The layered lithium-manganese oxide ($Li_2MnO_3$) as a cathode material of lithium ion secondary batteries was prepared and characterized the physico-chemical and electrochemical properties. The morphological and structural changes of MnO(OH) and $Li_2MnO_3$ are closely connected to the changes of electrochemical properties. The crystallinity of $Li_2MnO_3$ is enhanced as the annealing temperature increase, but its capacity is reduced due to the easier structural changes of less crystalline $Li_2MnO_3$ than highly crystalline one. Moreover, the addition of buffer material such as MnO(OH) into cathode causes to reduce the morphological and structural changes of layered $Li_2MnO_3$ and increase the discharge capacity and cycleability.
졸-겔(sol-gel) 방법을 이용하여 스피넬(spinel) 구조의 산화물 $LiMn_2O_4$ 박막을 Pt/Ti/$SiO_2$/Si 기판 위에 제작하여 그 구조적 성질 및 이차 전지 전기화학적 특성을 조사하였다. 박막에서의 Li/Mn 몰비(molar ratio)가 0.5 미만일 경우 박막에 $LiMn_2O_4$ 상뿐만 아니라 $Mn_2O_3$ 상이 존재함이 관측되었다. $LiMn_2O_4$ 박막을 이용한 반전극(half cell) 전지를 제작하여 충전-방전 순환과정을 반복수행 하였고, 과정 시작 전후에 X-ray diffraction 및 Raman spectroscopy 측정을 통하여 과정 중 발생하는 박막의 구조적 성질 변화를 조사하였다. 순수한 $LiMn_2O_4$ 박막 전지의 경우 충전-방전 횟수가 증가함에 따라 방전 용량은 서서히 감소하여 300회에 이르러서는 초기 용량의 72%로 줄어들었다. 이와 같은 결과는 충전-방전 과정 중 스피넬 구조의 사면체 자리로부터 탈리되었다가 다시 삽입되는 $Li^+$ 이온 수의 감소 및 이에 따르는 $Mn^{4+}$ 이온 수 증가와 관련이 있는 것으로 해석된다. 또한, 순환 횟수가 증가함에 따라 박막 내에 $Mn_2O_3$ 상의 밀도가 점차 증가함이 관측되었다.
A simple and effective method for the synthesis of LiMn$_{2}$O$_{4}$ powder as a cathode material for lithium secondary battery is reported. Micrometer size LiMn$_{2}$O$_{4}$ was prepared by combustion synthesis technique employing initial mixture of l.l LiNO$_{3}$ -1.3Mn-0.7MnO$_{2}$-1NaCl composition. Parametric study of the combustion process including molar ratio of Mn/MnO$_{2}$ and NaCl concentration were carried out under air atmosphere. The combustion products obtained were additionally heat treated at the temperature 900$^{\circ}C$ and the washed by distilled water. The results of charging-discharging characteristics revealed that LiMn$_{2}$O$_{4}$ cell synthesized in the presence of NaCl had a high capacity and much better reversibility than one formed without NaCl An approximate chemical mechanism for LiMn$_{2}$O$_{4}$ formation is proposed.
The stability of the cathode materials for Li secondary battery is an important factor for its cyclability. The present paper focuses on the structural stability of $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ during lithiation/delithiation of Li ions and compared to that of $LiMn_{2}O_4$. $LiMn_{2}O_4$ and $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ powders are synthesized using a solgel method and their structural and electrochemical properties are investigated by XRD, SEM, and charge-discharge tests. $Li_xMn_2O_4$ and $Li_xNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$(x = 0.9,0.5,0.1) specimens are obtained after charge/discharge tests by controlling the cut-off voltage for XRD and TEM investigation. The charge-discharge tests shows that initial capacity of $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ is 125 mAh/g and that of LiMn2O4 is around 100 mAh/g. The capacity of $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ is maintained 95% of its initial capacity whereas the capacity of $LiMn_{2}O_4$ is maintained 65% of its initial capacity.
Spinel $LiMn_2O_4$ and $LiMn_{1.9}Mg_{0.05}Zn_{0.05}O_4$ powders were synthesized by solid-state method at $800^{\circ}C$ for 36h. Crystal structure and electrochemical properties were analyzed by X-ray diffraction, charge-discharge test, cyclic voltammetry and ac impedance to $LiMn_2O_4$ and $LiMn_{1.9}Mg_{0.05}Zn_{0.05}O_4/Li$. All cathode material showed spinel structure in X-ray diffraction. $LiMn_{1.9}Mg_{0.05}Zn_{0.05}O_4/Li$ cell substituted $Mg^{2+}$ and $Zn^{2+}$ showed excellent discharge capacities than other cells, which it presented about 120mAh/g at the 1st cycle and about 73mAh/g at the 250th cycle, respectively. AC impedance of $LiMn_{1.9}Mg_{0.05}Zn_{0.05}O_4/Li$ cells showed the similar resistance of about $65{\sim}110{\Omega}$ before cycling.
Orthorhombic $LiMnO_2$ was synthesized by solid-state reaction using $LiOH{\cdot}H_{2}O$ and $Mn_{2}O_{3}$ as starting material. Its electrochemical properties as cathode in lithium batteries were examined. X-ray diiffraction revealed that the $LiMnO_2$ compound showed a well-defined orthorhombic phase of a space group with Pmnm. The capacity of $LiMnO_2$ agreed well with its specific surface area and grinding treatment was effective in improving cycling performance. For lithium polymer battery applications. the $LiMnO_2$ cell was characterized electrochemically by charge-discharge experiments. And the relationship between the characteristics of powder and electrochemical properties was studied in this research. A maximum discharge capacity of $160-170mAhg^{-1}$ for $LiMnO_2/Li$ cell was achieved.
Orthorhombic LiMnO$_2$ was synthesized by solid-state reaction using LiOH$.$H$_2$O and Mn$_2$O$_3$ as starting material. Its electrochemical properties as cathode in lithium batteries were examined. X-ray diffraction revealed that the LiMnO$_2$ compound showed a well-defined orthorhombic phase of a space group with Pmnm. The capacity of LiMnO$_2$ agreed well with its specific surface area and grinding treatment was effective in improving cycling performance. For lithium polymer battery applications, the LiMnO$_2$ cell was characterized electrochemically by charge-discharge experiments. And the relationship between the characteristics of powder and electrochemical properties was studied in this research. A maximum discharge capacity of 160-170mAhg$^{-1}$ for LiMnO$_2$/Li cell was achieved
The presently commercialized lithium-ion batteries use layer structured LiCoO₂ cathodes. Because of the high cost and toxicity of cobalt, an intensive search for new cathode materials has been underway in recent years. Recently, a concept of a one-to-one solid state mixture of LiNO₂ and LiMnO₂, i.e., Li[Ni/sub 0.5/Mn/sub 0.5/]O₂, was adopted by Ohzuku and Makimura to overcome the disadvantage of LiNiO₂ and LiMnO₂. Li[Ni/sub 0.5/Mn/sub 0.5/]O₂ has the -NaFeO₂ structure, which is characteristic of the layered LiCoO₂ and LiNiO₂ structures and shows excellent cycleability with no indication of spinel formation during electrochemical cycling. Layered Li[Ni/sub x/Co/sub 1-2x/Mn/sub x/]O₂ (x = 0.5 and 0.475) materials with high homogeneity and crystallinity were synthesized using a mechanical alloying method. The Li[Ni/sub 0.475/Co/sub 0.05/Mn/sub 0.475/]O₂ electrode delivers a high discharge capacity of 187 mAh/g between 2.8 and 4.6 V at a high current density of 0.3 mA/㎠(30 mA/g) with excellent cycleability. The charge/discharge and differential capacity vs. voltage studies of the Li[Ni/sub x/Co/sub 1-2x/Mn/sub x/]O₂ (x = 0.5 and 0.475) materials showed only one redox peak up to 50 cycles, which indicates that structural phase transitions are not occurred during electrochemical cycling. The magnitude of the diffusion coefficients of lithium ions for Li[Ni/sub x/Co/sub 1-2x/Mn/sub x/]O₂(x = 0.5 and 0.475) are around 10/sup -9/ ㎠/s measured by the galvanostatic intermittent titration technique (GITT).
In this work, $LiMn_2O_4$ and $LiNi_{1/3}Mn_{1/3}Co_{1/3}O_2$ cathode materials are mixed by some specific ratios to enhance the practical capacity, energy density and cycle performance of battery. At present, the most used cathode material in lithium ion batteries for EVs is spinel structure-type $LiMn_2O_4$. $LiMn_2O_4$ has advantages of high average voltage, excellent safety, environmental friendliness, and low cost. However, due to the low rechargeable capacity (120 mAh/g), it can not meet the requirement of high energy density for the EVs, resulting in limiting its development. The battery of $LiMn_2O_4-LiNi_{1/3}Mn_{1/3}Co_{1/3}O_2$ (50:50 wt%) mixed cathode delivers a energy density of 483.5 mWh/g at a current rate of 1.0 C. The accumulated capacity from $1^{st}$ to 150th cycles was 18.1 Ah/g when the battery is cycled at a current rate of 1.0 C in voltage range of 3.2~4.3 V.
The properties of LiMnO$_2$ was studied as a cathode active material for lithium polymer batteries. LiMnO$_2$ cathode active materials were synthesized by the reaction of LiOH . $H_2O$ and Mn$_2$O$_3$at various temperature under argon atmosphere. For lithium polymer battery applications, the LiMnO$_2$cell was characterized electrochemically by charge-discharge experiments and a.c. impedance spectroscopy. And the relationship between the characteristics of powders and electrochemical properties was studied in this research. A maximum discharge capacity of 160-170 mAh/g for ο-LiMnO$_2$ cell was achieved. Used that SP270 as electric active material in LiMnO$_2$, it is excellent than property of electric active material used Acetylene black or KS6 at charge/discharge capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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