• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제22권5호
• /
• pp.728-734
• /
• 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.

• 전기화학회지
• /
• 제9권2호
• /
• pp.64-69
• /
• 2006

초음파분무열분해법과 한 단계의 후열처리로 이차상이 없는 Al이 첨가된 $Li(Ni_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3-x}Al_x)O_2$ (x=0.0, 0.005, 0.01. 0.05) 리튬이차전지용 양극활물질을 합성하였다. 합성된 분말은 Al의 첨가량이 많아짐에 따라서 $I_{003}/I_{104}$ 비는 감소하고 입자가 커지는 경향을 보였다. 상온에서 전류밀도 1C의 rate로 $3.0\sim4.5V$ 범위에서 충방전 시험한 결과, Al 치환량이 0.5와 1.0 at%에서는 초기용량이 180과 $184mAhg^{-1}$으로 치환하지 않았을 때의 $182mAhg^{-1}$과 차이가 없었으며, 싸이클 특성도 치환하지 않은 것과 0.5, 1.0 at% 치환한 조성에서 각각 81, 77, 81%의 방전용량이 유지되었다. 그러나 $3.0\sim4.6V$에서는 치환효과가 확실하게 나타나서, 50 싸이클 후의 치환하지 않은 것의 방전용량은 초기용량의 30%가지 감소한데 비하여 Al을 0.5 at% 치환한 것은 70%를 유지하였다. 치환에 의한 싸이클 특성 향상은 XPS 분석 결과 Al 치환이 $Mn^{3+}$의 양을 감소시켰기 때문인 것으로 사료되었다.

• 한국재료학회지
• /
• 제20권12호
• /
• pp.669-675
• /
• 2010

One of the greatest challenges for our society is providing powerful electrochemical energy conversion and storage devices. Rechargeable lithium-ion batteries and fuel cells are among the most promising candidates in terms of energy and power density. As the starting material, $TiCl_4{\cdot}YCl_3$ solution and dispersing agent (HCP) were mixed and synthesized using ammonia as the precipitation agent, in order to prepare the nano size Y doped spherical $TiO_2$ precursor. Then, the $Li_4Ti_5O_{12}$ was synthesized using solid state reaction method through the stoichiometric mixture of Y doped spherical $TiO_2$ precursor and LiOH. The Ti mole increased the concentration of the spherical particle size due to the addition of HPC with a similar particle size distribution in a well in which $Li_4Ti_5O_{12}$ spherical particles could be obtained. The optimal synthesis conditions and the molar ratio of the Ti 0.05 mol reaction at $50^{\circ}C$ for 30 minutes and at $850^{\circ}C$ for 6 hours heat treatment time were optimized. $Li_4Ti_5O_{12}$ was prepared by the above conditions as a working electrode after generating the Coin cell; then, electrochemical properties were evaluated when the voltage range of 1.5V was flat, the initial capacity was 141 mAh/g, and cycle retention rate was 86%; also, redox reactions between 1.5 and 1.7V, which arose from the insertion and deintercalation of 0.005 mole of Y doping is not a case of doping because the C-rate characteristics were significantly better.

• 자원리싸이클링
• /
• 제32권1호
• /
• pp.42-49
• /
• 2023

Li-Al-Si를 함유한 유리세라믹 순환자원은 인덕션, 방화유리, 비젼냄비 등 리튬의 전체 소비량 중 14%로 리튬이온전지 다음으로 많이 쓰인다. 따라서 리튬의 수요가 폭발하고 있는 현재 새로운 리튬 자원을 찾아야 하고 이로부터 리튬의 회수 연구가 필요하다. 본 연구는 이러한 맥락하에 Li을 함유한 새로운 순환자원인 Li-Al-Si 유리세라믹으로부터 리튬을 회수하기 위한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 1.5% Li, 9.4% Al, 28.9% Si를 함유한 Li-Al-Si 유리세라믹 중 방화유리를 원료물질로 사용하였다. 방화유리로부터 리튬을 회수하기 위한 공정은 크게 칼슘 염을 투입한 건식 배소 공정과 수침출 공정으로 나뉜다. 325 mesh 이하로 분쇄된 방화유리 시료를 열처리 전과 열처리 후 칼슘 염을 투입하여 침출 실험을 비교 진행하였고 칼슘 염과 Li-Al-Si 유리세라의 투입비율에 따른 침출율, 칼슘 염 배소 온도에 따른 침출 연구도 비교 수행하였다. 수침출 연구에서는 온도, 시간, 고액비, 그리고 연속 침출횟수에 따라 리튬의 침출율 및 회수율을 비교하였다. 그 결과 Li-Al-Si를 함유한 유리세라믹 방화유리는 열처리를 반드시 수행하여 베타 형태의 스포듀민으로 상변화 시켜야 하며 이로부터 CaCO₃ 염을 Li-Al-Si를 함유한 유리세라믹 방화유리와 6:1의 비율로 투입하여 1000℃이상에서 배소한 후 4회 이상 연속 침출하여 리튬의 회수율을 98% 이상 획득하였고 이때 리튬의 농도는 200mg/L였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제57권6호
• /
• pp.861-867
• /
• 2019

차세대 리튬이차전지용 음극활물질로 각광을 받고있는 $Li_4Ti_5O_{12}$는 높은 수명특성, 낮은 비가역용량 그리고 충방전시 부피팽창이 거의 없는 물질이다. 하지만 낮은 전기전도도로 인하여 높은 전류밀도에서는 용량특성이 현저하게 낮아지는 단점을 가지고 있다. 이 문제점을 해결하기 위해 P123을 첨가한 졸-겔법으로 기공구조의 $Li_4Ti_5O_{12}$를 합성하였다. 제조된 샘플들의 물리적 특성을 분석하기 위해 XRD, SEM, BET를 사용하였고, 전기화학적 특성은 사이클테스트, cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS)로 분석을 하였다. P123/Ti = 0.01mol의 비율로 만들어진 $Li_4Ti_5O_{12}$에서 가장 균일한 입자사이즈, 높은 비표면적, 그리고 상대적으로 높은 기공의 분포를 보였다. EIS분석 결과 기공구조의 $Li_4Ti_5O_{12}$의 경우 저항을 나타내는 반원의 크기가 현저하게 감소하였으며, 전극 내 저항값이 줄어들었음을 알 수 있었다. 율속 테스트결과 0.2C에서 178 mAh/g, 0.5C에서 170 mAh/g, 5C에서 110 mAh/g 그리고 10C에서 90 mAh/g의 용량을 유지하였고 용량회복율 또한 99%로 매우 우수하였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
• /
• 제36권6호
• /
• pp.638-646
• /
• 2023

Recently, active research has been conducted to enhance the power characteristics and thermal stability of lithium-ion batteries (LiBs) by modifying separators using a ceramic coating method. However, since the thermal properties and surface features of the separator vary depending on the characteristics of the ceramic powders applied to the separator, it is crucial to manufacture ceramic powders optimized for the separator's performance. In this study, we evaluated the characteristics of three types of α-alumina (A-1, A-2, and A-3) produced with varying dispersant contents and milling times, in addition to commercial α-alumina (AES-11). Subsequently, the optimized powders (A-3) were coated onto the separator using an aqueous binder for comparison with the characteristics of an AES-11 coated separator and an uncoated PE separator. The A-3 coated separator improved electrolyte wettability with a low contact angle (44.69°) and increased puncture strength (538 gf). Furthermore, it exhibited excellent thermal stability, with a shrinkage value of 5.64% when exposed to 140℃ for 1 hour, compared to the AES11 coated separator (6.09%) and the bare PE separator (69.64%).

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
• /
• 한국항해항만학회 2009년도 공동학술대회
• /
• pp.435-438
• /
• 2009

항로표지용 등부표는 주요 항로 및 항만 입출항 선박 안전 유도를 위한 해상교통 안전 시설로서 현재는 해상교통환경 변화로 다기능이 요구되는 상황이다. 최근 고광도 등명기와 항로표지원격감시제어 및 e-Navigation 지원시스템구축과 해양기상관측장비 등을 구축함에 따라 항로표지용 등부표에 더욱 안정적인 전원 공급을 위한 고성능 축전지가 요구되고 있다. 본 연구에서는 리튬이차전지 중에서도 안전성이 우수한 리튬폴리머전지 설계기술을 적용, 기존 산화물계보다 안전성이 보다 더 우수한 $LiFePO_4$를 양극재료로 사용하여 단전지를 개발하고 단전지의 전기적 특성 고찰하였다. 또한 단전지를 이용한 3.6kWh급 축전지를 제작하여 그 성능을 연축전지와 비교 분석하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.259-259
• /
• 2007

층상구조의 전이금속 산화물($LiMO_2$, M=Co, Ni, Mn)은 리튬이차전지용 양극재료로 활발한 연구가 진행되고 있다. 차세대 리튬이차전지 시스템의 개발 및 고성능화를 위해서는 전지의 용량을 결정하는 핵심 부품인 양극재료의 고용량화 및 고안정화는 필수 불가결하다. 따라서 본 연구에서는 상업적으로 큰 장점이 있는 고상반응 공정을 이용하여 리튬이차전지용 양극소재를 제조하고, 소재의 전기화학적, 구조적인 특성을 평가하였으며, 다음과 같은 주제를 가지고 연구를 진행하였다. $LiCoO_2$ 양극재료는 리튬이온전지로 널리 사용되고 있다. 높은 에너지 밀도의 리튬이온전지를 얻기 위해서는 $LiCoO_2$ 양극재료가 고용량화 및 고밀도화를 가져야 한다. 여기서 $LiCoO_2$ 분말이 irregular particle morphology를 가지면 tap density가 $2.2-2.4gcm^{-3}$로 에너지 밀도가 낮으나, 구형 $LiCoO_2$의 정극재료는 tap density가 $2.6-2.8gcm^{-3}$로 상대적으로 energy density가 높아지는 효과가 있다. 구형 $LiCoO_2$ 양극재료를 합성하기 위해서는 chelating agent를 이용한 "controlled crystallization" 침전법을 사용하여 합성한 구형 코발트 수화물을 사용하고 있다. "controlled crystallization" 침전법에서 사용되는 chelating agent로는 주로 ammonia가 이용되고 있다. 본 연구에서는 chelating agent로 ethylene diamine을 사용하여 sodium hydroxides를 precipitation으로 침전 반응하여 구형 코발트 수화물을 합성하였다. 상기 방법으로 합성된 코발트 수화물과 리튬 수화물($LiOH{\cdot}H_2O$-고순도화학(高殉道化學))을 사용하여 고상법을 통하여 $LiCoO_2$를 합성하였다. 제조된 분말의 결정구조와 전기화학적 특성분석은 X-선 회절분석 및 리트벨트 구조정산, 그리고 충/방전 싸이클링을 수행하였으며, 분말의 미세구조 변화를 SEM을 이용하여 분석하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제59권1호
• /
• pp.42-48
• /
• 2021

본 연구에서는 LiNi0.85Co0.15O2의 전기화학적 특성과 열적 안정성을 향상시키기 위하여 LiNi0.85Co0.15O2에 이종원소인 Zn와 Al을 함께 첨가하여 고상법으로 합성하였다. 물질의 결정 구조, 크기 및 표면 상태는 XRD, SEM을 이용하여 분석하였고 전기화학적 특성은 충방전기를 이용하여 CV(cyclic voltammetry), 초기 충·방전 프로파일, 출력 특성, 수명 특성 등을 측정하였다. Al-O의 강한 결합에너지는 양극활물질의 구조적 안정성을 향상시켰으며, Li+와 Ni2+의 양이온 혼합을 막아 전기화학적 특성 또한 향상되었다. Zn의 큰 이온반경은 양극활물질의 격자상수를 증가시켜 단위 셀의 부피가 확장되었다. Zn와 Al을 0.025몰씩 첨가한 물질의 경우, 0.5 C-rate의 전류밀도에서 100 사이클 동안 80%의 용량 유지율을 보여주었으며 이 결과는 NC 양극활물질보다 12% 높은 수치이다. 또한, 5 C-rate에서의 방전용량은 104 mAh/g으로 기존의 NC 양극활물질보다 36 mAh/g 높은 수치를 보였다. Zn과 Al이 0.025몰씩 첨가된 NC 양극활물질은 출력 특성, 수명 특성에서 우수한 특성을 보여주었다.

• 전기화학회지
• /
• 제17권1호
• /
• pp.7-12
• /
• 2014

리튬이차전지의 고에너지 밀도화를 위해 전지 구성요소들의 무게 및 부피를 저감하려는 요구가 증가하고 있다. 분리막은 리튬이온의 이동통로를 제공할 뿐만 아니라 양극과 음극의 직접적인 접촉을 방지하는 핵심 부품이다. 본 연구에서는 연신 비율을 달리하여 습식방법을 통해 두께가 16, 12, $9{\mu}m$ 인 폴리에틸렌 분리막을 준비하였고, 각각의 기계적 강도 및 열적특성을 평가하였다. 또한 양극($LiCoO_2$), 음극(Graphite)을 사용한 Coin type full-cell을 제작하여 율속 특성 및 500cycle까지 사이클 수명특성을 평가하였다. 수명특성 평가를 통해 사용된 모든 두께의 분리막에서 500cycle 까지 큰 차이 없이 80% 정도의 용량유지 결과를 확인하였다. 율속 특성에서는 가장 얇은 $9{\mu}m$ 분리막이 가장 우수한 성능을 나타내었다. 흥미롭게도 $9{\mu}m$의 분리막이 $16{\mu}m$ 경우보다 열 수축률 평가에서 우수한 특성을 나타내었다.