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研究生： 林郁書
Lin, Yu-Shu
論文名稱： 奈米片狀四氧化三錫應用於鋰離子電池陽極
Sn3O4 Nanosheets as Anode for Lithium Ion Batteries
指導教授： 李紫原
Lee, Chi-Young
口試委員: 徐文光
裘性天
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： 2014
畢業學年度： 102
語文別： 中文
論文頁數： 68
中文關鍵詞： 四氧化三錫 、碳錫複合材料 、鋰離子電池 、陽極
外文關鍵詞： Sn3O4, Sn/C composite, lithium ion batteries, anode
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    • 本研究利用簡單水熱法，以二氯化錫為前驅物，PVP為界面活性劑，一併加入氫氧化鈉溶液中進行反應，並藉由調控溶劑中水與酒精的比例以及水熱反應時間，以合成純相奈米片狀四氧化三錫。另外也將不同參數合成出之產物進行分析，來推測並驗證各種錫氧化物之合成路徑。
    　　此外，本研究將探討四氧化三錫及其碳複合材料應用於鋰離子電池陽極之電容值表現。將合成出之四氧化三錫材料去除殘留的高分子後，作為鋰離子電池陽極，在0.1C充放電速率下經過20循環得到129 mAhg-1之電容值。為了增進電池表現，進一步將合成時所加入之高分子(PVP)作為碳來源並藉由高溫裂解在片狀四氧化三錫材料上包覆碳層，並將此複合材料作為陽極與前者進行比較，在0.1Ｃ充放電20循環後可以擁有278 mAhg-1之電容值，明顯優於前者純相四氧化三錫作為電極時之充放電表現，可藉由此了解到碳包覆之複合材料能夠進一步改善四氧化三錫材料導電度以及形貌維持，進而提升鋰離子電池充放電之循環表現。

    In this study, tin oxide nanostructures were synthesized by hydrothermal approach using SnCl2, PVP (Polyvinylpyrrolidone) and NaOH in deionized water / ethanol mixed solution under different time and temperature. By tuning different volume ratio of H2O/ethanol and reaction time, pure phase Sn3O4 nanosheets were obtained. Furthermore, the reaction pathway could be verified by analyzing individual oxide synthesized with variant factors.
    In addition, the anode of lithium ion battery made by PVP-removed Sn3O4 nanosheets was examined at 0.1C. The reversible discharge capacity is 129 mAhg-1 after 20 charge-discharge cycles. In order to increase the conductivity and resist volume expansion, the as-synthesized Sn3O4 nanosheets were coated carbon by heating it in argon atmosphere to form Sn3O4/C composite via PVP pyrolysis process. The lithium ion battery anodes made by the composite have an improved discharge capacity, 278 mAhg-1, after 20 discharge-charge cycles at 0.1C. As mentioned above, carbon coating process can be accomplished by polymer pyrolysis under certain temperature. The self-carbonized Sn3O4 keeping the nanosheets morphology increases the conductivity during charge-discharge progress and leads to great charge-discharge cycle performance.

    摘要 I ABSTRACT II 致謝 III 圖目錄 IX 表目錄 XII 第一章　緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 2 第二章 文獻回顧 4 2.1四氧化三錫簡介 4 2.2錫氧化物合成反應機制 9 2.3鋰離子電池 10 2.3.1 鋰離子電池發展及陰陽極材料 10 2.3.2 鋰離子電池的電池反應 12 2.4 錫氧化物應用於鋰離子電池陽極材料 16 第三章 實驗 18 3.1 實驗流程及藥品 18 3.1.1實驗藥品 18 3.1.2實驗流程 19 3.2 實驗合成 19 3.2.1 合成奈米片狀四氧化三錫 19 3.2.2 合成碳層包覆四氧化三錫複合材料 20 3.2.3 空氣中加溫燒除PVP 20 3.2.4 鋰離子電池組裝 21 3.3 實驗分析 26 3.3.1 分析儀器 26 第四章 結果與討論 30 4.1 四氧化三錫合成及分析 30 4.1.1 不同比例水與酒精及反應時間之探討 30 4.1.2 推測並驗證四氧化三錫合成機制 38 4.1.3 去除PVP與溫度選擇 40 4.1.4 四氧化三錫成分鑑定與特性分析 43 4.1.5 合成碳層包覆四氧化三錫複合材料 47 4.1.6 各樣品之電阻率量測 52 4.2 應用於鋰離子二次電池效能測試 53 4.2.1定電流充放電測試 53 4.2.2充放電測試後之材料形貌分析 58 4.2.3變電流充放電測試 60 4.2.4 循環伏安法測試 62 第五章 結論與未來展望 64 5.1結論 64 5.2未來展望 65 參考文獻 66

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