• 한국재료학회지
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• 제28권5호
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• pp.273-278
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• 2018

Lithium-ion batteries have been considered the most important devices to power mobile or small-sized devices due to their high energy density. $LixCoO_2$ has been studied as a cathode material for the Li-ion battery. However, the limitation of its capacity impedes the development of high capacity cathode materials with Ni, Mn, etc. in them. The substitution of Mn and Ni for Co leads to the formation of solid solution phase $LiNi_xMn_yCo_{1-x-y}O_2$ (NMC, both x and y < 1), which shows better battery performance than unsubstituted $LiCoO_2$. However, despite a high discharge capacity in the Ni-rich compound (Ni > 0.8 in the metal site), poor cycle retention capability still remains to be overcome. In this study, aiming to improve the stability of the physical and chemical bonding, we investigate the stabilization effect of Ca in the Ni-rich layered compound $Li(Ni_{0.83}Co_{0.12}Mn_{0.05})O_2$, and then Ca is added to the modified secondary particles to lower the degree of cationic mixing of the final particles. For the optimization of the final grains added with Ca, the Ca content (x = 0, 2.5, 5.0, 10.0 at.%) versus Li is analyzed.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1999년도 추계학술대회 논문집
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• pp.387-390
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• 1999

To improve the cycle performance LiM $n_2$ $O_4$as the cathode of 4V class lithium secondary batteries, the cathode properties of the cubic spinel phases LiM $g_{x}$ /M $n_{2-x}$/ $O_4$ synthesized at 80$0^{\circ}C$ were examined. All cathode material showed spinel phase based on cubic phase in X-ray diffraction however. other peaks gradually exhibited and became intense with the increase of x value in LiM $g_{x}$ /M $n_{2-x}$/ $O_4$. The cycle performance of the LiM $g_{x}$ /M $n_{2-x}$/ $O_4$was improved by the substitution of $Mg^{2+}$ for M $n^{3+}$ in the octahedral sites. Specially LiM $g_{0.1}$/M $n_{1.9}$ / $O_4$cathode materials showed the charge and discharge capacity of about 130~125mAh/g at first cycle and about 105mAh/g after 50th cycle. It is excellent than that of pure LiM $n_{2}$/ $O_4$ which 125mAh/g at first cycle 70mAh/g at 50th. In addition cathode material prepared at 80$0^{\circ}C$ for 24hr and 42hr in the charge and discharge capapcity as well as the cycle stability.ility.y.y.

• 한국세라믹학회지
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• 제49권6호
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• pp.659-662
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• 2012

Yttrium (Y) and niobium (Nb) doped spherical $Li_4Ti_5O_{12}$ were synthesized to improve the energy density and electrochemical properties of anode material. The synthesized crystal was $Li_4Ti_5O_{12}$, the particle size was less than $1{\mu}m$ and the morphology was spherical and well dispersed. The Y and Nb optimal doping amounts were 1 mol% and 0.5 mol%, respectively. The initial capacity of the dopant discharge and charge capacity were respectively 149mAh/g and 143 mAh/g and were significantly improved compared to the undoped condition at 129 mAh/g. Also, the capacity retention of 0.2 C/5 C was 74% for each was improved to 94% and 89%. It was consequently found that Y and Nb doping into the $Li_4Ti_5O_{12}$ matrix reduces the polarization and resistance of the solid electrolyte interface (SEI) layer during the electrochemical reaction.

• Tribology and Lubricants
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• 제35권3호
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• pp.169-175
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• 2019

In lithium-ion batteries (LIBs), the stress induced by the volume change of an electrode during charge-discharge processes may often cause the mechanical integrity of the electrode to degrade. Polymer binders with enhanced mechanical properties are preferred for improved mechanical integrity and cycling stability of the electrode. In addition, given that sliding and shearing between the polymer binder and components in the electrode may readily occur, frictional and adhesion characteristics of the polymer binder may play a critical role in the mechanical integrity of the electrode. In this study, frictional and adhesion characteristics of polyacrylonitrile (PAN) and polyvinylidene fluoride (PVDF) were investigated using a colloidal probe atomic force microscope. Friction loops were obtained under various normal forces ranging from 0 to 159 nN in air and electrolyte and then the interfacial shear strengths of PAN and PVDF in air were calculated to be $1.4{\pm}0.5$ and $1.3{\pm}0.3MPa$, respectively. The results show that in electrolyte, interfacial shear strength of PAN decreased slightly ($1.2{\pm}0.2MPa$), whereas that of PVDF decreased drastically ($0.06{\pm}0.01MPa$). Decreases in mechanical properties and adhesion in electrolyte may be responsible for the decrease in interfacial shear strength in electrolyte. The findings from this study may be helpful in developing polymer binders to improve the mechanical integrity of electrodes in LIBs.

• 대한금속재료학회지
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• 제46권3호
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• pp.174-181
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• 2008

The stability of the cathode materials for Li secondary battery is an important factor for its cyclability. The present paper focuses on the structural stability of $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ during lithiation/delithiation of Li ions and compared to that of $LiMn_{2}O_4$. $LiMn_{2}O_4$ and $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ powders are synthesized using a solgel method and their structural and electrochemical properties are investigated by XRD, SEM, and charge-discharge tests. $Li_xMn_2O_4$ and $Li_xNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$(x = 0.9,0.5,0.1) specimens are obtained after charge/discharge tests by controlling the cut-off voltage for XRD and TEM investigation. The charge-discharge tests shows that initial capacity of $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ is 125 mAh/g and that of LiMn2O4 is around 100 mAh/g. The capacity of $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ is maintained 95% of its initial capacity whereas the capacity of $LiMn_{2}O_4$ is maintained 65% of its initial capacity.

• 전기화학회지
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• 제25권1호
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• pp.32-41
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• 2022

Various steps in the electrode production process, such as slurry mixing, slurry coating, drying, and calendaring, directly affect the quality and, consequently, mechanical properties and electrochemical performance of electrodes. Herein, a new method of slurry coating is developed: Double-coated electrode. Contrary to single-coated electrode, the cathode is prepared by double coating, wherein each coat is of half the total loading mass of the single-coated electrode. Each coat is dried and calendared. It is found that the double-coated electrode possesses more uniform pore distribution and higher electrode density and allows lesser extent of particle segregation than the single-coated electrode. Consequently, the double-coated electrode exhibits higher adhesion strength (74.7 N m^-1) than the single-coated electrode (57.8 N m^-1). Moreover, the double-coated electrode exhibits lower electric resistance (0.152 Ω cm^-2) than the single-coated electrode (0.177 Ω cm^-2). Compared to the single-coated electrode, the double-coated electrode displays higher electrochemical performance by exhibiting better rate capability, especially at higher C rates, and higher long-term cycling performance. Despite its simplicity, the proposed method allows effective electrode preparation by facilitating high electrochemical performance and is applicable for the large-scale production of high-energy-density electrodes.

• 전기화학회지
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• 제13권2호
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• pp.116-122
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• 2010

DC magnetron 스퍼터링을 이용해 구리(Cu) 호일 위에 실리콘(Si)을 증착한 후 $800^{\circ}C$에서 열처리하여 $Cu_3Si$를 얻고, 이의 리튬 이차전지용 음극으로서 특성을 조사하였다. $Cu_3Si$는 Si 성분을 포함하고 있으나 상온에서 리튬과 반응하지 않았다. 선형 주사 열-전류(linear sweep thermammetry, LSTA) 실험과 고온 충방전 실험을 통하여, 상온에서 비활성인 $Cu_3Si$가 $85^{\circ}C$ 이상에서는 활성화되어 Si 성분이 전환(conversion)반응에 의해 리튬과 반응함을 확인하였다. $Cu_3Si$에서 분리된 Si는 $120^{\circ}C$에서 Li-Si 합금 중에서 리튬의 함량이 가장 많은 $Li_{21}Si_5$ 상까지 리튬과 반응함을 유사 평형 조건(quasi-equilibrium)의 실험으로부터 알 수 있었다. 그러나 정전류 조건($100\;mA\;{g_{Si}}^{-1}$)에서는 리튬 합금반응이 $Li_{21}Si_5$까지 진행되지 못하였다. 또한 $120^{\circ}C$에서 전환반응에 의해 생성된 Li-Si 합금과 금속 상태의 Cu는 충전과정에서 다시 $Cu_3Si$로 돌아감, 즉 $Cu_3Si$와 리튬은 가역적으로 반응함을 확인하였다. $120^{\circ}C$에서 $Cu_3Si$ 전극은 비정질 실리콘 전극보다 더 우수한 사이클 특성을 보여 주었다. 이는 비활성인 구리가 실리콘의 부피변화를 완충하여 집전체에서 탈리되는 현상을 완화하고 결과적으로 전극이 퇴화하는 것을 억제하기 때문인 것으로 설명할 수 있다. 실제로 비정질 실리콘 전극은 충방전 후에 실리콘 층의 균열과 탈리가 관찰되었으나, $Cu_3Si$ 전극에서는 이러한 현상이 관찰되지 않았다.

• 전기화학회지
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• 제15권1호
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• pp.27-34
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• 2012

열처리 온도를 $600^{\circ}C$와 $800^{\circ}C$로 다르게 하여 비정질 및 결정질구조의 탄소를 포함하는 $Li_3V_2(PO_4)_3/C$분말을 각각 합성하였으며, 결정성에 따른 리튬 이차전지용 음극으로의 특성을 비교하였다. 결정질 $Li_3V_2(PO_4)_3/C$은 추가반응에 의하여 리튬이 저장되기 때문에 260 mAh $g^{-1}$의 제한된 용량만을 지니고 있음에 비하여, 비정질 $Li_3V_2(PO_4)_3/C$는 3가의 바나듐이 금속상태에 근접할 정도로 가역적으로 반응되어 460 mAh $g^{-1}$의 큰가역용량을 발현함을 확인하였다. 이는 비정질 구조에서 기인하는 특성으로 유연한 구조로 인한 새로운 리튬의 저장공간이 확보되는 것 때문이라 할 수 있다. 또한, 비정질 $Li_3V_2(PO_4)_3/C$는 비정질 구조에 기인하는 선형적인 충방전 곡선을 지니고 있어 정확한 충전심도의 예측이 용이할 뿐만 아니라, 결함구조에서 유발된 리튬이온의 향상된 확산성으로 인하여 우수한 속도 특성도 나타내고 있다.

• 자원리싸이클링
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• 제32권6호
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• pp.25-33
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• 2023

이차전지 산업의 성장과 함께 이차전지의 생산량과 사용량의 급격한 증가가 예상되며, 이와 맞물려 생산 스크랩을 포함한 폐이차전지의 재활용에도 많은 관심과 노력이 이루어지고 있다. 그동안 폐이차전지 재활용은 양극재를 중심으로 많은 노력이 이루어졌지만, 핵심 광물의 공급망 확보와 재활용률 향상을 위해 음극재의 재활용에도 많은 관심이 기울이기 시작하였다. 음극재의 주성분인 흑연 분석을 위해 석탄의 함량을 측정하는 공업분석이 활용될 수 있지만, 기존의 석탄 분석에 활용되는 공업분석 방법은 블랙 매스의 구성 성분 간의 상호작용으로 인해 정확한 측정이 불가능하다. 이에 본 연구에서는 산소 분위기에서 950℃까지의 온도 상승에 따른 블랙 매스 각 성분의 열중량 변화를 측정하였다. 측정 결과 양극재의 경우에는 양극재에 포함된 바인더와 도전재의 산화에 의한 약 5%의 질량 감소 이외에는 질량 변화가 측정되지 않았으며, 음극재의 경우에는 약 2%의 바인더에 의한 질량 감소 이외에는 모두 고정 탄소에 의한 질량 감소로 측정되었다. 또한 블랙 매스에 함유될 수 있는 금속 전극(Al, Cu)들은 온도가 상승함에 따라 산화되어 질량이 증가하는 현상이 관찰되었다. 다양한 혼합 비율의 양극재/음극재 혼합 시료의 열중량 변화 측정 결과는 양극재와 음극재 각각의 열중량 변화를 통해 계산할 수 있는 예측값과 유사한 결과를 보여, 블랙 매스의 열중량 특성 변화를 통해 음극재의 함량 도출이 가능할 수 있음을 확인하였다.

• 전기화학회지
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• 제16권2호
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• pp.85-90
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• 2013

현재 리튬이온전지의 음극활물질로 사용하는 흑연은 이론 비용량이 372 mAh/g이고 진밀도는 2.2 g/ml이다. 현재의 상용 리튬이차전지보다 더 높은 에너지밀도를 갖는 전지의 개발을 위해 기존의 흑연을 대체하기 위한 신소재로서 실리콘과 주석 등에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며, 아연도 가능성 있는 후보 재료의 하나이다. 아연재료의 이론 비용량과 진밀도는 412 mAh/g과 7.14 g/ml이다. 본 연구에서는 인듐과 니켈을 포함하는 아연계 재료를 합성하고자 하였으며, 균질한 혼합 조성을 얻고자 금속 이온의 sol을 제조하고 gel화하여 소결제조 함으로써 화학적 분산으로 균질한 혼합조성을 가지는 아연계 재료를 제조하고 아연계 음극활물질의 리튬이차전지의 1차 방전 비용량은 910 mAh/g이고 31회, 62회에서는 365 mAh/g, 78 mAh/g의 높은 비용량을 나타내었다. 이와 함께 1차 Ah 효율은 45%였으며, 2회 부터는 정량적인 효율을 나타내었다. 낮은 초기 Ah 효율을 높이고자 리튬 금속을 전극에 부착함으로써 비가역 비용량을 해소 할 수 있었다.