Ferroelectric $LiTaO_3$ single crystals, grown by the Czochralski method, were thermally treated at temperature $1000^{\circ}C\;and\;1100^{\circ}C$. Electron paramagnetic resonance (EPR) study of stoichiometric $LiTaO_3$ and thermally treated $LiTaO_3$ crystals has been investigated by employing an X-band spectrometer. From the $Fe^{3+}$ EPR spectra, it turned out that there is no change of site location and local site symmetry around $Fe^{3+}$ impurity ion between stoichiometric and thermally treated $LiTaO_3$ single crystals. We confirmed that the ionic state of $Fe^{3+}$ ion changed after thermal treatment. The EPR parameters of $Fe^{3+}$ ion in $LiTaO_3$ single crystals are determined with effective spin Hamiltonian.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.169-169
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2017
Due to key roles for the electrochemical stability and charge capacity the solid-electrolyte interphase (SEI) has been extensively studied in anodes of a Li-ion battery cell. There is, however, few of investigation for cathodes. Using first-principles based calculations we describe atomic-level process of the SEI layer formation at the interface of a carbonate electrolyte and $LiMn_2O_4$ spinel cathode. Furthermore, using beyond the conventional density functional theory (DFT+U) calculations we examine the work function of the cathode and frontier orbitals of the electrolyte. Based on the results we propose that proton transfer at the interface is an essential mechanism initiating the SEI layer formation in the $LiMn_2O_4$. Our results can guide a design concept for stable and high capacity Li-ion battery cell through screening an optimum electrolyte fine-tuned energy band alignment for a given cathode.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.23
no.4
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pp.171-176
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2023
In the modern society of the 21st century, portable electronic products using secondary batteries are continuously becoming lightweight and miniaturized. And along with this trend, we are active in the era of the Fourth Industrial Revolution, where we collect and share information in our daily lives using wearable electronic devices. Therefore, the role of secondary batteries that can be recharged while using small home appliances and digital devices is increasingly important. Along with this increase, secondary battery performance tests require various test methods such as characteristics, lifespan, failure diagnosis, and recycling. In addition, the construction of a battery test system to ensure the safety and proper functioning of the battery, along with guidelines and correct basic knowledge are being considered. Therefore, in this paper, we will examine the characteristics of the secondary battery Li-ion battery according to the charging and discharging scenarios directly connected to the performance of the battery.
Bismuth is a promising anodic for Li-ion batteries (LIBs) due to its adequate operating voltage and high-volume capacity (3,765 mAh cm-3). Nevertheless, inevitable volume expansion during Bi alloy reactions leads to severe capacity loss and cell destruction. To address this, a complex of bismuth alloy nanoparticles (Bi@NC) embedded in an N doping-carbon coating is fabricated via a simple pyrolysis method. Nano-sized bismuth alloys can improve the reaction dynamics through a shortened Li+-ion diffusion path. In addition, the N-doped carbon coating effectively buffers the volume change of bismuth during the extended alloy/dealloy reaction with Li+ ions and maintains an effective conductive network. Based on the Thermogravimetric analysis (TGA) showed high bismuth alloy loading (80.9 wt%) and maintained a high gravimetric capacity of 315 mAh g-1 up to 100 cycles with high volumetric capacity of 845.6 mAh cm-3.
The surface modified $LiMn_2O_4$ materials with Li-Fe composites were prepared by a sol-gel method to improve the electrochemical performance of $LiMn_2O_4$ and were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy-energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS), and transmission electron microscopy (TEM)-EDS. XRD results indicate that all the samples (modified and pristine samples) have cubic spinel structures, and XRD, XPS, and TEM-EDS data reveal the formation of $Li(Li_xFe_xMn_{2-2x})O_4$ solid solution on the surface of particles. For the electrochemical properties, the modified material demonstrated dramatically enhanced reversibility and stability even at elevated temperature. These improvements are attributed to the formation of the solid solution, and thus-formed solid solution phase on the surface of $LiMn_2O_4$ particle reduces the dissolution of Mn ion and suppresses the Jahn-Teller effect.
Li ion전지용 LiMn$_{2}$O$_{4}$분말을 졸-겔법과 고상반응법으로 제조하여 분말의 특성과 전지의 특성을 비교하였다. 졸-겔법에 의해 제조된 LiMn$_{2}$O$_{4}$분말은 고상반응법에 의해 제조된 분말보다 낮은 온도에서 합성이 가능하고, 균질하고 작은 입자들로 구성되었으며, Li stoichiometry가 우수하여 전지의 방전용량이 크나 양이온 혼합도가 높아 전지의 내부저항이 크게 나타났다. 졸-겔법은 높은 Li stoichiometry와 균질한 입자 크기를 갖는 LiMn$_{2}$O$_{4}$분말 제조에 적당한 것으로 생각되며, 전지의 내부저항 문제는 분말의 하소온도와 냉각속도의 조절에 의해 가능할 것으로 판단된다.
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.
Ground state energy levels of the $Fe^{3+}$ paramagnetic impurity ion in stoichiometric $LiTaO_3$ and in congruent $LiTaO_3$ single crystals were calculated with electron paramagnetic resonance constants. Energy levels between six energy levels were obtained with spectroscopic splitting parameter g and zero field splitting constant D for $Fe^{3+}$ ion. The energy diagrams of $Fe^{3+}$ ion were different from different magnetic field directions ([100], [001], [111]) when magnetic field increases. The calculated ZFS energies of $Fe^{3+}$ ion in stoichiometric and congruent $LiTaO_3$ single crystals for ${\mid}{\pm}5/2$ > ${\leftrightarrow}{\mid}{\pm}3/2$ > and ${\mid}{\pm}3/2$ > ${\leftrightarrow}{\mid}{\pm}1/2$ > transitions were 12.300 GHz and 6.150 GHz, and 59.358 GHz and 29.679 GHz, respectively. It turns out that energy levels of $Fe^{3+}$ paramagnetic impurity in $LiTaO_3$ crystal are different from different crystal growing condition.
Leaching of $LiCoO_2$ as a cathodic active materials for recovering Li and Co from spent lithium ion battery was investigated in terms of reaction variables. At the optimum condition determined in the previous work, Li and Co in a $H_2SO_4$ and $HNO_3$ solution were dissolved 70~80% and 40%, respectively. Li and Co were leached over 95% with the addition of a reductant such as $Na_2S_2O_3$ or $H_2O_2$. This behavior is probably due to the reduction of $Co^{3+}$ to $Co^{2+}$. Leaching of $LiCoCo_2$ powder obtained by calcination of an electrode materials from spent batteries was also carried out. Leaching efficiency of Li and Co were over 99% at the optimum condition with $H_2O_2$ addition of 1.7 vol.%. It seems to be due to the activation of $LiCoO_2$ by repeated charging and discharging or an imperfect crystal structure by deintercalation of Li.
Graphite and carbonaceous materials showed an excellent capability as a negative electrode in Li-ion batteries because Li-ion can be intercalated and de-intercalated reversibly within most carbonaceous materials of layered structure. Also, the electrochemical potential of Li-intercalated carbon anode is almost identical with that of Li metal. In the present study, mesocarbon microbeads(MCMB) were used as anode electrode and its properties of charge/discharge and interfacial reaction with electrolyte were studied by Potentiostat/Galvanostat test, FT-IR analysis, XRD and SEM. The passivation film of solid-state was formed as the interface between electrode and electrolyte as the cell reaction began and, once formed, became thicker with repeated charge/discharge process. Also, the relationship between the passivation film formed at the electrode interface and storage capacity was discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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