各磷酸鋰鐵樣品之磁化強度與外加磁場強度的關係

在2 K溫度下，我們測量磷酸鋰鐵樣品在外加磁場0 Oe至70000 Oe間的磁化強度變 化如圖4-1，可看出磁化強度隨磁場強度增強而增加，表現出順磁性，而磁化曲線在低 磁場(約10000 Oe以下)區間，可看到一段陡升的磁化曲線，表現出鐵磁性質。這種形狀 的磁化曲線與A. Ait Salah等人 [23]、C. M. Julien等人 [19]所測量出的M-H曲線相類 似，如圖1-9、圖1-10 [19]，也佐證了我們對雜質是具有鐵磁性質的推論。

參考圖1-7 [20]為Gan Liang等人測量LiFePO4單晶各方向之M-H關係圖，從圖上可 看到不含雜質的LiFePO4，它的磁化曲線是線性的，隨著磁場變大而磁化強度增加，為 順磁旳狀態。此順磁的線性與我們的實驗結果對比，我們的實驗結果中，在低磁場區 間多了一段陡升的磁化曲線，顯見實驗樣品不是單純的LiFePO4而含有某些磁性雜質。

從陡升的磁化曲線來看，可知道該雜質之具有鐵磁性質。

0 20000 40000 60000 80000

0.00

Magnetization (emu)

Field (Oe)

LFP07 LFP04 LFP06 LFP05

參考A. Ait Salah等人的研究 [23]指出M-H磁化曲線，在高場段線性的部份所求出 之斜率 H 化曲線之斜率接近，為了解實際之斜率大小，我們在M-T圖中取各樣品在20000 Oe和 60000 Oe二點計算斜率如表4-1，各曲線在這段區間斜率接近，呈現平行的狀態，表示 隨磁場變化的磁化強度大致相同，各樣品中磷酸鋰鐵的本質磁性相同，而不同之處在 於10000 Oe以下的各樣品磁化強度差異大，即雜質的磁化強度有差別。

為了解其差異程度，將各樣品磁化曲線取10000 Oe以上的點做趨勢線分析，可得 在磁化強度截距或雜質的飽和磁化強度M0如表4-1，代表各樣品間磁性之差異。

由A.Ait-Salah等人之研究 [23]可知磷酸鋰鐵材料因製程之不同而有不同之雜質，

並且會影響材料之磁性表現。因此我們推估各樣品代表磁化強度的Y軸截距之差異性即 來自雜質之磁性，且由於磁化曲線之斜率相同可知雜質之磁性在低場達飽和後不隨磁

場增加而表現出順磁性，可見此雜質為鐵磁性物質，M0為磁化強度截距。與先前之研 究報告分析結果相符。

樣品名稱 磁化率χint (M/H) 磁 化 強 度 截 距 (M0)

LFP03 9.35 0.0014 LFP04 9.1 0.015 LFP05 8.25 0.0083 LFP06 8.775 0.0136 LFP07 8.725 0.0468 LFP08 9.735 0.0015

表4-1 磷酸鋰鐵M-H圖之斜率(磁化率χint)及磁化強度截距(M0)一覽表。M0為磁化曲 線的線性段做延伸(如圖1-9 [19])與Y軸相交所得之截距，由於不含雜質的磷酸鋰鐵的 M-H磁化曲線為線性，且H=0時M=0，故M0為磁性雜質所產生自發磁矩，稱為雜質飽 和磁化強度。

以下我們分別來看各樣品之磁性表現並對照電性所得到的觀察如下：

(1) LFP01與LFP02低場無陡升現象，表現為順磁性，但斜率與其他樣品不同，因此二 樣品為未燒結完成之材料所致，故未列入本次討論之中。

(2) LFP03與LFP08之雜質飽和磁化強度M0接近0，在低場無陡升現象，磁化強度隨磁 場強度正比，表現出順磁性，可見其中幾乎磁性雜質含量少，接近純的LiFePO4。 (3) LFP04雜質之磁性在接近0磁場時即已達飽和，磁化強度截距M0與LFP06接近。

(4) LFP05、LFP06、LFP07皆在9000 Oe起表現出順磁性，其中LFP07之磁化強度特別 高，磁化強度截距M0為LFP06之3倍。

(5) 我們將各樣品的電性與磁化強度截距M0做交叉比較，發現排除LFP07後，樣品截距 越大者電性越佳，如表4-2黃色部份。

(6) 但LFP03與LFP04組之比較，呈現相反的結果，LFP04的磁化強度截距大於LFP03但 LFP04的電性較差，如表4-2綠色部份。

樣品 電性 磁化強度截距 (M0) LFP06 158 0.0136 LFP05 150 0.0083 LFP08 140 0.0015

LFP07 140 0.0468 LFP03 電性好 0.0014

LFP04 電性差 0.015

表4-2 電性與磁化強度截距大小之順序關係圖。黃色組為具有電性數值之樣品且電性 大小的排序與M0大小的排序相同。綠色組僅有電性好與電性差之區別，但與黃色組 不同的是LFP03的電性好但M0小，LFP04的電性差但M0大，因此有必要再做進一步的 磁性測量。