第二章 文獻回顧
2.10 電紡絲法製備 LiFePO 4 /C 相關文獻
電紡絲法能製備連續性纖維材料以及擁有自動化製程、材料尺寸 均一性高、高比表面積、奈米化等優點54, 61-62，能藉由改變聚合物的 種 類 及 添 加 量 以 控 制 纖 維 尺 寸 及 構 形 ，因 上 述 優 點 ，於 2010年 Hosono63等學者發起第一篇以聚丙烯酸為碳源，添加奈米碳管及 LiFePO4前驅物利用電紡絲製備LiFePO4/C奈米纖維，並說明材料因非 晶相的碳層導電性較差，所以額外添加奈米碳管以增加材料之導電 性，且為了增加外部碳層之石墨化程度，將煅燒溫度增加至800oC，
外部碳層亦可在煅燒過程中抑制Fe2+的氧化，作者亦藉由控制活性物
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質含量以觀察材料之電性表現 ，發現碳含量為36.6%再添加碳黑 (acetylene black)之LiFePO4/C纖維有最高的電容表現，添加碳黑後活 性物質比例為50%，添加VGCF之LiFePO4/C纖維材料示意圖及相關電 容表現如圖.2-17所示，LiFePO4/C材料之TEM顯微結構如圖.2-18所 示。
圖.2-17 左圖為添加VGCF之LiFePO4/C纖維材料，右圖為添加VGCF 及碳黑之LiFePO4/C之電容表現63。
圖.2-18 以TEM觀察添加VGCF之LiFePO4/C纖維材料63。
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之後便有大量文獻研究利用電紡製備LiFePO4/C，其中最常用使用 的高分子為PAN及PVP，Zhu64等學者更指出電紡絲法所製備的材料相 較於其它合成法，尺寸更小且經過高溫煅燒後能得到沿著C軸成長的 單晶結構，而碳層能均勻披覆於材料表面，並能形成一導電網路，使 後續電性擁有高電容及高循環壽命表現。Toprakci65提到以PAN作為 碳源，經過300°C氧氣預煅燒時，外部高分子會裂解並環化，再經700°C 高溫煅燒後外部碳層會石墨化，並探討不同LiFePO4添加量對電性之 影響，最後發現4%PAN加上8%LiFePO4所製備出的纖維材料有最佳的 電性表現，其反應機制如圖.2-19所示，圖.2-20則為煅燒前及煅燒後 材料構型及尺寸分佈圖。
圖.2-19 煅燒過程中LiFePO4與PAN反應過程機制圖(a)二階段煅燒示 意圖(b)預煅燒過程中高分子環化(c)高溫煅燒後高分子石墨化65。
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圖.2-20 左圖為煅燒前不同材料添加量之LiFePO4/PAN纖維及尺寸大 小統計圖，右圖為煅燒後不同材料添加量之LiFePO4/PAN纖維及尺寸
大小統計圖65。
隔年作者以相同條件下額外添加奈米碳管以提升材料之導電特 性66，並與未添加奈米碳管之材料作比較，發現藉由奈米碳管的添加，
經電紡絲法製備之將其均勻分散於材料當中，相較於未添加奈米碳管 之電性表現佳，材料最後碳含量分別為 25.4%(LiFePO4/C/CNT) 、 22.8%(LiFePO4/C)，LiFePO4/C及LiFePO4/C/CNT之SEM圖及尺寸分佈 如圖.2-21所示。
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圖.2-21 (a)、(c) LiFePO4/C之SEM圖及材料尺寸分佈圖 (c)、(d) LiFePO4/C/CNT 之SEM圖及材料尺寸分佈圖66。
Shao67更解釋以PVP作為碳源的纖維材料之形成機制，亦是採用 二階段式煅燒處理，在預煅燒過程中，纖維內部的鹽類以及外部的高 分子會裂解，第二階段高溫煅燒後纖維外部殘餘的高分子會碳化前驅 纖維及LiFePO4/C纖維之SEM圖及TEM圖如圖.2-22所示，圖.2-23為 LiFePO4/C形成機制圖。
Li68等學者利用PVP為碳源經電紡絲法製備LiFePO4/C纖維，說明 高分子經高溫煅燒後碳化並修補材料顆粒之形狀且能維持材料之間 的聯結以增加導電性，但也提到高分子裂解過程會抑制晶體的成長。
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圖.2-22 左圖 (a)、(b) LiFePO4/PVP 煅燒前 (c)、(d) 煅燒後 LiFePO4/C 之 SEM 圖，右圖為 LiFePO4/C 之 TEM 圖67。
圖.2-23 LiFePO4/C複合材料形成機制67。