不同結構添加劑的熱重損失/熱差式掃描分析

圖4-22 為直接使用六種不同結構聚合物在氮氣環境下的重量損失分 析圖。從圖4-22 和表 4-6 的分析可知，使用燒結溫度 600

^o

C 不僅能夠合 成出純 LiFePO

4

且也能同時將所加入的聚合物添加劑裂解，所以並不會 有添加劑無法裂解完全的疑慮。因此，此部份也會使用 TG/DSC 對非晶 形 LiFePO

4

和不同結構聚合物添加劑相混合，藉以了解放熱峰與材料彼 此間的相關性。

圖4-22 六種不同結構添加劑的重量損失分析

表4-6 不同聚合物添加劑的溶解溶劑與裂解溫度

M. Inagaki et al.【42】以使用 PVC 合成陶瓷顆粒被覆碳為例，在 TG /DSC 的結論中指出在 500

^o

C 以上有一放熱峰而其材料重量突然損失乃由 於產生燃燒殘餘碳發生，關於此現象X. B. Zhao et al.【27】以在 LiFePO

₄

Polymer compound Decomposed Temp. (^oC) Poly(ethylene oxide) 310 – 435

Poly(vinyl alcohol) 270 – 490 Poly(vinyl pyrrolidone) 370 – 480 Polybutadiene 345 – 508 Polystyrene 350 – 450 Styrene-butadiene-styrene 330 – 500

Temperature (^oC)

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

Pure PEO polymer Pure PVA polymer Pure PVP polymer Pure PB polymer Pure PS polymer Pure SBS copolymer

的熱分解溫度且在溫度 470

^o

C 以上沒有明顯的重量損失變化，暗示聚丙

圖 4-24 使用磷酸鋰鐵和 PVA 聚合物添加之 TG/DSC

圖4-26 使用磷酸鋰鐵和 PB 聚合物添加之 TG/DSC

圖4-28 使用磷酸鋰鐵和 SBS 聚合物添加之 TG/DSC

表4-7 不同聚合物添加劑混合物的放熱峰 Sample Exothermic peak (

^o

C) Poly(ethylene oxide) 412

Poly(vinyl alcohol) 425 Poly(vinyl pyrrolidone) 417

Polybutadiene 430 Polystyrene 440 Styrene-butadiene-styrene 428

圖4-23 ~ 4-28，可從 TG/DSC 分析中發現各個聚合物添加劑平均在

(Ⅰ) PEO 聚合物添加劑的放熱峰溫度較低，導致添加的碳源在材料 晶形生成的溫度前就已裂解為殘留碳而殘留在晶粒表面，進而導致顆粒 大小不一致。

(Ⅱ) PVP 和 PVA 兩聚合物添加劑其碳化溫度分別在 417

^o

C 和 420

^o

C

。由於放熱峰沒有接近材料晶形生成的溫度，便可能造成殘餘碳沒有均 勻被覆在晶粒表面。

(Ⅲ) PB 和 SBS 兩聚合物添加劑其碳化溫度分別在 430

^o

C 和 428

^o

C，

可能因結構中具有雙鍵或苯環的結構使放熱峰接近材料晶形生成的溫度

，可以使碳源在裂解的同時被覆在晶粒表面，其晶粒大小均一。

(Ⅳ) PS 聚合物添加劑與其他五種聚合物添加劑相較，可能因結構中 具有苯環的結構而使其有較高的放熱峰溫度，所以不僅其溫度接近材料 晶形生成的溫度，並可使碳源在裂解的同時被覆在晶粒表面。而材料顆 粒大小較均一，加上具有苯環結構，所以使其添加後的LiFePO

₄

/C 具有 較高的石墨化值和較高的(D+G)/PO

₄

值。

4.3.3 不同結構添加劑的掃描式電子顯微鏡分析

圖4-29 ~ 4-34 分別為 PEO、PVA、PVP、PB、PS 和 SBS 其不同結 構聚合物添加的LiFePO

₄

/C 之 SEM。從圖中可以發現所添加聚合物經燒 結過程後圍繞於LiFePO

₄

粒子周圍、殘留在LiFePO

₄

粒子表面上或在材料 粒子與粒子間的縫隙，此結果符合C.H. Mi et al.【19】所提出的分析解釋。

由圖4-29 ~ 4-34 可知若聚合物添加劑和非晶形 LiFePO

₄

前驅物，若 放熱峰接近如前所述在 470

^o

C 以上沒有明顯重量損失的溫度，其殘餘碳

在LiFePO

₄

晶粒表面的被覆較均勻，從圖 4-29 ~ 4-34 的顆粒表面形態分 析中，發現若聚合物添加劑的放熱峰離溫度 470

^o

C 愈遠，則材料所生成 的晶粒大小顆粒分佈不均，此現象有可能因材料晶粒在生成前就已裂解 為碳，並殘留在晶粒表面或晶粒彼此間的縫隙內。若裂解溫度高的聚合 物添加劑其放熱峰接近溫度470

^o

C，則有可能在材料晶粒生成時聚合物添 加劑同步裂解成殘餘碳而被覆在晶粒的表面上。從圖4-31 及圖 4-33 可以 發現碳殘餘量的多寡在燒結過程中抑制了材料的晶粒大小，碳殘餘量如 表4-15。

圖4-29 PEO 聚合物的磷酸鋰鐵/碳之 SEM，倍率=20k

圖4-30 PVP 聚合物的磷酸鋰鐵/碳之 SEM，倍率=20k

圖4-31 PVA 聚合物的磷酸鋰鐵/碳之 SEM，倍率=20k

圖 4-32 PB 聚合物的磷酸鋰鐵/碳之 SEM，倍率=20k

圖4-33 PS 聚合物的磷酸鋰鐵/碳之 SEM，倍率=20k

圖4-34 SBS 聚合物的磷酸鋰鐵/碳之 SEM，倍率=20k

在文檔中 利用共沈澱法製備高分子添加劑與磷酸鋰鐵陰極複合材料並測試其性能 (頁 69-78)