Kim, Soo-Min;Kim, Sang-Hun;Kim, Jin-Ho;Kim, Ung-Soo;Hwang, Hae-Jin;Cho, Woo-Seok
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.22
no.5
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pp.728-734
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2011
$LiFePO_4$ is a promising cathode material for secondary lithium batteries due to its high energy density, low cost and safety. $LiFePO_4$ was synthesized by the citrate process under reductive, neutral, and oxidative, atmospheres and the crystal structure was analyzed by X-ray powder diffraction. The samples synthesized under $N_2$ and $H_2$ atmosphere showed a single phase of a olivine structure, where the samples synthesized under $O_2$ atmosphere exhibited second phase of $Fe2O_3$. All the samples synthesized at 400, 600 and $800^{\circ}C$ under $N_2$ atmosphere presented a single phase of olivine. Residual organic material was observed for the sample synthesized at $400^{\circ}C$. There was nearly no intensity difference between the samples synthesized at $600^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$. The electrochemical characteristic of the $LiFePO_4$ synthesized at $600^{\circ}C$ in the $N_2$ atmosphere was analyzed. The result exhibited an high discharge capacity of 160 mAh/g at the first cycle, and 155-160 mAh/g after 45 cycles.
Porous $LiMn_{0.6}Fe_{0.4}PO_4$ (LMFP) was synthesized by a sol-gel process. Uniform dispersion of the conductive carbon source throughout LMFP with uniform carbon coating was achieved by heating a stoichiometric mixture of raw materials at $600^{\circ}C$ for 10 h. The crystal structure of LMFP was investigated by Rietveld refinement. The surface structure and pore properties were investigated by SEM, TEM and BET. The LMFP so obtained has a high specific surface area with a uniform, porous, and web-like nano-sized carbon layer at the surface. The initial discharge capacity and energy density were 152 mAh/g and 570 Wh/kg, respectively, at 0.1 C current density, and showed stable cycle performance. The combined effect of high porosity and uniform carbon coating leads to fast lithium ion diffusion and enhanced electrochemical performance.
Polyethylene (PE) separator is the most popular separator for lithium-ion batteries. However, it suffers from thermal contraction and mechanical rupture. In order to improve the thermal/mechanical dimensional stabilities, this study investigated the effects of $Si_3N_4$ coating. SCS (Silicon-nitride Coated Separator) has been fabricated by applying 10 ${\mu}m$-thick $Si_3N_4$/PVdF coating on one side of PE separator. SCS exhibits enhanced thermal stability over $100{\sim}150^{\circ}C$: its thermal shrinkage is reduced by 10~20% compared with pristine PE separator. In addition, SCS shows higher tensile strength than PE separator. Employing SCS hardly affects the C-rate performance of $LiCoO_2$/Li coin-cell, even though its ionic conductivity is somewhat lower than that of PE separator.
Kim, Jun-Il;Lee, Jae-Won;Park, Sun-Min;Roh, Kwang-Chul;Sun, Yang-Kook
Applied Chemistry for Engineering
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v.21
no.5
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pp.590-592
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2010
Li-Mn spinel ($LiMn_2O_4$) is prepared by a hydrothermal process with K-Birnessite ($KMnO_4{\cdot}yH_2O$) as a precursor. The K-Birnessite obtained via a hydrothermal process with potassium permanganate [$KMnO_4$] and urea [$CO(NH_2)_2$] as starting materials are converted to Li-Mn spinel nanoparticles reacting with LiOH. The molar ratio of LiOH/K-Birnessite is adjusted in order to find the effect of the ratio on the structural, morphological and electrochemical performances of the Li-Mn spinel. X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and thermogravimetry (TG) are used to investigate the crystal structure and morphology of the samples. Galvanostatic charge and discharge are carried out to measure the capacity and rate capability of the Li-Mn spinel. The capacity shows a maximum value of $117\;mAhg^{-1}$ when the molar ratio of LiOH/K-Birnessite is 0.8 and decreases with the increase of the ratio. However the rate capability is improved with the increase of the ratio due to the reduction of the particle size.
사티탄산칼륨을 리튬이온 전지의 양극재료로써 사용하고자 할 때 사티탄산칼륨의 합성 열처리 온도가 리튬이온 치환량에 미치는 영향에 대해 조사하였다. 사티탄산칼륨은 $K_2$O와 TiO$_2$의 몰 비를 1 : 3.91로 칭량하여 95$0^{\circ}C$, 100$0^{\circ}C$, 105$0^{\circ}C$에서 각각 합성하였다. 그 후, 사티탄산칼륨의 (Ti$_4$O$_{9}$ )$^{2-}$ 층간에 존재하는 $K^{+}$ 이온을 H$^{+}$ 이온으로 치환하고 이것을 다시 Li$^{+}$ 이온으로 치환하였다. 사티탄산칼륨의 합성 열처리 온도가 증가할수록 사티탄산칼륨의 (Ti$_4$O$_{9}$ )$^{2-}$ 층간의 거리가 감소했고 사티탄산칼륨의 길이가 증가했다. 95$0^{\circ}C$에서 열처리된 사티탄산칼륨의 리튬이온 치환량이 가장 많았다. 이는 상대적으로 낮은 합성 열처리 온도에서 사티탄산칼륨의 (Ti$_4$O$_{9}$ )$^{2-}$ 층간의 거리가 넓어져 리튬이온의 층간 이동이 쉬어졌고, 고온에서 열처리되어 길이가 긴 사티탄산칼륨에 비해 저온에서 열처리된 사티탄산칼륨은 길이가 짧아져 리튬이온이 (Ti$_4$O$_{9}$ )$^{2-}$ 층간으로 이동해 가는 거리가 짧아졌으며 아울러 짧은 사티탄산칼륨의 개수가 동일한 무게 당긴 사티탄산칼륨의 개수보다 많으므로 리튬이온의 치환량이 많아진다고 사료된다.
Kim, Kun Woo;Lee, Jae Gil;Park, Hosang;Kim, Jongjung;Ryu, Ji Heon;Kim, Young-Ugk;Oh, Seung M.
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.17
no.1
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pp.49-56
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2014
As an electrolyte additive, the effects of lithium bis(oxalate)borate (LiBOB) on the electrochemical properties of a carbon-coated silicon monoxide (C-coated SiO) negative electrode are investigated. The used electrolyte is 1.3M $LiPF_6$ that is dissolved in ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), and diethyl carbonate (DEC) (5:25:70 v/v/v) with or without 0.5 wt. % LiBOB. In the LiBOB-free electrolyte, the film resistance is not so high in the initial period of cycling that lithiation is facilitated to generate the crystalline $Li_{15}Si_4$ phase. Due to repeated volume change that is caused by such a deep charge/discharge, cracks form in the active material to cause a resistance increase, which eventually leads to capacity fading. When LiBOB is added into the electrolyte, however, more resistive surface film is generated by decomposition of LiBOB in the initial period. The crystalline $Li_{15}Si_4$ phase does not form, such that the volume change and crack formation are greatly mitigated. Consequently, the C-coated SiO electrode exhibits a better cycle performance in the later cycles. At an elevated temperature ($45^{\circ}C$), wherein the effect of film resistance is less critical, the alloy ($Li_{15}Si_4$ phase) formation is comparable for the LiBOB-free and added cell to give a similar cycle performance.
Ni-rich system $Li[Ni_{1-x-y}Co_xMn_y]O_2$ of lithium secondary battery cathode material keep a high discharge capacity. However, by the Ni content increases, there is a problem that the electrochemical properties and stability of the structure are reduced. In order to solve these problems, research for positive ion doping is performed. The one of the cathode material, barium-doped $Li[Ni_{0.6-x}Ba_xCo_{0.1}Mn_{0.3}]O_2$ (x=0.01), was synthesized by the precursor, $Ni_{0.6}Co_{0.1}Mn_{0.3}(OH)_2$, from the co-precipitation method. The barium doped materials have studied the structural and electrochemical properties. The analysis of structural properties, results of X-ray diffraction analysis, and those results confirmed the change of the lattice from the binding energy in the structure by barium doping. Increased stability of the layered structure was observed by $I_{(006)}+I_{(102)}/I_{(101)}$(R-factor) ratio decrease. we expected that the electrochemical characteristics are improved. 23 mAh/g discharge capacity of barium-doped $Li[Ni_{0.6-x}Ba_xCo_{0.1}Mn_{0.3}]O_2$ (x=0.01) electrode is higher than discharge capacity of $Li[Ni_{0.6}Co_{0.1}Mn_{0.3}]O_2$ due to decrease overvoltage. And, through the structural stability was confirmed that improved the cycle characteristics. We caused a reduction in charge transfer resistance between the electrolyte and the electrode was confirmed that the C-rate characteristics are improved.
A study on the recovery of cobalt and lithium from Lithium Ion Battery(LIB) scraps has been carried out by a physical treatment - leaching - solvent extraction process. The cathode scraps of LIB in production were used as a material of this experiment. The best condition for recovering cobalt from the anode scraps was acquired in each process. The cathode scraps are dissolved in 2M sulfuric acid solution with hydrogen peroxide at $95^{\circ}C$, 700 rpm. The cobalt is concentrated from the leaching solution by means of a solvent extraction circuit with bis(2-ethylhexyl) phosphoric acid(D2EHPA) and PC88A in kerosene, and then cobalt and lithium are recovered as cobalt hydroxide and lithium carbonate by precipitation technology. The purity of cobalt oxide powder was over 99.98% and the average particle size after milling was about 10 lim. The over all recoveries are over 95% for cobalt and lithium. The pilot test of mechanical separation was carried out for the recovery of cobalt from the scraps. The $Co_3O_4$ powder was made by the heat treatment of $Co(OH)_2$ and the average particle size was about 10 ${\mu}m$ after grinding. The recovery was over 99% for cobalt and lithium each other and the purity of cobalt oxide was over 99.98%.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.7
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pp.854-859
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2018
This paper describes the characteristics of a hybrid supercapacitor module for power quality stabilization. Hybrid supercapacitor is an promising energy storage device that positioned between conventional EDLC and Li-ion battery. A cylindrical 7500F hybrid supercapacitor ($60{\times}138mm$) was assembled by using the $Li_4Ti_5O_{12}$ electrode as an anode and activated carbon as a cathode. Considering the ESR and efficiency has been designed to module with 41.6F 480V design results in 180 series combination. In order to determine the characteristics of the hybrid supercapacitor module for power system, hybrid supercapacitor cells were connected in series with active balancing circuit. As a result of measuring the 50kw UPS, it was discharged at the current of 104A~143A during the discharge in the voltage range of 350V~480V, and the compensation time at discharge was measured to be about 30s. These results can be used to stabilization of power quality by applying hybrid supercapacitor module.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.4
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pp.617-621
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2016
In addition to the energy storage facilities based on high power technologies, Electric double layer capacitors(EDLC) are today's candidate for power quality stabilization. However, its low energy density is often inhibiting factor for application of electric power industry. Hybrid supercapacitor is an promising energy storage device that positioned between conventional EDLC and Li-ion battery. This paper describes the preparation and characteristics of a hybrid supercapacitor and module for power quality stabilization. A cylindrical 3200F hybrid supercapacitor ($60{\times}74.5mm$) was assembled by using the $Li_4Ti_5O_{12}$ electrode as an anode and activated carbon as a cathode. It shows 2.5 times higher energy density than conventional EDLC with the same volume. In order to determine the characteristics of the hybrid supercapacitor Module for uninterruptible power supply (UPS), hybrid supercapacitor cells were connected in series with active balancing circuit. At even the high current density of 14A(10C), Module prepared by 18 cells showed the capacitance of 170F at 30~50V, suggesting the applicability for UPS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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