Today, rechargeable lithium-ion batteries are an essential portion of modern daily life. As a promising alternative to traditional energy storage systems, they possess various advantages. This review attempts to provide the reader with an indepth understanding of the working mechanisms, current technological progress, and scientific challenges for a wide variety of lithium-ion battery (LIB) electrode nanomaterials. Electrochemical thermodynamics and kinetics are the two main perspectives underlying our introduction, which aims to provide an informative foundation for the rational design of electrode materials. Moreover, both anode and cathode materials are clarified into several types, using some specific examples to demonstrate both their advantages and shortcomings, and some improvements are suggested as well. In addition, we summarize some recent research progress in the rational design and synthesis of nanostructured anode and cathode materials, together with their corresponding electrochemical performances. Based on all these discussions, potential directions for further development of LIBs are summarized and presented.
Capacity estimation is indispensable to ensure the safety and reliability of lithium-ion batteries in electric vehicles (EVs). Therefore it's quite necessary to develop an effective on-board capacity estimation technique. Based on experiment, it's found constant current charge time (CCCT) and the capacity have a strong linear correlation when the capacity is more than 80% of its rated value, during which the battery is considered healthy. Thus this paper employs CCCT as the health indicator for on-board capacity estimation by means of relevance vector machine (RVM). As the ambient temperature (AT) dramatically influences the capacity fading, it is added to RVM input to improve the estimation accuracy. The estimations are compared with that via back-propagation neural network (BPNN). The experiments demonstrate that CCCT with AT is highly qualified for on-board capacity estimation of lithium-ion batteries via RVM as the results are more precise and reliable than that calculated by BPNN.
With the recent popularity of mobile devices, the demand for lithium-ion batteries is increasing. In this study, the surface treatment process for the development of the Al (aluminum) lead tab for positive electrode, a key component of the pouch-type lithium-ion battery, was investigated. Anodizing and sealing processes were tested as surface treatment techniques. It was found that only a sealing process is needed to obtain sufficient adhesive strength. In the present study, an adhesive strength of 17 N/12 mm was achieved by degreasing and etching pretreatment, followed by a sealing process of 10 min duration. This adhesive strength was greater than that achievable using Cr (chromium) surface treatment. Using various surface analysis techniques, the shape and composition of the surface before and after being subjected to the surface treatment were compared and analyzed. The results of this study are expected to contribute to the development of an eco-friendly lead tab.
Jong-Heon Lee;Jae-Won Kim;Hong-Joo Yoon;Won-Chan Seo
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.18
no.1
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pp.195-204
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2023
The drone's battery system uses lithium-ion or lithium-polymer batteries, and it is known that the cause of fire during the disposal process after using the drone is combustible gas from the battery being discarded. Most of the batteries in the disposal process generated oxygen, but a small amount of flammable gas was also generated, and a large amount of chlorine ions and sulfates were also detected in the equipment used for treatment. If a system that detects this early is configured, it will be possible to reduce the risk of accidents caused by discarded batteries.
Although lithium-ion batteries are currently the most reliable power supply system for various mobile applications, further improvement in energy density is still required as the need for batteries in large energy-consuming devices is rapidly growing. However, in the anode, the most widely commercialized graphite-based anode materials almost face theoretical limitations. In addition, sodium-ion batteries have been actively studied to replace expensive charge carriers with cheaper ones. Accordingly, conversion-based materials have been extensively studied as high-capacity anode materials in both lithiumion batteries and sodium-ion batteries because their theoretical capacity is twice or thrice higher than that of insertion-based materials. This review will provide a comprehensive understanding of conversion-based materials, including basic charge storage behaviors, critical drawbacks that should be overcome, and practical material design for high-performance.
Carbon microcapsules containing silicon nanoparticles (Si NPs)-carbon nanotubes (CNTs) nanocomposite (Si-CNT@C) have been fabricated by a two step polymerization method. Silicon nanoparticles-carbon nanotubes (Si-CNT) nanohybrids were prepared with a wet-type beadsmill method. A polymer, which is easily removable by a thermal treatment (intermediate polymer) was polymerized on the outer surfaces of Si-CNT nanocomposites. Subsequently, another polymer, which can be carbonized by thermal heating (carbon precursor polymer) was incorporated onto the surfaces of pre-existing polymer layer. In this way, polymer precursor spheres containing Si-CNT nanohybrids were produced using a two step polymerization. The intermediate polymer must disappear during carbonization resulting in the formation of an internal free space. The carbon precursor polymer should transform to carbon shell to encapsulate remaining Si-CNT nanocomposites. Therefore, hollow carbon microcapsules containing Si-CNT nanocomposites could be obtained (Si-CNT@C). The successful fabrication was confirmed by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). These final materials were employed for anode performance improvement in lithium ion battery. The cyclic performances of these Si-CNT@C microcapsules were measured with a lithium battery half cell tests.
Ji, Sung Hwa;Jo, Wan Taek;Kim, Hyun Hyo;Kim, Hyojin
Korean Journal of Materials Research
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v.28
no.6
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pp.337-342
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2018
Using a high pressure homonizer, we report on the electrochemical performance of $Li_4Ti_5O_{12}(LTO)$ particles manufactured as anode active material for lithium ion battery. High-pressure synthesis processing is performed under conditions in which the mole fraction of Li/Ti is 0.9, the synthesis pressure is 2,000 bar and the numbers of passings-through are 5, 7 and 10. The observed X-ray diffraction patterns show that pure LTO is manufactured when the number of passings-through is 10. It is found from scanning electron microscopy analysis that the average size of synthesized particles decreases as the number of passings-through increases. $LiCoO_2-based$ active cathode materials are used to fabricate several coin half/full cells and their battery characteristics such as lifetime, rate capability and charge transfer resistance are then estimated, revealing quite good electrochemical performance of the LTO particles as an effective anode active material for lithium secondary batteries.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2002.07a
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pp.252-254
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2002
In this study, polyurethane acrylate macromer was synthesized and it was used in a gel polymer electrolyte, and then its electrochemical performances were evaluated. LiCoO$_2$/GPE/MCF cells were also prepared and their performances depending on discharge currents and temperatures were evaluated. ionic conductivity of the gel polymer electrolyte with PUA at room temperature and -20$^{\circ}C$ was ca. 4.5 x 10$\^$-3/ S/cm and 1.7${\times}$10$\^$-3/ S/cm, respectively. GPE was stable electrochemically up to 4.5 V vs. Li/Li$\^$+/. LiCoO$_2$/GPE/MCF cell showed a good high-rate and a low-temperature performance.
Kim, Taek-Rae;Wu, Jing-Yu;Hu, Quan-Li;Kim, Myung-Soo
Carbon letters
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v.8
no.4
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pp.335-339
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2007
Carbon/silicon composites were synthesized by mixing silicon powders with petroleum pitch and subsequent heat-treatment. The resultant composites were composed of carbon and nano-size crystalline silicon identified by XRD and EDX. FIB images and SEM images were taken respectively to detect the existence of silicon impregnated in carbon and the distribution of silicon on the carbon surface. The obtained carbon/silicon materials were assembled as half cell anodes for lithium ion secondary battery and their electrochemical properties were tested. The pitch/silicon composite (3 : 1 wt. ratio) heat treated at $1000^{\circ}C$ and mixed with 55.5 wt.% of graphite showed relatively good electrochemical properties such as the initial efficiency of 78%, the initial discharge capacity of 605 mAh/g, and the discharge capacity of 500 mAh/g after 20 cycles.
MCMB (Mesocarbon microbeads) is a kind of anode material for lithium-ion secondary battery. MCMB charge/discharge cycle stability is one of the important criterion at lithium-ion battery operation. In this study, the cycling stability of a lithium-ion secondary battery has been examined. MCMB was made by the direct solvent extraction method. After the MCMB was carbonized and graphitized, the measurement of charge/discharge capacity and efficiency were carried out. In the result, discharge capacity of MCMB in the initial cycle was above 290.0 mAh/g. After the second cycle, efficiency of charge/discharge MCMB was about 98%. These results were similar to the commercial MCMB product.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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