Browsing by Author "吳俊彥"

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    全固態鋰離子薄膜電池
    (2017) 吳俊彥; Wu, Chun-Yen
    全固態鋰離子電池相較於傳統液態鋰離子電池具較高之能量密度、安全性與加工便利之特性，被寄予高度期待取代傳統液態鋰離子電池，隨著全固態鋰離子電池發展越趨成熟，其些許問題也如雨後春筍般被發掘，若能改善此些問題並進一步增進全固態鋰離子電池之效能，勢必離商業化取代傳統液態鋰離子電池之目標能更進一步。 　　本研究致力於提升全固態鋰離子薄膜電池之庫倫效率，增進其製程良率。其結構以雲母片(Mica)為基板，於基板上利用射頻磁控濺鍍技術(RF magnetron sputtering)沉積白金為電流蒐集器，以鋰鈷氧化物(Lithium cobalt oxide: LiCoO2)為陰極材料同樣利用射頻磁控濺鍍技術沉積鋰鈷氧化物薄膜為電池之陰極，於陰極薄膜上利用射頻磁控濺鍍沉積鋰磷氮氧化物(Lithium phosphorus oxynitride: LiPON)薄膜為固態電解質，完成固態電解質製程後利用熱蒸鍍技術將鋰金屬蒸鍍於電解質上做為陽極，即完成全固態鋰離子薄膜電池之組裝。 　　本研究發現於鋰磷氮氧化物之固態電解質上進行鋰金屬之熱蒸鍍製程時，常使鋰金屬剝落，於本研究中發現對完成鋰磷氮氧化物濺鍍之電池半成品樣品進行熱處理可大幅改善其後續鋰金屬蒸鍍製程之穩定性，提高其良率由25%提升至83%，並以掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy: SEM)觀測其熱處理後之鋰磷氮氧化物表面及剖面形貌，以x光電子能譜(X-ray Photoelectron Spectroscopy: XPS)觀測其樣品之配位結構，以交流阻抗量測儀(AC impedance meter)進行離子導電度之量測，以能量色散x射線光譜(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy: EDS)測定其元素組成，最後以充放電儀進行循環充放電測試，經上述綜合觀察發現將鋰磷氮氧化物進行50°C熱處理60分鐘能使離子導電度達1.1x10-6 S/cm，且循環充放電測試第二圈以後之庫倫效率達95%以上。 　　本研究亦利用人工固態電解質相間薄膜(Solid Electrolyte Interphase: SEI)之概念，於鋰磷氮氧化物電解質與鋰金屬陽極接面蒸鍍碘化鋰做為人工固態電解質相間薄膜，並進行上述測試，綜合觀察後發現蒸鍍5 nm之碘化鋰於鋰磷氮氧化物與鋰金屬接面能使第一圈庫倫效率從72%提升至82%，且綜合上述兩實驗於鋰磷氮氧化物製成完成後進行熱處理並蒸鍍上5 nm碘化鋰可全面提升其電池之庫倫效率，使第一圈庫倫效率從72%提升至80%且第二圈後庫倫效率平均從85%提升至95%，成功於全面性提升電池之庫倫效率。