C速率進行充放電，記錄電容量與充放電次數間之關係。在放電容量衰退一定比例後，分別利用超音波振盪、脈衝充電與慢速(0.1 C)充放電等三種方式，分別對老化電池進行再生。使用交流阻抗分析法與循環伏安法分析老化與再生後電池之電化學特性。為了解電池老化與再生對電極與隔離膜材料之影響，將電池拆解後，利用SEM分析材料表面組態、BET分析材料比表面積、XRD分析材料之結晶性質以及利用ICP分析電極中的金屬組成。結果發現電池老化時，電容量與充放電次數間衰退曲線會受到環境溫度的影響，在25℃恆溫環境下電容量之變動率為0.43% ，但在20℃~30℃之室溫環境下，其電容量變動率為+1.73% ~ -2.3%。在電池老化程序之前800次充放電中，相對容量與充放電次數間之關係為線性關係，其斜率為-0.026 %/次；但當充放電次數大於800次時，相對容量與充放電次數間之衰退曲線偏離線性關係，即電容量衰退速率加快。根據交流阻抗與SEM分析，在老化程序後段中較快之衰退速率主要因為活性材料的崩解。交流阻抗分析得知，當充放電次數由1增加至800次時，電荷轉移阻抗(RCT)值與電極表面粗糙度參數(nDL)值分別由0.009 Ω與0.87變化為0.017 Ω與0.79；但近一步增加充放電次數至1100次時，其值則分別大幅變化至0.027 Ω與0.63。此外，利用XRD及循環伏安法分析老化電池之電化學行為中發現，電池陰極中二種活性物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2與LiMn2O4)，皆有老化衰退之現象。在再生實驗中發現超音波振盪與脈衝充電二種方法，對本文中所使用的老化電池不具有再生效果。利用0.1 C小電流充放電方式進行老化電池之再生，可使電池老化過程中沉積在碳負極較深處的非活化鋰再度活化使用，進而恢復部分容量。根據ICP之分析，經100次充放電後之電池中，陽極鋰含量為0.557 wt%；但利用0.1 C充放電再生一次後，陽極中鋰含量降低為0.494 wt%。研究結果發現最佳再生條件是當電池每進行充放電75次後，以0.1C方式進行充放電二次，此種方式可使經500次充放電後之老化電池相對殘餘容量由85.83%增加為87.58%，所增加之電池相對容量相當於增加了75次之充放電壽命。
顯示於類別:	[化工與材料工程系(所)] 【化工與材料工程系】博碩士論文

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