1.1 前言
在過去鋰離子電池的發展已經在行動裝置上如手機、筆記型電腦、智慧型手 環…等電子產品扮演著非常重要的儲能角色，然而現在更超越了產品尺寸的限 制，應用於交通運輸上如混合動力電動車（PHEV）和電動車（EV）上。對於商 業化的電動車來說，鋰離子電池必需具備重量輕、尺寸小、成本低、高可靠度、
能量密度高與安全性，特別是在能量密度上，鋰離子電池的儲能效率與電動車單 次充電後的行駛距離有直接的相關。目前鋰離子電池所能提供電動車約為 160 公 里的巡航範圍，對移動性和自由度上施加了不少的限制，這同時也是商業化電動 車能否更為廣泛使用的因素之一，因此對於是否能提升鋰離子電池的能量密度，
成為了關鍵的技術。而在提升電池能量密度的同時又不能失去鋰離子電池原有的 優點，如低成本、高循環電容量、安全性與穩定性，這又將成為一個困難的客題。
目前對於提升鋰離子電池能量密度的方式，主要為改變電極材料與改善電池 幾何結構。然而在本質上的提升獲得較有效率的成果，如改變電池負極材料為矽、
特殊碳結構材料、鋰金屬等方式提升負極本身的比電容量。其中以鋰金屬的比電 容量最高，因而衍生出了許多以鋰金屬做為負極的研究，其目標都是為了能利用 鋰金屬高比電容量的優點與降低其本身易於生長枝晶的缺點，以利於應用上能實 現高電容量、高安全性與高循環效能。
1.2 研究動機
為了提升鋰離子電池的性能而選用鋰金屬做為負極，鋰金屬具有較高的比電 容量和最低的還原電位，如圖 1.1 所示。然而鋰金屬做為負極時，充放電過程中容 易產生不均勻的的鋰金屬沉積，如蘚苔狀或樹枝狀的金屬沉積物，其中稱樹枝狀 的鋰金屬沉積為枝晶。枝晶的生成對於鋰離子電池的循環效率與安全性有很大的 影響。
目前對於減緩與抑制枝晶生長的方法，主要為改變電解液成分與添加其他物 質，已利於形成緻密且均勻穩定的天然 SEI 膜，或是利用人工方式於電極表面沉 積人工 SEI 膜。而人工 SEI 膜在循環過程中因枝晶生長所造成的脫層現象，會對 鋰金屬電極產生更大的不均勻性表面，加劇枝晶生長和副反應，造成電池性能下 降。因此本研究將對人工 SEI 膜於電極界面上的脫層型行為建立力學模型，探討 人工 SEI 膜變型與受力，同時可以了解到人工 SEI 膜對於枝晶生長的抑制能力。
圖 1.1 鋰離子電池電極材料比電容量與電位[42]
1.3 論文架構
本論文主要分為六個章節，其中第一章為緒論，第二章為鋰離子電池與文獻 回顧，主要為介紹鋰離子電池的工作原理與 SEI 膜的成形機制，還有文獻上對於 人工 SEI 膜的研究，第三章為黏著層膜型，主要為介紹 CZM 模型與 TSL，用來描 述人工 SEI 膜與電極界面間的性質，第四章為解析介面脫層模型，主要為討論三 種不同的脫層機制與力學模型，第五章為人工 SEI 膜脫層力學模型，主要為建立 人工 SEI 膜脫層力學模型並在不同假設下進行模擬與討論，第六章為結論與未來 展望。