In recent years, the rapid growth of portable electronic device market requires higher density characteristics of batteries. The speed at which portability and mobility is advancing hinges much on the battery. What is important is this energy source that engineers design handled devices around the battery, rather than the other way around. Much improvement has been made in reducing the power consumption of portable devices. Currently, the most popular secondary battery is Li-ion battery. Li-ion has won the limelight and become the most prominent battery. This paper reviews the prospect and future of the Li-ion battery.
Lithium ion batteries have been widely adopted as energy storage and the LIB global market has grown fastest. However, LIB players have struggled against maximizing energy density since commercial monolithic electrodes are limited by electrolyte depletion caused by long and tortuous Li-ion diffusion pathways. Recently, new strategies designing the structure of battery electrodes strive for creating fast Li-ion path and alleviating electrolyte depletion problem in monolithic electrodes. In this paper, given the fundamental and experimental approaches, we compare the monolithic to structured electrodes and demonstrate the ways to fabricate high energy, fast chargeable Lithium ion battery.
Kim, Taewhan;Choi, Woosung;Shin, Heon-Cheol;Choi, Jae-Young;Kim, Ji Man;Park, Min-Sik;Yoon, Won-Sub
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제11권1호
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pp.14-25
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2020
Li ion battery (LIB) is one of the most remarkable energy storage devices currently available in various applications. With a growing demand for high-performance batteries, the role of electrochemical analysis for batteries, especially, electrode reactions are becoming very important and crucial. Among various analytical methods, cyclic voltammetry (CV) is very versatile and widely used in many fields of electrochemistry. Through CV, it is possible to know electrochemical factors affecting the reaction voltage and reversibility, and furthermore, quantitative analysis on Li+ diffusivity as well as intercalation and capacitive reactions, and also anionic redox reaction. However, the explanation or interpretation of the results of CV is often deficient or controversial. In this mini-review, we briefly introduce the principle of cyclic voltammetry and its applications in LIB to bring a better understanding of the electrochemical reaction mechanisms involved in LIB.
The performance of Li-ion system based on $LiCoO_2$ and Graphite is well optimized for the 3C applications. The charge-discharge mode, the manufacturing process, the cell performance and the thermal reactions affecting safety has been explained in the engineering point of view. The energy density of the current LIB system is in the range of 300~400 Wh/l. In order to achieve the energy density higher than 500 Wh/l, the active materials should be modified or changed. Adopting new high capacity anode materials would be effective to improve energy density.
The various expanded graphites (EGs) was prepared and applied as anode material for high power Li-ion secondary battery (LIB). By changing the processing conditions of EG, a series of EG with different structure were produced, showing the changed electrochemical properties. The charge-discharge test showed that the initial reversible capacity of EG anodes prepared at the suitable conditions was over 400 mAh/g and the charge capacity at 5 C-rate was 83.2 mAh/g. These values demonstrated the much improved electrochemical properties as compared with those for the graphite anode of 360 mAh/g and 19.4 mAh/g, respectively, showing the possibility of EG anode materials for high power LIB.
고분자 분리막 기술은 리튬이온전지나 리튬폴리머전지와 같은 리튬이차전지의 성능을 좌우할 정도로 중요한 요소기술이다. 본 논문에서는 지금까지 개발되어 사용되고 있는 다양한 고분자 분리막의 특징 및 기술동향에 대하여 기술하고, 보다 적합한 분리막의 요건을 만족시키기 위한 고분자물질의 판단기준을, 특히 안정성 측면에서 살펴보고자 한다. 또한 실제 리튬이온전지용 분리막을 제조하기 위한 제조공정을 통해 고분자재질의 특징과 관련한 적용성의 여부를 판단코자 하며, 제조된 분리막에 대한 실용화 가능성을 판단하기 위한 분리막의 물리적 요구치 및 측정법에 대하여 기술코자 한다.
This paper presents a new state of charge(SOC) estimation of large capacity of Li-ion battery (LIB) based on the multiple model adaptive estimation(MMAE) method. We first introduce an equivalent circuit model of LIB. The relationship between the terminal voltage and the open circuit voltage(OCV) is nonlinear and may vary depending on the changes of temperature and C-rate. In this paper, such behaviors are described as a set of multiple linear time invariant impedance models. Each model is identified at a temperature and a C-rate. These model set must be obtained a priori for a given LIB. It is shown that most of impedances can be modeled by first-order and second-order transfer functions. For the real time estimation, we transform the continuous time models into difference equations. Subsequently, we construct the model banks in the manner that each bank consists of four adjacent models. When an operating point of cell temperature and current is given, the corresponding model bank is directly determined so that it is included in the interval generated by four operating points of the model bank. The MMAE of SOC at an arbitrary operating point (T $^{\circ}C$, $I_{bat}$[A]) is performed by calculating a linear combination of voltage drops, which are obtained by four models of the selected model bank. The demonstration of the proposed method is shown through simulations using DUALFOIL.
Kim, Jineun;Lee, Suhyun;Kim, Kun Woo;Son, Jungman;Mun, Junyoung
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제12권4호
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pp.424-430
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2021
The element iron (Fe) is affordable and abundantly available, and thus, it finds use in a wide range of applications. As regards its application in rechargeable lithium-ion batteries (LIBs), the electrochemical reactions of Fe must be clearly understood during battery charging and discharging with the LIB electrolyte. In this study, we conducted systematic electrochemical analyses under various voltage conditions to determine the voltage at which Fe corrosion begins in general lithium salts and organic solvents used in LIBs. During cyclic voltammetry (CV) experiments, we observed a large corrosion current above 4.0 V (vs. Li/Li+). When a constant voltage of 3.7 V (vs. Li/Li+), was applied, the current did not increase significantly at the beginning, similar to the CV scenario; on the other hand, at a voltage of 3.8 V (vs. Li/Li+), the current increased rapidly. The impact of this difference was visually confirmed via scanning electron microscopy and optical microscopy. Our X-ray photoelectron spectroscopy measurements showed that at 3.7 V, a thick organic solid electrolyte interphase (SEI) was formed atop a thin fluoride SEI, which means that at ≥3.8 V, the SEI cannot prevent Fe corrosion. This result confirms that Fe corrosion begins at 3.7 V, beyond which Fe is easily corrodible.
본 연구에서는 리튬이온전지의 충방전시 발생하는 발열특성을 CFD 모델링하고, 발열에 따른 충방전 특성을 해석하였다. 리튬이온전지는 직교 파우치형 구조로서 두께방향으로의 1차원계로 설정하여, 전류밀도 방정식, 열 및 물질전달 지배방정식을 도입하였다. Cut-off 전압이 3 V에서 충방전 전류밀도가 1C($17.5A/m^2$), 3C($52.5A/m^2$) 와 5C($87.5A/m^2$)에 대하여, 298K의 등온계와 충방전 전류밀도 별 발열계로 각각 설정하였다. 등온계와 발열계에서 모두 충방전 전류밀도가 높을수록 전지의 용량은 감소되는 것으로 나타났다. 등온계에 비하여 발열계에서 충방전 시간이 증가하였으며, 이는 발열에 의한 온도의 증가로 인해 전극의 평형전위가 감소하고, 리튬이온의 확산계수가 증가하기 때문인 것으로 고려된다. 또한, 리튬이온전지의 충전과 방전에 의한 열 발생 영향을 제어하기 위한 냉각효과를 분석하였다.
한국자원리싸이클링학회 2005년도 추계정기총회 및 제26회 학술발표대회 고분자리싸이클링기술 특별심포지엄
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pp.173-177
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2005
리튬이온 2차전지(Lithium ion battery, LIB)는 기존에 사용되던 전지에 비해 에너지 밀도가 높고 충방전 사이클이 우수하다. 이 때문에 휴대전화와 노트북 등에 수요가 급속하게 증가하고 있으며 1995년 LIB의 생산량은 4천만 개에서 2004년에는 약 8억 개로 20배 이상 증가하였다. 이에 따라 폐LIB도 급속하게 증가하게 되어 전국적인 재활용 시스템의 확보가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 폐LIB에 함유되어 있는 유가금속 중에서 리튬코발트옥사이드(이하 $LiCoO_2$)를 회수하기 위하여 분쇄기(orient vertical cutting mill)와 진동 Screen을 사용하여 유기분리막, 금속류(Aluminium foil, Copper foil, case 등) 그리고 전극물질(lithium cobalt oxide와 graphite 등의 혼합 분말)로 분리하였다. 전극물질에서 $LiCoO_2$와 graphite 분리를 위한 전처리 단계로서 $500^{\circ}C$ 정도의 열처리를 하여 $LiCoO_2$의 표면 성질을 변화시켜 부유선별에 의해 $LiCoO_2$와 graphite의 분리가 가능하도록 하였다. 부유선별 실험 결과 93% 이상의 순도를 가지는 $LiCoO_2$를 92% 이상 회수할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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