본 연구에서는리튬이온전지음극활물질로 Graphite의 전기화학적특성을향상시키기 위하여 Graphite/Silicon/Carbon (G/Si/C) 복합소재를 제조하였다. 제조된 G/Si/C 합성물은 XRD, TGA, SEM을 사용하여 물성을 분석하였다. 또한 $LiPF_6$ (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%) 전해액에서 리튬이차전지의 충 방전 사이클, 율속, 순환전압전류 및 임피던스 테스트를 통해 전기화학적 성능을 조사하였다. G/Si/C 전극을 사용한 리튬이온전지는 Graphite 전극을 사용한 전지보다 우수한 특성을 나타내었으며 Silicon 함량이 늘어날수록 용량은 높아지나 안정성이 저하됨을 확인하였다. 또한 $25{\mu}m$ 이하의 Silicon을 사용하였을 때 용량과 안정성 모두 향상되는 것을 나타내었다. Silicon (${\leq}25{\mu}m$) 10 wt%인 경우 G/Si/C 복합소재는 495 mAh/g의 초기 방전 용량, 89%의 용량 보존율과 2 C/0.1 C에서 80%의 속도 특성을 보였다.
Thin film electrode consisting purely of porous anodic tin oxide with well-defined nano-channeled structure was fabricated for the first time and its electrochemical properties were investigated for application to an anode in a rechargeable lithium battery. To prepare the thin film electrode, first, a bi-layer of porous anodic tin oxides with well-defined nano-channels and discrete nano-channels with lots of lateral micro-cracks was prepared by pulsed and continuous anodization processes, respectively. Subsequent to the Cu coating on the layer, well-defined nano-channeled tin oxide was mechanically separated from the specimen, leading to an electrode comprised of porous tin oxide and a Cu current collector. The porous tin oxide nearly maintained its initial nano-structured character in spite of there being a series of fabrication steps. The resulting tin oxide film electrode reacted reversibly with lithium as an anode in a rechargeable lithium battery. Moreover, the tin oxide showed far more enhanced cycling stability than that of powders obtained from anodic tin oxides, strongly indicating that this thin film electrode is mechanically more stable against cycling-induced internal stress. In spite of the enhanced cycling stability, however, the reduction in the initial irreversible capacity and additional improvement of cycling stability are still needed to allow for practical use.
Silicon-based thin film was prepared at room temperature by an electrochemical deposition method and a feasibility study was conducted for its use as an anode material in a rechargeable lithium battery. The growth of the electrodeposits was mainly concentrated on the surface defects of the Cu substrate while that growth was trivial on the defect-free surface region. Intentional formation of random defects on the substrate by chemical etching led to uniform formation of deposits throughout the surface. The morphology of the electrodeposits reflected first the roughened surface of the substrate, but it became flattened as the deposition time increased, due primarily to the concentration of reduction current on the convex region of the deposits. The electrodeposits proved to be amorphous and to contain chlorine and carbon, together with silicon, indicating that the electrolyte is captured in the deposits during the fabrication process. The silicon in the deposits readily reacted with lithium, but thick deposits resulted in significant reaction overvoltage. The charge efficiency of oxidation (lithiation) to reduction (delithiation) was higher in the relatively thick deposit. This abnormal behavior needs to clarified in view of the thickness dependence of the internal residual stress and the relaxation tendency of the reaction-induced stress due to the porous structure of the deposits and the deposit components other than silicon.
Lee, Joong-Kee;Ryu, D.H.;Shul, Y.G.;Cho, B.W.;Park, D.
Carbon letters
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제1권3_4호
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pp.170-177
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2001
Lithium intercalated carbon (LIC) are basically employed as an anode for currently commercialized lithium secondary batteries. However, there are still strong interests in modifying carbon surface of active materials of the anode because the amount of irreversible capacity, charge-discharge capacity and high rate capability are largely determined by the surface conditions of the carbon. In this study, the carbonaceous materials were coated with tin oxide and copper by fluidized-bed chemical vapor deposition (CVD) method and their coating effects on electrochemical characteristics were investigated. The electrode which coated with tin oxides gave the higher capacity than that of raw material. Their capacity decreased with the progress of cycling possibly due to severe volume changes. However, the cyclability was improved by coating with copper on the surface of the tin oxides coated carbonaceous materials, which plays an important role as an inactive matrix buffering volume changes. An impedance on passivation film was decreased as tin oxides contents and it resulted in the higher capacity.
The lithium ion diffusion coefficients of bare, carbon-coated and Cr-doped $LiFePO_4$ were obtained by fitting the discharge curves of each half cell with Li metal anode. Diffusion losses at discharge curves were acquired with experiment data and fitted to equations. Theoretically fitted equations showed good agreement with experimental results. Moreover, theoretical equations are able to predict lithium diffusion coefficient and discharge curves at various discharge rates. The obtained diffusion coefficients were similar to the true diffusion coefficient of phase transformation electrodes. Lithium ion diffusion is one of main factors that determine voltage drop in a half cell with $LiFePO_4$ cathode and Li metal anode. The high diffusion coefficient of carbon-coated and Cr-doped $LiFePO_4$ resulted in better performance at the discharge process. The performance at high discharge rate was improved much as diffusion coefficient increased.
Technologies for lithium secondary batteries are now increasingly expanding to simultaneously improve the safety and higher energy and power densities of large-scale battery systems, such as electric vehicles and smart-grid energy storage systems. Next-generation lithium batteries, such as lithium-sulfur (Li-S) and lithium-air (Li-O2) batteries by adopting solid electrolytes and lithium metal anode, can be a solution for the requirements. In this analysis of battery technology trends, solid electrolytes, including polymer (organic), inorganic (oxides and sulfides), and their hybrid (composite) are focused to describe the electrochemical performance achievable by adopting optimal components and discussing the interfacial behaviors that occurred by the contact of different ingredients for safe and high-energy lithium secondary battery systems. As next-generation rechargeable lithium batteries, Li-S and Li-O2 battery systems are briefly discussed coupling with the possible use of solid electrolytes. In addition, Electronics and Telecommunications Research Institutes achievements in the field of solid electrolytes for lithium rechargeable batteries are finally introduced.
The electrochemical behavior of Si-C material synthesized by heating the mixture of silicon and polyvinylidene fluoride (PVDF). Coin cells of the type 2025 were made using the synthesized material and the electrochemical studies were performed. Si-C/Li cells were made by using the developed Si-C material. Charge/discharge test was performed at 0.1C hour rate. Initial charge and discharge capacities at Si-C material derived from 20 wt.% of PVDF was found to be 1,830 and 526 mAh/g respectively. Initial charge/discharge characteristics of the electrode were analyzed. The level of reversible specific capacity was about 216 mAh/g at Si-C material derived from 20 wt.% of PVDF, IIE, intercalation efficiency at initial charge/discharge, was 68 %. Surface irreversible specific capacity was 31 mAh/g, and average specific resistance was 2.6 ohm*g.
Tungsten oxide films were prepared by an electrochemical deposition method for use as the anode in rechargeable lithium batteries. Continuous potentiostatic deposition of the film led to numerous cracks of the deposits while pulsed deposition significantly suppressed crack generation and film delamination. In particular, a crack-free dense tungsten oxide film with a thickness of ca. 210 nm was successfully created by pulsed deposition. The thickness of tungsten oxide was linearly proportional to deposition time. Compositional and structural analyses revealed that the as-prepared deposit was amorphous tungsten oxide and the heat treatment transformed it into crystalline triclinic tungsten oxide. Both the as-prepared and heat-treated samples reacted reversibly with lithium as the anode for rechargeable lithium batteries. Typical peaks for the conversion processes of tungsten oxides were observed in cyclic voltammograms, and the reversibility of the heat-treated sample exceeded that of the as-prepared one. Consistently, the cycling stability of the heat-treated sample proved to be much better than that of the as-prepared one in a galvanostatic charge/discharge experiment. These results demonstrate the feasibility of using electrolytic tungsten oxide films as the anode in rechargeable lithium batteries. However, further works are still needed to make a dense film with higher thickness and improved cycling stability for its practical use.
Orthorhombic $LiMnO_2$(o-$LiMnO_2$) has attracted public attentions as a cathode materials of Lithium ion battery because it has low cost and high theoretical discharge capacity of 285mAh $g^{-1}$. In our study, o-$LiMnO_2$ is synthesized by quenching method. To verify their phase structure, X-ray diffraction is accomplished. Test cells are assembled to check electrochemical characteristics using acquired o-$LiMnO_2$ cathode and carbon anode. Charge/Discharge cycling was carried out for 50cycles. And impedance was measured at 1, 2, 5, 10, 30, 50cycle. During cycle test, the max discharge capacity was recorded 139mAh $g^{-1}$ at 10cycle.
The properties and electrochemical characteristics of anode material using pitch-coated graphite residue compounds by heat-treatment at $600^{\circ}C$ for 1 hour were investigated. The distance of layers of pitch-coated graphite residual compounds was 3.3539 ${\AA}$, which was as same as that of graphite. Its electrochemical and charge discharge characteristics were tested according to different four types of carbon material, natural graphite, pitch-coated graphite, amorphous graphite and pitch-coated graphite residual compounds, respectively. So it was shown the best charge-discharge characteristics in all of the samples. For the electrochemical and charge-discharge characteristics, although pitch-coated graphite residual compounds had different carbon contents 70% and 80%, these two samples were shown good electrochemical and charge-discharge characteristics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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