• 전자통신동향분석
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• 제38권5호
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• pp.90-99
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• 2023

Recently, with the trend of information technology convergence and electrification, batteries are being widely used in fields such as industry, transportation, and specific applications. By 2030, the secondary battery market is expected to grow explosively by more than eight times compared with 2020 to $351.7 billion owing to the expanding adoption of electric vehicles. Depending on the electrochemical reactions in the electrode, a primary battery can only discharge through an irreversible reaction, while a secondary battery can be repeatedly charged and discharged using reversible reactions. According to the type of charge carrier ions, secondary batteries may be classified into those made of lithium, sodium, potassium, magnesium, and aluminum ions. We analyze the current status and technological issues of lithium-ion batteries, lithium-sulfur batteries, and solid-state batteries, which are representative examples of lithium secondary batteries. In addition, research trends in lithium secondary batteries are discussed.

• 자원리싸이클링
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• 제28권4호
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• pp.51-58
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• 2019

폐일차리튬전지는 열을 가하거나 파쇄하면 폭발할 수 있기 때문에 재활용을위해 비폭발 폐일차리튬전지의 해체공정이 요구된다. 이 연구에서는 비폭발 해체공정을 위한 최적 방전공정을 조사하였다. 폐일차리튬전지가 $0.5kmol{\cdot}m^{-3}$ 황산용액에서 방전되었을 때, 전지의 반응성은 $35^{\circ}C$에서는 4일 후, $50^{\circ}C$에서는 1일 후에 감소하였다. 황산용액을 사용했을 때 유가금속이 손실되기 때문에 황산용액과 물을 순차적으로 사용하는 방전공정이 제안되었다. $0.5kmol{\cdot}m^{-3}$ 황산용액에서 6시간 방전 후 물에서 24시간 동안 방전했을 때, 폭발없이 배터리의 해체가 가능하였다. 새로운 공정에서 금속 손실이 감소하였기 때문에, 새롭게 제안된 2단계 방전공정에 의해 경제적인 재활용 공정이 가능하였다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제11권4호
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• pp.430-436
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• 2020

Lithium thionyl chloride (Li/SOCl₂) batteries exhibit the highest energy densities seen in commercially available primary batteries because of their high operating voltages and discharge capacities. They are widely used in various extreme environments; however, they show signs of degradation at high discharge currents. The discharge performance of Li/SOCl₂ is considered to be greatly dependent on the carbon materials used in the cathode. Therefore, suitable carbon materials must be chosen to improve discharge performances. In this work, we investigated the discharge properties of Li/SOCl₂ batteries in which the cathodes contained various ratios of acetylene black (AB) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) at high discharge currents. It was confirmed that the MWCNTs were effectively dispersed in the mixed AB/MWCNT cathodes. Moreover, the discharge capacity and operating voltage improved at high discharge currents in these mixed cathodes when compared with pure AB cathodes. It was found that the mesopores present in the cathodes have a strong impact on the discharge capacity, while the macropores present on the cathode surface influence the discharge properties at high discharge rates in Li/SOCl₂ batteries. These results indicate that the ratio of mesopores and macropores in the cathode is key to improving the discharge performance of Li/SOCl₂ batteries, as is the dispersion of the MWCNTs.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제7권2호
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• pp.97-114
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• 2016

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.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제32권3호
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• pp.256-261
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• 2019

The use of military lithium batteries in this field accelerates the generation of internal pressure because the active materials, lithium and the electrolyte, react to form sulfur dioxide gas. This also reduces the amount of electrolyte. In this condition, batteries can 'vent' or 'explode' especially when completely discharged. Such venting and explosion can be regarded as a safety accident, as toxic gases and shrapnel are ejected from the batteries which can harm the user. A DTaQ was carried out in 2017 as a quality problem solution project to solve this safety issue. A protection circuit was thereby developed, which included a micro controller unit (MCU) which can stop battery usage when in an over-discharging state by sensing its low-voltage condition. In 2018, this concept was expanded to lithium batteries for the remote controlled ammunition system. This paper reports results of the improved performance.

• 공업화학
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• 제34권5호
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• pp.534-540
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• 2023

일차전지 환원극의 활물질로 널리 사용되고 있는 불화탄소는 낮은 전기 전도도, 표면 에너지 및 전해질 투과도 등의 요인에 의하여 Li/CF_X 일차전지의 율속 성능 저하를 초래한다. 따라서 본 연구에서는 산소 플라즈마를 이용한 표면처리를 통하여 표면이 개질된 불화탄소를 리튬 일차전지의 환원극으로 사용하여 전지 성능을 향상시키고자 하였다. XPS 및 XRD 분석을 통해 산소 플라즈마 처리에 의해 변화된 불화탄소의 표면 화학적 특성 및 결정 구조 변화를 분석하였으며, 이에 따른 리튬 일차전지의 전기 화학적 특성에 대한 변화를 분석하고 고찰하였다. 그 결과, 탄소 대 불소비율(F/C) 비율이 가장 낮은 산소 플라즈마 처리 조건(7.5 min)에서 반이온성 C-F 결합이 가장 많이 형성되었다. 또한, 이 조건에서 제조된 불화탄소를 환원극의 활물질로 사용한 일차전지는 가장 높은 3 C의 율속 특성을 보였으며, 고율속에서도 비교적 높은 용량(550 mAh/g)을 유지하였다. 본 연구를 통하여, 산소 플라즈마 처리를 통해 불화탄소의 불소함량 및 탄소-불소 간의 결합 유형을 조정하여 고율속 성능을 가진 리튬 일차전지를 제조할 수 있었다.

• 자원리싸이클링
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• 제16권4호
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• pp.3-9
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• 2007

고열 및 파절단에 의하여 폭발위험이 있는 폐리튬일차전지를 재활용하기 위해서는 폐리튬일차전지의 안정적 해체공정이 필수적이다. 본 연구에서는 폐리튬일차전지의 안정적 해체를 위한 최적 방전공정 조건을 연구하였다. $0.5kmol{\cdot}m^{-3}$ 황산용액을 이용하여 안정화를 진행한 결과, $35^{\circ}C$에는 4일째에 그리고 $50^{\circ}C$에는 1일째에 안정적 파쇄가 가능하였으며, 높은 반응온도에서 보다 빠른 안정화 결과를 얻을 수 있었다. 황산만을 사용하여 안정화를 진행할 경우, 재활용 가능한 폐리튬일차전지 금속의 손실이 크기 때문에 황산과 증류수를 이용하여 2단으로 안정화하는 공정을 제안하였으며, $0.5kmol{\cdot}m^{-3}$ 황산으로 6시간 안정화시킨 후, 증류수로 24시간 안정화한 결과, 폐리튬일차전지는 안정적으로 파쇄되었으며 금속의 손실도 적어 향후 재활용공정의 경제성 향상이 가능하다고 판단되었다.

• 한국재료학회지
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• 제22권12호
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• pp.717-721
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• 2012

Manganese dioxide ($MnO_2$) is one of the most important cathode materials used in both aqueous and non-aqueous batteries. The $MnO_2$ polymorph that is used for lithium primary batteries is synthesized either by electrolytic (EMD-$MnO_2$) or chemical methods (CMD-$MnO_2$). Commonly, electrolytic manganese dioxide (EMD) is used as a cathode mixture material for dry-cell batteries, such as a alkaline batteries, zinc-carbon batteries, rechargeable alkaline batteries, etc. The characteristics of lithium/manganese-dioxide primary cells fabricated with EMD-$MnO_2$ powders as cathode were compared as a function of the parameters of a manufacturing process. The flexible primary cells were prepared with EMD-$MnO_2$, active carbon, and poly vinylidene fluoride (PVDF) binder (10 wt.%) coated on an Al foil substrate. A cathode sheet with micro-porous showed a higher discharge capacity than a cathode sheet compacted by a press process. As the amount of EMD-$MnO_2$ increased, the electrical conductivity decreased and the electrical capacity increased. The cell subjected to heat-treatment at $200^{\circ}C$ for 1 hr showed a high discharge capacity. The flexible primary cell made using the optimum conditions showed a capacity and an average voltage of 220 mAh/g and 2.8 V, respectively, at $437.5{\mu}A$.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제37권2호
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• pp.215-222
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• 2024

Ni-rich cathode materials have been developed as the most promising candidates for next-generation cathode materials for lithium-ion batteries because of their high capacity and energy density. In particular, the electrochemical performance of lithium-ion batteries could be enhanced by increasing the contents of nickel ion. However, there are still limitations, such as low structural stability, cation mixing, low capacity retention and poor rate capability. Herein, we have successfully developed the nanorod-type Ni-rich cathode materials by using co-precipitation method. Particularly, the nanorod-type primary particles of LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂ could facilitate the electron transfer because of their longitudinal morphology. Moreover, there were holes at the center of secondary particles, resulting in high permeability of the electrolyte. Lithium-ion batteries using the prepared nanorod-type LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂ achieved highly improved electrochemical performance with a superior rate capability during battery cycling.

• 공업화학
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• 제34권5호
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• pp.515-521
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• 2023

본 연구에서는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)을 열분해하여 얻은 폐 탄소섬유를 이용하여 기상 불소화를 통해 불화탄소를 제조하고 리튬일차전지의 환원극 소재로 재활용하고자 하였다. 먼저 열분해로 얻은 폐 탄소섬유의 물리화학적 특성을 파악하였으며, 이 폐 탄소섬유에 기상 불소화 효과를 평가하기 위하여 불화탄소의 구조적, 화학적 특성을 분석하였다. XRD 분석에 의해 폐 탄소섬유의 육각망탄소 적층구조(002피크)는 기상 불소화의 온도가 증가함에 따라 점차 불화탄소 구조(001피크)로 전환되었음을 확인하였다. 이 불화탄소를 이용하여 제조된 리튬일차전지의 방전용량은 최대 862 mAh/g이었다. 이는 다른 탄소 재료로 제조한 불화탄소 기반 리튬이온차전지의 방전용량과 비교하였을 때 우수한 성능을 보였다. 이러한 결과는 폐 CFRP 기반 폐탄소섬유를 이용한 불화탄소는 리튬일차전지의 환원극 소재로 활용할 수 있을 것으로 여겨진다.