Over the past few years, $LiFePO_4$ has been actively studied as a cathode material for lithium-ion batteries because of its advantageous properties such as high theoretical capacity, good cycle life, and high thermal stability. However, it does not have a very good power capability owing to the low lithium-ion diffusivity and poor electronic conductivity. Reduction in particle size of $LiFePO_4$ to the scale of nanometers has been found to dramatically enhance the above properties, according to many earlier reports. However, because of the intrinsically low tap density of nanomaterials, it is difficult to commercialize this method. Many studies are being carried out to improve the volumetric energy density of this material and many methods have been reported so far. This paper provides a brief summary of the synthesis methods and electrochemical performances of micro-spherical $LiFePO_4$ having high volumetric energy density.
Nanocrystalline $LiFePO_4$ powders were prepared at 660-$670^{\circ}C$ in an Ar atmosphere using two different synthetic routes, solid-state and sol-gel. Both materials showed well-developed XRD patterns without any impurity peaks. Particles composed in the range of 200-300 nm from the solid-state method, and 50-100 nm from the sol-gel method, were confirmed through scanning electron microscopy and dynamic light scattering. The $LiFePO_4$ obtained by the sol-gel method offered a high discharge capacity (153 mAh/g) and stable discharge behavior, even at elevated temperatures (50 and $60^{\circ}C$), whereas poor electrochemical performance was observed from the solid-state method. Rate capability studies for sol gel-derived $LiFePO_4$ ranged from 0.2 to 30 C, which revealed excellent retention over 70 cycles with a 99.9% capacity.
The cathode materials for lithium ion battery have been developed in accordance with the battery performance. $LiCoO_2$ initially adapted at lithium ion battery is going to be useful even at the charging voltage of 4.3 V by surface treatment or doping which drastically improved the performance of $LiCoO_2$. On the other hand, the complicate and multiple functions of recent electronic equipments required higher operational voltage and higher capacity than ever, which is going to be driving force for developing new cathode materials. Some of them are $LiNi_{1-x}{M_xO_2}$, $Li[Ni_{x}Mn_{y}Co_{z}]O_{2}$, $Li[{Ni}_{1/2}{Mn}_{1/2}]O_{2}$. Other new type of cathode materials having high safety is also developed to apply for HEV (hybrid electrical vehicle) and power tool applications. ${LiMn}_{2}{O}_{4}$ and $LiFePO_4$ are famous for highly stable material, which are expected to give contribution to make safer battery. In near future, the various materials having both capacity and safety will be developed by new technology, such as solid solution composite.
Lithium rechargeable cells are used in many industrial applications, because they have high energy density and high power density. For an effective use of these lithium cells, it is essential to build a reliable battery management system (BMS). Therefore, the state of charge (SOC) estimation is one of the most important techniques used in the BMS. An appropriate modeling of the battery characteristics and an accurate algorithm to correct the modeling errors in accordance with the simplified model are required for practical SOC estimation. In order to implement these issues, this approach presents the comparative analysis of the SOC estimation performance using equivalent electrical circuit modeling (EECM) and noise suppression technique (NST) in three representative $LiCoO_2/LiFePO_4/LiNiMnCoO_2$ cells extensively applied in electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs) and energy storage system (ESS) applications. Depending on the difference between some EECMs according to the number of RC-ladders and NST, the SOC estimation performances based on the extended Kalman filter (EKF) algorithm are compared. Additionally, in order to increase the accuracy of the EECM of the $LiFePO_4$ cell, a minor loop trajectory for proper OCV parameterization is applied to the SOC estimation for the comparison of the performances among the compared to SOC estimation performance.
The recovery of valuable metals from waste lithium-based secondary batteries is very important in terms of efficiently utilizing earth's limited number of resources. Currently, the cathode material of a LiFePO4 battery, a type of battery which is widely used in automobiles, contains approximately 5% lithium. After use, the lithium in these batteries can be used again as a raw material for new batteries through lithium recycling. In this study, low-concentration sulfuric acid, a commonly used type of inorganic acid, was used to selectively leach the lithium contained in a waste LiFePO4 cathode material powder. In addition, in order to compare and analyze the leaching efficiency and separation efficiency of each component, the optimalleaching conditions were derived by applying a two-step leaching process with pulp density being used as a variable during leaching. When leaching with pulp density as a variable, it was confirmed that at a pulp density of 200 g/L, the separation efficiency was approximately 200 times higher than at other pulp densities because the iron and phosphorus components were hardly leached at this pulp density. Accordingly, the pulp density of 200 g/L was used tooptimize the leaching conditions for the selective leaching and recovery of lithium.
In this study, the method to improve the electrochemical performance of $LiFePO_4$ by carbon coating and morphology control into porous structure was studied. The synthesis of $LiFePO_4$ was done by coprecipitation method by two step procedure. In the first step $FePO_4$ precursor was synthesized by coprecipitation method, followed by impregnation of lithium into the precursor at $750^{\circ}C$. The carbon coating was done by both physical and chemical coating processes. Using the physical coating process, the amount of coating layer was 6% and the capacity achieved was 125 mAh/g. In case of chemical coating process, the active material delivered 130~140 mAh/g, which is about 40% improvement of delivered capacity compared to uncoated $LiFePO_4$. For the morphology control into porous structure, we added nano particles of $Al_2O_3$ or $SiO_2$ into the active materials and formed the nanocomposite of ($Al_2O_3$ or $SiO_2$)/$LiFePO_4$. Between them, $SiO_2/LiFePO_4$ porous nanocomposite showed larger capacity of 132 mAh/g.
An accurate State Of Charge (SOC) estimation of battery is the most important technique for Electric Vehicles (EVs) and Energy Storage Systems (ESSs). In this paper a new integrated Unscented Kalman Filter-Particle Filter (UKF-PF) is employed to estimate the SOC of a $LiFePO_4$ battery cell and a significant improvement is obtained as compared to the other methods. The parameters of the battery is modeled by the second order Auto Regressive eXogenous (ARX) model and estimated by using Recursive Least Square (RLS) method to calculate value of each element in the model. The proposed algorithm is established by combining a parameter identification technique using RLS method with ARX model and an SOC estimation technique using UKF-PF.
In this review article, we are going to explain the recent development of lithium secondary batteries for a cellular phone. There are three kinds of rechargeable batteries for cellular phones such as nickel-cadmium, nickel-metal hydride, and lithium ion or lithium ion polymer. The lithium secondary battery is one of the most excellent battery in the point of view of energy density. It means very small and light one among same capacity batteries is the lithium secondary battery. The market volume of lithium secondary batteries increases steeply about 15% annually. The trend of R&D is focused on novel cathode materials including $LiFePO_4$, novel anode materials such as lithium titanate, silicon, and tin, elecrolytes, and safety insurance.
Olivine structure of $LiFePO_4$ (LFP) is one of the most commonly used materials in aqueous rechargeable lithium batteries (ARLBs), and can store and release charge through the insertion/de-insertion of $Li^+$ between LFP and FP. We have fabricated LFP and LFP/FP electrodes on titanium paper and studied their electrochemical properties in 2 M $Li_2SO_4$. The LFP/FP electrode was determined to be a suitable electrode for electo-ostmotic pump (EOP) in terms of efficiency in water and 0.5 mM $Li_2SO_4$ solution. Experiments to determine the effect of cations and anions on the performance of EOP using LFP/FP electrode have shown that $Li^+$ is the best cation and that the anion does not significantly affect the performance of the EOP. As the concentration of $Li_2SO_4$ solution was increased, the current increased. The flow rate peaked at $4.8{\mu}L/30s$ in 1.0 mM $Li_2SO_4$ solution and then decreased. When the EOP was tested continuously in 1.0 mM $Li_2SO_4$ solution, the EOP transported approximately 35 mL of fluid while maintaining a stable flow rate and current for 144 h.
$LiFePO_4$ material was synthesized by electrospinning method to obtain optimal particle size($50{\sim}100\;nm$) without carbon coating or ball milling. This material showed an orthorthombic structure with Pnma space group without any impurities, such as FeP or $Fe_2P$, in the XRD pattern. The particle morphology and particle shape were observed by SEM analysis. Li/$LiFePO_4$ cell showed a high initial discharge capacity of 135 mAh/g, at current density of $0.1\;mA/cm^2$ with a cut-off voltage of 2.8 to 4.0V. This cell exhibited a perfect cycle performance over 99.9% cycle retention rate up to 50 cycles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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