李源弘臺灣大學：材料科學與工程學研究所黃仲欽Huang, Chung-ChinChung-ChinHuang2007-11-262018-06-282007-11-262018-06-282006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/55166DPG人工石墨是由熔融態鑄鐵表面析出，因硼引發之物理化學效應以及氯離子摻雜效應，而促進其中奈米碳管與富勒烯的生成；氧化鎂與氧化鈰於製程中的添加，是因其能增加graphene形成時的園周狀生長模式。BET比表面積分析提供捲曲或翹曲狀graphene增加的間接性證據，由SEM觀察中更進一步證實奈米級管狀物的存在。 將此DPG人工石墨應用於鋰離子二次電池的陽極活性物，第一次充電電容量幾乎都在1000 mAh/g以上，均遠高於石墨的理論電容量372 mAh/g，此情形於添加氧化鈰系統中亦十分類似。另外由ICP-MS分析得知，在奈米尺度下的微結構改變所造成的影響應是導致此電容量飆升現象最可能的因素。 DTA曲線中於410到450°C左右所出現的peak應為CNT在空氣氣氛中的分解所致，此peak area的計算有可能成為直接評估DPG中CNT含量的一個方法。Peak area的最大值與石墨化度的極小值以及拉曼光譜R ratio的極大值出現在同一個位置，可見其彼此應有相當程度的關連性。DPG artificial graphite which precipitated from molten cast iron is a novel method to produce carbon nanotubes and fullerenes owing to boron-triggering machanochemical effect and chlorine ion doping effect proposed in our previous study. Magnesium oxide and cerium dioxide added into the process to enhance the curling effect by circumferential growth mode of graphene sheets. BET specific surface area data shows indirect evidence of increase of carbon nanotubes and fullerenes. And tubular microstructures in nanoscale of graphite are also confirmed in SEM microscopy observation. C60 and CNT-containing DPG applied on anodic active material of lithium ion secondary batteries. Most samples first charging capacity show the amaaing capacities over 1000 mAh/g which exceed much more than the sample without MgO in the DPG process. Similar situation was also discoverd in CeO2 system. Besides, ICP-MS results proved that the structural influence in nano-scale is the most probable reason to cause the great promotion of first charging capacity of lithium ion secondary battery. Furthermore, peaks at around 410-450°C in DTA curves are attributed to the decomposition of CNT in air atmosphere. The calculation of peak area could be a possible method to evaluate the content of CNT in DPG directly. The maximum value of peak area is corresponded with the minimum value of graphitization dgree and maximum value of Raman R ratio whether in MgO sytem or in CeO2 system. Therefore, there might be some relationship between the effet of MgO or CeO2 addition and the special nano-scale structure formation in DPG.摘要 I Abstract II 目錄 IV 圖索引 VIII 表索引 XVI 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 2-1 實驗研究動機與目的 4 第二章 文獻回顧 7 2-1 人工石墨、富勒烯與奈米碳管簡介 7 2-1-1 人工石墨簡介 7 2-1-2 富勒烯簡介 10 2-1-3 奈米碳管簡介 12 2-1-4 多層奈米碳管的結構與模型 16 2-2 奈米碳管之製程簡介 20 2-2-1 電弧法 (arc method) 20 2-2-2 催化熱解法 (化學氣相沉積法, CVD) 20 2-2-3 其他方法 21 2-3 奈米碳管之特殊電學性質 22 2-3-1 奈米碳管之結構特徵及導電度介紹 22 2-3-2 奈米碳管之鹵素摻雜效應 24 2-4 鑄鐵中之石墨析出與成長機制簡介 25 2-5 Rietveld Method簡介 29 2-5-1 Rietveld Method原理 29 2-5-2 Rietveld Method應用 30 2-5-3 碳材料石墨化度之評估 32 第三章 實驗方法與步驟 35 3-1 實驗儀器與分析設備 35 3-2 實驗原料及副原料 36 3-2-1 鑄鐵 (Cast Iron) 36 3-2-2 硼鐵 (Fe－3.5 wt％B) 37 3-2-3 滲碳劑 37 3-3 DPG人工石墨粉末的製備 38 3-4 人工石墨粉末之氯離子摻雜酸處理 42 3-5 鋰離子二次電池電極材料之塗佈與電池組裝 44 3-6 定義氧化鎂與氧化鈰加入量之石墨粉末 45 3-7 人工石墨粉末鑑定分析 45 3-7-1 X-ray繞射分析 (XRD) 45 3-7-2 拉曼光譜分析 ( Raman Spectra Analysis) 46 3-7-3 場發射掃描式電子顯微鏡分析 ( FEG-SEM) 46 3-7-4 自動化物理吸附分析儀測試 (BET) 46 3-7-5 感應耦合電漿質譜分析儀 (ICP-MS) 47 3-7-6 熱重/熱差分析儀 (TG/DTA) 47 第四章 結果與討論 48 4-1 添加氧化鎂系統 48 4-1-1 XRD繞射分析與石墨化度評估 48 4-1-1-1 XRD繞射分析 48 4-1-1-2 Rietveld Method 精算分析 49 4-1-1-3 石墨化度之評估 56 4-1-2 拉曼光譜分析 (Raman Spectra) 58 4-1-3 SEM微結構觀察分析 (FEG-SEM) 60 4-1-4 粉末特性分析 69 4-1-4-1 EDX成分分析 69 4-1-4-2 感應耦合電漿質譜分析 (ICP-MS) 69 4-1-4-3 比表面積分析 (BET) 70 4-1-4-4 熱重/熱差分析 (TG/DTA) 71 4-1-5 鋰離子二次電池效能探討 77 4-2 添加氧化鈰系統 83 4-2-1 XRD繞射分析與石墨化度評估 83 4-2-1-1 XRD繞射分析 83 4-2-1-2 Rietveld Method 精算分析 84 4-2-1-3 石墨化度之評估 89 4-2-2 拉曼光譜分析 (Raman Spectra) 90 4-2-3 SEM微結構觀察分析 (FEG-SEM) 91 4-2-4 粉末特性分析 98 4-2-4-1 EDX成分分析 98 4-2-4-2 感應耦合電漿質譜分析 (ICP-MS) 98 4-2-4-3 比表面積分析 (BET) 99 4-2-4-4 熱重/熱差分析 (TG/DTA) 100 4-2-5 鋰離子二次電池效能探討 105 第五章 結論 110 參考文獻 11215347106 bytesapplication/pdfen-USDPG物理化學效應氯離子摻雜效應圓周狀生長模式machanochemical effectchlorine ion doping effectcircumferential growth modethesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/55166/1/ntu-95-R92527068-1.pdf