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研究生: 潘玠城
Pan, Chieh Cheng
論文名稱: 於鈦金屬上合成二氧化鈦奈米結構應用於無連結劑之鋰離子電池陽極
Syntheses of Anatase TiO2 Nanostructures on Ti Metal as Binder-free Anodes for Lithium Ion Batteries
指導教授: 李紫原
Lee, Chi Young
口試委員: 裘性天
Chiu, Hsin Tien
徐文光
Hsu, Wen Kuang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 材料科學工程學系
Materials Science and Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
論文頁數: 83
中文關鍵詞: 二氧化鈦奈米線奈米片奈米板鋰離子電池陽極
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  • 本研究利用水熱反應,直接合成出生長於鈦金屬上二氧化鈦奈米結構材料,應用於無連結劑之鋰離子電池陽極。藉由調控不同的反應條件可得到三種不同形貌的奈米結構,分別為奈米線狀、奈米片狀與奈米板狀。
      鈉離子於鈦酸鈉合成反應時進入TiO6結構中的速率會影響形貌的生成,較快的速率有助於奈米線狀形貌生成,較慢的速率有助於奈米片狀形貌生成。
      奈米線狀二氧化鈦材料在三種形貌中具有最好的鋰離子電池效能表現。在1 C (335 mA/g)充放電速率下經過了100次循環後能保有220.95 mAh/g的電容值,在20 C的高速充放電下也有99.04 mAh/g的電容值表現。其優異的效能歸因於較大的比表面積與較小的電荷傳輸阻抗。此結果顯示本研究合成之生長於鈦金屬上之二氧化鈦材料可以做為一個優異的鋰離子電池陽極材料。


    In our work, anatase TiO2 nanostructures on Ti foil transformed from sodium titanate were synthesized by a facile hydrothermal reaction. Under different hydrothermal conditions, diverse morphologies including nanowire, nanosheet and nanobelt can be obtained.
    The rate of sodium ion intercalating into TiO6 structure during the hydrothermal reaction will influence the morphology of sodium titanate. High intercalation rate occurring at high temperature and high sodium ion concentration environment leads to the formation of nanowire TiO2. On the contrary, lamellar TiO2 including nanosheet and nanobelt were obtained in low intercalation rate condition.
    Anatase TiO2 on conductive Ti foil can be used as a binder-free anode material for lithium ion batteries. Nanowire exhibits the best lithium ion batteries performance among three different morphologies and retains 220.95 mAh/g after 100 cycles at the rate of 1 C (335 mA/g). In variable current test, at the rate of 20 C (6.7 A/g), anatase TiO2 nanowire still remains 99.04 mAh/g. The extraordinary performance can be attributed to high specific surface area and low charge transfer resistance. This result suggests that anatase TiO2 growing on Ti foil can be a promising candidate for high performance lithium ion batteries.

    摘要 1 Abstract 2 目錄 3 圖目錄 5 表目錄 8 第一章 文獻回顧及研究動機 9 1.1 氧化鈦相關材料之性質 9 1.2 鋰離子電池 10 1.2.1 鋰離子電池簡介及工作原理 10 1.2.2 鋰離子電池的陰陽極材料與氧化還原反應 11 1.2.3 全電池與半電池 12 1.3二氧化鈦在鋰離子電池上的應用 16 1.3.1 二氧化鈦晶體結構與鋰離子電池 16 1.3.2 影響二氧化鈦陽極材料電性表現的因素 22 1.4 研究動機 27 第二章 實驗 29 2.1實驗藥品 29 2.2 合成步驟 30 2.3 分析儀器 31 2.4 鋰離子電池的組裝與測試 33 2.4.1 組裝流程 33 2.4.2 分析測試 34 第三章 結果與討論 37 3.1 鑑定不同形貌的鈦酸鈉與二氧化鈦 37 3.1.1 鈦酸鈉 37 3.1.2 二氧化鈦 47 3.1.3 測量與分析不同形貌之二氧化鈦的比表面積 55 3.2 探討不同形貌的生長機制 58 3.3 不同形貌二氧化鈦之鋰離子電池效能分析 67 第四章 結論與未來展望 77 4.1 結論 77 4.2 未來展望 79 參考文獻 80

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