The purpose of this study was to improve the conductivity of $Li_3V_2(PO_4){_3}$ by adding carbon source so that the discharge rate and cyclic properties were improved. Glucose and CNT were added to $Li_3V_2(PO_4){_3}$ and the structure and electrochemical properties were studied. $Li_3V_2(PO_4){_3}$, $Li_3V_2(PO_4){_3}$/C and $Li_3V_2(PO_4){_3}$/CNT were synthesised by solid state reaction using hydrogen reduction method at 600, 700, 800, $900^{\circ}C$. The cathode materials were assembled to coin cell type 2032 with Lithium metal as a counter electrode. The coin cell was galvanostatically evaluated in the voltage range of 3.0~4.8 V.
Carbon-coated $Li_3V_2(PO_4)_3-LiMnPO_4$ composite cathode materials are first reported in this work, prepared by the mechanochemical process with a complex metal oxide as the precursor and sucrose as the carbon source. X-ray diffraction pattern of the composite material indicates that both olivine $LiMnPO_4$ and monoclinic $Li_3V_2(PO_4)_3$ co-exist. We further investigated the electrochemical properties of our $Li_3V_2(PO_4)_3-LiMnPO_4$ composite cathode materials using galvanostatic charging/discharging tests, where our $Li_3V_2(PO_4)_3-LiMnPO_4$ composite electrode materials exhibit the charge/discharge efficiency of 91.9%, while $Li_3V_2(PO_4)_3$ and $LiMnPO_4$ exhibit the efficiency of 87.7 and 86.7% in the first cycle. The composites display unique electrochemical performances in terms of overvoltage and cycle stability, displaying a reduced gap of 141.6 mV between charge and discharge voltage and 95.0% capacity efficiency after $15^{th}$ cycles.
Lithium vanadium phosphate, $Li_3V_2(PO_4)_3$ was prepared by a simple solid state route. It was found that making a fine powder of $Li_3V_2(PO_4)_3$ by the mechanical milling is very effective for increasing the insertion/extraction of lithium from $Li_3V_2(PO_4)_3$ structure. In charge/discharge test, the ball-milled $Li_3V_2(PO_4)_3$ sample exhibited a higher initial discharge capacity of 174 mAh/g in the voltage range of 3.0-4.8 V, compared with pure $Li_3V_2(PO_4)_3$ sample (152 mAh/g). Furthermore, the ball-milled $Li_3V_2(PO_4)_3$ presented not only higher cycle retention rate after 50 cycles, but also better rate capability compared with pure sample in the whole region (0.1-7 C).
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.33
no.5
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pp.167-173
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2023
Li3V2(PO4)3 and Li3V2(PO4)3/C composite with single phase monoclinic structure for the cathode materials are successfully synthesized by direct co-precipitation method using N2H4·H2O as the reducing agent and alginic acid as the carbon source, and their electrochemical properties were compared. The particles with approximately 1~2 ㎛ size and the uniform spherical-like morphology of the narrow particle size distribution were obtained. In addition, the residual carbon can also improve the electrical conductivity. The Li3V2(PO4)3/C composite has improved initial specific discharge capacity and excellent cycle characteristics to maintain capacity stably than Li3V2(PO4)3. The results indicate that the reducing agent and carbon composite can affect the good crystallinity and electrochemical performance of the cathode materials.
Ku, Jun-Whan;Park, Kyung-Jin;Ryu, Ji-Heon;Oh, Seung-Mo
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.15
no.1
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pp.27-34
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2012
$Li_3V_2(PO_4)_3$/carbon composite materials are synthesized from a sucrose-containing precursor. Amorphous $Li_3V_2(PO_4)_3/C$ (a-LVP/C) and crystalline $Li_3V_2(PO_4)_3/C$ (c-LVP/C) are obtained by calcining at $600^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$, respectrively, and electrochemical performance as the negative electrode for lithium secondary batteries is compared for two samples. The a-LVP electrode shows much larger reversible capacity than c-LVP, which is ascribed to the spatial $Li^+$ channels and flexible structure of amorphous material. In addition, this electrode shows an excellent rate capability, which can be accounted for by the facilitated $Li^+$ diffusion through the defect sites. The sloping voltage profile is another advantageous feature for easy SOC (state of charge) estimation.
Spherical $Li_3V_2(PO_4)_3$ (LVP) and carbon-coated LVP with a monoclinic phase for the cathode materials are synthesized by a hydrothermal method using $N_2H_4$ as the reducing agent and saccharose as the carbon source. The results show that single phase monoclinic LVP without impurity phases such as $LiV(P_2O_7)$, $Li(VO)(PO_4)$ and $Li_3(PO_4)$ can be obtained after calcination at $800^{\circ}C$ for 4 h. SEM and TEM images show that the particle sizes are $0.5{\sim}2{\mu}m$ and the thickness of the amorphous carbon layer is approximately 3~4 nm. CV curves for the test cell are recorded in the potential ranges of 3.0~4.3 V and 3.0~4.8 V at a scan rate of $0.01mV\;s^{-1}$ and at room temperature. At potentials between 3.0 and 4.8 V, the third $Li^+$ ions from the carbon-coated LVP can be completely extracted, at voltages close to 4.51 V. The carbon-coated LVP exhibits an initial specific discharge capacity of $118mAh\;g^{-1}$ in the voltage region of 3.0 to 4.3 V at a current rate of 0.2 C. The results indicate that the reducing agent and carbon source can affect the crystal structure and electrochemical properties of the cathode materials.
In this article, we report the effect of blended cathode materials on the performance of all-solid-state lithium-ion batteries (ASLBs) with oxide-based organic/inorganic hybrid electrolytes. LiFePO4 material is good candidates as cathode material in PEO-based solid electrolytes because of their low operating potential of 3.4 V; however, LiFePO4 suffers from low electric conductivity and low Li ion diffusion rate across the LiFePO4/FePO4 interface. Particularly, monoclinic Li3V2(PO4)3 (LVP) is a well-known high-power-density cathode material due to its rapid ionic diffusion properties. Therefore, the structure, cycling stability, and rate performance of the blended LiFePO4/Li3V2(PO4)3 cathode material in ASLBs with oxidebased inorganic/organic-hybrid electrolytes are investigated by using powder X-ray diffraction analysis, field-emission scanning electron microscopy, Brunauer-Emmett-Teller sorption experiments, electrochemical impedance spectroscopy, and galvanostatic measurements.
Choi, Mansoo;Kim, Hyun-Soo;Lee, Young Moo;Jin, Bong-Soo
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.5
no.4
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pp.109-114
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2014
The $Li_3V_2(PO_4)_3$/graphene nano-particles composite was successfully synthesized by a facile sol-gel method. The addition of a graphene in $Li_3V_2(PO_4)_3(LVP)$(LVP) showed the high crystallinity and influenced the morphology of the $Li_3V_2(PO_4)_3$ particles observed in X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The LVP/graphene samples were well connected, resulting in fast charge transfer. The effect of the addition graphene nano-particles on electrochemical performance of the materials was investigated. Compared with the pristine LVP, the LVP/graphene composite delivered a higher discharge capacity of $122mAh\;g^{-1}$ at 0.1 C-rate, better rate capability and cyclability in the potential range of 3.0-4.3 V. The electrochemical impedance spectra (EIS) measurement showed the improved electronic conductivity for the LVP/graphene composite, which can ensure the high specific capacity and rate capability.
In this study, nano-crystallized $Al_2O_3$ was coated on the surface of $LiFePO_4$ powders via a novel dry coating method. The influence of coated $LiFePO_4$ upon electrochemical behavior was discussed. Surface morphology characterization was achieved by transmission electron microscopy (TEM), clearly showing nano-crystallized $Al_2O_3$ on $LiFePO_4$ surfaces. Furthermore, it revealed that the $Al_2O_3$-coated $LiFePO_4$ cathode exhibited a distinct surface morphology. It was also found that the $Al_2O_3$ coating reduces capacity fading especially at high charge/discharge rates. Results from the cyclic voltammogram measurements (2.5-4.2 V) showed a significant decrease in both interfacial resistance and cathode polarization. This behavior implies that $Al_2O_3$ can prevent structural change of $LiFePO_4$ or reaction with the electrolyte on cycling. In addition, the $Al_2O_3$ coated $LiFePO_4$ compound showed highly improved area-specific impedance (ASI), an important measure of battery performance. From the correlation between these characteristics of bare and coated $LiFePO_4$, the role of $Al_2O_3$ coating played on the electrochemical performance of $LiFePO_4$ was probed.
The application of composite cathode materials including $LiFePO_4$ (lithium iron phosphate) of olivine crystal structure, which has high thermal stability, were investigated as alternatives for hybrid battery-capacitors with a $LiMn_2O_4$ (spinel crystal structure) cathode, which exhibits decreased performance at high temperatures due to Mn-dissolution. However, these composite cathode materials have been shown to have a reduction in capacity by conducting life cycle experiments in which a $LiFePO_4$/activated carbon cell was charged and discharged between 1.0 V and 2.3 V at two temperatures, $25^{\circ}C$ and $60^{\circ}C$, which caused a degradation of the anode due to the lowered voltage in the anode. To avoid the degradation of the anode, composite cathodes of $LiFePO_4/LiMn_2O_4$ (50:50 wt%), $LiFePO_4$/activated carbon (50:50 wt%) and $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ (50:50 wt%) were prepared and the life cycle experiments were conducted on these cells. The composite cathode including $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ of layered crystal structure showed stable voltage behavior. The discharge capacity retention ratio of $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ was about twice as high as that of a $LiFePO_4/LiMn_2O_4$ cell at thermal stability experiment for a duration of 1,000 hours charged at 2.3 V and a temperature of $80^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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