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以雙馬來醯亞胺和5,5-雙甲基巴比妥酸共聚合用於鋰離子電池之高性能、高安全性富鎳陰極材料介面改質添加劑研究

為了解決18650電池最大容量的問題，作者葉南宏 這樣論述：

本研究開發出一種可在電池混漿過程中混入電極的寡聚物電極添加劑，並在第四章的探討中發現，以5,5 DMBTA/ BMI於130℃進行-NH麥可加成反應聚合而成的寡聚物作為電極添加劑對於鋰離子電池的循環壽命、放熱與產氣表現有最為正面的幫助。第五章的探討中，以5,5 DMBTA/ BMI於130℃進行-NH麥可加成反應聚合而成的寡聚物作為電極添加劑，摻入高能量密度的鋰離子電池富鎳陰極材料（Ni-rich NMC622）電極中，觀察到添加劑在充放電過程中成功受Ni2+ / Ni3+催化進行自身聚合成功能型導離子的CEI界面。此CEI介面在同步輻射臨場升溫軟吸收實驗、臨場電化學X光繞射分析實驗以及高溫

熱處理後的HR-TEM結果中，被觀察到在電化學與熱化學作用下能減少NMC622材料中的Ni2+陽離子錯排問題、與電解液交互用作用的產氣現象以及材料顆粒內的微裂痕情形（Micro crack），讓製作成商用圓柱形（18650）全電池的循環性能表現獲得維持同時也讓電池的放熱情況獲得控制。第六章進一步對不同鎳含量的三元材料NMC811與NMC111進行修飾，藉由同步輻射臨場軟吸收光譜分析結果，可以觀察到電池富鎳陰極材料（Ni-rich NMC811）中的Ni離子事實上以3d7 與3d8L兩種電子組態存在。其中3d8L的電子組態為極不穩定，為了使系統趨於穩定，Ni-rich NMC cathode有三

種方式或途徑: 1.與電解液反應 2.與環境反應3.扭曲自身晶體結構以使得電子組態達到穩定。電極添加劑於漿料製備時與較高反應性的鎳離子（表面電子組態3d8L）交互作用並自身催化形成CEI（Cathode electrolyte interface）後提高材料的陽離子錯排狀態（Cation mixing state），並持續貢獻-C=C-成為Ligand-hole的提供者，穩定在電化學/熱化學過程中，因材料不斷脫鋰或提高氧化態形成的氧空缺進而形成的3d8L，提升材料的電子組態穩定，並避免電化學過程的副反應或扭曲自身的層狀結構造成巨觀的相變化。