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dc.contributor.advisor顏秀崗zh_TW
dc.contributor.author謝孟峰zh_TW
dc.contributor.authorDicken_US
dc.date2005zh_TW
dc.date.accessioned2014-06-06T06:43:23Z-
dc.date.available2014-06-06T06:43:23Z-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11455/9506-
dc.description.abstract摘 要 本研究的目的在Co(NO3)2水溶液中利用電化學方法,以定電壓方式陰極沉積及燒結Co3O4/CoO薄膜於不銹鋼基材上,並利用XRD、TGA/DTA、SEM/EDS、AFM 和 RAMAN Spectroscopy及充放電測試,分析薄膜的特性和電化學的性質。 由陰極極化曲線實驗推論Co(NO3)2水溶液中陰極反應分為三個階段: 1. O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (0 V ~ 0. 06V vs. Ag/AgCl ) 2. O2 + 2H2O+2e- → 4 OH- (0.06 V ~ -0.7 V vs. Ag/AgCl ) 3. 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (-0.7 V ~ -2.5 V vs. Ag/AgCl ) 於第三階段電解沉積Co(OH)2薄膜,經過持溫燒結後可得到良好結晶性與均一性的Co3O4/CoO薄膜。 Co3O4/CoO薄膜電極經由400℃ 5小時燒結後,在不同電解質LiPF6和LiClO4下進行CV及充放電測試,以鋰金屬當參考電極及輔助電極。於第一次放電時發生兩個反應: 1. Co3O4+2Li++2e- → 3Co+Li2O (0.0825V vs. Li+/Li) 2. CoO+2Li++2e- → Co+ Li2O (0.0254V vs. Li+/Li) 但在充電過程中僅:Co+ Li2O → CoO+2Li++2e- 發生,以CoO為主要活性物,在電解質比較中LiPF6的可逆性比LiClO4差。Co3O4/CoO薄膜電極於LiClO4電解質中,在50次充放電後電容量還有500mAh/g。zh_TW
dc.description.abstractThe electrolytic deposition of Co3O4 /CoO thin film on stainless steel was conducted in Co(NO3)2 aqueous solution to be used as a negative electrode in lithium ion thin film batteries. The cathode polarization curves includes 3 major electrochemical reactors: 1. O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (0 V ~ 0. 06V vs. Ag/AgCl ) 2. O2 + 2H2O+2e- → 4 OH- (0.06 V ~ -0.7 V vs. Ag/AgCl ) 3. 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (-0.7 V ~ -2.5 V vs. Ag/AgCl ) The coated specimen or the coating film carried out at 3rd step was subjected to annealing treatments and further characterized by XRD, TGA/DTA, SEM/EDS, AFM and RAMAN Spectroscopy. The as-coating film was Co(OH)2, condensed into CoO partially oxidized into Co3O4 at 200℃-400℃ with the particle size from 10 nm to 20nm, and obviously crystallized at 600℃-1000℃on the coated specimen. The Co3O4/CoO coated specimen annealed at 400℃ for 5hrs was further characterized by CV analysis and charged-discharged tests in LiPF6 and LiClO4 electrolytes respectively using Li metal as the reference and auxiliary electrode. During the first discharging, two electrochemical reactions occurred : The 1st , Co3O4+2Li++2e-→ 3Co+Li2O and the 2nd ,CoO+2Li++2e- → Co+ Li2O. However, only the reverse of the 2nd was found for the 1st charging. Also, the reversibility in LiPF6 was worse than that in LiClO4, since LiF was formed. The capacity of Co3O4/CoO coated specimen was still found 500 mAh/g after 50 charged-discharged cycles test in LiClO4 electrolyteen_US
dc.description.tableofcontents總 目 錄 頁數 英文摘要 Ⅰ 中文摘要 Ⅱ 總目錄 Ⅲ 表目錄 Ⅷ 圖目錄 Ⅹ 第一章 緒論 1 1-1 簡介 1 1-2 薄膜鋰電池 3 1-3 鈷氧化物於鋰電池負(陽)極材料之研究與應用 4 1-4 研究動機 6 第二章 文獻回顧 10 2-1 二次電池的發展史 10 2-2 鋰二次電池簡介及原理 11 2-3 正極材料 12 2-3-1 鋰鈷氧化物 13 2-3-2 鋰鎳氧化物 14 2-3-3 鋰錳氧化物 15 2-4 負極材料 17 2-5 電解質簡介 18 2-6 未來發展方向 19 第三章 實驗步驟與方法 23 3-1 電化學技術(Electrochemical Techniques)簡介 25 3-1-1 雙電層(Electrical double layer)原理 26 3-1-2 極化反應(Polarization of Reactions) 27 3-1-3 活性極化(Activation Polarization) 28 3-1-4 濃度極化(Concentration Polarization) 28 3-1-5 電阻極化(Resistance Polarization) 29 3-1-6 電解沉積Co3O4/CoO之反應機構 29 3-2 試片準備與前處理 31 3-2-1 電解液之配製 31 3-3 陰極極化實驗 32 3-4 陰極電解沉積 32 3-5 最佳沉積電壓 32 3-6 最佳沉積時間 33 3-7 熱分析TGA&DSC 33 3-8 陰乾與低溫熱處理 33 3-9 X光繞射分析(X-ray diffraction) 34 3-10 SEM/EDS表面型態分析 35 3-11 循環伏安法(Cyclic Voltammetry, CV) 35 3-12 實驗裝置 36 3-13 充放電實驗 36 3-14 拉曼光譜 37 3-14-1拉曼光譜原理 37 3-14-2拉曼光譜系統裝置 38 3-15 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope) 38 第四章 結果與討論 45 4-1 陰極極化實驗 45 4-1-1 氫氧化鈷溶液之陰極反應 45 4-2 前驅物Co(OH)2 之製備與特性 47 4-3 TGA實驗 48 4-4 Co3O4/CoO之製備與性質 48 4-5 FE-SEM表面型態分析 49 4-6 充放電性過程性質探討 50 4-7 RAMAN光譜圖分析 52 4-8 加碳(C)之EDS圖分析 52 4-9 Co3O4/CoO之理論電容量計算 53 4-10 Co3O4/CoO之CV測試 53 4-11 不同條件下Co3O4/CoO充放電圖 54 4-12 不同電解質充放電之影響 55 4-13 AFM圖 56 4-14 膜厚計算與測量 56 第五章 結論 58 參考文獻 59 表 目 錄 頁數 表 1-1 不同沉積方式與沉積速率比較 6 表 2-1 鋰離子電池三種主要正極材料的比較 13 表 3-1 本實驗所使用之藥品出廠公司及其純度 23 表 3-2 本實驗所使用之儀器出廠公司及型號 24 圖 目 錄 頁數 圖 1-1 鋰離子電池(Rocking Chair Battery , RCB)工作原理. 8 圖 1-2 薄膜電池的橫截面圖 8 圖 1-3 Co3O4為尖晶石(spinel)結構圖 9 圖 1-4 CoO為面心最密(face-centered cubic,fcc)結構圖 9 圖 2-1 電池結構示意圖 20 圖 2-2 鋰電池工作原理 20 圖 2-3 LiCoO2 結構圖 21 圖 2-4 LiNiO2 結構圖 21 圖 2-5 層狀 LiMO2 化合物的結構示意圖 22 圖 2-6 尖晶石型 LiM2O4 的結構示意圖 22 圖 3-1 實驗流程圖 40 圖 3-2 試片清洗流程圖 41 圖 3-3 三電極系統配置圖 42 圖 3-4 充放電電池裝置圖 42 圖 3-5 製備Co3O4/CoO之燒結溫度與時間關係圖 43 圖 3-6 拉曼散射示意圖 43 圖 3-7 拉曼量測系統裝置圖 44 圖 3-8 原子力顯微鏡原理示意圖 44 圖 4-1 氫氧化鈷溶液於不同pH值與氧氣濃度的陰極極化曲線圖……….. 64 圖 4-2 氫氧化鈷溶液於不同濃度的陰極極化曲線圖 65 圖 4-3 氫氧化鈷Co(OH)2 XRD圖 66 圖 4-4 氫氧化鈷之TGA圖 67 圖 4-5 Co(OH)2轉變成Co3O4之XRD圖 68 圖 4-6 300s-Co3O4/CoO與加碳(C)之XRD圖 69 圖 4-7 150s-Co3O4/CoO與加碳(C)之XRD圖 70 圖 4-8 Co3O4/CoO- 300s-400℃-5hrs-FESEM圖 71 圖 4-9 Co3O4 /CoO-加碳(C)-300s-400℃-5hrs-FESEM圖 72 圖 4-10 Co3O4/CoO- 150s-400℃-5hrs-FESEM圖 73 圖 4-11 Co3O4 /CoO-加碳(C)-150s-400℃-5hrs-FESEM圖……. 74 圖 4-12 Co3O4/CoO -300s-400℃-5hrs-10 cycles-充放電後-FESEM圖…… 75 圖 4-13 Co3O4 /CoO-加碳(C)—300s-400℃-5hrs-10 cycles-充放電-FESEM圖 76 圖 4-14 Co3O4/CoO-150s-400℃-5hrs-10 cycles-充放電後-FESEM圖…….. 77 圖 4-15 Co3O4 /CoO-加碳(C)-150s-400℃-5hrs-10 cycles-充放電-FESEM圖 78 圖 4-16 放電至不同電位之XRD圖 79 圖 4-17 不同條件下充放電後之XRD圖 80 圖 4-18 完全充電和完全放電之Co3O4 /CoO RAMAN圖 81 圖 4-19 Co3O4/CoO-加碳(C)之EDS圖 82 圖 4-20 Co3O4/CoO-加碳(C)之Mapping圖 83 圖 4-21 Co3O4/CoO-300s-400℃-5hrs之CV圖 84 圖 4-22 Co3O4/CoO-加碳(C)-300s-400℃-5hrs之CV圖 85 圖 4-23 Co3O4/CoO-150s-400℃-5hrs之CV圖 86 圖 4-24 Co3O4 /CoO -加碳(C)-150s-400℃-5hrs…………………87 圖 4-25 Co3O4/CoO-300s-400℃-5hrs,電解質:LiPF6(EC+DEC) ……………………………………………………………88 圖 4-26 Co3O4/CoO-加碳(C)-300s-400℃-5hrs,電解質:LiPF6(EC+DEC) …………………………………………89 圖 4-27 Co3O4/CoO -150S-400℃-5hrs,電解質:LiPF6(EC+DEC) 90 圖 4-28 Co3O4/CoO -加碳(C)-150S-400℃-5hrs,電解質:LiPF6(EC+DEC) 91 圖 4-29 不同電解質充放電後XRD圖 93 圖 4-30 Co3O4/CoO -150s-400℃-5hrs,電解質:LiClO4(PC) 92 圖 4-31 Co3O4/CoO -300s-400℃-5hrs之AFM圖 94 圖 4-32 Co3O4/CoO -加碳(C)-300s-400℃-5hrs之AFM圖 94 圖 4-33 Co3O4/CoO -150s-400℃-5hrs之AFM圖 95 圖 4-34 Co3O4/CoO -加碳(C)-150s-400℃-5hrs之AFM圖 95 圖 4-35 Cross-section圖 96zh_TW
dc.language.isoen_USzh_TW
dc.publisher材料工程學研究所zh_TW
dc.subjectelectrolytic depositionen_US
dc.subject電解沉積zh_TW
dc.subjectCo3O4en_US
dc.subjectCoOen_US
dc.subjectlithium ionen_US
dc.subjectnegative electrode thin film batteriesen_US
dc.subject四氧化三鈷zh_TW
dc.subject氧化鈷zh_TW
dc.subject薄膜鋰離子電池zh_TW
dc.subject負極zh_TW
dc.title電化學製備Co3O4/CoO薄膜鋰離子電池之負極特性研究zh_TW
dc.titlePreparation and Characterization of Electrochemical Co3O4/CoO coating on stainless steel as Negative Electrodes for Thin-Film Lithium Ion Batteriesen_US
dc.typeThesis and Dissertationzh_TW
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.openairetypeThesis and Dissertation-
item.cerifentitytypePublications-
item.fulltextno fulltext-
item.languageiso639-1en_US-
item.grantfulltextnone-
Appears in Collections:材料科學與工程學系
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