陽極材料

鋰離子電池可採用多種陽極材料，各材料的特性各不相同，會對電池的效能、容量和使用壽命造成不同的影響。以下是用於鋰離子電池的主要陽極材料類型：

嵌入型陽極

嵌入型陽極為層狀材料，可在層與層之間儲存鋰離子。

• 石墨與碳具有高導電性、低成本且結構穩定，能逆向嵌入鋰離子，因而成為最廣泛使用的陽極材料。不過，相較於某些較新的材料，其容量相對較低。硬碳可做為鈉離子電池的陽極材料。
• 鈦酸鋰 (LTO) 因優異的循環穩定性與安全性而廣為人知，LTO 在鋰離子嵌入與脫嵌過程中不會發生明顯的體積變化。但是，與其他陽極材料相比，此種材料的導電性較低，運作電壓也較高，所以容量受到限制。

合金型陽極

合金型陽極是能夠與鋰形成合金的金屬或其氧化物 (矽、鍺、錫、銻和矽/錫氧化物)。

矽的理論容量遠高於石墨，可能高達十倍。然而在循環過程中，矽的體積會極為明顯地膨脹，這會導致機械故障及減少循環壽命。目前有研究正在開發能夠減少這些問題的矽複合材料，有部分材料現已商業化。

轉換型陽極

轉換型陽極是 MX (M = 鐵、鈷、錳、鎳、銅、鉻、鉬，X = 氧、磷、硫、氮)，充電時會轉換為 (Li_yX + M)。這些材料因獨特的電化學特性與潛在優勢而受到研究，像是提高倍率性能。其缺點是電壓遲滯，且體積膨脹較大。

奈米結構陽極

最近的進展集中於能夠增強表面積，並減少鋰離子擴散路徑的奈米結構陽極材料。這些材料可能包括碳基材料、矽和過渡金屬的各種組合，並且會設計為核殼顆粒或複合材料，以提高容量與循環穩定性等性能指標。

陽極材料的品質可藉由測量及控制下列參數來實現最佳化：

• 顆粒大小與形狀
• 晶體結構與缺陷
• 雜質

在下方進一步瞭解如何控制這些項目。

無論您是自行生產或是從供應商處購買活性材料，顆粒大小和顆粒形狀都是決定電池效能以及持續性高產量製程的關鍵參數。 

顆粒大小和形狀會影響電極漿體的流變性、電極塗層的堆積密度/孔隙度，以及最終的電池效能。測量這些數值的最佳方法是結合雷射繞射以及自動光學成像技術。

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晶相的品質是影響比能和放電速率或容量等電池材料效能的另一個關鍵參數。對於電池陽極材料來說，應注意的重要參數是石墨材料的石墨化程度、取向指數和結晶尺寸。結晶尺寸也能提供有關矽基陽極等奈米結晶活性材料的粒徑資訊。 

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對於陽極材料來說，測量摻雜物和雜質濃度，是重要的性能評估要素。若為碳矽陽極，矽的相對濃度會決定容量和穩定性。 

ICP 是測量元素組成的常見方法，但其成本高昂、耗時且涉及有害化學品。相對而言，XRF 則可更輕鬆分析這類大部分材料。

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