Park, Dong-Jin;Choi, See-Young;Kim, Yong-Wook;Kim, Rae-Young
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.20
no.2
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pp.160-166
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2015
This study proposes an improved cell balancing circuit for fast equalization among lithium-ion (Li-ion) batteries. A simple voltage sensorless charge balancing circuit has been proposed in the past. This cell balancing circuit automatically transfers energy from high-to low-voltage battery cells. However, the circuit requires a switch with low on-resistance because the balancing speed is limited by the on-resistance of the switch. Balancing speed decreases as the voltage difference among the battery cells decrease. In this study, the balancing speed of the cell balancing circuit is enhanced by using the auxiliary circuit, which boosts the balancing current. The charging current is determined by the nominal battery cell voltage and thus, the balancing speed is almost constant despite the very small voltage differences among the batteries. Simulation results are provided to verify the validity of the proposed cell balancing circuit.
This paper proposes an individual charge equalization converter using selective two current paths for series connected lithium-ion battery strings. In the proposed equalizer, a central equalization converter acting as a controllable current source is sequentially connected in parallel with individual batteries through an array of cell selection switches. A flyback converter with a modified rectifier realizes a controllable current source. A central equalization converter is shared by every battery cells through the cell selection switch, instead of a dedicated charge equalizer for each cell. With this configuration, although the proposed equalizer has one dc-dc converter, individual charge equalization can be effectively achieved for the each cell in the strings. Furthermore, since the proposed equalizer would not allocate the separated dc-dc converter to each cell, such that the implementation of great size reduction and low cost can be allowed. In this paper, an optimal power rating design guide is also employed to obtain a minimal balancing size while satisfying equalization requirements. A prototype for eight lithium-ion battery cells is optimally designed and implemented. Experimental results verify that the proposed equalization method has good cell balancing performance showing small size, and low cost.
Na, Sung Min;Park, Hyun Gyu;Kim, Sun Wook;Cho, Hyuk Hee;Park, Kwanggjin
Prospectives of Industrial Chemistry
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v.23
no.1
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pp.3-17
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2020
리튬이온전지(LIB)는 기존의 다른 이차전지와 다른 확실한 몇 가지 장점이 있다. 높은 작동 전압과 높은 에너지 밀도, 긴 수명, 그리고 낮은 자체 방전 속도이다. 이러한 장점으로 모바일 제품에서부터 전기 자동차(battery electric vehicle, BEV), 최근에는 전기저장장치(energy storage system, ESS)까지 다양한 분야에서 사용되고 있다. 하지만 사용 범위가 증가함에 따라 높은 안정성을 가지며 더 큰 에너지 용량을 나타내는 리튬이온전지에 대한 요구가 점점 더 커지게 되었다. 리튬이온전지의 용량 증가는 전지의 설계보다는 양극 및 음극 재료, 분리막 및 전해질과 같은 주요 전지 재료의 기술적 진보에 달려 있다. 주요 전지 소재 중에 전지의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 것은 전지 반응에 의한 과전압과 가격이 가장 비싼 양극이다. 본 기획 특집에서는 리튬이차전지의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 양극 물질의 종류와 향후 연구동향에 대해서 소개하고자 한다. 양극 물질의 발전 방향, 안정성과 용량 증대를 위해서 최근 연구되고 있는 방향에 대해서 자세하게 소개한다.
A study on the recovery of lithium and leaching behavior of NCM powder by hydrogen reduction for NCM system Li-ion battery scraps was investigated. The reductive rate was about 93% at $800^{\circ}C$ by hydrogen treatment. The lithium carbonate with 99% purity was manufactured by using $CO_2$ gas and washing method with water for NCM powder after hydrogen reduction. As a result of comparing the powders before and after the hydrogen reduction treatment for acid leaching behavior we obtained 32% enhanced leaching rate of cobalt, 45% enhanced leaching rate of nickel and the 90% leaching effect for manganese by hydrogen reduction at 2M $H_2SO_4$ concentration condition.
In the present work, we apply a technique that has been used for the expansion of graphite to multiwall carbon nanotubes (MWCNT). The nanotubes are rapidly heated for a short duration, followed by immersion in acid solution, so that they undergo expansion. The diameter of the expanded CNTs is 5-10 times larger than that of the as-received nanotubes. This results in considerable swelling of the CNTs and opening of the tube tips, which may facilitate the accessibility of lithium ions into the inner holes and the interstices between the nanotube walls. The Li-ion storage capacity of the expanded nanotubes is measured by using the material as an anode in Li-ion cells. The result show that the discharge capacity of the expanded nanotubes in the first cycle is as high as 2,160 mAh/g, which is about 28% higher than that of the un-treated MWCNT anode. However, the charge/discharge capacity quickly drops in subsequent cycles and finally reaches equilibrium values of ~370 mAh/g. This is possibly due to the destruction of the lattice structures by repeated intercalation of Li ions.
In this review, the studies on the electrochemical properties of $TiO_2$ nanotube as an anode material of lithium-ion battery, which was prepared by an alkaline hydrothermal reaction and anneling process, were investigated andanalyzed in terms of charge-dischage characteristics. Up to date, a maximum discharge capacity of $338mAh\;g^{-1}$(x=1.01) was achieved by the nanotube with $TiO_2(B)$ phase, whereas the theoretical capacity of $TiO_2$ anode was $335mAh\;g^{-1}$(x=1) in the basis of $Li_xTiO_2$ as a product of electrochemical reaction between $TiO_2$ and lithium. This was due to fast lithium transport by a shortened diffusion path provided by controlling the nanostructure of $TiO_2$, because the self-diffusion of lithium was slow in a basis of its activation energy as 0.48 eV. Due to an excellent ion storage capabilities in both the surface and the bulk phase, the $TiO_2$ nanotube could be a promising active material as both an anode of lithium-ion battery and an electrode of capacitor with high-rate performances.
Kim Sue Joo;Song Me Young;Kwon Hye Young;Park Seon Hui;Park Dong Gon;Kweon Ho-Jin
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.2
no.1
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pp.5-12
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1999
By the PVA-precursor method, polycrystalline powder of $Li_xNi_{1-y}Co_yO_2$, cathode material for lithium battery, was synthesized. Using the powder as the cathode material, lithium ion batteries were fabricated, whose electrochemical properties were measured. The effect of changing synthetic conditions, such as PvA/metal mole ratio, concentration of PVA, degree of polymerization of PVA, pyrolysis condition, and metal stoichiometry, on the battery performance was investigated. Considering the initial performance of the cell, the optimum stoichiometry of the $Li_xNi_{1-y}Co_yO_2$, synthesized by the PVA-precursor method was observed to be x: 1.0 and y=0.26. A minor phase of $Li_2CO_3$, which was generated by the residual carbon in the powder precursor, deteriorated the performance of the cell. In order to eliminate the minor phase, the precursor had to be pyrolyzed under the flow of dry air. Annealing the powder at $500^{\circ}C$ under the flow of dry air also eliminated the minor phase, and the performance of the cell was largely improved by the treatment.
In these recent years, low cost and stable battery electrode materials have been studied for HV/HEV application. Spinel cathode material $LiMn_2O_4$ is widely studied as a promising cathode material of lithium ion secondary batteries because of it is low cost, easily to be prepared and capable to be operated in high voltage range. In this study, $LiMn_2O_4$ was undergoing surface modification with spinel lithium titanium oxide by sol-gel method in order to enhance its capacity retention. Properties of both unmodified and surface-modified $LiMn_2O_4$ were characterized by XRD, SEM, particle size analyzer while their cycling performance was tested with charge and discharge tester.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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