第四章 結果與討論
4.4 各樣品磁性測量結果之討論
(1) LFP03(燒結、電性好)和LFP08(103)從M-T圖觀察，二者之磁化強度接近，如圖4-2，經確認後LFP08為參考LFP03的配方比例及溫度所燒結之樣品，故二者之磁性類 似。但從磁滯曲線上比較，LFP08的磁滯迴圈比LFP03明顯，代表LFP08所含之 Fe2P數量較LFP03多。
(2) LFP04(燒結、電性差)有明顯的磁滯迴圈顯示含有鐵磁性的Fe2P雜質，從M-T圖上觀 察，溫度提高至300K時，鐵磁性消失，磁化強度與LFP03、LFP08接近，顯見雜質 之居里溫度在300K以下，如圖4-2，此實驗所得數據與我們所推測的Fe2P材料的磁 特性一致，但由第一章討論，可知Fe2P的居里溫度會因為顆粒大小而不同，因此在 我們的測量出的M-T圖中，LFP04的磁化曲線顯現出複合的線型。
(3) LFP07(PURE)的磁化強度在各溫度下均比其他樣品高出許多，如圖4-2，但電性與 LFP08(103)相同，再從磁滯曲線上觀察，可以知道其Fe3+雜質的含量較其他樣品高 出許多，但電性的表現，卻和LFP05、LFP06、LFP08磁化強度大電性好的排序不 同，可見得當Fe3+濃度到達一定值以上時，電性的表現會下降。
(4) 如將雜質飽和磁矩過高的LFP07(PURE)樣品排除，比較LFP05、LFP06、LFP08三組 樣品，則可從M-H圖上看出電性的好壞與磁化強度截距M0 的大小順序相同，如圖4-1，而從M-T圖上可知，M-H圖上的磁化強度截距越大，M-T圖上的磁化強度也越 大，故從M-T圖上也可以看到磁化強度越大的樣品電性越佳，如圖4-2。
(5) 從第二章文獻探討所提之A.Ait-Salah等人之研究可知磷酸鋰鐵材料因製程之不同而 有不同之雜質，並且影響材料之磁性表現。此次實驗中亦可看出雜質對磁性之影 響：排除LFP01、LFP02及LFP04，各樣品之M-H、M-T曲線斜率均接近，差異性僅 在於磁化強度截距M0，而這個截距的意義又代表著雜質飽和磁化強度，可見樣品 LFP03、LFP05、LFP06、LFP07及LFP08所含之主要雜質種類相同但濃度不同，故 在M-H圖上磁化強度截距M0大小不同，截距越大濃度越高。
第五章 結論
我們在實驗中測量了樣品的各種磁性，包括磁化強度與磁場的關係、磁化強度與 溫度的關係，及各樣品的磁滯曲線，進而從這些關係中比對磁性與電性的關係，從而 找到一些指標如下：
1. 從磁滯曲線來判斷磷酸鋰鐵材料製成電池後，電性之好壞：在磁滯曲線中有明顯 封閉迴圈者，其所製成之電池電性較差，無明顯封閉迴圈者製成電池後電性較 佳。其原因為具有磁滯迴圈者代表樣品所有的含雜質具有作用力強的鐵磁性，即 Fe2P，根據第一章所提磁性雜質對於電池的電性具有負面的影響，因此具有磁滯 迴圈的樣品其製成電池後，電性的表現會較差。
2. 從M-H圖判斷磷酸鋰鐵材料製成電池後，電性好壞：排除具有明顯磁滯迴圈樣品 後，如磁化強度截距M0低於0.0136 emu/10mg者，截距越大其製成電池後電性越 好。這些樣品內的雜質具有作用力較小的亞鐵磁性，即Fe3+，磁化強度截矩所代表 的意義為雜質的飽和磁化強度越大 [19]，即Fe3+雜質濃度越高者製成電池後，電 性表現越佳，其原因初步判斷與磷酸鋰鐵顆粒外層碳的包覆方式有關。由於不同 的包覆方式運用的製程不同，因而產生不同濃度的Fe3+雜質。至於Fe3+的濃度對於 電性的影響與機制，目前尚未有詳細的研究或報導，或可成為未來研究的一項課 題。
3. 從M-T圖判斷磷酸鋰鐵材料製成電池後，電性好壞：磁化曲線不具有反鐵磁性的特 徵者，其製成電池後，電性較差。即M-T圖面上在尼爾溫度時存有一尖點者製成 電池後，電性較佳。此現象與磁滯迴圈的觀察結果相同，在尼爾溫度上磁化率非 為最大值的樣品，代表其雜質的磁性強度大於磷酸鋰鐵本質的反鐵磁性，例如以 LFP04樣品而言，其Fe2P雜質具有強作用力的鐵磁性，因此在M-T圖上會蓋住磷酸 鋰鐵本質的反鐵磁性特徵，在尼爾溫度時看不到尖點。另外，排除不具反鐵磁特 徵之LFP04及磁化量特別大的LFP07後，在M-T圖上磁化量越大者，其製成電池後 電性越佳，此項結論與第一項指標所反映出來的現象相同。
由以上的實驗數據及歸納出來的指標可知，測量磷酸鋰鐵的磁性可以了解材料內 的磁性雜質種類與濃度。尤其是磁滯曲線的測量，可以很明顯的看到磁性雜質種類的 不同，如果曲線中存在著明顯的磁滯迴圈，代表這個磷酸鋰鐵樣品內含有鐵磁性的 Fe2P雜質，並可以事先知道這個樣品材料製成電池後，電性的表現不好；如果曲線
中，磁滯迴圈不明顯，但可在磁化強度與磁場關係圖中，磁化強度截距不為0，也就是 具有雜質飽和磁化強度，代表含有磁力較弱的亞鐵磁性的Fe3+雜質，我們可以進一步觀 察磁化強度截距是否低於0.0136 emu/10mg，如果截距等於或小於這個數值，那麼我們 就可以預測其製成電池後電性的表現如何。
在一般的實驗中，必須利用XRD才能辨認出雜質的種類，但雜質的濃度卻無法得 知 [19]，但對於F3+而言，我們可以在做出M-H磁化曲線後，利用磁化率做趨勢線分 析，求得H=0時的磁化強度截距M0，即可從M0中得到Fe3+的總數，進而換算出濃度，
此為磁性測量的優點。所以應用磁性測量的技術於電池材料的電性檢驗上，可以發展 成一套有用的工具，並訂定出一些磁性指標來了解磷酸鋰鐵原料的品質與雜質成份。
這種工具和指標對於生產電池的工廠是很有用的，因為一批磷酸鋰鐵材料的供貨 以公斤計，如果沒有一個簡便、快速的方法可以檢測材料的品質，當原料的品質不佳 時，將使得整批製成的電池無法使用，製作成本相對提高，而利用這種工具，可以很 快速的辨別出原料之中是否含有影響電性的磁性雜質，同時初步判斷製成電池後的電 性效果，做為是否採用實作的指標，就製作成本而言，可減低失敗率而降低製作成 本，因此值得後續研究發展。
在測量的技術細節方面，為求精密本實驗所採用的溫度為2 K至300 K，但實際運 用上建議可直接使用200 K至300 K間的溫度即可，原因在於Fe2P在216 K以下顯現鐵磁 性，而Fe3+在300 Ｋ以下顯現亞鐵磁性，因此如我們將溫度控制在此區間，即可將Fe2P 與Fe3+區分開來，並單獨分析電性，就實驗成本上節省許多，測量時間也相對縮短。
本實驗的樣品雖然在某些條件下，電性與磁性有大小順序相同的關係，但實際是 否為磁性直接影響電性，或磁性雜質增加了材料的導電性，亦或不同的製程影響了電 性而連帶產生不同濃度的雜質，原因尚待進一步的確認，但本方法仍不失為初步了解 磷酸鋰鐵材料成份的快速檢測方法。
本次實驗的樣本數太少，只能就現有樣品間之磁性與電性做比較，因此無法很完 整地了解整個磁性雜質對於材料電性的影響，未來之後續研究應可增加樣本數量，以 了解雜質在整個電池中所扮演的角色。