Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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pp.168-168
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2011
정보화 사회가 도래함으로 개인별 정보 이용량이 급격히 증가하였고 스마트폰과 같은 모바일 기기의 개발로 정보 이용량이 최고치를 갱신 중이다. 이러한 흐름 속에 사람들은 빠른 처리 속도와 고도의 저장 능력을 요구하게 되고 이에 따라 새로운 Random Access Memory에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 Dynamic Random Access Memory (DRAM)가 눈부신 발전과 성과를 이룩하고 있지만 전원 공급이 중단 될 경우 저장된 내용들이 지워진다는 단점을 가지고 있다. DRAM의 장점에 이러한 단점을 보완할 수 있는 차세대 반도체 소자로 주목 받고 있는 것이 Magnetic Random Access Memory (MRAM)이다. DRAM에서 Capacitor와 유사한 기능을 하는 MTJ stack은 tunneling magnetoresistance (TMR) 현상을 나타내는 자기저항 박막을 이용하여 MRAM 소자에 집적된다. 본 연구에서는 MRAM의 자성 재료로 구성된 MTJ stack을 효과적으로 식각하고 우수한 식각 profile을 얻는 동시에 재증착의 문제를 해결하는데 목적을 둔다. 본 IrMn 자성 박막의 식각 연구는 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각 (Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching: ICPRIE)법을 이용하여 진행되었다. 특히 본 연구에서는 종래의 $Cl_2$, $BCl_3$ 그리고 HBr과 같은 부식성 가스가 아닌 부식성이 없는 $CH_4$가스를 선택하여 그 농도를 변화시키면서 식각하였고 더 나아가 $O_2$를 첨가하면서 그 효과를 극대화하려고 시도하였다. IrMn 자성 박막의 식각 속도, TiN 하드 마스크에 대한 식각 선택도 그리고 profile 등이 조사되었고 최종적으로 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 이용하여 식각 메카니즘을 이해하려고 하였다.
$LiFePO_4$ is an attractive cathode material due to its low cost, good cyclability and safety. But it has low ionic conductivity and working voltage impose a limitation on its application for commercial products. In order to solve these problems, the iron($Fe^{2+}$)site in $LiFePO_4$ can be substituted with other transition metal ions such as $Mn^{2+}$ in pursuance of increase the working voltage. Also, reducing the size of electrode materials to nanometer scale can improve the power density because of a larger electrode-electrolyte contact area and shorter diffusion lengths for Li ions in crystals. Therefore, we chose electrospinning as a general method to prepare $Li[Fe_{0.9}Mn_{0.1}]PO_4$ to increase the surface area. Also, there have been very a few reports on the synthesis of cathode materials by electrospinning method for Lithium ion batteries. The morphology and nanostructure of the obtained $Li[Fe_{0.9}Mn_{0.1}]PO_4$ nanofibers were characterized using scanning electron microscopy(SEM). X-ray diffraction(XRD) measurements were also carried out in order to determine the structure of $Li[Fe_{0.9}Mn_{0.1}]PO_4$ nanofibers. Electrochemical properties of $Li[Fe_{0.9}Mn_{0.1}]PO_4$ were investigated with charge/discharge measurements, electrochemical impedance spectroscopy measurements(EIS).
Cathode materials of Al-doped $Li(Ni_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3-x}Al_x)O_2$ (x=0.0, 0.005, 0.01 0.05) for lithium ion batteries were synthesized with ultra-sonic spray pyrolysis method and single-step heat treatment. No secondary phases were found in all synthesized powders. The intensity ratio of $I_{003}\;to\;I_{104}$, however, slightly decreased and the particle size increased with the Al contents. The cells with bare, 0.5 and 1.0 at% Al-doped powders showed the initial discharge capacities of 182, 180 and $184mAhg^{-1}$ in a voltage range of $3.0\sim4.5V$ at 1C rate, and the capacity retentions of 81, 77 and 78% at the end of 30 cycles, respectively. But in the voltage range of $3.0\sim4.6V$, the Al-doping significantly enhanced the cycle stability. For example, the discharge capacity after 50 cycles was maintained to 70% in the 0.5 at% Al-doped sample compared to only 30% in no doped sample. The improvement of the cycle stability was thought to be due to $Mn^{3+}$ ion decrease as the Al doping from the XPS analysis results.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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한국전기전자재료학회 2005년도 하계학술대회 논문집 Vol.6
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pp.593-594
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2005
Lithium-ion batteries have used the layered $LiCoO_2$ materials as cathodes, but Co is relatively toxic and expensive. In this regard, the spinel $LiMn_2O_4$ has become appealing because manganese is inexpensive and environmentally benign. In general, cathodes for lithium ion batteries include carbon as a conductive agent that provides electron transfer between the active material and the current collector. In this work, we selected Acetylene Black and Super P Black as conducting agents, and then carried out comparative investigation for the performances of the cells using different conducting agents with different particle size. As a consequence, Li/$LiMn_2O_4$ cells with Super P Black show better electrochemical performances than those with Acetylene Black.
We report the discovery of Li-rich $Li_{1+x}[(Ni_{0.225}Co_{0.15}Mn_{0.625})_{1-y}V_y]O_2$ as a cathode material for rechargeable lithium-ion batteries in which a small amount of tetravalent vanadium ($V^{4+}$) is selectively and completely incorporated into the manganese sites in the lattice structure. The unwanted oxidation of vanadium to form a $V_2O_5-like$ secondary phase during high-temperature crystallization is prevented by uniformly dispersing the vanadium ions in coprecipitated $[(Ni_{0.225}Co_{0.15}Mn_{0.625})_{1-y}V_y](OH)_2$ particles. Upon doping with $V^{4+}$ ions, the initial discharge capacity (>$275mA\;h\;g^{-1}$), capacity retention, and voltage decay characteristics of the Li-rich layered oxides are improved significantly in comparison with those of the conventional undoped counterpart.
Separation of lithium isotopes was investigated by chemical ion exchange with a hydrous manganese(IV) oxide ion exchanger using an elution chromatography. The capacity of manganese(IV) oxide ion exchanger was 0.5 meq/g. One molar CH3COO Na solution was used as an eluent. The heavier isotope of lithium was enriched in the solution phase, while the lighter isotope was enriched in the ion exchanger phase. The separation factor was calculated according to the method of Glueckauf from the elution curve and isotopic assays. The single stage separation factor of lithium isotope pair fractionation was 1.021.
In order to investigate the effect of fluorine ion in the $Li_{1-x}FeO_2Li_xMnO_2$ (Mn/(Mn + Fe) = 0.8) cathode material, it was synthesized $Li_{1-x}FeO_{2-y}F_y-Li_xMnO_2$ (Mn/(Mn + Fe) = 0.8, $0.05{\le}y{\le}0.15$) cathode materials at $350^{\circ}C$ for 10hrs using solid-state method. $Li_{1-x}FeO_{2-y}F_y-Li_xMnO_2$ (Mn/(Mn + Fe) = 0.8, $0.0{\le}y{\le}0.1$ was composed many large needle-like particles of about $1-1.5\;{\mu}m$ and small particles of about 50-100 nm, which were distributed among the larger particles. However, $Li_{1-x}FeO_{1.85}F_{0.15}-Li_xMnO_2$ material showed slightly different particle morphology. The particles of $Li_{1-x}FeO_{1.85}F_{0.15}-Li_xMnO_2$ were suddenly increased and started to be a spherical type of particle shape. $Li/Li_{1-x}FeO_{1.9}F_{0.1}-Li_xMnO_2$ cell showed a high initial discharge capacity of 163 mAh/g and a high cycle retention rate of 95% after 50 cycles. The initial discharge capacity of $Li/Li_{1-x}FeO_{2-y}F_y-Li_xMnO_2$ ($0.05{\le}y{\le}0.15$) cells increased according to the increase of F content. However, the cycleability of this cell was very rapidly decreased when the substituted fluorine content is over 0.1. We suggested that too large amount of F ion fail to substitute into the $Li_{1-x}FeO_2-Li_xMnO_2$ structure, which resulted in the severe decline of battery performance.
Kim, Jeong-Min;Jeong, Ji-Hwa;Jin, Bong-Soo;Kim, Hyun-Soo
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제2권2호
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pp.97-102
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2011
Different amounts of excess lithium in the range of x = 0~0.3 were added to $Li_{1+x}[Mn_{0.720}Ni_{0.175}Co_{0.105}]O_2$ cathode materials synthesized using the co-precipitation method to investigate its microstructure and electrochemical properties. Pure layered structure without impurities was confirmed in the XRD pattern analysis and increasing peak intensity of $Li_2MnO_3$ was observed along with the addition of over 0.2 mol Li. The initial discharge capacity of the stoichiometric composition was determined to be 246 mAh/g, while the discharge capacity of the addition of 0.1 mol Li was obtained to be 241 mAh/g, which was not significantly different from that of the stoichiometric composition. However, the discharge capacities decreased dramatically after the addition of 0.2 and 0.3 mol Li to 162 mAh/g and 146 mAh/g, respectively. In the rate capability test, the active $Li_{1+x}[Mn_{0.720}Ni_{0.175}Co_{0.105}]O_2$ cathode material of the stoichiometric composition showed a dramatic decrease in its discharge capacity with increasing C-rate, as evidenced by the result that the discharge capacity at 5C was 13% compared with 0.1C. On the other hand, the discharge capacity of compositions containing excess lithium was improved at higher current rates. The cycling test showed that the composition containing an excess of 0.1 mol Li had the most outstanding capacity retention.
The L-Valinate anion coordinating zinc complex, [$Zn(val)_2(H-2O)$], was isolated and structurally characterized by single crystal X-ray crystallography. The crystal possess orthorhombic symmetry with a space group $P2_12_12_1$, Z = 4, and a = 7.4279(2)$\AA$, b = 9.4342(2)$\AA$, c =20.5862(7)$\AA$ respectively. The compound features a penta-coordinate zinc ion in which the two valine anion molecules are directly coordinating the central zinc metal ion via their N (amine) and O (carboxylate) atoms, and an additional coordination to zinc is made by water molecule (solvent) to form a distorted square pyramidal structure. In addition, further synthesis of the valine capped ZnS:Mn nanocrystal from the reaction of [$Zn(val)_2(H-2O)$] precursor with $Na_2S$ and 1.95 weight % of $Mn^{2+}$ dopant is described. Obtained valine capped nanocrystal was water dispersible and was optically characterized by UV-vis and solution PL spectroscopy. The solution PL spectrum for the valine capped ZnS:Mn nanocrystal showed an excitation peak at 280 nm and a very narrow emission peak at 558 nm respectively. The measured and calculated PL efficiency of the nanocrystal in water was 15.8%. The obtained powders were characterized by XRD, HR-TEM, and EDXS analyses. The particle size of the nanocrystal was also measured via a TEM image. The measured average particle size was 3.3 nm.
Nguyen, Thi Thu Huong;Wen, Jiangxian;Lee, Man Seung
Resources Recycling
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제31권3호
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pp.73-80
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2022
Reduction smelting of spent lithium-ion batteries at high temperature produces metallic alloys. Following solvent extraction of the leaching solutions of these metallic alloys with either sulfuric or hydrochloric acid, the raffinate is found to contain Ni(II), Co(II), Mn(II), and Si(IV). In this study, two cationic exchange resins (Diphonix and P204) were employed to investigate the loading behavior of these ions from synthetic sulfate and chloride solutions. Experimental results showed that Ni(II), Co(II), and Mn(II) could be selectively loaded onto the Diphonix resin from a sulfate solution of pH 3.0. With a chloride solution of pH 6.0, Mn(II) was selectively loaded onto the P204 resin, leaving Ni(II) and Si(IV) in the effluent. Elution experiments with H2SO4 and/or HCl resulted in the complete recovery of metal ions from the loaded resin.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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