Lithium batteries based on elemental sulfur as the cathode-active material capture great attraction due to the high theoretical capacity, easy availability, low cost and non-toxicity of sulfur. Although lithium/sulfur (Li/S) primary cells were known much earlier, the interest in developing Li/S secondary batteries that can deliver high energy and high power was actively pursued since early 1990’s. A lot of technical challenges including the low conductivity of sulfur, dissolution of sulfur-reduction products in the electrolyte leading to their migration away from the cathode, and deposition of solid reaction products on cathode matrix had to be tackled to realize a high and stable performance from rechargeable Li/S cells. This article presents briefly an overview of the studies pertaining to the different aspects of Li/S batteries including those that deal with the sulfur electrode, electrolytes, lithium anode and configuration of the batteries.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.11a
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pp.340-341
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2005
Lithium titanium oxide as anode material for energy storage prepared by novel synthesis method. $Li_4Ti_5O_{12}$ based spinel-framework structures are of great interest material for lithium-ion batteries. We describe here $Li_4Ti_5O_{12}$ a zero-strain insertion material was prepared by novel sol-gel method and by high energy ball milling (HEBM) of precursor to from nanocrystalline phases. According to the X-ray diffraction and scanning electron microscopy analysis, uniformly distributed $Li_4Ti_5O_{12}$ particles with grain sizes of 100nm were synthesized. Lithium cells, consisting of $Li_4Ti_5O_{12}$ anode and lithium cathode showed the 173 mAh/g in the range of 1.0 $\sim$ 3.0 V. Furthermore, the crystalline structure of $Li_4Ti_5O_{12}$ didn't transfer during the lithium intercalation and deintercalation process.
In the present study, the discharge characteristics of a lithium-ion battery was evaluated to calculate the rate of heat generation under various discharge rates by mathematical modeling. The modeling and simulation of a pseudo-two dimensional ionic transport system for governing Butler-Volmer equation were carried out by using FEMLAB as a PDE (partial differential equation) solver, where the discharge rate was changed from 5 $A/m^2$ to 25 $A/m^2$. The computational results showed that the concentration of consumed solid-phase lithium at the surface of electrode was increased with increasing discharge rates. While the resulting diffusion limitation occurred shortly, it increased the rate of heat generation even more rapidly for the internal voltage to approach the cutoff voltage of the lithium-ion battery.
Park, Jong-Gwang;Han, Tae-Hui;Jeong, Dong-Cheol;Im, Seong-Hun;Han, Byeong-Seong
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.49
no.6
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pp.328-334
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2000
A lithium ion secondary battery using carbon as a negative electrode has been developed. Further improvements to increase the cell capacity are expected by modifying the structure of the carbonaceous material. There are hopes for the development of large capacity lithium ion secondary batteries with long cycle, high energy density, high power density, and high energy efficiency. In the present paper, needle cokes from petroleum were examined as an anode of lithium ion secondary battery. Petroleum cokes, MCL(Molten Caustic Leaching) treated in Korea Institute Energy Research, were carbonized at various temperatures of 0, 500, 700, $19700^{\circ}C$ at heating rate of $2^{\circ}C$/min for lh. The electrolyte was used lM liPF6 EC/DEC (1:1). The voltage range of charge & discharge was 0.0V(0.05V) ~ 2.0V. The treated petroleum coke at $700^{\circ}C$ had an initial capacity over 560mAh.g which beyond the theoretical maximum capacity, 372mAh/g for LiC6. This phenomena suggests that carbon materials with disordered structure had higher cell capacity than that the graphitic carbon materials.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.57
no.2
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pp.57-70
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2024
Nickel-cobalt-manganese (NCM) lithium-ion batteries(LIBs) are increasingly prominent in the energy storage system due to their high energy density and cost-effectiveness. However, they face significant challenges, such as rapid capacity fading and structural instability during high-voltage operation cycles. Addressing these issues, numerous researchers have studied the enhancement of electrochemical performance through the coating of NCM cathode materials with substances like metal oxides, lithium composites, and polymers. Coating these cathode materials serves several critical functions: it acts as a protection barrier against electrolyte decomposition, mitigates the dissolution of transition metals, enhances the structural integrity of the electrode, and can even improve the ionic conductivity of the cathode. Ultimately, these improvements lead to better cycle stability, increased efficiency, and enhanced overall battery life, which are crucial for the advancement of NCM-based lithium-ion batteries in high-demand applications. So, this paper will review various cathode coating materials and examine the roles each plays in improving battery performance.
Park, Jae Eun;Park, Min Hwa;Seo, Hyeong Jun;Kim, Tae Seong;Kim, Dae Weon;Kim, Bo Ram;Choi, Hee Lack
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.31
no.2
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pp.89-95
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2021
Research on the production of lithium hydroxide (LiOH) has been actively conducted in response to the increasing demand for high nickel-based positive electrode materials for lithium-ion batteries. Herein we studied the conversion of lithium oxide (Li2O) through thermal decomposition of lithium carbonate for the production of lithium hydroxide from lithium carbonate (Li2CO3). The reaction mechanism of lithium carbonate with alumina, quartz and graphite crucible during heat treatment was confirmed. When graphite crucible was used, complete lithium oxide powder was obtained. Based on the TG analysis results, reagent-grade lithium carbonate was heat-treated at 700℃, 900℃ and 1100℃ for various time and atmosphere conditions. XRD analysis showed the produced lithium oxide showed high crystallinity at 1100℃ for 1 hour in a nitrogen atmosphere. In addition, several reagent-grade lithium oxides were reacted at 100℃ to convert to lithium hydroxide. XRD analysis confirmed that lithium hydroxide (LiOH) and lithium hydroxide monohydrate (LiOH·H2O) were produced.
Yang, Jin Hyeok;Hwang, Seong Ju;Chun, Seung Kyu;Kim, Ki Jae
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.13
no.2
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pp.208-212
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2022
In this paper, we report the effects of temperature on the deterioration of graphite-based negative electrodes during the longterm cycling of lithium-ion batteries (LIBs). After cycling 75 Ah pouch-type LIB full cells at temperatures of 45℃ (45-Cell) and 25℃ (25-Cell) until their end of life, we expected to observe changes in the negative electrode according to the temperature. The thickness of the negative electrode of the cell was greater after cycling; that of the electrode of 45-Cell (144 ㎛) was greater than that of the electrode of 25-Cell (109 ㎛). Cross-sectional scanning electron microscopy analysis confirmed that by-products caused this increase in the thickness of the negative electrode. The by-products that formed on the surface of the negative electrode during cycling increased the surface resistance and decreased the electrical conductivity. Voltage profiles showed that the negative electrode of 25-Cell exhibited an 84.7% retention of the initial capacity, whereas that of 45-Cell showed only a 70.3% retention. The results of this study are expected to be relevant to future analyses of the deterioration characteristics of the negative electrode and battery deterioration mechanisms, and are also expected to provide basic data for advanced battery design.
Hyunchul Kang;Youngjin Kim;Taeho Yoon;Junyoung Mun
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.14
no.4
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pp.320-325
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2023
In Li-ion batteries, a thick electrode is advantageous for lowering the inactive current collector portion and obtaining a high energy density. One of the critical failure mechanisms of thick electrodes is inhomogeneous lithiation and delithiation owing to the axial location of the electrode. In this study, it was confirmed that the top layer of the composite electrode contributes more to the charging step owing to the high ionic transport from the electrolyte. A high-loading multilayered electrode containing LiFePO4 (LFP) and LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) was developed to overcome the inhomogeneous electrochemical reactions in the electrode. The electrode laminated with LFP on the top and NCM811 on the bottom showed superior cyclability compared to the electrode having the reverse stacking order or thoroughly mixed. This improvement is attributed to the structural and interfacial stability of LFP on top of the thick electrode in an electrochemically harsh environment.
A precursor of lithium manganese oxide was synthesized by mixing $(CH_3)_2CHOLi\;with\;Mn(CH_3COO)_2{\cdot}4H_2O$ in ethanol using a sol-gel method, then heat-treated at $400^{\circ}C\;and\;800^{\circ}C$ in air atmosphere. The condition of heat treatment was determined by thermogravimetric analysis/differential thermogravimetric analysis (TGA/DTA). The characterization of the lithium manganese oxide was done by X-ray diffraction (XRD) spectra and scanning electron microscopy (SEM). The electrochemical characteristics of lithium manganese oxide electrode for lithium ion battery were measured by cyclic voltammetry (CV), chronoamperometry and AC impedance method using constant charge/discharge process. The electrochemical behaviors of the electrode have been investigated in a 1.0M $LiClO_4/propylene$ carbonate electrolyte solution. The diffusivity of lithium ions, $D^+\;_{Li}\;^+$, as determined by AC impedance technique was $6.2\times10^{-10}cm^2s^{-1}$.
Lithium Ion capacitor (LIC) is a new storage device which combines high power density and high energy density compared to conventional supercapacitors. LIC is capable of storing approximately 5.10 times more energy than conventional EDLCs and also have the benefits of high power and long cycle-life. In this study, LICs are assembled with activated carbon (AC) cathode and pre-doped graphite anode. Cathode material of natural graphite and artificial graphite kinds of MAGE-E3 was selected as the experiment proceeds. Super-P as a conductive agent and PTFE was used as binder, with the graphite: conductive agent: binder of 85: 10: 5 ratio of the negative electrode was prepared. Lithium doping condition of current density of $2mA/cm^2$ to $1mA/cm^2$, and was conducted by varying the doping. Results Analysis of Inductively Coupled Plasma Spectrometer (ICP) was used and a $1mA/cm^2$ current density, $2mA/cm^2$, when more than 1.5% of lithium ions was confirmed that contained. In addition, lithium ion doping to 0.005 V at 10, 20 and $30^{\circ}C$ temperature varying the voltage variation was confirmed, $20^{\circ}C$ cell from the low internal resistance of $4.9{\Omega}$ was confirmed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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