In lithium-ion batteries(LIB), the development of electrolytes had mainly focused on the characteristics of lithium cobalt oxide($LiCoO_2$) cathode and graphite anode materials since the commercialization in 1991. Various studies on compatibility between electrode and electrolytes had been actively developed on their interface. Since then, as they try to adopt silicon and tin as anode materials and three components(Ni, Mn, Co), spinel, olivine as cathode materials for advanced lithium batteries, conventional electrolyte materials are facing a lot of challenges. In particular, requirements for electrolytes performance become harsh and complicated as safety problems are seriously emphasized. In this report, we summarized the research trend of electrolyte materials for the electrode materials of lithium rechargeable batteries.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.409-409
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2011
All solid-state thin film lithium batteries have many applications in miniaturized devices because of lightweight, long-life, low self-discharge and high energy density. The research of cathode materials for thin film lithium batteries that provide high energy density at fast discharge rates is important to meet the demands for high-power applications. Among cathode materials, lithium manganese oxide materials as spinel-based compounds have been reported to possess specific advantages of high electrochemical potential, high abundant, low cost, and low toxicity. However, the lithium manganese oxide has problem of capacity fade which caused by dissolution of Mn ions during intercalation reaction and phase instability. For this problem, many studies on effect of various transition metals have been reported. In the preliminary study, the Sn-substituted LiMn2O4 thin films prepared by pulsed laser deposition have shown the improvement in discharge capacity and cycleability. In this study, the thin films of LiMn2O4 and LiSn0.0125Mn1.975O4 prepared by RF magnetron sputtering were studied with effect of deposition parameters on the phase, surface morphology and electrochemical property. And, all solid-state thin film batteries comprised of a lithium anode, lithium phosphorus oxy-nitride (LiPON) solid electrolyte and LiMn2O4-based cathode were fabricated, and the electrochemical property was investigated.
1.5 V and 3.0 V-class film-type primary batteries were designed for radio frequency identification (RFID) tag. Efficient fabrication processes such as screen-printings of conducting layer ($25{\mu}m$), active material layer ($40{\mu}m$ for anode and $80{\mu}m$ for cathode), and electrolyte/separator/electrolyte layer ($100{\mu}m$), were adopted to give better performances of the 1.5 V-class film-type Leclanch$\acute{e}$ primary battery for battery-assisted passive (BAP) RFID tag. Lithium (Li) metal is used as an anode material in a 3.0 V-class film-type $MnO_2||$Li primary battery to increase the operating voltage and discharge capacity for application to active sensor tags of a radio frequency identification system. The fabricated 3.0 V-class film-type Li primary battery passes several safety tests and achieves a discharge capacity of more than 9 mAh $cm^{-2}$.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.6
no.1
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pp.34-42
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2001
A battery is the device that transforms the chemical energy into the direct-current electrical energy directly without a mechanical process. Unit cells are connected in series to obtain the required voltage, while being connected in parallel to organize capacity for load current and to decrease the internal resistance for corresponding the sudden shift of the load current. Because the voltage droop down in one set of battery is faster than in tow one, it amy result in the low efficiency of power converter with the voltage drop and cause the system shutdown. However, when the system being driven in parallel, a circular-current can be generated. The changing current differs in each set of battery because the system including batteries, rectifiers and loads is connected in parallel and it makes the charge voltage constant. It is shown that, as a result the new batteries are heated by over-charge and over-discharge, and the over charge current increases rust of the positive grid and consequently shortens the lifetime of the new batteries. The difference between the new batteries and old ones is the amount of internal resistance. In this paper, we can detect the unbalance current using the micro-processor and achieve the balance current by adjusting resistance of each set. The internal resistance of each set becomes constant and the current of charge and discharge comes to be balanced by inserting the external resistance into the system and calculating the change of internal resistance.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.27
no.8
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pp.528-534
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2014
Thermal batteries are primary reserve batteries that use inorganic salt as electrolytes which are inactive at room temperature. The two principal heat sources that have been used in thermal batteries are heat paper and heat pellets. As soon as the heat paper, which is ignited by the initiator, in turn ignites the heat pellets, all the solid electrolytes are melted into excellent ionic conductors. However, the high combustion temperature by heat papers in thermal batteries causes thermal decomposition at the cathode, eventually leading to a thermal runaway. In this paper, we have attempted to prepare $Zr/BaCrO_4$ heat papers coated with KCl molten salt. We have also investigated the effect of a molten salt coating on the heat papers through the thermal characteristics such as calorimetric value, combustion temperature and burning rate. The calorimetric value and combustion temperature of heat papers were reduced with an increase in the molten salt coating. As a result, the molten salt coating on heat papers greatly reduced risk of a thermal runaway and improved the stability of thermal batteries.
All solid state thin film batteries with two types of cell structure, Pt / $LiCoO_2$ / LiPON / Cu and Pt / $LiCoO_2$ / LiPON / $LiCoO_2$ / Cu, are prepared and their electrochemical performances are investigated to evaluate the effect of $LiCoO_2$ interlayer at the interface of LiPON / Cu. The crystallinity of the deposited $LiCoO_2$ thin films is confirmed by XRD and Raman analysis. The crystalline $LiCoO_2$ cathode thin film is obtained and $LiCoO_2$ as the interlayer appears to be amorphous. The surface morphology of Cu current collector after cycling of the batteries is observed by AFM. The presence of a 10 nm-thick layer of $LiCoO_2$ at the interface of LiPON / Cu enhances the interfacial adhesion and reduces the interfacial resistance. As a result, Li plating / stripping at the interface of LiPON / Cu during charge/discharge reaction takes place more uniformly on Cu current collector, while without the interlayer of $LiCoO_2$ at the interface of LiPON / Cu, the Li plating / stripping is localized on current collector. The thin film batteries with the interlayer of $LiCoO_2$ at the interface of LiPON / Cu exhibits enhanced initial coulombic efficiency, reversible capacity and cycling stability. The thickness of the anode current collector Cu also appears to be crucial for electrochemical performances of all solid state thin film batteries.
With the convergence of the information and communication technologies, a new age of technological civilization has arrived. This is the age of intelligent revolution, known as the 4th industrial revolution. The 4th industrial revolution is based on technological innovations, such as robots, big data analysis, artificial intelligence, and unmanned transportation facilities. This revolution would interconnect all the people, things, and economy, and hence will lead to the expansion of the industry. A high-density, high-capacity energy technology is required to maintain this interconnection. As a next-generation energy source, lithium-ion batteries are in the spotlight today. However, lithium-ion batteries can cause thermal runaway and fire because of electrical, thermal, and mechanical abuse. In this study, thermal runaway was induced in 72.5 Ah NCM pouch-type lithium-ion batteries because of thermal abuse. The surface of the pouch-type lithium-ion batteries was heated by the hot plate heating method, and the effect of the rate of increase in the surface temperature on the thermal runaway trigger time was analyzed using Minitab 19, a statistical analysis program. The correlation analysis results confirmed that there existed a strong negative relationship between each variable, while the regression analysis demonstrated that the thermal runaway trigger time of lithium-ion batteries can be predicted from the rate of increase in their surface temperature.
In wearable healthcare systems, sensor devices can be deployed in places around the human body such as the stomach, back, arms, and legs. The sensors use tiny batteries, which have limited resources, and old sensor batteries must be replaced with new batteries. It is difficult to deploy sensor devices directly into the human body. Therefore, instead of replacing sensor batteries, increasing the lifetime of sensor devices is more efficient. A transmission power control (TPC) algorithm is a representative technique to increase the lifetime of sensor devices. Sensor devices using a TPC algorithm control their transmission power level (TPL) to reduce battery energy consumption. The TPC algorithm operates on a closed-loop mechanism that consists of two parts, such as sensor and sink devices. Most previous research considered only the sink part of devices in the closed-loop. If we consider both the sensor and sink parts of a closed-loop mechanism, sensor devices reduce energy consumption more than previous systems that only consider the sensor part. In this paper, we propose a new approach to consider both the sensor and sink as part of a closed-loop mechanism for efficient energy management of sensor devices. Our proposed approach judges the current channel condition based on the values of various body sensors. If the current channel is not optimal, sensor devices maintain their current TPL without communication to save the sensor's batteries. Otherwise, they find an optimal TPL. To compare performance with other TPC algorithms, we implemented a TPC algorithm and embedded it into sensor devices. Our experimental results show that our new algorithm is better than other TPC algorithms, such as linear, binary, hybrid, and ATPC.
Lithium sulfur (Li-S) batteries have attracted considerable attention as a promising candidate for next-generation power sources due to their high theoretical energy density, low cost, and eco-friendliness. However, the poor electrical conductivity of sulfur and its insoluble discharging products (Li2S2/Li2S), large volume changes, severe self-discharge, and dissolution of lithium polysulfide intermediates result in rapid capacity fading, low Coulombic efficiency, and safety risks, hindering Li-S battery commercial development. In this study, a three-dimensionally (3D) connected hierarchical porous carbon framework (HPCF) derived from waste sunflower seed shells was synthesized as a sulfur host for Li-S batteries via a chemical activation method. The natural 3D connected structure of the HPCF, originating from the raw material, can effectively enhance the conductivity and accessibility of the electrolyte, accelerating the Li+/electron transfer. Additionally, the generated micropores of the HPCF, originated from the chemical activation process, can prevent polysulfide dissolution due to the limited space, thereby improving the electrochemical performance and cycling stability. The HPCF/S cell shows a superior capacity retention of 540 mA h g-1 after 70 cycles at 0.1 C, and an excellent cycling stability at 2 C for 700 cycles. This study provides a potential biomass-derived material for low-cost long-life Li-S batteries.
In zinc-air batteries, the gel polymer electrolyte (GPE) is an important factor for improving performance. The rigid physical properties of polyvinyl alcohol reduce ionic conductivity, which degrades the performance of the batteries. Zinc acetate is an effective additive that can increase ionic conductivity by weakening the bonding structure of polyvinyl alcohol. In this study, polymer electrolytes were prepared by mixing polyvinyl alcohol and zinc acetate dihydride. The material properties of the prepared polymer electrolytes were analyzed by Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and thermogravimetric analysis (TGA). Also, Electrochemical impedance spectroscopy was used to calculate ionic conductivity. The electrolyte resistances of GPE, 0.2 GPE, 0.4 GPE, and 0.6 GPE were 0.394, 0.338, 0.290, and 0.213 Ω, respectively. In addition, 0.6 GPE delivered 0.023 S/cm high ionic conductivity. Among all of the polymer electrolytes tested, 0.6 GPE showed enhanced cycle life performance and the highest specific discharge capacity of 11.73 mAh/cm2 at 10 mA. These results verified that 0.6 GPE improves the performance of zinc-air batteries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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