第三章 結果與討論
3.1 鋰鈷氧化物(Lithium cobalt oxide; LiCoO 2 )薄膜
3.1.1 以快速熱退火爐(rapid thermal annealing; RTA)處理鋰鈷氧化物
西元 2007 年，Nam 等人亦使用鎳金屬盤作為基板，以濺鍍之方 法沉積 LiCoO2薄膜於鉑金屬電流收集器上，並藉由 RTA 之方式熱處 理 LiCoO2薄膜，而得到利於鋰離子擴散之(101)與(104)之晶相，如圖 3-1[25]。本研究亦將射頻磁控濺鍍下沉積之 LiCoO2薄膜經快速熱退火 處理後，於 x 光繞射儀(x-ray diffraction; XRD)圖譜內可發現 2θ 角度 約 40°位置具鉑金屬之繞射峰值，2θ 角度約 19°位置之(003)晶相並未 產生，約 37°位置之(101)晶相具明顯繞射峰值，但約 45°位置之(104)
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2 Theta (deg.)
Intensity (a.u.)
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於拉曼光譜量測，可發現經 RTA 熱處理之 LiCoO2薄膜於 498 cm-1 與 598 cm-1之位置產生峰值，此二峰值分別為 Eg mode (498 cm-1)與 A1g mode (598 cm-1) ，如圖 3-3。2013 年，Gowravaram 等人所作之量 測提到 Eg mode 為鈷原子與氧原子於彎曲之狀態下所造成之峰值，而 A1g mode 則為鈷原子與氧原子於拉伸之狀態下所產生之峰值[26]，如圖 3-4。。LiCoO2薄膜於結晶之情況將產生此二峰值，但若 LiCoO2薄膜 無結晶情況發生，則 Eg mode 與 A1g mode 所造成之峰值較不明顯。
300 400 500 600 700 800 900
A1g Eg
Intensity (a.u.)
Raman shift (cm-1)
2 min 5 min 10 min 15 min 20 min as-deposited
圖 3-3 藉由 RTA 熱處理 LiCoO2薄膜，於不同升溫時間下之拉曼光譜
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圖 3-4 Gowravaram 等人以 700°C 熱處理 LiCoO2薄膜之拉曼光譜[26]
於掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope; SEM)圖譜之俯 視圖觀察下，可知以 RTA 熱退火後，LiCoO2薄膜皆具結晶顆粒生成，
且因基板與薄膜之熱膨脹係數不同，於圖像上亦可觀測些許裂痕產生。
而 SEM 截面圖則可知經 RTA 熱退火後，LiCoO2薄膜皆具柱狀結構，
且可藉由 SEM 圖得知其厚度約為 1.1 μm。與未經熱處理之 LiCoO2
薄膜相比較，於俯視圖上其結晶顆粒較明顯，但於截面圖上皆可觀察 出柱狀結構，如圖 3-5 與 3-6 所示。
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圖 3-5 (a)初鍍 LiCoO2薄膜與藉由 RTA 熱處理 LiCoO2薄膜，於升溫 時間 (b) 2 min, (c) 5 min, (d) 10 min, (e) 15 min, (f) 20 min 情況下之
SEM 俯視圖 (b)
(c) (d)
(e) (f)
(a)
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圖 3-6 (a)初鍍 LiCoO2薄膜與藉由 RTA 熱處理 LiCoO2薄膜，於升溫 時間 (b) 2 min, (c) 5 min, (d) 10 min, (e) 15 min, (f) 20 min 情況下之
SEM 截面圖 (b)
(c) (d)
(e) (f)
(a)
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於充放電量測上，以 0.01 mA/cm2之電流密度對不同升溫時間之 LiCoO2薄膜作量測，其結果如圖 3-7, 圖 3-8, 圖 3-9, 圖 3-10 與圖 3-11。
由充放電圖可發現第 1 圈循環之放電電容介於 37 mAh/cm2mm 至 32 mAh/cm2mm ， 以 2 min 條 件 下 具 較 好 之 放 電 電 容 值 ， 有 37 mAh/cm2mm。於第 30 圈循環之放電電容則介於 13 mAh/cm2mm 至 19 mAh/cm2mm，同樣以 2 min 條件下具備較佳之放電電容值，有 19 mAh/cm2mm。而由表 3-1 亦可觀察於 2 min 條件下，相對於第 1 圈放 電電容值，其第 30 圈循環之放電電容仍可維持 51 %。
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Capacity (mAh/cm2mm)
Cycle 1-Charge & Discharge Cycle 2-Charge & Discharge Cycle 3-Charge & Discharge Cycle 20-Charge & Discharge Cycle 20-Charge & Discharge Cycle 30-Charge & Discharge
圖 3-7 藉由 RTA 熱處理 LiCoO2薄膜，於升溫時間 2 min 情況下之充
Capacity(mAh/cm2mm)
Cycle 1- Charge & Dischcarge Cycle 2- Charge & Dischcarge Cycle 3- Charge & Dischcarge Cycle 10- Charge & Dischcarge Cycle 20- Charge & Dischcarge Cycle 30- Charge & Dischcarge
圖 3-8 藉由 RTA 熱處理 LiCoO2薄膜，於升溫時間 5 min 情況下之充 放電曲線圖
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Cycle 1-Charge & Discharge Cycle 2-Charge & Discharge Cycle 3-Charge & Discharge Cycle 10-Charge & Discharge Cycle 20-Charge & Discharge Cycle 30-Charge & Discharge
圖 3-9 藉由 RTA 熱處理 LiCoO2薄膜，於升溫時間 10 min 情況下之
Capacity (mAh/cm2mm)
Cycle 1-Charge & Discharge Cycle 2-Charge & Discharge Cycle 3-Charge & Discharge Cycle 10-Charge & Discharge Cycle 20-Charge & Discharge Cycle 30-Charge & Discharge
圖 3-10 藉由 RTA 熱處理 LiCoO2薄膜，於升溫時間 15 min 情況下之 充放電曲線圖
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Capacity (mAh/cm2mm)
Cycle 1-Charge &Discharge Cycle 2-Charge &Discharge Cycle 3-Charge &Discharge Cycle 10-Charge &Discharge Cycle 20-Charge &Discharge Cycle 30-Charge &Discharge
圖 3-11 藉由 RTA 熱處理 LiCoO2薄膜，於升溫時間 20 min 情況下之
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3.1.2 以高溫爐(furnace)處理鋰鈷氧化物(Lithium cobalt oxide; LiCoO2)