• Journal of the Korean Electrochemical Society
• /
• v.19 no.1
• /
• pp.1-8
• /
• 2016

Capacity of layered lithium nickel-cobalt-manganese oxide ($LiNi_{1-x-y}Co_xMn_yO_2$) cathode material can increase by raising the charge cut-off voltage above 4.3 V vs. $Li/Li^+$, but it is limited due to anodic instability of conventional electrolyte. We have been screening and evaluating various sulfone-based compounds of dimethyl sulfone (DMS), diethyl sulfone (DES), ethyl methyl sulfone (EMS) as electrolyte additives for high-voltage applications. Here we report improved cycling performance of $LiNi_{0.5}Co_{0.2}Mn_{0.3}O_2$ cathode by the use of dimethyl sulfone (DMS) additive under an aggressive charge condition of 4.6 V, compared to that in conventional electrolyte, and cathode-electrolyte interfacial reaction behavior. The cathode with DMS delivered discharge capacities of $198-173mAhg^{-1}$ over 50 cycles and capacity retention of 84%. Surface analysis results indicate that DMS induces to form a surface protective film at the cathode and inhibit metal-dissolution, which is correlated to improved high-voltage cycling performance.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
• /
• v.16 no.3
• /
• pp.169-176
• /
• 2013

Solid state lithium oxide compounds of layered structure, which has high stability of structure, are mainly used as the cathode materials in lithium-ion batteries (LIBs). Recently, the investigation of Solid Electrolyte Interphase (SEI) between active materials and electrolyte has been focusing to improve the performance of lithium-ion batteries. For the investigation of the SEI, the study of surface properties of cathode materials and anode materials is also required in advance. $LiNiO_2$ and $LiCoO_2$ are very similar layered structure of cathode active materials and representative solid state lithium oxide compounds in LIBs. Various experimental and theoretical studies have been doing for $LiCoO_2$. The theoretical investigation of $LiNiO_2$ is not sufficient, however, even if experimental studies of $LiNiO_2$ are enough. In this study, the surface energies of nine facets of $LiNiO_2$ crystal facets were calculated by Density Functional Theory. In XRD data of $LiNiO_2$, (003), (104), (101), et al. facets are main surfaces in order. However, the results of calculation are different with XRD data. Thus, both (104) and (101) facets, which are energetically stable and measured in XRD, are mainly exposed in the surface of $LiNiO_2$ and it is expected that intercalation and de-intercalation of Li-ion will be affected by them.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2003.03a
• /
• pp.216-216
• /
• 2003

현재 상용화되어 있는 리튬 이차전지용 양극재료로는 비교적 작동전압이 높은 층상 암염구조(LiCoO$_2$, LiNiO$_2$) 및 Spinet계(LiMn$_2$O$_4$) 전이금속 산화물이 대부분 이용되고 있다 하지만 LiCoO$_2$나 LiNiO$_2$ 같은 상용화 물질은 비교적 높은 비용과, 강한 독성 때문에 많은 문제점을 가지고 있다. 또 Spinel(LiMn$_2$O$_4$)는 낮은 비용과 환경친화적인 장점에도 불구하고 Jahn-Teller 변형과 관련된 구조적 변형이 심각하기 때문에 사이클시 비가역적인 용량의 감소가 심각하다. 이러한 관점에서 전이금속보다 그 양이 풍부하고 저렴할 뿐만 아니라 독성이 없는 Olivine 구조 (LiFePO$_4$)를 갖는 phosphate계 화합물에 관심을 가지게 되었다. LiFePO$_4$는 리튬 음극과 3.4V의 방전전압을 나타내며, 170mAh/g의 이론용량을 가지고 있어, Fe-base의 장점은 물론 안정적인 결정구조 및 현재 상용화된 재료들과 비슷한 에너지 밀도를 가진다. 따라서 본 연구에서는 양극물질의 기존 두 제조법인 고상반응법과 sol-gel법으로 대표되는 제조법의 단점을 상호 보완될 수 있다고 판단되는 기계적 합금화법(Mechanical Alloying, MA)공정을 도입하여 초미세립 분말 제조에 초점을 맞추어 Olivine phosphate계 양극물질의 제조 및 전기화학적 특성을 연구하였다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
• /
• v.25 no.3
• /
• pp.116-120
• /
• 2015

$La_2NiO_{4+{\delta}}$ based oxides, a mixed electronic-ionic conductors (MIECs) with $K_2NiF_4$ type structure, have been considerably investigated in recent decades as electrode materials for advanced solid oxide fuel cells (SOFCs) due to their high electrical conductivity, and oxidation reduction reaction (ORR). In this study, structure properties of $La(Ca)_2Ni(Cu)O_{4+{\delta}}$ were studied as a potential cathode for intermediate temperature SOFCs (IT-SOFCs).

• Applied Chemistry for Engineering
• /
• v.2 no.2
• /
• pp.165-174
• /
• 1991

The kinetics and the mechanism for the selective oxidation of ethylene on the supported monolithic silver catalyst were experimentally investigated in a fixed bed tubular reactor. The formation rates of ethylene oxide and carbon dioxide were measured at the atmospheric pressure with various combinations of partial pressures of ethylene and oxygen at temperature range of $225-300^{\circ}C$, conversion with 1.2-7.5 %, and then the mechanism of the selective oxidation of ethylene was verified. Their formation rates fitted with the Langmuir-Hinshelwood mechnism. The ethylene oxide and carbon dioxide are produced by reation of adsorbed ethylene with monoatomic oxygen adsorbed on the active sites of Ag-surface, and their formation rate equation are expressed as : $R_{EO}={\frac{k_1K_0{^{1/2}}K_EK_SP_{02}{^{3/2}}P_E}{(1+{\sqrt{K_0P_{02}}}+K_EP_E+K_PP_P)^2(1+{\sqrt{K_SP_{02}})^2}}$ $R_C={\frac{k_2K_0{^3}K_EK_S{^{7/2}}P_{02}{^{13/2}}P_E}{(1+{\sqrt{K_0P_{02}}}+K_EP_E+K_PP_P)^7(1+{\sqrt{K_SP_{02}})^7}}$ The activation energies of ethylene oxide and dioxide and carbon dioxide formations can be estimated to be 12.25 and 17.85 Kcal/mol, respectively.

• Journal of the Mineralogical Society of Korea
• /
• v.25 no.4
• /
• pp.283-293
• /
• 2012

In order to have better insights into the chemical differentiation of Earth from its magma ocean phase to the current stratified structure, detailed information of crystallization kinetics of silicate melts consisting of the magma ocean is essential. The structural transitions in oxide glasses and melts upon crystallization provide improved prospects for a systematic and quantitative understanding of the crystallization processes. Here, we report the $^{27}Al$ 3QMAS NMR spectra for sol-gel synthesized $Al_2O_3$ glass with varying temperature and annealing time. The NMR spectra for the amorphous $Al_2O_3$ show well-resolved Al coordination environments, characterized with mostly $^{[4,5]}Al$ and a minor fraction of $^{[6]}Al$. The fraction of $^{[5]}Al$ in the alumina phase decreases with increasing annealing time at constant temperature. The NMR results of $Al_2O_3$ phases also imply that multiple processes (e.g., crystallization and/or changes in structural disorder within glasses) could involve upon its phase transition. The current results and method can be useful to understand crystallization kinetics of diverse natural and multi-component silicate glasses and melts. The potential result may yield atomic-level understanding of Earth's chemical evolution and differentiation from the magma ocean.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2007.11a
• /
• pp.259-259
• /
• 2007

층상구조의 전이금속 산화물($LiMO_2$, M=Co, Ni, Mn)은 리튬이차전지용 양극재료로 활발한 연구가 진행되고 있다. 차세대 리튬이차전지 시스템의 개발 및 고성능화를 위해서는 전지의 용량을 결정하는 핵심 부품인 양극재료의 고용량화 및 고안정화는 필수 불가결하다. 따라서 본 연구에서는 상업적으로 큰 장점이 있는 고상반응 공정을 이용하여 리튬이차전지용 양극소재를 제조하고, 소재의 전기화학적, 구조적인 특성을 평가하였으며, 다음과 같은 주제를 가지고 연구를 진행하였다. $LiCoO_2$ 양극재료는 리튬이온전지로 널리 사용되고 있다. 높은 에너지 밀도의 리튬이온전지를 얻기 위해서는 $LiCoO_2$ 양극재료가 고용량화 및 고밀도화를 가져야 한다. 여기서 $LiCoO_2$ 분말이 irregular particle morphology를 가지면 tap density가 $2.2-2.4gcm^{-3}$로 에너지 밀도가 낮으나, 구형 $LiCoO_2$의 정극재료는 tap density가 $2.6-2.8gcm^{-3}$로 상대적으로 energy density가 높아지는 효과가 있다. 구형 $LiCoO_2$ 양극재료를 합성하기 위해서는 chelating agent를 이용한 "controlled crystallization" 침전법을 사용하여 합성한 구형 코발트 수화물을 사용하고 있다. "controlled crystallization" 침전법에서 사용되는 chelating agent로는 주로 ammonia가 이용되고 있다. 본 연구에서는 chelating agent로 ethylene diamine을 사용하여 sodium hydroxides를 precipitation으로 침전 반응하여 구형 코발트 수화물을 합성하였다. 상기 방법으로 합성된 코발트 수화물과 리튬 수화물($LiOH{\cdot}H_2O$-고순도화학(高殉道化學))을 사용하여 고상법을 통하여 $LiCoO_2$를 합성하였다. 제조된 분말의 결정구조와 전기화학적 특성분석은 X-선 회절분석 및 리트벨트 구조정산, 그리고 충/방전 싸이클링을 수행하였으며, 분말의 미세구조 변화를 SEM을 이용하여 분석하였다.

• Resources Recycling
• /
• v.22 no.4
• /
• pp.62-69
• /
• 2013

A study on the recovery of lithium and leaching behavior of NCM powder by carbon reduction for NCM-system Li-ion battery scraps was conducted. First of all, the oxide powders of NCM-system with layer structure were decomposed by carbon, lithium was converted to lithium carbonate by carbon reaction at above $600^{\circ}C$. The lithium carbonate powders with 99% purity were manufactured by washing method with water and concentration process for NCM powder after carbon reduction. The reaction yield was approximately 88% at $800^{\circ}C$ by carbon reduction. At this time, leaching efficiency at 2M sulfuric acid concentration was over 99% for cobalt, nickel and manganese.

• Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
• /
• 2001.11a
• /
• pp.30-30
• /
• 2001

$Bi_2Te_3$계 열전재료는 200~400K 정도의 저온에서 네어지 변환효율이 가장 높은 재료로써 열전냉각, 바런재로 등에 응요하기 위하여ㅠ 제조법 및 특서에 관한 많은 연구가 진행되어 왔다. $Bi_2Te_3$계 화합물은 rhombohedral의 결정 구조를 가지는 층상 화 ;물로 결정대칭성으로 인해 연전기적으로 큰 이방성을 나타낸다. 현재는 일반향용고법에 의해서 입자를 a축 방향으로 성장시켜 큰 결정립을 가진 다결정재료를 사용하고 있으나, c면이 매우 취약하기 때문에 가공서이 나쁘다. 따라서 이와같은 단점을 개선하기 위하여 기계적 강도를 높일 수 있는 가공공정 및 합금설계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 측히 열간 압출법으로 제조된 열전재료는 결정립의 미세화와 높은 이방성으로 성능지수와 기계적 강도를 향상시킬 수 있다는 연구결과가 보고되고 있다 또한 Schultz드의 연구결과에 의하면 $Bi_2Te_3$ 계 열전재료는 소성변형에 의하여 발생한 점결함에 의하여 캐리어 농도가 변화되며 이로 인하여 재료의 전기적 성질이 결정된다고 하였다. 따라서 상당히 큰 소성가공량과 열전측성과의 관계를 규명하는 것은 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 압출변수 중 소성가공량에 중요한 변수로 작요아는 압출비를 변화시켜 최적의 열간 소성가공량을 검토하고, 이에 따른 열전측성과 압출비와의 상관관계에 대하여 연구하는 것을 목적으로 하였다. 연구에 사용된 N형의 조성은$Bi_2Te_{2.75}Se_{0.15}$로서 순도 99.99를 사용하였고, dopant로 0.1wt%의 $SbI_3$를 사용하였다. $Bi_2Te_{2.75}Se_{0.15}$ 분말은 가스분사법(Gas atomization Process)를 이용하여, 용탕제조시 아르곤가스로 산화를 방지하였고, 냉매로는 질소가스를 이용하였다. 제조된 분말을 기ㅖ적 분급법을 이용하여 분급하였고, 냉매로는 질소가스를 이용하였다. 제조된 분말을 기계적 분급ㅂ법을 이용하여 분급하였고, 압출에 이용된 분말은 250$\mu\textrm{m}$이하의 크기를 사용하였다. 또한 분말제조과정 중 형성되는 표면산화층을 제거하기 위하여 36$0^{\circ}C$에서 4시간동안 수소 환원처리를 행하였다. 제조된 분말은 열간 압출을 위하여 Aㅣcan에 넣고 냉간성형체를 만들고, 진공처리를 한 후 밀봉하여 탈가스처리를 하였다. 압출다이는 압출비가 각각 28:1과 16:1인 평다이(9$0^{\circ}C$)를 사용하여 각각 내경이 9, 12cm이고, 길이가 50, 30cm인 압출재를 제조하였다. 열간압출한 후의 미세조직을 광학현미경으로 압출방향에 평행한 방향과 수직방향으로 관찰하였고, 열간 압출재 이방성을 검토하기 위하여 X선 회절분석을 실실하여 결정방위를 확인하였다. 전기 비저항 및 Seebeck 계수 측정을 위하여 각각 2$\times$2$\times$10$mm^3$ 그리고 5$\times$5$\times$10$mm^3$ 크기의 시편을 준비하였다.준비하였다.

• Korean Journal of Mineralogy and Petrology
• /
• v.33 no.3
• /
• pp.143-152
• /
• 2020

Birnessite is a layered manganese oxide mineral with ~7 Å of d-spacing. Because of its high cation exchange capacity, birnessite greatly impacts the chemical compositions of ground water and fluids in sediment pores. Understanding the cation exchange mechanisms requires atomistic investigations of the crystal structures and coordination environments of hydrated cations in the interlayer. In this study, we conducted classical molecular dynamics (MD) simulations, an atomistic simulation method of computational mineralogy, for triclinic Na-birnessite and K-birnessite whose chemical formula are from previous experiments. We report our MD simulation results of the crystal structures, coordination environments of Na⁺ and K⁺, and the polytypes of birnessite and compare them with available experimental results. The simulation results well reproduced experimental lattice parameters and provided atomic level information for the interlayer cation and water molecule sites that are difficult to distinguish in X-ray experiments. We also report that the polytype of the Mn octahedral sheets is identical between Na- and K-birnessite, but the cation positions differ from each other, demonstrating a correlation between the coordination environment of the interlayer cations and the crystal lattice parameters. This study shows that MD simulations are very promising in elucidating ion exchange reactions of birnessite.