It is crucial to investigate the thermal degradation of lithium-ion batteries (LIBs) to understand the possible malfunction at high temperature. Herein, we investigated the effects of surface film formation on the thermal degradation of lithium cobalt oxide (LiCoO2, LCO) cathode that is one of representative cathode materials. Cycling test at 60℃ exhibited poorer cycleability compared with the cycling at 25℃. Cathodes after the initial 5 cycles at 60℃ (60-LCO) exhibited higher impedance compared to the cathode after initial 5 cycles at 25℃ (25-LCO), resulting in the lower rate capability upon subsequent cycling at 25℃, although the capacity values were similar at the lowest C-rate of 0.1C. In order to understand degradation of the LCO cathode at the high temperature, we analyzed the cathodes surface using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Among various peaks, intensity of lithium hydroxide (LiOH) increased substantially after the operation at 60℃, and the C-C signal that represents the conductive agent was distinctly lower on 60-LCO compared to 25-LCO. These results pointed to an excessive formation of cathode-electrolyte interphase including LiOH at 60℃, leading to the increase in the resistance and the resultant degradation in the electrochemical performances.
Choi, Jeong Eun;Bae, Ga Yeong;Yang, Jeong Min;Lee, Jong Dae
Korean Chemical Engineering Research
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v.51
no.3
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pp.308-312
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2013
Active carbons with high specific surface area and micro pore structure were prepared from the coconut shell char using the chemical activation method of NaOH. The preparation process has been optimized through the analysis of experimental variables such as activating chemical agents to char ratio and the flow rate of gas during carbonization. The active carbons with the surface area (2,481 $m^2/g$) and mean pore size (2.32 nm) were obtained by chemical activation with NaOH. The electrochemical performances of hybrid capacitor were investigated using $LiMn_2O_4$, $LiCoO_2$ as the positive electrode and prepared active carbon as the negative electrode. The electrochemical behaviors of hybrid capacitor using organic electrolytes ($LiPF_6$, $TEABF_4$) were characterized by constant current charge/discharge, cyclic voltammetry, cycle and leakage tests. The hybrid capacitor using $LiMn_2O_4$/AC electrodes had better capacitance than other hybrid systems and was able to deliver a specific energy as high as 131 Wh/kg at a specific power of 1,448 W/kg.
Jeong, Hyeon Taek;Kim, Se Hyun;Ahn, Won Jun;Choi, Jae Yong;Park, Hyeon Young;Kim, Chang Hyun;Kim, Yong Ryeol
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.35
no.4
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pp.1088-1095
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2018
In this study, reduced graphene oxide/polyaniline composite was fabricated tomaximize their advantages with electrochemical performances and use as a electrodematerial for supercapcaitor. Polyaniline as an electrode material was synthesized bychemical polymerization of aniline monomer and reduced graphene oxide wasintroduced to prepare composite with polyaniline without any pre-treatment. Thereduced graphene oxide, polyaniline and their composite electrodes were fabricatedon gold coated PET(polyethylene terephthalate) substrate through spray coatingmethod which can also apply to industrial scale. we have also prepared reducedgraphene oxide and polyaniline single material electrode to compare theirelectrochemical properties with reduced graphene oxide/polyaniline composite electrode. We have analyzed and compared electrochemical properties of eachelectrodes by using cyclic voltammetry(CV), galvanostaticcharge-discharge(GCD) and electrochemical impedancespectroscopy(EIS) at same condition. As a result, reduced graphene oxide /polyaniline composite electrode showed higher capacitance value more thanpolyaniline and reduced graphene oxide electrode, respectively. Internal resistanceof reduce graphene oxide/polyaniline composite electrode was 24% and 58% lessthan polaniline and reduced graphene oxide electrode respectively. These resultsconsidered that reduced graphene oxide/polyaniline composite electrode has potential ability and enable to apply flexible energy storage and wearable devices.
In this study, the electrochemical properties of pitch coated silicon sheets/graphite anode materials were investigated. Using NaCl as a template, silicon sheets were prepared through the stöber method and the magnesiothermic reduction methode. In order to synthesize the anode composite, the silicon sheets and graphite were combined with SDBS. The pitch coated silicon sheets/graphite was synthesized using THF as a solvent for the anode material composite. The physical properties of the prepared anode composites were analysed by XRD, SEM, EDS and TGA. The electrochemical performances of the prepared anode composites were performed by the current charge/discharge, rate performance, cyclic voltammetry and EIS tests in the electrolyte LiPF6 dissolved solvents (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%). As the silicon composition of silicon sheets/graphite composite material increased, the discharge capacity also increased, but the cycle stability tended to decrease. The anode material of pitch coated silicon sheets/graphite composite (silicon sheets:graphite=3:7 weight ratio) showed the initial discharge capacity of 1228.8 mAh/g and the capacity retention ratio of 77% after 50 cycles. From these results, it was found that the cycle stability of pitch coated silicon sheets/graphite was improved.
Choi, Na Hyun;Kim, Eun Bi;Yeom, Tae Ho;Lee, Jong Dae
Korean Chemical Engineering Research
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v.60
no.3
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pp.327-333
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2022
In this study, silicon/carbon nanotube/carbon (Si/CNT/C) composites for anode were prepared to improve the volume expansion of silicon used as a high-capacity anode material. Si/CNT were prepared by electrostatic attraction of the positively charged Si and negatively charged CNT and then hydrothermal synthesis was performed to obtain the spherical Si/CNT/C composites. Poly(vinylidene fluoride) (PVDF), polyacrylic acid (PAA), and styrene butadiene rubber (SBR) were used as binders for electrode preparation, and coin cell was assembled using 1.0 M LiPF6 (EC:DMC:EMC = 1:1:1 vol%) electrolyte and fluoroethylene carbonate (FEC) additive. The physical properties of Si/CNT/C anode materials were analyzed using SEM, EDS, XRD and TGA, and the electrochemical performances of lithium-ion batteries were investigated by charge-discharge cycle, rate performance, dQ/dV and electrochemical impedance spectroscopy tests. Also, it was confirmed that both capacity and rate performance were significantly improved using the PAA/SBR binder and 10 wt% FEC-added electrolyte. It is found that Si/CNT/C have the reversible capacity of 914 mAh/g, the capacity retention ratio of 83% during 50 cycles and the rate performance of 70% in 2 C/0.1 C.
Kim, Soo Yeon;Choi, Seung-Hyun;Lee, Eun Joo;Kim, Jeom-Soo
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.20
no.4
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pp.67-74
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2017
Layered Ni-rich NCM cathode materials $Li[Ni_xCo_{(1-x)/2}Mn_{(1-x)/2}]O_2$ ($x{\geq}0.6$) have advantages of high energy density and cost competitive over $LiCoO_2$. The discharge capacity of NCM increases proportionally to the Ni contents. However, there is a problem that it is difficult to realize the stable electrochemical performance due to cation mixing. In this study, synthesis conditions for the layered Ni-rich NCMs are investigated to achieve deliver the ones having good electrochemical performances. Synthesis parameters are atmosphere, lithium source, synthesis time, synthesis temperature and Li/M (M=transition metal) ratio. The degree of cation mixing gets worse as the Ni content is increased from $Li[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]O_2$ (NCM6) to $Li[Ni_{0.8}Co_{0.1}Mn_{0.1}]O_2$ (NCM8). It is confirmed that higher level of cation mixing affects negatively on the electrochemical performance of NCMs. Optimum synthesis conditions are explored for NCMx (x=6, 7, 8) in order to reduce the cation mixing. Under optimized conditions for three representative NCMx, a high initial discharge capacity and a good cycle life are obtained for $180mAh{\cdot}g^{-1}$, 96.2% (50 cycle) in NCM6, $187mAh{\cdot}g^{-1}$, 94.7% (50 cycle) in NCM7, and $201mAh{\cdot}g^{-1}$, 92.7% (50 cycle) in NCM8, respectively.
A $Li[Co_{1/3}Ni_{1/3}Mn_{1/3}]O_2$ cathode was modified by applying a $ZrF_x$ coating. The surface-modified cathodes were characterized by XRD, SEM, EDS, TEM techniques. XRD patterns of $ZrF_x$-coated $Li[Co_{1/3}Ni_{1/3}Mn_{1/3}]O_2$ revealed that the coating did not affect the crystal structure of the parent powder. SEM and TEM images showed that $ZrF_x$ nano-particles were formed as a coating layer, and EDS data confirmed that $ZrF_x$ distributed uniformly on the surface the powder. Capacity retention of coated samples at high C rates was superior to that of pristine sample. However, as the coating concentration increases beyond the optimum concentration, the rate capability was deteriorated. Whereas, as the increase of coating concentration to 2.0 wt %, the cyclic performances of the electrodes under the severe conditions (high cut-off voltage, 4.8 V, and high measurement temperature, $55^{\circ}C$) were improved considerably.
Coating of amorphous nitride thin layers, such as boron nitride (BN) and carbon nitride (CN), has been performed on carbon nanotubes (CNTs) for the purpose of enhancing their electron-emission performances because those nitride films have relatively low work functions and commonly exhibit negative electron affinity behavior. The CNTs were directly grown on metal-tip (tungsten, approximately 500 nm in diameter at the summit part) substrates by inductively coupled plasma-chemical vapor deposition (ICP-CVD). Sharpening of the tungsten tips were carried out by electrochemical etching. Morphologies and microstructures of BN and CN films were analyzed by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy dispersive x-ray (EDX) spectroscopy, and Raman spectroscopy. The electron-emission properties (such as maximum emission currents and turn-on fields) of the BN-coated and CN-coated CNT-emitters were characterized in terms of the thickness of BN and CN layers.
Two novel quinacridone (QNC) dyes with thiophene or benzene-conjugated bridge and cyanoacrylic acid acceptor were first designed and synthesized for use in dye-sensitized solar cells (DSSCs). The absorption spectra, electrochemical and photovoltaic properties of these dyes were investigated. Under simulated AM 1.5G irradiation conditions, the solar cell based on the quinacridone dye containing thiophene as a bridge unit had a short-circuit photocurrent density of 8.51 $mA{\cdot}cm^{-2}$, an open-circuit voltage of 643.6 mV, and a fill factor of 0.70, corresponding to an overall conversion efficiency of 3.86%.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.07b
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pp.1248-1253
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2004
This work describes the effect of electrode binder on the characteristics of electric double layer capacitor Among carboxymethylcellulose (CMC), Polyvinylpyrrolidone (PVP), Polyvinyl Alcohol (PVA), and Polyvinylidene Fluoride (PVDF), the unit cell using CMC showed good rate capability between $2.5mA/cm^2{\sim}100mA/cm^2$ current density. However, CMC as a binder is incongruent, because the electrode bound with CMC is rigid and easy to crack during a press and winding process for fabrication of capacitor. The unit cell capacitor using the electrode bound with binary binder composed of CMC and Polytetrafluoroethylene (PTFE), especially in composition CMC : PTFE : 60 : 40 wt.%, has exhibited the better mechanical properties than those of the unit cell with CMC. On the other hand, it was also noted that the mechanical properties of CMC+PTFE electrode, coated on underlayer composed of CMC and carbon black, were much improved the binding force.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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