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DESIGN FEATURES
儲能材料之應用:鋰離子電池的 過去、現在及未來展望(正極材料篇)
作者:吳哲亞、杜正恭，國立清華大學材料科學工程學系教授
在現今社會中，不管是3C產品或是蓬勃發展的電動車(EV )都少不了鋰離子電池。鋰離子電池最早起源 於1970年代，美國科學家M. Stanley Whittingham發現鋰離子能儲存TiS2層狀材料，藉由鋰離子在材 料中進行插層(Intercalation)而有效儲存能量...
後續科學家們也提出各種可行 的材料應用在鋰離子電池中，如 正極的LiFePO4與鎳鈷錳金屬氧 化物(NMC)，以及負極的人造石 墨、MCMB (Mesophase Carbon Microbeads)與矽(Si)。
鋰離子電池主要由正極材料、 負極材料、電解質及隔離膜四個 部份組成(圖2)。正極材料及負極 材料決定了整個電池的操作電壓 及能量密度;電解質主要由有機 化合物(如EC、DEC、DMC)及鋰鹽 (LiPF6、LiClO4)所組成，負責傳導 鋰離子穿梭於電池中;而隔離膜由
技術縱橫
鋰離子在TiS2層狀材料中進 行插層的反應式如下:xLi + TiS2→ LixTiS2，圖1為第一個鋰離子電池 的充放電曲線圖，當時使用TiS2做 為充放電材料時，電壓為2V，由此 開啟鋰離子電池的研發。
高分子所構成，防止正負極直接接 觸導致短路。
在1980年代，科學家John B. Goodenough 開發出LiCoO2 層狀陶瓷材料，以此材料作為正 極材料，鋰金屬做為負極材料， 使鋰離子電池將操作電壓提高到 4V。1985年科學家Akira Yoshino 將LiCoO2正極與碳材料負極做 成鋰離子電池，大幅提升鋰離子 電池的安全性;1991年Sony正 式發表第一個商用鋰離子電池，
鋰離子電池構造
充電時鋰離子會從正極材料 脫出，藉由電解質傳導並嵌入到負 極材料中;反之，放電時鋰離子從 負極材料中脫出返回正極材料中。 在充放電後，電池會因表面形成固 態電解質介面層(SEI)導致阻抗提 升，使電池的電容量在使用後越來 越低，各個材料也面臨應用成本 壓力，因此提出有效手法提升鋰離 子電池的循環壽命及能量密度成 為目前開發的首要目標。
圖1:TiS2在不同電流密度下充放電曲線圖。
圖2:鋰離子電池結構圖。
正極材料
在最廣泛使用的正極材料中，
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