The electrochemical properties of PAN-PVDF-PEGME blend polymer electrolyte system are investigated and the physical properties are also measured with varying the content of PEGME. This PEGME partially reduces the crystallinity of PVDF. The ionic conductivities of the polymer electrolytes are about $10^{-3}S/cm$, which may be applicable to a constituent of lithium secondary battery. From the temperature dependence of ionic conductivity, it is suggested that the ionic conductivity increases with the PEGME content due to the fomation of effective ion-conducting path. The cation transference number reaches its maximum value for the electrolytes (SPE 2) with 10 wt% PEGME and then decreases for further increase of PEGME contnet. The electrochemically stable range of SPE 1 (without PEGME) is about 4.3 V, but SPE 2-4 (PAN-PVDF-PEGME system) is about 4.6 V. When these polymer electrolyte are used as electrolyte in rechargeable battery and the cell performances are tested, the discharge capacity increses with the amount of PEGME. Therefore, PEGME increases the ionic conductivity, extends the electrochemical stable range, and finally improves the discharge capacity of cell adopting the electrolyte system.
This is an experimental study to analyze the explosion and fire hazards of mobile phone batteries. Using the lithium-ion batteries currently used on smart phone as the experiment samples, the experiments were conducted by overcharging, internal and external short circuit, and thermal shock with the potential of explosion and fire caused by careless use or abnormal conditions. The experiment results showed that, in the case of overcharging and external short circuit, there was no explosion and fire hazard in the normal operation of the protection circuit module (PCM), but there were big risks when the PCM faulted conditions were assumed. In the case of the experiments by internal short circuit and thermal shock, such risks varied depending on a battery charge state. In other words, it could be verified that there were low risks of explosion and fire in a full discharge state, but there were high risks in a full charge state. These experiment results suggest that to minimize the explosion and fire hazards of mobile phone batteries, an alarm device is necessary when the PCM fault occurs. In addition, a solid battery case should be made and safety equipment, such as a cooling device to avoid high temperature, is needed.
The effect of the addition of $Al^{3+}$ dopant on the electrochemical characteristics of $Li_{4}Ti_{5}O_{12}$ was investigated. $Li_{4}Ti_{5}O_{12}$ is known as a 2ero-strain material, and $Li_{3.95}Al_{0.15}Ti_{4.9}O_{12}$ has been manufactured by solid-state reaction with high energy ball milling (HEBM). The samples were heated at 800, 900 and $1000^{\circ}C$ in electric furnace. The structural and surface structures were measured by XRD (X-ray diffraction) and SEM (scanning electron microscopy). Cut-off voltage of charge/discharge cycles was $1.0{\sim}3.0 V$ to investigate reversible capacity, cycle stability and plateau voltage. The reversible capacity of $Li_{3.95}Al_{0.15}Ti_{4.9}O_{12}$ was 138 mAh/g.
Whang, Tae Kyung;Kim, Ji Hong;Im, Ji Sun;Kang, Seok Chang
Applied Chemistry for Engineering
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v.32
no.1
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pp.83-90
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2021
In this study, effects of the physical and chemical properties of low temperature heated carbon on electrochemical behavior as a secondary battery anode material were investigated. A heat treatment at 600 ℃ was performed for coking of petroleum based pitch, and the manufactured coke was heat treated with different heat temperatures at 700~1,500 ℃ to prepare low temperature heated anode materials. The physical and chemical properties of carbon anode materials were studied through nitrogen adsorption and desorption, X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, elemental analysis. Also the anode properties of low temperature heated carbon were considered through electrochemical properties such as capacity, initial Coulomb efficiency (ICE), rate capability, and cycle performance. The crystal structure of low temperature (≤ 1500 ℃) heated carbon was improved by increasing the crystal size and true density, while the specific surface area decreased. Electrochemical properties of the anode material were changed with respect to the physical and chemical properties of low temperature heated carbon. The capacity and cycle performance were most affected by H/C atomic ratio. Also, the ICE was influenced by the specific surface area, whereas the rate performance was most affected by true density.
Kim, Soo Yeon;Choi, Seung-Hyun;Lee, Eun Joo;Kim, Jeom-Soo
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.20
no.4
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pp.67-74
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2017
Layered Ni-rich NCM cathode materials $Li[Ni_xCo_{(1-x)/2}Mn_{(1-x)/2}]O_2$ ($x{\geq}0.6$) have advantages of high energy density and cost competitive over $LiCoO_2$. The discharge capacity of NCM increases proportionally to the Ni contents. However, there is a problem that it is difficult to realize the stable electrochemical performance due to cation mixing. In this study, synthesis conditions for the layered Ni-rich NCMs are investigated to achieve deliver the ones having good electrochemical performances. Synthesis parameters are atmosphere, lithium source, synthesis time, synthesis temperature and Li/M (M=transition metal) ratio. The degree of cation mixing gets worse as the Ni content is increased from $Li[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]O_2$ (NCM6) to $Li[Ni_{0.8}Co_{0.1}Mn_{0.1}]O_2$ (NCM8). It is confirmed that higher level of cation mixing affects negatively on the electrochemical performance of NCMs. Optimum synthesis conditions are explored for NCMx (x=6, 7, 8) in order to reduce the cation mixing. Under optimized conditions for three representative NCMx, a high initial discharge capacity and a good cycle life are obtained for $180mAh{\cdot}g^{-1}$, 96.2% (50 cycle) in NCM6, $187mAh{\cdot}g^{-1}$, 94.7% (50 cycle) in NCM7, and $201mAh{\cdot}g^{-1}$, 92.7% (50 cycle) in NCM8, respectively.
In this study, $Li_4Ti_5O_{12}$ anode materials for lithium ion battery were synthesized by dry ball-mill method. Polyvinyl chloride (PVC) as a carbon source was added to improve electrochemical properties. When the PVC was added after $Li_4Ti_5O_{12}$ formation, the spinel structure was well synthesized and it was confirmed by X-ray diffraction (XRD) experiments. When the carbon material was added before the synthesis and the heat treatment was performed, it was confirmed that a material having a different crystal structure was synthesized even when a small amount of carbon material was added. In the case of $Li_4Ti_5O_{12}$ without the carbon material, the electrical conductivity value was about $10{\mu}S\;m^{-1}$, which was very small and similar to that of the nonconductor. As the carbon was added, the electrical conductivity was greatly improved and increased up to 10,000 times. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis showed that the size of semicircle corresponding to the resistance decreased with the carbon addition. This indicates that the resistance inside the electrode is reduced. According to the Cyclic voltammetry (CV) analysis, the potential difference between the oxidation peak and the reduction peak was reduced with carbon addition. This means that the rate of lithium ion insertion and deinsertion was increased. $Li_4Ti_5O_{12}$ with 9.5 wt% PVC added sample showed the best properties in rate capabilities of $180mA\;h\;g^{-1}$ at 0.2 C-rate, $165mA\;h\;g^{-1}$ at 0.5 C-rate, and $95.8mA\;h\;g^{-1}$ at 5 C-rate.
Recently, all-solid-state batteries (ASSBs) have attracted increasing interest owing to their higher energy density and safety. As the core material of ASSBs, the characteristics of the solid electrolyte largely determine the performance of the battery. Thus far, a variety of inorganic solid electrolytes have been studied, including the NASICON-type, LISICON-type, perovskite-type, garnet-type, glassy solid electrolyte, and so on. The garnet Li7La3Zr2O12 (LLZO) solid electrolyte is one of the most promising candidates because of its excellent comprehensively electrochemical performance. Both, experiments and theoretical calculations, show that cubic LLZO has high room-temperature ionic conductivity and good chemical stability while contacting with the lithium anode and most of the cathode materials. In this paper, the crystal structure, Li-ion transport mechanism, preparation method, and element doping of LLZO are introduced in detail based on the research progress in recent years. Then, the development prospects and challenges of LLZO as applied to ASSBs are discussed.
The $LiMn_2O_4$ cathodes for lithium ion battery were synthesized from various precursors of manganese oxides and manganese hydroxides. As the first step, nanosized precursors such as ${\alpha}-MnO_2$ (nano-sticks), ${\beta}-MnO_2$ (nano-rods), $Mn_3O_4$ (nano-octahedra), amorphous $MnO_2$(nano-spheres), and $Mn(OH)_2$ (nano-plates) were prepared by a hydrothermal or a precipitation method. Spinel $LiMn_2O_4$ with various sizes and shapes were finally synthesized by a solid-state reaction method from the manganese precursors and LiOH. Nano-sized (500 nm) octahedron $LiMn_2O_4$ showed high capacities of 107 mAh $g^{-1}$ and 99 mAh $g^{-1}$ at 1 C- and 50 C-rate, respectively. Three dimensional octahedral crystallites exhibit superior electrochemical characteristics to the other one-dimensional and two-dimensional shaped $LiMn_2O_4$ nanoparticles. After 500 consecutive charge discharge battery cycles at 10 C-rate with the nano-octahedron $LiMn_2O_4$ cathode, the capacity retention of 95% was observed, which is far better than any other morphologies studied in this work.
Using $Na_2CO_3$ and $MeSO_4$ (Me = Ni, Co and Mn) as starting materials, the precursor of $[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]CO_3$ has been synthesized by carbonate co-precipitation. The precursor was mixed with $Li_2CO_3$, and calcined at 750, 850, and$950^{\circ}C$ in air. Effect of calcinations temperature on characteristics of $Li[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]O_2$ cathode materials was investigated. The structure and characteristics of $Li[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]O_2$ were determined by X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical measurements. The X-ray diffraction (XRD) results show that the intensity ratio of $I_{(003)}/I_{(104)}$ increased and the R-factor ratio decreased with the increase of calcinations temperature. And Scanning electron microscopy (SEM) result show that the primary particle size increased. Especially, the $Li[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]O_2$ calcined at $950^{\circ}C$ for 24 H shows excellent electrochemical performances with reversible specific capacity of $165.3mAhg^{-1}$ [cut-off voltage 2.5~4.3 V, 0.1 C($17mAhg^{-1}$)] and good capacity retention of 95.4% after 50th charge/discharge cycles[cut-off voltage 2.5~4.3 V, 1 C($170mAhg^{-1}$)].
In order to investigate the effect of fluorine ion in the $Li_{1-x}FeO_2Li_xMnO_2$ (Mn/(Mn + Fe) = 0.8) cathode material, it was synthesized $Li_{1-x}FeO_{2-y}F_y-Li_xMnO_2$ (Mn/(Mn + Fe) = 0.8, $0.05{\le}y{\le}0.15$) cathode materials at $350^{\circ}C$ for 10hrs using solid-state method. $Li_{1-x}FeO_{2-y}F_y-Li_xMnO_2$ (Mn/(Mn + Fe) = 0.8, $0.0{\le}y{\le}0.1$ was composed many large needle-like particles of about $1-1.5\;{\mu}m$ and small particles of about 50-100 nm, which were distributed among the larger particles. However, $Li_{1-x}FeO_{1.85}F_{0.15}-Li_xMnO_2$ material showed slightly different particle morphology. The particles of $Li_{1-x}FeO_{1.85}F_{0.15}-Li_xMnO_2$ were suddenly increased and started to be a spherical type of particle shape. $Li/Li_{1-x}FeO_{1.9}F_{0.1}-Li_xMnO_2$ cell showed a high initial discharge capacity of 163 mAh/g and a high cycle retention rate of 95% after 50 cycles. The initial discharge capacity of $Li/Li_{1-x}FeO_{2-y}F_y-Li_xMnO_2$ ($0.05{\le}y{\le}0.15$) cells increased according to the increase of F content. However, the cycleability of this cell was very rapidly decreased when the substituted fluorine content is over 0.1. We suggested that too large amount of F ion fail to substitute into the $Li_{1-x}FeO_2-Li_xMnO_2$ structure, which resulted in the severe decline of battery performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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