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鋰電池
指導教授:蘇順發 教授
研 究 生:吳政隆
報告日期: 98/11/25
前言
隨著這些電子產品的製造技術趨於成熟以及市
場需求量的增大，逐漸往多功能、處理速度快、
螢幕彩色化等方面發展，這也使得具有能量密
度高、循環壽命長、安全性高、無記憶效應、
重量輕盈等優點的鋰離子電池，逐漸取代傳統
的鎳氫電池、鎳鎘電池等這類鹼性二次電池，
而成為輕便可攜帶式電子產品新一代的電能儲
存系統。
基本構造
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電極(electrode):活性物質與導電極板構成，所
謂活性物質是指在導電及板上可以進行樣化還
原的物質。
電解液(electrolyte):使內部帶電離子在陰陽極之
間傳遞。
隔離膜(separation film):避免兩極上的活性物質
直接接觸而造成短路。
罐體(shell):電池外殼，主要保護內部構造。
運作原理
充放電過程
正極材料
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正極材料的選用原則上包括能量密度高（電
壓高、電容量高）、電解液不起反應、較快
速的動力學反應、電化學反應為可逆反應、
材料在大氣中是穩定的等條件。
市售常見的正極材料
負極材料
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傳統金屬鋰:
經過反覆的充放電的作用下，還原時容易生
成樹枝狀的結構刺穿隔離膜，造成電池短路，
使電池局部溫度升高，甚至於引起爆炸，進
而發生危險。
以碳材料取代鋰金屬，因具有(1)低電阻；(2)
耐腐蝕；(3)價格便宜及(4)可石墨化等特點。
碳材料系列
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石墨(Graphite)
石油焦碳(Petroleum Coke)
氣相成長碳纖維(Vapor Grown Carbon Fiber；
VGCF)
介穩相球狀碳(Mesophase Carbon Micro Beads；
MCMB)
摻雜型碳(Doped Carbon)
電解質材料
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液態電解質:由鋰鹽與一種或多種以上之有機
溶劑混合所組成。
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固態電解質:
1.純固態高分子電解質(SPE)
2.膠態高分子電解質(gel-type)
液態電解質
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有機溶劑：
EC(ethylene carbonate)
PC(propylene carbonate)
EMC(ethyl methyl carbonate)
DMC(dimethyl carbonate)
DEC(diethyl carbonate)
鋰鹽:
LiAsF6
LiBF6
LiClO4
LiPF6
固態電解質-(SPE)
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由鋰鹽，如LiClO4、LiBF4、LiPF6、
LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2 及
LiC(CF3SO2)3 溶於高分子中，如PEO、PPO。
固態電解質-(Gel-type)
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在固態高分子中藉加入溶劑以提高在室溫下之
導電度，其導電度介於液態電解質與固態高分
子電解質，但是機械強度卻較差於固態高分子
電解質。
結論
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鋰電池目前運用的材料眾多，研究在眾多材料
中效力最好的材料以提升性能是研發的方向，
不過還是以安全為前提，才能用的安心又愉
快。
參考資料
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廖家慶，石墨表面改質之鋰離子二次電池負
極材料性能研究，中華技術學院， 機電光工
程研究所碩士班。
劉定國，鋰離子電池鋰錳系陰極材料之研究，
國立台灣科技大學，化學工程系。
科學發展2003年2月，362期，32-35頁。
高分子電解質導電機制
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高導電度高分子電解質是發生在非結晶相 (Amorphous)
區域。 而目前廣泛被接受的導電機構是液體狀
(Liquid-like) 機構：高分子鏈上之高陰電性原子 (O、
N、S ) 具有未共用電子對可與鋰鹽中所解離出的陽離
子 (Li+) 形成暫時性配位鍵 (Coordination Bond)，藉由
高分子本身的局部運動 (Local Motion) 及轉動
(Rotation)，帶動整條高分子鏈的扭動，使得陽離子得
以在分子間和分子內移動，造成離子導電，也就是說
當金屬陽離子與高分子間的孤對電子形成配位後，在
電場的驅動下，鋰陽離子將從電池的陰極轉移到陽極
介面。再藉由高分子本身的擾動使得陽離子得以在分
子間和分子內移動，造成導電 。