Um, Ji Hyun;Kim, Hyunwoo;Cho, Yong-Hun;Yoon, Won-Sub
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.11
no.1
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pp.92-98
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2020
SnO2-based high-capacity anode materials are attractive candidate for the next-generation high-performance lithium-ion batteries since the theoretical capacity of SnO2 can be ideally extended from 781 to 1494 mAh g-1. Here 3D etched Cu foam is applied as a current collector for electron path and simultaneously a substrate for the SnO2 coating, for developing an integrated electrode structure. We fabricate the 3D etched Cu foam through an auto-catalytic electroless plating method, and then coat the SnO2 onto the self-supporting substrate through a simple sol-gel method. The catalytic dissolution of Cu metal makes secondary pores of both several micrometers and several tens of micrometers at the surface of Cu foam strut, besides main channel-like interconnected pores. Especially, the additional surface pores on etched Cu foam are intended for penetrating the individual strut of Cu foam, and thereby increasing the surface area for SnO2 coating by using even the internal of Cu foam. The increased areal capacity with high structural integrity upon cycling is demonstrated in the SnO2-coated 3D etched Cu foam. This study not only prepares the etched Cu foam using the spontaneous chemical reactions but also demonstrates the potential for electroless plating method about surface modification on various metal substrates.
Lee, Jeong Beom;Chae, Oh. B.;Chae, Seulki;Ryu, Ji Heon;Oh, Seung M.
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.7
no.4
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pp.306-315
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2016
Amorphous vanadium titanates (aVTOs) are examined for use as a negative electrode in lithium-ion batteries. These amorphous mixed oxides are synthesized in nanosized particles (<100 nm) and flocculated to form secondary particles. The $V^{5+}$ ions in aVTO are found to occupy tetrahedral sites, whereas the $Ti^{4+}$ ions show fivefold coordination. Both are uniformly dispersed at the atomic scale in the amorphous oxide matrix, which has abundant structural defects. The first reversible capacity of an aVTO electrode ($295mAhg^{-1}$) is larger than that observed for a physically mixed electrode (1:2 $aV_2O_5$ | $aTiO_2$, $245mAhg^{-1}$). The discrepancy seems to be due to the unique four-coordinated $V^{5+}$ ions in aVTO, which either are more electron-accepting or generate more structural defects that serve as $Li^+$ storage sites. Coin-type Li/aVTO cells show a large irreversible capacity in the first cycle. When they are prepared under nitrogen (aVTO-N), the population of surface hydroxyl groups is greatly reduced. These groups irreversibly produce highly resistive inorganic compounds (LiOH and $Li_2O$), leading to increased irreversible capacity and electrode resistance. As a result, the material prepared under nitrogen shows higher Coulombic efficiency and rate capability.
Yu-Ri Jang;Yu-Seon Jang;Jae-Jun Choi;Dong-Myeong Ha
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.27
no.4
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pp.50-55
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2023
Lithium-ion secondary batteries are currently in high demand and supply. The purpose of this study is to secure the safety of the process by studying the combustion characteristics of EC(Ethylene Carbonate), Which is mainly used as an electrolyte organic solvent for lithium ion batteries. The flash points of the EC by using Setaflash and Pensky-Martens closed-cup testers were experimented at 141 ℃ and 143 ℃, respectively. The flash points of the EC by Tag and Cleveland open cup testers were experimented at 152 ℃ and 156 ℃, respectively. The AIT(Auto Ignition Temperature) of the EC was experimented at 420 ℃. The LEL(Lower Explosive Limit) calculated by using lower flash point of Setaflash was calculated at 3.6 Vol.%.
The electrochemical behavior of binder-free carbon anode, comprising of only artificial and natural graphite (AG and NG) particles, for intercalation and deintercalation of lithium ion $(Li^+)$ in aluminum chloride (AICI_3)-I-ethyl3-methylimidazolium chloride (EMIC)-lithium chloride (LiCl)-thionyl chloride $(SOCI_2)$ room-temperature molten salt (RTMS) was studied. Binder-free carbon electrodes were fabricated using electrophoretic deposition (EPD) method. The binder-free carbon anodes provided a relatively flat charge and discharge potentials $(0\;to\;0.2V\;vs.\;Li/Li^+)$ and current capabilities $(250-340mAh{\cdot}g^{-1})$ for the intercalation and deintercalation of $Li^+$. Stability of the binder-free carbon anodes for intercalation and deintercalation of 50 cycles was confirmed.
With the increasing size and universalization of lithium-ion batteries, the development of cathode materials has emerged as a critical issue. The energy density of 18650 cylindrical batteries had more than doubled from 230 Wh/l in 1991 to 500 Wh/l in 2005. The energy capacity of most products ranges from 450 to 500Wh/l or from 150 to 190 Wh/kg. Product developments are focusing on high capacity, safety, saved production cost, and long life. As Co is expensive among the cathode active materials $LiCoO_2$, to increase energy capacity while decreasing the use of Co, composites such as $LiMn_2O_4$, $LiCo_{1/3}N_{i1/3}Mn_{1/3}O_2$, $LiNi_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}O_2$, and $LiFePO_4$-C (167 mA/g) are being developed. Furthermore, many studies are being conducted to improve the performance of battery materials to meet the requirement of large capacity output density such as 500Wh/kg for electric bicycles, 1,500Wh/kg for electric tools, and 4,000~5,000Wh/kg for EV and PHEV. As new cathodes active materials with high energy capacity such as graphene-sulfur composite cathode materials with 600 Ah/kg and the molecular cluster for secondary battery with 320 Ah/kg are being developed these days, their commercializations are highly anticipated.
In order to increase the capacity of the lithium ion battery, the capacity of the anode should be increased. SnO2 and Li4Ti5O12 were studied to replace the graphite as the anode materials. In this study, SnO2/Li4Ti5O12 composite materials were synthesized by solid-state method. The study reported here attempts to enhance the electrochemical capacity of Li4Ti5O12 through the incorporation of SnO2. Sn-based Li ion storage materials are loaded on Li4Ti5O12 surface. The SnO2/Li4Ti5O12 composite material has higher capacity than Li4Ti5O12, but the cycling capacity was decreased due to SnO2.
Recently, the use of stable lithium nanostructures as substrates and electrodes for secondary batteries can be a fundamental alternative to the development of next-generation system semiconductor devices. However, lithium structures pose safety concerns by severely limiting battery life due to the growth of Li dendrites during rapid charge/discharge cycles. Also, enabling long cyclability of high-voltage oxide cathodes is a persistent challenge for all-solid-state batteries, largely because of their poor interfacial stabilities against oxide solid electrolytes. For the development of next-generation system semiconductor devices, solid electrolyte nanostructures, which are used in high-density micro-energy storage devices and avoid the instability of liquid electrolytes, can be promising alternatives for next-generation batteries. Nevertheless, poor lithium ion conductivity and structural defects at room temperature have been pointed out as limitations. In this study, a low-dimensional Graphene Oxide (GO) structure was applied to demonstrate stable operation characteristics based on Li+ ion conductivity and excellent electrochemical performance. The low-dimensional structure of GO-based solid electrolytes can provide an important strategy for stable scalable solid-state power system semiconductor applications at room temperature. The device using uncoated bare NCA delivers a low capacity of 89 mA h g-1, while the cell using GO-coated NCA delivers a high capacity of 158 mA h g−1 and a low polarization. A full Li GO-based device was fabricated to demonstrate the practicality of the modified Li structure using the Li-GO heterointerface. This study promises that the lowdimensional structure of Li-GO can be an effective approach for the stabilization of solid-state power system semiconductor architectures.
Park, Sun Ho;Oh, Euntaek;Park, Siyoung;Lim, Jihun;Choi, Jin Hyeok;Lee, Yong Min
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.6
no.2
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pp.173-179
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2020
Electric vehicles (EVs) using lithium secondary batteries (LIBs) with excellent power and long-term cycle performance are gaining interest as the successors of internal combustion engine (ICE) vehicles. However, there are few systematic researches for fast charging to satisfy customers' needs. In this study, we compare the degradation of LIB where its composition is LiNi0.5Co0.2Mn0.3/Graphite with the constant current and constant power-charging method. The charging speed was set to 1C, 2C, 3C and 4C in the constant current mode and the value of constant power was calculated based on the energy at each charging speed. Therefore, by analyzing the battery degradation based on the same charging energy but different charging method; CP charging method can slow down the battery degradation at a high rate of 3C through the voltage curve, capacity retention and DC-IR. However, when the charging rate was increased by 4C or more, the deviation between the LIBs dominated the degradation than the charging method.
Recently lithium ion secondary batteries (LIB) have rapidly developed because of their advantages such as high energy densities and capacities. Among them, an electrical vehicle which is the one of the environmental-friendly transportation facilities has been received a great attention, but, it is needed to overcome several obstacles of the LIB performances. LIB is practically adapted to Hybrid Electric Vehicle (HEV), but the issues for high capacities, long life time and safety should be solved. Moreover, LIBs still have some possibilities of explosion in the case of overheating of the used organic electrolyte and overcharging of the cell. Hence, it is urgently needed to replace the liquid electrolytes into the solid electrolytes due to the safety issues. Therefore, in this review, we summarized and discussed the research trends of the solid electrolyte to solve the concerns of safety and capacity of LIBs and published patents and articles.
Kim, Jeong-Min;Jeong, Minchan;Jin, Bong-Soo;Kim, Hyun-Soo
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.5
no.1
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pp.32-36
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2014
The $0.3Li_2MnO_3{\cdot}0.7LiMn_{0.55}Ni_{0.30}Co_{0.15}O_2$ cathode material was prepared via a co-precipitation method. The vapor grown carbon fiber (VGCF) was used as a conductive material and its effects on electrochemical properties of the $0.3Li_2MnO_3{\cdot}0.7LiMn_{0.55}Ni_{0.30}Co_{0.15}O_2$ cathode material were investigated. From the XRD pattern, the typical complex layered structure was confirmed and a solid solution between $Li_2MnO_3$ and $LiMO_2$ (M = Ni, Co and Mn) was formed without any secondary phases. The VGCF was properly distributed between cathode materials and conductive sources by a FE-SEM. In voltage profiles, the electrode with VGCF showed higher discharge capacity than the pristine electrode. At a 5C rate, 146 mAh/g was obtained compared with 232 mAh/g at initial discharge in the electrode with VGCF. Furthermore, the impedance of the electrode with VGCF did not changed much around $9-10{\Omega}$ while the pristine electrode increased from 21.5${\Omega}$ to $46.3{\Omega}$ after the $30^{th}$ charge/discharge cycling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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