由於LiFePO4之低成本、低汙染、熱穩定性高以及循環壽命長等優點，使其成為前景看好的鋰離子電池陰極材料，而LiFe0.4Mn0.6PO4相較LiFePO4具有更高的放電電位，電池能量密度及輸出功率更高，更能因應動力型鋰離子電池高能量密度及高功率的需求，為本論文主要研究材料。
本研究使用迴流法合成LiFe0.4Mn0.6PO4前驅物，透過熱處理使其轉變為橄欖石結構的LiFe0.4Mn0.6PO4。橄欖石結構LiFe0.4Mn0.6PO4普遍存在導電性不佳及鋰離子遷移速率低的缺點，本研究製備之LiFe0.4Mn0.6PO4因具有特殊的薄片狀形貌，可以縮短鋰離子的遷移路徑，改善其遷移特性。此外，本實驗透過不同的包碳碳源尋求改善LiFe0.4Mn0.6PO4的導電性，結果顯示，利用PS球磨包碳的LiFe0.4Mn0.6PO4在0.1 C放電速率下其比電容值最高可達167 mAh/g，達到理論比電容值的98 %，相較其他形貌LiFe0.4Mn0.6PO4具有較佳電化學表現。

LiFePO4 is a promising alternative cathode material because of its low material cost, environmental friendliness, superior thermal safety and long operational life. LiFe0.4Mn0.6PO4 retains the advantages of LiFePO4 and has higher discharge potential, higher energy density and output power, better response to power lithium-ion battery of high energy density and high power demand, and so is the main subject of this study.
In this thesis, precursors of the submicron LiFe0.4Mn0.6PO4 were successfully prepared by reflux. The precursors can be transformed into LiFe0.4Mn0.6PO4 with olivine structure through heat treatment. The shortcomings of LiFe0.4Mn0.6PO4 are poor conductivity and low lithium ion migration rate. In this thesis, we has synthesized the LiFe0.4Mn0.6PO4 with special flaky shpae, it shortens the lithium ion migration path to improve lithium ion transport efficiency. In addition, carbon coating with different carbon source was used to improve the electronic conductivity. The results show that LiFe0.4Mn0.6PO4/PS composite delivers a discharge capacity of 167 mAh/g, which reachs 98% of the theoretical value, at 0.1C. It has better electrochemical performance compared to LiFe0.4Mn0.6PO4 with other shapes.

致謝 I
摘要 II
Abstract III
總目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究背景 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 鋰離子電池正(陰)極材料介紹 4
2.1.1 鈷酸鋰(LiCoO2) 5
2.1.2 錳酸鋰(LiMn2O4) 6
2.1.3 磷酸鋰鐵(LiFePO4) 7
2.2 磷酸鋰鐵材料結構特性 8
2.3 磷酸鋰鐵材料缺點及改善方法 11
2.3.1 縮短鋰離子傳輸路徑 12
2.3.2 提升LiFePO4導電度 19
2.3.3 高電位LiMnPO4研究 26
2.3.3.1 LiMnPO4 26
2.3.3.2 LiFexMn1-xPO4 27
2.4 研究動機與目的 33
第三章 實驗方法 34
3.1 實驗藥品 34
3.2 實驗儀器設備 34
3.3 實驗合成步驟 35
3.3.1 在惰性環境下合成磷酸鋰基金屬鹽前驅物 35
3.3.2 前驅物利用球磨包碳並熱處理製作磷酸鋰基金屬鹽 36
3.4 電池陰極極片製作 38
3.5 鈕扣型電池製作 39
3.6使用儀器介紹 41
3.6.1 加熱攪拌包 41
3.6.2 離心機 41
3.6.3 X光繞射儀(XRD) 41
3.6.4 場發射掃描式電子顯微鏡(SEM) 42
3.6.5 穿透式電子顯微鏡(TEM) 42
3.6.6 拉曼光譜儀 43
3.6.7 感應耦合電漿放射光譜儀(ICP) 43
3.6.8 電池測試機 44
第四章 結果與討論 45
4.1 磷酸鋰基金屬鹽前驅物粉體鑑定 45
4.1.1 前驅物SEM分析 45
4.1.1.1 磷酸鋰鐵前驅物 46
4.1.1.2 磷酸鋰鐵錳前驅物 47
4.1.1.3 磷酸鋰鐵錳鎂前驅物 48
4.1.1.4 磷酸鋰鐵錳鎳前驅物 50
4.1.1.5 磷酸鋰錳前驅物 51
4.1.2 前驅物XRD繞射圖譜分析 53
4.1.3 LiFe0.4Mn0.6PO4前驅物TEM分析 70
4.1.3.1 晶面間距3.08 Å之晶粒分析 72
4.1.3.2 晶面間距2.54 Å之晶粒分析 73
4.1.3.3 晶面間距3.43 Å之晶粒分析 75
4.1.3.4 晶面間距2.97 Å之晶粒分析 77
4.2 橄欖石結構磷酸鋰基金屬鹽粉體鑑定 80
4.2.1 橄欖石結構磷酸鋰基金屬鹽粉末SEM分析 80
4.2.2 磷酸鋰基金屬鹽及前驅物粉末ICP分析 84
4.2.3 LiFe0.4Mn0.6PO4 TEM分析-鋰離子通道方向 86
4.3 使用不同碳源包覆之LiFe0.4Mn0.6PO4比較 89
4.3.1 TEM碳膜觀察結果比較 89
4.3.2 拉曼光譜分析結果比較 91
4.3.3 XRD繞射圖譜比較 93
4.3.4 電池測試結果 94
4.4 使用兩種磷酸鋰鹽前驅物混合熱處理與單一前驅物熱處理之LiFe0.4Mn0.6PO4比較 99
第五章 結論 99
參考文獻 102

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