第三章文獻回顧、第四章常用電池模擬模型、第五章電池安全性與並聯電池組行 為、第六章並聯電池組分支電流對電池老化的影響、第七章並聯電池組之分支電 流模擬計算、第八章結論以及第九章未來展望。
前四章對鋰離子電池進行詳細的介紹，而後第五章至第七章分享本論文之研 究想法與成果，最後以第八章總結第五章至第七章之研究成果並於第九章論述本 論文之未來發展趨勢。關於各章節的想法與銜接如下所述。
第一章敘述目前電池發展現況，並提及本論文欲探討與解決之問題；在第二
第二章 鋰離子電池之相關介紹
2-1. 鋰離子電池的種類
鋰離子電池主要可以依據電解液與正負兩電極之型態，粗略分成液態鋰離子 電池、半固態鋰離子電池以及全固態鋰離子電池。液態鋰離子電池為最早問世之 鋰離子電池種類，但因為在不當使用液態鋰離子電池時會有爆炸之可能性，因此 研發出安全性較液態鋰離子電池高出許多的固態鋰離子電池，但固態鋰離子電池 具電容量小與電池內阻大之缺點，使另一種被稱為半固態鋰離子電池的鋰電池問 世。目前商業用電池以液態鋰離子電池為主，分布最為廣泛；商業化之固態鋰離 子電池雖然存在，但數量及製造商卻非常少；而半固態電池目前仍處於研發階段，
雖然已有成品，但卻未進入商業化模式販售。
圖 2.1 (a)長方形之扁平狀鋰離子電池 (b)圓柱狀離子電池
有鑒於商業化電池以液態鋰離子電池為主流，且目前商用電池組均以液態鋰 離子電池組成，本論文將只針對液態鋰離子電池進行討論。目前商業化之液態鋰 離子電池根據外型，主要可以分成變長方形之扁平狀與圓柱狀，如圖 2.1 所示。
其中鋰離子電池除了以正極材料區分外，亦以型號表示鋰離子電池不同的大小。
圓柱狀鋰離子電池型號包含 5 碼，舉最常見的型號 18650 為例，以前兩碼”18”表 示電池直徑為 18mm，以第三第四碼”65”表示電池高度為 65mm，以最後一碼”0”
表示電池為圓柱狀；長方形之扁平狀鋰離子電池型號包含 6 碼，舉型號 063448
(a) (b)
為例，以前兩碼”06”表示電池的厚度為 6mm，以第三第四碼”34”表示電池的寬度 為 34mm，以前兩碼”48”表示電池的長度為 48mm。
2-2. 鋰離子電池的相關名詞解釋
2-2.1 充放電過程與截止條件
鋰離子電池為一種二次電池，故可以對鋰離子電池進行充電與放電。在充電 過程中，為了能使鋰離子電池可以被充飽，充電過程將被分成兩個階段。其中每 個階段的停止條件稱為截止條件，依據條件的根據，又可分為截止電壓與截止電 流。電池進行充電的過程中，先以恆定電流(Constant Current, CC)充電，使電池 端電壓上升至截止電壓後，再以截止電壓作為恆定電壓(Constant Voltage, CV)對 電池繼續充電，使充電電流逐漸變小，直至小於截止電流後，結束充電過程。電 池進行充放電的過程中，以恆定電流(CC)放電，使電池端電壓下降至截止電壓後，
即為放電過程結束。
2-2.2 C-rate
一般而言，rate 被用來表示工作狀態中通過電池之電流大小，通常以 n C-rate 表示，其中 n 為一個常數。在一個小時中，將一顆飽電鋰離子電池放乾所需 之電流大小，定義為 1C-rate，而 n C-rate 之電流大小即為 n 倍的 1C-rate。因此 C-rate 越大則代表在工作狀態下通過電池的電流越大，而將電池充飽或是放乾所 需的時間也越短。
2-2.3 電池容量(Capacity)
電池容量即為電池可以被使用之電荷總量，單位通常以安時(Ah)或毫安時 (mAh)表示之，同時電池當前容量也是表示電池目前狀況之重要的一項指標。其 計算方式為限將電池充飽後，再將電池進行放電，並以放電過程中的放電電流對
時間積分得知。1 安時為電池可以以 1 安培的電流放電 1 小時，或是以 n 安培的 電流放電 1/n 小時。電池容量的大小，除了與電池材料有關之外，與電池工作環 境溫度、放電電流大小等因素也有著不可切割的關係。因為溫度越高化學反應速 率越快且電池內阻也越小，故在不超過電池可以承受的高溫狀況下，溫度越高電 池電量也會越大。因為電池內阻與其他因素造成的過電壓會隨著 C-rate 增加而增 加，且放電的截止電壓不變，導致以越大 C-rate 測得的電池容量越小。尤其以大 C-rate 測得的鋰離子電池電容量極低，使鋰離子電池看起來像似無法使用，但若 以其他較小的 C-rate 進行測試又可以得到更多電容量之結果，因此大家稱此現象 為大 C-rate 放電所產生的電池假死現象。工作電流越大，放出來的電量越少，可 以比喻成利用吸管喝飲料，飲料的內容量代表電容量，大 C-rate 代表以粗吸管喝 飲料，小 C-rate 代表以細吸管喝飲料。粗吸管可以以比細吸管快的速度將飲料喝 完，但喝完後殘留於杯中的飲料量卻會比利用細吸管喝的量多。將吸管之粗細比 喻為充放電過程中 rate 的大小，飲料比擬為電池電量，此情況與利用不同 C-rate 進行放電所得之實驗結果不謀而合。
因為上述的原因，對於電池容量測試不可以使用太大 C-rate 進行放電，但以 過小的 C-rate 進行測試又會花費許多時間，故電池製造商會提供 datasheet 說明 如何可以較有效率且正確的實驗設定測得電池容量。以此測得的電池容量即可當 成該電池當下的電池容量，而此實驗設定則可以被當成測量該電池電容量的標準 實驗設置，透過多顆電池電容量實驗的結果，可以得到該種電池之平均電池容量，
此電容量又稱為額定電容量(Nominal Capacity)。
2-2.4 SEI 膜
當鋰離子電池第一次進行充放電時，正負兩極中的電極顆粒與電解液之交界 面均會發生不可逆的反應，產生一層鈍化層。因為負極顆粒上的鈍化層遠厚於正 極鈍化層，故一般討論鋰離子鈍化層時，只考慮負極電極之部分。此種鈍化層具
有避免電解液中有機分子共嵌入的作用，可以避免因溶劑分子嵌入而對兩極電極 產生傷害。此鈍化層為一種介面層，可以使鋰離子順利通過，並阻止電子通過，
有相似於固態電解液的特性，因此被稱為固態電解液介面膜(Solid Electrolyte Interface, 簡稱 SEI 膜)。若可以在生成 SEI 膜時，使其均勻佈在電極顆粒表面，
其中Q 為全新電池之電池電容量大小；0 Qnow為目前電池之電池電容量大小；Q80%
2-2.8 開路電壓(Open Circuit Voltage, OCV)
當鋰離子電池處於完全的平衡狀態時，其兩端的端電壓即為開路電壓。完全
為了得到不同鋰離子電池在不同 SOC 狀況下所對應的開路電壓，通常以極 小的電流對待測鋰離子電池進行充放電實驗取得。雖然在極小電流的工作狀況下，
鋰離子電池內部的鋰離子分布會有些微的差異，且電極顆粒與電解液交界面之氧 化還原反應速率也有些差異，但因為差異不大，以此方式近似開路電壓狀況，得 到不同 SOC 狀況下的開路電壓曲線。
2-2.9 過電壓
工作狀態與平衡狀態的鋰離子濃度分佈不同，且有無電流流經也會對鋰離子 電池端電壓有所影響，而過電壓即為鋰離子電池在工作狀態下，工作電壓與開路 電壓的差值。其中包含通過裡電池電流與電池內阻產生的壓差，以及因為鋰離子 濃度分佈不均勻所產生的電位差。
2-2.10 額定電壓(Nominal Voltage)
額定電壓為電池廠以該商業化電池之放電瓦時數(Wh)與放電安時數(Ah)比 值計算得知之電壓值，從前述中可知，額定電壓可以視為該電池在放電過程中的 平均端電壓。意指一顆額定電壓為 3.7V 之鋰離子電池，於放電狀態下之平均端 電壓值為 3.7V，而非於放電開始置放電結束端電壓均保持在 3.7V。
2-2.11 放電深度(Depth of Discharge, DOD)
放電深度即為表示電池放電比例之名詞，說明電池放出電量占飽電電量多少 比例。舉例來說，DOD = 95%代表此電池放出飽電狀態中 95%之電池容量，目前 僅剩 5%之電容量。
2-3. 鋰離子電池的組成
鋰離子電池主要包含正極集電器、正極電極顆粒、電解液、隔離膜、負極電 極顆粒與負極集電器等部分。將此層層堆疊之鋰離子電池捲成圓柱狀，即可得到 一般市售常見之圓柱狀鋰離子電池，而其詳細結構如圖 2.2 所示。圖 2.2 中之電 池為 A123 公司之 26650 的磷酸鐵鋰電池，從正極拆開可以看到如圖 2.2(a)中知 情況，有多條條狀集電器連接外殼正極區域與電池中多層的正極，負極的狀況也 與正極部分狀況一樣。將電池外殼拆掉，可以得到捲成圓柱狀的鋰離子電池，將 其攤平後，可以得到一條非常長的鋰離子電池，如圖 2.2(b)所示取其中之一小段 觀察。將各層分開，如圖 2.2(c)所示，清楚看到各層之相對位置與關係。因為此 顆被拆開的電池為因實驗而被損毀之電池，電解液外露，故從圖 2.2(b)與(c)圖片 中沒有明顯的電解液痕跡。
圖 2.2 磷酸鐵鋰電池 26650 解剖照片(a)打開正極外殼之電池內部狀況 (b)攤平後 片段的鋰離子電池 (c)鋰離子電池各層的相對位置
(a) (b)
正極集電器 正極
正極集電器
負極 隔離膜
(c)
鋰離子電池正負兩電極，均為多孔材料，分別為由兩極之電極顆粒與電解液 所組成。隨著電極材料的不同，鋰離子電池的特性也會隨之不同，例如電池於操 作中的各項截止條件、電池容量以及可承受的充放電電流大小等，與電池性能相 關的重要性質和操作條件。由此也可以看出，鋰離子電池兩極材料的選擇與發展，
對鋰離子電池的電性而言，占有非常重要的影響力，也是鋰離子電池發展中不可 或缺的一項研究課題。
2-3.1 鋰離子電池常見負極材料
一個良好的負極材料，將具有以下特性：1.為了提高電池之工作電壓，負極
一個良好的負極材料，將具有以下特性：1.為了提高電池之工作電壓，負極