• 전기화학회지
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• 제19권1호
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• pp.1-8
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• 2016

층상구조 삼성분계 $LiNi_{1-x-y}Co_xMn_yO_2$ 양극활물질을 4.3 V 이상 고전압으로 충전시키면 용량 증가를 기대할 수 있으나 기존 전해액의 산화안정성이 낮아 고전압 성능 구현에 제한이 있다. 본 연구에서는 설폰계 전해액 첨가제인 dimethyl sulfone (DMS), diethyl sulfone (DES), ethyl methyl sulfone (EMS)을 사용하여 $LiNi_{0.5}Co_{0.2}Mn_{0.3}O_2$ 양극의 고전압 특성을 향상시키고자 한다. 본 논문은 다양한 선형 sulfone계 첨가제가 포함된 전해액에서 3.0-4.6 V 전압범위에서 양극의 충방전 특성과 양극-전해액간 계면거동과 표면층 분석에 대한 내용으로 이루어져 있다. 특히 Dimethyl sulfone (DMS) 첨가제 사용시, 50 사이클 중 $198-173mAhg^{-1}$의 방전 용량과 87%의 용량유지율을 보여 기존 전해액 대비 상당히 향상된 충방전 안정성을 보였다. 표면조성 분광분석 결과, DMS 첨가제 사용시 양극에 안정한 표면보호층이 형성되고 금속 용출이 억제되어 고전압 충방전 특성이 향상되었음 알 수 있었다.

• 한국분말재료학회지
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• 제26권1호
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• pp.49-57
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• 2019

Layered $LiNi_{0.83}Co_{0.11}Mn_{0.06}O_2$ cathode materials single- and dual-doped by the rare-earth elements Ce and Nd are successfully fabricated by using a coprecipitation-assisted solid-phase method. For comparison purposes, non-doping pristine $LiNi_{0.83}Co_{0.11}Mn_{0.06}O_2$ cathode material is also prepared using the same method. The crystal structure, morphology, and electrochemical performances are characterized using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS) mapping, and electrochemical techniques. The XRD data demonstrates that all prepared samples maintain a typical ${\alpha}-NaFeO_2$-layered structure with the R-3m space group, and that the doped samples with Ce and/or Nd have lower cation mixing than that of pristine samples without doping. The results of SEM and EDS show that doped elements are uniformly distributed in all samples. The electrochemical performances of all doped samples are better than those of pristine samples without doping. In addition, the Ce/Nd dual-doped cathode material shows the best cycling performance and the least capacity loss. At a 10 C-rate, the electrodes of Ce/Nd dual-doped cathode material exhibit good capacity retention of 72.7, 58.5, and 45.2% after 100, 200, and 300 cycles, respectively, compared to those of pristine samples without doping (24.4, 11.1, and 8.0%).

• 전기화학회지
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• 제21권3호
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• pp.47-54
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• 2018

동일 전극 로딩 조건(${\sim}15mg\;cm^{-2}$)에서 면적당 용량($mAh\;cm^{-2}$)을 극대화하기 위해, 고분자 바인더의 함량을 4, 2, 1 wt%로 줄인 $LiNi_{0.5}Co_{0.2}Mn_{0.3}O_2$ 전극을 제조하였다. 바인더 함량이 1 wt%로 낮춘 경우, 압연 후 펀칭 과정에서 전극 코팅층이 부분적으로 박리되는 문제가 발생하여 추가 분석은 진행되지 않았다. 전극 내 바인더 함량을 4 wt%에서 2 wt%로 줄이면, 계면 접착력은 0.4846에서 $0.2627kN\;m^{-1}$로 약 46% 감소하고, 전극 코팅층의 강도도 3.847에서 2.013 MPa로 약 48%가 떨어졌다. 그러나, 두 전극을 리튬 전극과 반쪽 전지로 구성하여 전기화학적 특성을 살펴보면, 초기 방전 용량과 충방전 효율은 유사하였다. 하지만, 단기 수명 평가에서 2 wt% 바인더 전극은 수명 특성이 떨어질 뿐만 아니라, 전지를 분해하는 과정에서 전극 코팅층이 집전체에서 박리되는 현상이 관찰되었다. 반면, 4 wt% 바인더 전극은 높은 전극 로딩조건에서도 전극 코팅층과 집전체 계면이 잘 유지되고 있음이 확인되었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제53권3호
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• pp.306-311
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• 2016

Li-air batteries have received much attention due to their superior theoretical energy density. However, their sluggish kinetics on the cathode side is considered the main barrier to high performance. The rational design of electrode catalysts with high activity is therefore an important challenge. To solve this issue, we performed density functional theory (DFT) calculations to analyze the adsorption behavior of the $LiO_2$ molecule, which is considered to be a key intermediate in both the Li-oxygen reduction reaction (ORR) and the evolution reaction (OER). Specifically, to use the activity descriptor approach, the $LiO_2$ adsorption energy, which has previously been demonstrated to be a reliable descriptor of the cathode reaction in Li-air batteries, was calculated on $LaB_{1-x}B^{\prime}_xO_3$(001) (B, B' = Mn, Fe, Co, and Ni, x = 0.0, 0.5). Our fast screening results showed that $LaMnO_3$, $LaMn_{0.5}Fe_{0.5}O_3$, or $LaFeO_3$ would be good candidate catalysts. We believe that our results will provide a way to more efficiently develop new cathode materials for Li-air batteries.

• 자원리싸이클링
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• 제21권5호
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• pp.79-87
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• 2012

리튬이온전지의 대형화와 범용화에 따라 경제성과 안정성 관점에서 정극재료의 개발은 중요한 과제로 대두되고 있다. 18650 원통형 전지의 에너지 밀도는 발매 초기인 1991년 230Wh/l에서 2005년 2배 이상의 500Wh/l로 증가하였으며, 제품 대부분의 에너지용량은 450~500 Wh/l, 150~190Wh/kg이고 안전성, 제조비 절감 및 장 수명을 중점적으로 개발하고 있다. $LiCoO_2$ 정극활물질 중의 Co가 고가이므로 Co 사용량을 줄이면서 에너지 용량을 향상시키기 위하여 $LiMn_2O_4$, $LiCo_{1/3}N_{i1/3}Mn_{1/3}O_2$, $LiNi_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}O_2$, $LiFePO_4$-C복합체 (167 mA/g)등이 개발되고 있다. 전동자전거용 전지는 출력밀도 500 Wh/kg, 전동공구용 1,500Wh/kg, EV나 PHEV용으로는 4,000~5,000Wh/kg의 대용량 출력밀도를 요구하고 있으므로 배터리 소재의 성능을 향상시키려고 많은 연구가 진행되고 있다. 최근 Graphene-sulfur 복합체정극활물질 600 Ah/kg, 2차전지용 분자클러스터(molecular cluster) 320 Ah/kg 등의 새로운 정극활물질이 연구 개발되고 있으므로 실용화가 기대된다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제35권5호
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• pp.1516-1522
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• 2014

A series of 20 wt % $(NH_4)_2SO_4$ and 3 wt % $Al_2O_3$ surface treatments were applied to $Li[Li_{0.2}Mn_{0.54}Co_{0.13}Ni_{0.13}]O_2$ substrates. The $Li[Li_{0.2}Mn_{0.54}Co_{0.13}Ni_{0.13}]O_2$ substrates were synthesized using a co-precipitation method. Sample (a) was left pristine and variations of the 20 wt % $(NH_4)_2SO_4$ and 3 wt % $Al_2O_3$ were applied to samples (b), (c) and (d). XRD was used to verify the space group of the samples as R$\bar{3}$m. Additional morphology and particle size data were obtained using SEM imagery. The $Al_2O_3$ coating layers of sample (b) and (d) were confirmed by TEM images and EDS mapping of the SEM images. 2032-type coin cells were fabricated in a glove box in order to investigate their electrochemical properties. The cells were charged and discharged at room temperature ($25^{\circ}C$) between 2.0V and 4.8V during the first cycle. The cells were then charged and discharged between 2.0V and 4.6V in subsequent cycles. Sample (d) exhibited lower irreversible capacity loss (ICL) in the first charge-discharge cycle as compared to sample (c). Sample (d) also had a higher discharge capacity of ~250 mAh/g during the first and second charge-discharge cycles when compared with sample (c). The rate capability of the $Al_2O_3$-coated sample (b) and (d) was lower when compared with sample (a) and (c). Sample (d), coated with $Al_2O_3$ after the surface treatment with $(NH_4)_2SO_4$, showed an improvement in cycle performance as well as an enhancement of discharge capacity. The thermal stability of sample (d) was higher than that of the sample (c) as the result of DSC.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제10권2호
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• pp.196-205
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• 2019

Ni-rich layered oxides $Li(Ni_xCo_yMn_z)O_2$ (x + y + z = 1) have been extensively studied in recent times owing to their high capacity and low cost and can possibly replace $LiCoO_2$ in the near future. However, these layered oxides suffer from problems related to the capacity fading, thermal stability, and safety at high voltages. In this study, we use surface coating as a strategy to improve the thermal stability at higher voltages. The uniform and conformal $Al_2O_3$ coating on prefabricated electrodes using atomic layer deposition significantly prevented surface degradation over prolonged cycling. Initial capacity of 190, 199, 188 and $166mAh\;g^{-1}$ is obtained for pristine, 2, 5 and 10 cycles of ALD coated samples at 0.2C and maintains 145, 158, 151 and $130mAh\;g^{-1}$ for high current rate of 2C in room temperature. The two-cycle $Al_2O_3$ modified cathode retained 75% of its capacity after 500 cycles at 5C with 0.05% capacity decay per cycle, compared with 46.5% retention for a pristine electrode, at an elevated temperature. Despite the insulating nature of the $Al_2O_3$ coating, a thin layer is sufficient to improve the capacity retention at a high temperature. The $Al_2O_3$ coating can prevent the detrimental surface reactions at a high temperature. Thus, the morphology of the active material is well-maintained even after extensive cycling, whereas the bare electrode undergoes severe degradation.

• 전기화학회지
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• 제19권3호
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• pp.80-86
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• 2016

리튬이온 이차전지의 고용량화를 위해 high-Ni계 양극 활물질이 크게 주목받고 있으나, Ni 함량이 높아짐에 따라 고온 안정성이 감소하여 수명저하가 발생하게 된다. 본 연구에서는 $LiNi_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}O_2$ (NCM622)의 합성공정 중에서 전구체인 전이금속 수산화물과 리튬염의 열처리 과정에 알루미나 입자를 첨가함으로써 추가적인 표면처리 공정없이 활물질 특성을 개선시키고자 하였다. 알루미나를 첨가하게 되면 고온 사이클 수명이 개선되었으며, 특히 나노크기의 알루미나를 사용하는 경우에 초기용량의 감소도 적고 수명도 개선됨을 확인하였다. 그리고, 나노 알루미나를 함량별로 추가한 결과로 표면형상이 점차 변화함과 동시에 격자상수의 감소가 발생하는 것이 관찰되어 표면코팅과 구조 내 치환이 동시에 발생하고 있음을 확인하였다. LSTA (linear-sweep thermmametry)를 사용하여 알루미나의 함량이 증가할 수록 부반응이 감소하며 고온 안정성이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 전이금속 대비 Al을 2.5 mol% 추가하는 경우에 가장 우수한 고온 사이클 성능이 나타나는 것을 확인하였다.

• 한국지구과학회지
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• 제27권1호
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• pp.49-60
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• 2006

본 연구는 나주지역 하상퇴적물에 대한 지구화학적 특성 연구이다. 이를 위해 1차 수계를 대상으로 139개의 하상퇴적물 시료를 채취하였다. 채취된 시료는 실험실에서 자연 건조시켰으며, XRF, ICP-AES, NAA를 이용하여 화학분석을 실시하였다. 기반암에 따른 지구화학적 특성을 알아보기 위하여, 화강암질편마암 지역, 편암류 지역, 화강암류 지역, 사질암 지역, 응회암 지역, 안산암 지역, 유문암 지역으로 분류하였다. 나주지역 하상퇴적물의 지질집단별 주성분원소 평균함량은 $SiO_2\;58.37{\sim}66.06wt.%,\;Al_2O_3\;13.98{\sim}18.41wt.%,\;Fe_2O_3\;4.09{\sim}6.10wt.%,\;CaO\;0.54{\sim}1.33wt.%,\;MgO\;0.86{\sim}1.34wt.%,\;K_2O\;2.38{\sim}4.01wt.%,\;Na_2O\;0.90{\sim}1.32wt.%,\;TiO_2\;0.82{\sim}1.03wt.%,\;MnO\;0.09{\sim}0.15wt.%,\;P_2O_5\;0.11{\sim}0.18wt.%$이다. 주성분원소의 평균함량 비교에서 $Al_2O_3$와 $K_2O$는 화강암질편마암 지역에서, $Fe_2O_3,\;CaO,\;P_2O_5$는 응회암 지역에서, MgO와 $TiO_2$는 안산암 지역에서, $Na_2O$는 유문암 지역에서 높고, $SiO_2$와 MnO 함량은 사질암 지역에서 약간 높다. 미량성분 및 희토류원소의 지질집단별 평균함량은 $Ba\;1278{\sim}1469ppm,\;Be\;1.1{\sim}1.5ppm,\;Cu\;18{\sim}25ppm,\;Nb\;25{\sim}37ppm,\;Ni\;16{\sim}25ppm,\;Pb\;21{\sim}28ppm,\;Sr\;83{\sim}155ppm,\;V\;64{\sim}98ppm,\;Zr\;83{\sim}146ppm,\;Li\;32{\sim}45ppm,\;Co\;7.2{\sim}12.7ppm,\;Cr\;37{\sim}76ppm,\;Cs\;4.8{\sim}9.1ppm,\;Hf\;7.5{\sim}25ppm,\;Rb\;88{\sim}178ppm,\;Sc\;7.7{\sim}12.6ppm,\;Zn\;83{\sim}143ppm,\;Pa\;11.3{\sim}37ppm,\;Ce\;69{\sim}206ppm,\;Eu\;1.1{\sim}1.5ppm,\;Yb\;1.8{\sim}4.4ppm$이다. Pb, Li, Cs, Hf, Rb, Sb, Pa, Ce, Eu, Yb 평균함량은 화강암질편마암 지역에서, Ba, Co, Cr 평균함량은 편암류 지역에서, Nb, Ni, Zr 평균함량은 사질암 지역에서, Sr 평균함량은 응회암 지역에서 높고, Be, Cu, V, Sc, Zn 평균함량은 안산암 지역에서 다른 지질집단에서 보다 높다.

• 한국세라믹학회지
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• 제15권2호
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• pp.79-84
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• 1978

$Zn_{0.105}Co_{0.025}Li_{0.435-1/2x}Ni_x Fe_{2.435-1/2x-y }Mn_y O_4$ 조성의 메모리코어 특성과 $Nb_2O_5$ 및 $V_2O_5$의 소량 첨가가 square-loop성질에 주는 영향을 연구하였다. 위의 조성에서 닉켈의 양 x는 0에서 0.15까지, 그리고 망간의 양 y는 0.05에서 0.25까지 변화시켰다. $Nb_2O_5$와 $V_2O_5$의 양은 각각 위의 화학식에 대하여 0.005에서 0.015까지 변화시켰다. 실험결과에 의하면 $Mn^{+3}$를 octahedral자리에 첨가하였을 때에는 잡음이 감소되었고 메모리코어 squareness와 보자련의 온도계수가 증가하였다. 닉켈을 첨가하였을 때에는 메모리코어의 squareness와 잡음이 증가하였다. $Nb_2O_5$를 소량 첨가하였을 때에는 square-loop성질이 개선되었음에 비하여 $V_2O_5$를 소량 첨가하였을 때에는 square-loop성질이 나빠졌다.