淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
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系統識別號 U0002-1008200912553100
中文論文名稱 薄膜電池模組製作與性質
英文論文名稱 Fabrication and property analysis of the film battery
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生中文姓名 劉育仁
研究生英文姓名 Yu-Ren Liu
學號 696370401
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-06-12
論文頁數 78頁
口試委員 指導教授-林清彬
委員-張子欽
委員-蔡有仁
中文關鍵字 鋰離子電池  可撓式  網版塗佈  三點彎曲  充放電試驗 
英文關鍵字 Lithium ion battery  Flexible  Silk screen printing  3-point test  Charge-discharge test 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究係以AB膠與片狀石墨製成導電膠,透過網版塗佈法於ABS鍍銅導電基材上形成突起方形結構,接著在導電膠上方黏著電極材料:介相瀝青粉末與氧化鋰鈷顆粒,製得一種可撓式鋰離子電池,其中方形結構間之渠道可成為電解質之流道,及藉由第一層與第二層電極作45°夾角之相互交錯,製得之雙層電極,可以有效增加電子運動路徑,及能使電極與電解質有較大接觸之電化學反應。經由三點彎曲試驗,電池模組可承受之最大荷重及撓曲量分別為0.66kgf及5mm。經由充放電試驗,雙層電極比單層電極可提供一倍之循環壽命,及增加10%~20%之起初電容量。另外,電池在有、無撓曲下,得到的氧化電位均為0.4V及還原電位為0.02V。
英文摘要 This study proposed a novel manufacturing method is to make flexible lithium -ion battery. Firstly, make conductivity glue which consist of AB glue mixed the graphite flake, and then coat the conductivity glue on the surface of the ABS with electroplating copper treatment by silk screen printing, the resulting protruding tetragonal structure forms on the substrate. The following step is to stick two kinds of electrode material, green meso-carbon micro particles (cathode) and LiCoO2 particles (anode) on top of the conductivity glue.
The channel between the tetragonal structures can be the conduct for electrolyte. The 45-degree intersection of the first layer and the second layer comprise two layers’ electrode, which can effectively widen the path of the electrons and can increase electrochemistry reaction between the electrode and the electrolyte.Through the 3-point bending testing, the cell module can be stood the maximum loading and deflection value is 0.66kgf and 5mm, respectively. After the charge-discharge test, the cycle life of two layer’s electrode would double than that of the one layer electrode. Also initial charge capacity increase 18%.Besides, the oxidation potential and the reduction potential remain respectively 0.4 V and 0.02V regardless if the battery is bended or not.
論文目次 中文摘要 I
英文摘要 II
總目錄 III
表目錄 VII
圖目錄 VIII
壹、導論 1
1-1前言 1
1-2文獻回顧 2
1-2.1鋰離子二次電池原理 2
1-2.2陰極材料 3
1-2.2.1 傳統碳材 3
1-2.2.2 高電容量碳材 3
1-2.3陽極材料 4
1-2.3.1 LiCoO2材料 4
1-2.3.2 LiNiO2材料 5
1-2.3.3 LiMn2O4材料 5
1-2.4 電解質 5
1-2.4.1 有機高分子凝膠態電解質 6
1-2.4.2 固態電解質 6
1-2.5 塑膠基材 7
1-2.6 ABS塑膠電鍍 8
1-2.7 隔離膜 8
1-2.8 鈍化膜(SEI,Solid State Interface) 8
1-2.9 二次鋰離子電性檢測方式 8
1-2.9.1 在20℃時之放電性能 9
1-2.9.2 在-20℃時之放電性能 9
1-2.9.3 在20℃時之高率放電 10
1-2.9.4 充電(容量)保持及恢復 10
1-2.9.5 充電(容量)貯存後恢復 10
1-2.9.6 循環壽命 10
1-3 研究範疇 10
貳、實驗方法與設備 24
2-1 實驗藥品器材與實驗設備 24
2-1.1 實驗藥品與器材 24
2-1.2 實驗設備及分析儀器 25
2-1.2.1 實驗設備 25
2-1.2.2 分析儀器 25
2-2 實驗步驟 26
2-2.1 ABS基材清潔 26
2-2.2 ABS基材複合電鍍與試片裁剪 26
2-2.3 電極材料調配與電極製作 27
2-2.4 電解質製作和注入與電池封裝 27
2-3 儀器分析檢驗及試片製作 28
2-3.1 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope) 28
2-3.2 百格刮刀(Cross Hatch Cutter) 28
2-3.3 霍爾量測分析儀(Hall Measurement) 29
2-3.4 萬能拉力試驗機(Ultimate Tensile Machine) 29
2-3.5 恆定電位儀(Potentiostat) 29
2-3.6 充放電儀(Charge-Discharge Machine) 30
參、結果與討論 39
3-1 鍍層附著強度與電性分析 39
3-2 電極分析 39
3-2.1 陽極顯微結構分析 40
3-2.1.1 單層陽極電極顯微結構 40
3-2.1.2 雙層陽極電極顯微結構分析 40
3-2.2 陽極電性分析 40
3-2.3 陰極顯微結構分析 41
3-2.3.1 單層陰極電極顯微結構分析 41
3-2.3.2 雙層陰極電極顯微結構分析 41
3-2.4 陰極電性分析 41
3-3 三點彎曲分析 41
3-4 循環伏安 42
3-5 充放電試驗 43
肆、結論 72
伍、參考文獻 73



表目錄
表1、常見之鋰離子電池陽極材料 17
表2、二次鋰單電池放電終止電壓規定表 23
表3、百格刮刀評估等級表 37
表4、ABS上電鍍銅層之阻抗 45
表5、導電膠之阻抗 47
表6、陽極單層與雙層電極之阻抗 50
表7、陰極單層與雙層電極之阻抗 53


圖目錄
圖1-2.1、鋰離子二次電池原理 12
圖1-2.2、鋰離子在充放電過程往返於正負極之間 13
圖1-2.3、石墨結構示意圖 14
圖1-2.4、傳統碳粉材料分類表 15
圖1-2.5、高容量碳粉材料分類表 16
圖1-2.6、LICOO2結構圖 18
圖1-2.7、LIMN2O4結構圖【6】 19
圖1-2.8、高分子導電機構 20
圖1-2.9、ABS粗化示意圖【42】(1)A、B、C、D為ABS中的丁二烯,(2)A´、C´為未受粗化之丁二烯,B´、D´為受粗化之丁二烯溶解之凹痕 21
圖1-2.10、鈍化膜之生成 22
圖2-2.1、導電膠塗佈示意圖 31
圖2-2.2、單層陰極製作示意圖 32
圖2-2.3、單層陽極製作示意圖 33
圖2-2.4、雙層陰極製作示意圖 34
圖2-2.5、雙層陽極製作示意圖 35
圖2-2.6、簡易型電池組裝 36
圖2-2.7、三點彎曲示意圖(1)向下壓縮速度10 MM/ MIN壓力頭(2)試片擺放處(3)可調整式跨距 38
圖3-1.1、百格刮刀之SEM表面形態 44
圖3-2.1、導電膠之SEM形態:(A)X70正視照片;(B)X300正視照片;(C)剖面圖 46
圖3-2.2、單層陽極之SEM形態:(A)X70正視照片;(B)X300正視照片;(C)剖面圖 48
圖3-2.3、雙層陽極之SEM形態:(A) X70正視照片;(B) X300正視照片;(C) X300 剖面圖;(D) X70剖面圖 49
圖3-2.4、單層陰極之SEM形態:(A) X70正視照片;(B) X300正視照片;(C) X300 剖面圖 51
圖3-2.5、雙層陰極之SEM形態:(A) X70正視照片;(B) X300正視照片;(C) X300 剖面圖;(D) X70剖面圖 52
圖3-3.1、陽極三點彎曲:荷重-行程圖 54
圖3-3.2、陰極三點彎曲:荷重-行程圖 55
圖3-3.3、陽極(A)單層與(B)雙層三點彎曲斷裂處;(C) 單層與(D)雙層剖斷面之三點彎曲破壞面形態SEM照片 56
圖3-3.4、陰極(A)單層與(B)雙層三點彎曲斷裂處;(C) 單層與(D)雙層剖斷面之三點彎曲破壞面形態SEM照片 57
圖3-4.1、單層電極電池之循環伏安 58
圖3-4.2、雙層電極電池之循環伏安 59
圖3-4.3、0.6KGF彎曲下之單層電極電池之循環伏安 60
圖3-4.4、0.6KGF彎曲下之雙層電極電池之循環伏安 61
圖3-5.1、單層電極電池之充放電循環 62
圖3-5.2、雙層電極電池之充放電循環 63
圖3-5.3、0.3KGF彎曲下單層電極電池之充放電循環 64
圖3-5.4、0.3KGF彎曲下單層電極電池之充放電循環 65
圖3-5.5、0.6KGF彎曲下單層電極電池之充放電循環 66
圖3-5.6、0.6KGF彎曲下雙層電極電池之充放電循環 67
圖3-5.7、單層電極有、無撓曲之循環壽命 68
圖3-5.8、單層電極有、無撓曲之放電容量維持率 69
圖3-5.9、雙層電極有、無撓曲之循環壽命 70
圖3-5.10、雙層電極有、無撓曲之放電容量維持率 71

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