第二章 鋰離子電池簡介
2.3 市售電池常用材料
電池的工作環境以及工作條件對於電池的壽命影響非常大，而且不同的正負 極材料所構成之電池有不同的特性，此特性包含可容許之充放電電流、電池可用 最大電容量以及電池安全性…等，所以瞭解不同電池材料所具備之電池特性以及 電池適用情況，對於電池的選用極具重要性。針對不同工作環境選用合適的電池 材料不僅能提升電池工作效率，更能增加電池的性價比減少成本花費，因此本小 節將針對常用之不同電池正負極材料做基本介紹。
2.3.1 正極材料
優良的正極材料需涵蓋以下特點:(1)發生氧化還原反應所需之電位高。(2)材 料穩定性高，不輕易崩解。(3)比容量(單位質量的電容量)高。(4)成本低廉。(5)使 用環境友善的材料。因此以下將針對常見的幾種正極材料做討論:
1.鋰鈷氧(LiCoO2，LCO)
SONY 公司所開發的第一款商業用鋰離子電池，所用之正極材料即為鋰鈷 氧，而鋰鈷氧具有高理論比容量、高放電電壓以及低自放電的特性且由於結構行
態為層狀結構，易於鋰原子的嵌入嵌出，因此有良好的電池的充放電性能。然而
5.磷酸鋰鐵(LiFePo ，LFP) 4
磷酸鋰鐵中的鐵元素資源豐富且無毒，因此成本低又不會對環境造成太大影 響，而且磷酸鋰鐵電池安全性高，又具有較長的循環壽命，因此在學術以及業界 均被廣為討論及使用。然而看似完美的磷酸鋰鐵，卻有較低的能量密度以及較低 的工作電壓，所以導致若要達到相同的電壓所用的電池體積較大，隨著高能量密 度與穩定性的三元材料生產技術的成熟，磷酸鋰鐵電池的市占率逐漸被取代。
6.鋰鎳鈷錳(LiNi Co Mn O ，NMC) x y z 2
鋰鎳鈷錳的工作電壓與鋰鈷氧電池相當，也與鋰鈷氧一樣有極高的比容量，
以及良好的穩定性，且由於鈷的用量減少因此造價相對低於鋰鈷氧電池，所以鋰 鎳鈷錳材料的電池的市占率逐漸提升。透過調整鎳鈷錳元素的配比，可以獲得不 同特性的電池，LiNi0.33Co0.33Mn0.33O 為市場上常用的 NMC 配比，若配比增加鎳2 的含量為LiNi Co Mn O ，則增加電池的能量密度但降低電池壽命，或者配比0.8 0.1 0.1 2 為LiNi0.46Co0.23Mn0.31O 則有較好的電池壽命[1]，由此可知配比對於電池的影響甚2 大。
圖 2.2 正極材料比較圖
2.3.2 負極材料
子會直接沉積在鋰金屬負極表面，因此容易產生不均勻沉積，經過多次充放電循 環不均勻沉積越來越嚴重，進而導致鋰枝晶生成。當生成的鋰枝晶穿過隔離膜接 通正負極材料時，將有極大的電流產生，引發電池內短路並使電池有較大的溫 升，當電池溫度達正極材料的熱裂解溫度時，熱失控就會發生甚至引發電池爆 炸。因為鋰金屬的負極的安全問題，尚未有商業化的鋰金屬負極電池，然而目前 仍有許多學者在研究，試圖透過在鋰金屬表面鍍上一層人工 SEI 膜改善鋰枝晶生 長的問題，以解決鋰金屬負極的電池安全性上的疑慮，而目前此方法仍在研究階 段尚未商業化。
圖 2.3 負極材料比較圖