Page 32 - CMOS影像感測器的元視覺：超越人眼看世界

DESIGN FEATURES
主要可分成三大類(圖3)，包含橄 欖石結構材料(LiFePO4)、層狀材 料(LiCoO2、NMC811)及尖晶石結 構(LiMn2O4)。 •磷酸鋰鐵(LiFePO4)-廣泛應用
在電動巴士及儲能貨櫃中，其循 環充放電效能穩定，擁有較高的 安全性;但其能量密度及導電性 相較於層狀材料低，主要因為理 論電容量較低(~170mAh/g)及操 作電壓較低(~3.4V)，較不適合應 用在電動車中。
•尖晶石結構(LiMn2O4)-高操作 電壓，具良好的導電及導離子 率，但理論電容量較低，約為 147mAh/g，且在高壓時，錳離子 會溶出毒害電解液外，電解液也 會裂解導致性能衰退。
圖3:鋰電池正極材料三大結構及特性。
• 層狀材料(NMC811)-優異的理論 電容量(~250mAh/g)及操作電壓 (~4V)，擁有很高的能量密度，但 在穩定性及安全性上仍需改善。
正極層狀NMC811材料的性 能改善
圖4:(a)鋰鎳混排的結構示意圖;(b)不同鋰含量的NCA粉末在0.1C下進行循環測試。
1. Ni2+ (0.69Å)和Li+ (0.76Å)具 有相似的離子半徑，部分鎳會以Ni2+ 的形式存在，並佔據Li+位置 :Li/Ni 混排效應發生在材料合成過程中(圖 4a)，在循環測試時更為嚴重。陽離 子混排會導致結構崩解和電化學性 能，Makimura的團隊針對不同比例 的鋰含量進行電化學測試，發現鋰 的缺失會造成循環測試上的不穩 定(圖4b)，而在鎳離子擴散至鋰離 子的位置時，鎳會擋住鋰離子在充
第一個商用鋰離子電池LiCoO2 具有良好的有序性、結構穩定以及 高導離子和導電性，然而在充放電 過程中由於Co2+的p軌與能量和O2- 重疊，放電時O2-會還原產生氧氣， 導致材料崩解、電池膨脹，只能提 供理論電容一半的電容量。改用鎳 取代鈷作為材料主體，可以避免氧 氣產生，從而保持電池工作電壓又 能降低成本。幾十年來，已有許多 類型的LiNiO2 被提出作為正極材 料。根據文獻探討將高鎳三元的正 極材料失效機制分為以下四點:
放電時的通道，造成充放電後的極 化現象越來越大。
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2. 正極材料表面的氧空缺使 得材料表面不穩定:針對不同燒結 氣氛進行實驗探討，機制圖如圖 5a，可觀察到不同氧分壓下會造成 局部氧空缺，使電化學性能有所變 化，而越高的氧分壓(純氧下燒結) 可以得到最佳的電化學性能。
3. 材料表面接觸空氣中的二 氧化碳及水氣後，表面析出碳酸鋰