Electrochemical properties of $LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4$ cathode were investigated with gel polymer electrolyte (GPE). To access fast and efficient transport of ions and electrons during the charge/discharge process, a pure and well-crystallized $LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4$ cathode material was directly synthesized via spray-pyrolysis method. For high operation voltage, polyacrylonitrile (PAN)-based gel polymer electrolyte was then prepared by electrospinning process. The gel polymer electrolyte showed high ionic conductivity of $2.9{\times}10^{-3}S\;cm^{-1}$ at $25^{\circ}C$ and good electrochemical stability. $Li/GEP/LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4$ cell delivered a discharge capacity of $159mAh\;g^{-1}$ at 0.1 C rate that was close to the theoretical value ($170mAh\;g^{-1}$). The cell allows stable cycle performance (99.3% capacity retention) with discharge capacity of $133.5mAh\;g^{-1}$ for over 300 cycles at 1 C rate and exhibits high rate-capability. PAN-based gel polymer is a suitable electrolyte for application in $LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4/Li$ batteries with perspective in high energy density and safety.
$LiFePO_4$ is an attractive cathode material due to its low cost, good cyclability and safety. But it has low ionic conductivity and working voltage impose a limitation on its application for commercial products. In order to solve these problems, the iron($Fe^{2+}$)site in $LiFePO_4$ can be substituted with other transition metal ions such as $Mn^{2+}$ in pursuance of increase the working voltage. Also, reducing the size of electrode materials to nanometer scale can improve the power density because of a larger electrode-electrolyte contact area and shorter diffusion lengths for Li ions in crystals. Therefore, we chose electrospinning as a general method to prepare $Li[Fe_{0.9}Mn_{0.1}]PO_4$ to increase the surface area. Also, there have been very a few reports on the synthesis of cathode materials by electrospinning method for Lithium ion batteries. The morphology and nanostructure of the obtained $Li[Fe_{0.9}Mn_{0.1}]PO_4$ nanofibers were characterized using scanning electron microscopy(SEM). X-ray diffraction(XRD) measurements were also carried out in order to determine the structure of $Li[Fe_{0.9}Mn_{0.1}]PO_4$ nanofibers. Electrochemical properties of $Li[Fe_{0.9}Mn_{0.1}]PO_4$ were investigated with charge/discharge measurements, electrochemical impedance spectroscopy measurements(EIS).
Park, Sung-Bin;Park, Chang-Kyoo;Hwang, Jin-Tae;Cho, Won-Il;Jang, Ho
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.32
no.2
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pp.536-540
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2011
This study reports the origin of the electrochemical improvement of $LiFePO_4$ when synthesized by wet milling using acetone without conventional carbon coating. The wet milled $LiFePO_4$ delivers 149 $mAhg^{-1}$ at 0.1 C, which is comparable to carbon coated $LiFePO_4$ and approximately 74% higher than that of dry milled $LiFePO_4$, suggesting that the wet milling process can increase the capacity in addition to conventional carbon coating methods. UV spectroscopy, elemental microanalysis, and evolved gas analysis are used to find the root cause of the capacity improvement during the mechanochemical reaction in acetone. The analytical results show that the improvement is attributed to the conductive residual carbon on the surface of the wet milled $LiFePO_4$ particles, which is produced by the reaction of $FeC_2O_4{\cdot}2H_2O$ with acetone during wet milling through oxygen deficiency in the precursor.
The electrochemical properties of Mg-doped $LiFe_{0.48}Mn_{0.48}Mg_{0.04}PO_4$ and pure $LiFe_{0.5}Mn_{0.5}PO_4$ olivine cathodes are examined and the lattice parameters are refined by Rietveld analysis. The calculated atomic parameters from the refinement show that $Mg^{2+}$ doping has a significant effect in the olivine $LiFeMnPO_4$ structure. The unit cell volume is 297.053(2) ${\AA}^3$ for pure $LiFe_{0.5}Mn_{0.5}PO_4$ and is decreased to 296.177(1) ${\AA}^3$ for Mg-doped $LiFe_{0.48}Mn_{0.48}Mg_{0.04}PO_4$ sample. The doping of $Mg^{2+}$ cation with atomic radius smaller than $Mn^{2+}$ and $Fe^{2+}$ ion induces longer Li-O bond length in $LiO_6$ octahedra of the olivine structure. The larger interstitial sites in $LiO_6$ octahedra facilitate the lithium ion migration and also enhance the diffusion kinetics of olivine cathode material. The $LiFe_{0.48}Mn_{0.48}Mg_{0.04}PO_4$ sample with larger Li-O bond length delivers higher discharge capacities and also notably increases the rate capability of the electrode.
Yu, Seungho;Kim, Soo;Kim, Tae Young;Nam, Jin Hyun;Cho, Won Il
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.34
no.1
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pp.79-88
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2013
$LiFePO_4$ is a promising active material (AM) suitable for use in high performance lithium-ion batteries used in automotive applications that require high current capabilities and a high degree of safety and reliability. In this study, an optimization of the electrode design parameters was performed to produce high capacity lithium-ion batteries based on $LiFePO_4$/graphite electrodes. The electrode thickness and porosity (AM density) are the two most important design parameters influencing the cell capacity. We quantified the effects of cathode thickness and porosity ($LiFePO_4$ electrode) on cell performance using a detailed one-dimensional electrochemical model. In addition, the effects of those parameters were experimentally studied through various coin cell tests. Based on the numerical and experimental results, the optimal ranges for the electrode thickness and porosity were determined to maximize the cell capacity of the $LiFePO_4$/graphite lithium-ion batteries.
$^7Li$ nuclear magnetic resonance (NMR) spectra have been observed for $LiMPO_4$ (M = Fe, Mn) samples, as a promising cathode material of lithium ion battery. Observed $^7Li$ shifts of $LiFe_{1-x}Mn_xPO_4$ (x = 0, 0.6, 0.8, and 1) synthesized with solid-state reaction are compared with calculated $^7Li$ shift ranges based on the supertranferred hyperfine interaction of Li-O-M. Ex situ $^7Li$ NMR study of $LiFe_{0.4}Mn_{0.6}PO_4$ in different cut-off voltage for the first charge process is also performed to understand the relationship between $^7Li$ chemical shift and oxidation state of metals affected by delithiation process. The increment of oxidation state for metals makes to downfield shift of $^7Li$ by influencing the supertranferred hyperfine interaction.
본 논문에서는 리튬 인산철 배터리($LiFePO_4$)의 내부 파라미터 추출 방법으로 전기화학적 기반인 정전류식 간헐적 적정 테크닉(galvanostatic intermittent titration technique;GITT)을 사용하였다. 배터리 관리 시스템(battery management system;BMS) 알고리즘의 기본적으로 들어가는 충방전 저항을 미세 구간으로 나누어 볼 수 있다. SOC(state-of-charge)에 맞는 저항 성분을 찾을 수 있고, 미소 용량 정보를 알아내어 특정 SOC 구간에서의 LFP 배터리 최적 운용 구간을 알 수 있다.
In this article, we report the effect of blended cathode materials on the performance of all-solid-state lithium-ion batteries (ASLBs) with oxide-based organic/inorganic hybrid electrolytes. LiFePO4 material is good candidates as cathode material in PEO-based solid electrolytes because of their low operating potential of 3.4 V; however, LiFePO4 suffers from low electric conductivity and low Li ion diffusion rate across the LiFePO4/FePO4 interface. Particularly, monoclinic Li3V2(PO4)3 (LVP) is a well-known high-power-density cathode material due to its rapid ionic diffusion properties. Therefore, the structure, cycling stability, and rate performance of the blended LiFePO4/Li3V2(PO4)3 cathode material in ASLBs with oxidebased inorganic/organic-hybrid electrolytes are investigated by using powder X-ray diffraction analysis, field-emission scanning electron microscopy, Brunauer-Emmett-Teller sorption experiments, electrochemical impedance spectroscopy, and galvanostatic measurements.
Park, Chang-Kyoo;Park, Sung-Bin;Shin, Ho-Chul;Cho, Won-Il;Jang, Ho
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.32
no.1
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pp.191-195
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2011
This study reports the root cause of the improved rate performance of $LiFePO_4$ after Cr doping. By measuring the chemical diffusion coefficient of lithium ($D_{Li}$) using cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), the correlation between the electrochemical performance of $LiFePO_4$ and Li diffusion is acquired. The diffusion constants for $LiFePO_4$/C and $LiFe_{0.97}Cr_{0.03}PO_4$/C measured from CV are $2.48{\times}10^{-15}$ and $4.02{\times}10^{-15}cm^2s^{-1}$, respectively, indicating significant increases in diffusivity after the modification. The difference in diffusivity is also confirmed by EIS and the $D_{Li}$ values obtained as a function of the lithium content in the cathode. These results suggest that Cr doping facilitates Li ion diffusion during the charge-discharge cycles. The low diffusivity of the $LiFePO_4$/C leads to the considerable capacity decline at high discharge rates, while high diffusivity of the $LiFe_{0.97}Cr_{0.03}PO_4$/C maintains the initial capacity, even at high C-rates.
Nano-fibers of LiFePO4 were synthesized from a metal oxide precursor by adopting electrospinning method. After calcination of the above precursor nano-fibers at 800 ℃, LiFePO4 nano-fibers with a diameter of 300 ~ 800 nm, were successfully obtained. Measurement were performed using X-ray diffraction (XRD), fourier transform infrared spectrometer (FT-IR), videoscope, scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope (AFM), respectively, were performed to characterize the properties of the as-prepared materials. The results showed that the crystalline phase and morphology of the fibers were largely influenced the starting materials and electrospinning conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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