• Corrosion Science and Technology
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• 제19권1호
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• pp.31-36
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• 2020

An efficient wet process approach to modifying natural graphite (NG) electrodes for Li-ion batteries is introduced in this paper. With homogeneous mixing and thermal decomposition of NG with diammonium phosphate ((NH₄)₂HPO₄), phosphorus and nitrogen were successfully incorporated into the surface layer of NG particles. Electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy analyses demonstrated that the surface was well modified by this process. As a result, the treated NG electrodes exhibited much improved electrochemical performance over pristine NG at two different temperatures: 25 ℃ and 50 ℃. Excellent capacity retention of 95.6% was obtained after 100 cycles at 50 ℃. These enhanced properties were confirmed in a morphology analysis on the cross-sections of the NG electrodes after galvanostatic cycling. The improved cycle and thermal stabilities can be attributed to the surface treatment with phosphorus and nitrogen; the treatment formed a stable solid electrolyte interphase layer that performed well when undergoing Li insertion and extraction cycling.

• 한국결정성장학회지
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• 제21권1호
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• pp.15-20
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• 2011

[ $^7Li$ ]Magic Angle Spinning(MAS) NMR Spectroscopy를 활용하여 $Li_4P_2O_7$와 $LiFePO_4$ 물질에서 $^7Li$ 핵의 NMR 특성 및 화합물 분자내의 국부적 구조 연구를 수행하였다. $Li_4P_2O_7$와 $LiFePO_4$ 물질 연구는 리튬이온전지에서 고체-전해질 경계상(SEI, solid-electrolyte interphase) 물질 연구를 위한 것이다. $Li_4P_2O_7$와 $LiFePO_4$ 분말은 고상합성법으로 제조하였다.$^7Li$MAS NMR 실험은 $27^{\circ}C$에서 $97^{\circ}C$의 영역에서 변온 실험을 수행하였으며 이는 주변 온도 변화 환경에서 $Li_4P_2O_7$ 물질 내의 Li 핵의 구조 변화를 관찰하기 위한 것이다. $^7Li$ MAS NMR 측정 결과 시료 온도가 $27^{\circ}C$에서 $97^{\circ}C$의 온도 분포 영역에서는 $Li_4P_2O_7$ 물질 내부의 Li 핵은 구조적으로 변화하지 않는 것이 확인되었다. 금번 실험을 통하여 $LiFePO_4$ 분말에 5.0 wt%이내로 포함되어있는 $Li_4P_2O_7$ 물질의 $^7Li$ MAS NMR 신호를 측정할 수 있는 측정 조건을 알았다.

• Carbon letters
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• 제12권3호
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• pp.180-183
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• 2011

Li metal is accepted as a good counter electrode for electrochemical impedance spectroscopy (EIS) as the active material in Li-ion and Li-ion polymer batteries. We examined the existence of signal noise from a Li-metal counter quantitatively as a preliminary study. We suggest an electrochemical cell with one switchable electrode to obtain the exact impedance signal of active materials. To verify the effectiveness of the switchable electrode, EIS measurements of the solid electrolyte interphase (SEI) before severe $Li^+$ intercalation to SFG6 graphite (at > ca. 0.25 V vs. Li/$Li^+$) were taken. As a result, the EIS spectra without the signal of Li metal were obtained and analyzed successfully for the following parameters i) $Li^+$ conduction in the electrolyte, ii) the geometric resistance and constant phase element of the electrode (insensitive to the voltage), iii) the interfacial behavior of the SEI related to the $Li^+$ transfer and residence throughout the near-surface (sensitive to voltage), and iv) the term reflecting the differential limiting capacitance of $Li^+$ in the graphite lattice.

• 전기화학회지
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• 제17권2호
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• pp.79-85
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• 2014

리튬2차전지용 음극활물질로 연구되고 있는 실리콘은 흑연에 비하여 높은 이론용량 (4200mAh/g for $Li_{4.4}Si$)을 가지기 때문에 고용량 음극소재로 각광받고 있다. 이러한 실리콘 음극은 반복적인 충방전에 의해 활물질 입자의 심각한 부피변화와 균열에 의한 새로운 표면이 전해액에 계속적으로 노출되는 문제로 인하여 두껍고 불안정한 피막생성을 유도한다. 불안정한 구조의 피막은 실리콘 음극의 전기화학적 성능뿐만 아니라 고온 열안정성을 저해할 수 있기 때문에 본 연구에서는 실리콘의 열안정성 향상을 위해 전해액 첨가제를 도입하여 피막구조를 변경하고자 한다. 전해액 첨가제인 lithium bis(oxalato)borate (LiBOB)가 실리콘 음극표면에 피막을 효과적으로 형성하였으며, 만충전 상태의 실리콘 음극의 $60^{\circ}C$ 저장시 용량유지 특성을 개선하였으며 고온에서의 열안정성 크게 향상시켰다.

• 공업화학
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• 제16권4호
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• pp.507-512
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• 2005

리튬 이온 2차 전지의 부극으로 사용되는 탄소전극은 초기 충전시 전극 표면에 Solid Electrolyte Interphase (SEI)라고 불리는 부동태 피막을 형성한다. 초기 충전과정에서의 용매분해로 형성된 막은 충방전 용량에 큰 영향을 주는 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 Kawasaki Mesophase Fine Carbon 부극과 1 M $LiPF_6,EC:DEC$ (1:1, 부피비)에 $Li_2CO_3$를 첨가하여 전극/전해질 계면에서 초기충전 온도에 따라 형성되는 부동태 피막의 전기화학적 특성을 시간대 전압법, 순환 전압-전류법, 임피던스법을 이용하여 조사하였다. 관찰된 결과에 따르면, 용매분해 반응이 일어날 때 리튬 이온의 전도도에 따라 용매분해 전위가 달라졌으며, 저온으로 갈수록 $Li^+$ 이온의 전도성이 떨어져 분해 전위 차이가 나타남을 알았다. 또한 여러 온도조건에서 초기 충전시 형성된 피막의 저항은 온도별로 달라짐을 확인하였다.

• 전기화학회지
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• 제18권2호
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• pp.58-67
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• 2015

음극 표면에 solid electrolyte interphase (SEI)를 형성하는 전해질 첨가제인 lithium bis(oxalate) borate (LiBOB), fluoroethylene carbonate (FEC), vinylene carbonate (VC), 2-(triphenylphosphoranylidene) succinic anhydride (TPSA)를 $Li(Ni_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3})O_2$ (NCM)/graphite 전지에 도입하여 고온 저장 특성을 비교하였다. 각 전지를 50%의 충전상태(stage of charge, SOC)에서, 고온 저장($60^{\circ}C$, 20일) 시킨 이후의 용량 유지율을 확인한 결과, LiBOB 1 wt.%가 가장 우수한 용량 유지 특성(초기 방전용량 대비 86.7%)을 나타내었다. LiBOB 1 wt.%의 경우 고온 저장 전후의 전지 저항 증가 및 SEI 두께 변화가 가장 적었고, 이는 음극 SEI에 포함된 다량의 semi-carbonate 물질과 연관성이 높다고 판단된다. 또한, LiBOB 1 wt.%가 포함된 NCM/graphite 전지의 상온($25^{\circ}C$) 및 고온수명($60^{\circ}C$) 특성도 기준 전해액(1.15 M lithium hexafluorophosphate (LiPF6) in ethylene carbonate/ethyl methyl carbonate (EC/EMC, 3/7 by volume))보다 각각 6%와 9% 향상된 결과를 보여주었다. 따라서, LiBOB이 상온 성능을 동등 이상으로 유지하면서도 고온 특성을 개선할 수 있는 우수한 전해액 첨가제로 판단된다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제8권1호
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• pp.53-60
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• 2017

Fluoroethylene carbonate (FEC) was studied as an additive for the electrolyte in lithium ion batteries with the $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ (LNMO) spinel cathode operating at a high potential beyond 4.7 V (vs. $Li/Li^+$). It was found that the FEC additive was electrochemically active for the $1^{st}$ charge cycle on the LNMO cathode. The presence of a large amount of FEC (more than 40 vol%) in the electrolyte caused severe side reactions with abnormally long voltage plateaus. In contrast, when the electrolyte contained less than 30 vol% FEC, the surface of the LNMO cathode was stabilized by the formation of the solid-electrolyte interphase (SEI), leading to improved cyclability. However, the resistance from the SEI limited the rate capability because of sluggish lithium transportation through the SEI and electronic insulation between the particles in the electrode.

• 전기화학회지
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• 제15권1호
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• pp.19-26
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• 2012

표준 전해액에 2중량%의 VC(vinylene carbonate)와 FEC(fluoroethylene carbonate)를 각각 첨가한 전해액으로부터 흑연 음극 표면에 SEI(solid electrolyte interphase) 층을 형성시키고, SEI 특성에 따른 흑연 음극의 저온($-30^{\circ}C$) 충방전 특성을 조사하였다. 흑연의 충 방전 용량은 FEC를 첨가한 전해액, 표준 전해액, 그리고 VC를 첨가한 전해액의 순서로 감소하였고, 충 방시 발생하는 과전압은 반대경향을 보이며 증가하였다. 이는 첨가제의 종류에 따라 생성된 SEI 층의 저항과 전하전달저항에 차이가 있음을 설명하는데, 이를 SEI 층의 화학 조성과 두께를 비교하여 확인하였다. 표준 전해액으로부터 생성된 SEI 층은 C-O 성분을 포함하는 고분자 형태의 화합물과 리튬 염의 환원분해로 생성된 $Li_xPF_yO_z$ 등으로 구성되었다. VC를 포함한 전해액으로부터 생성된 SEI 층은 C-O 화합물 비율이 높고 조밀하여 리튬 염의 분해가 억제되어 얇은 피막이 생성됨에도 불구하고 가장 큰 저항 값을 보였다. 반면에 FEC로부터 생성된 SEI 층은 C-O 성분의 비율이 VC를 첨가한 전해액의 경우보다는 작으면서도 리튬 염의 분해가 크지 않아서, 리튬 이온의 이동이 가장 용이한 피막을 형성하고 있어 가장 낮은 피막저항 및 전하전달 저항을 나타내었다. 결론적으로 FEC를 첨가제로 사용한 경우 생성된 SEI 층의 저항이 가장 작아서 흑연 음극의 저온특성이 가장 우수하였다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제6권4호
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• pp.116-120
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• 2015

Lithium diffusivity of fluorine-free and -doped tin-nickel (Sn-Ni) film model electrodes with improved interfacial (solid electrolyte interphase (SEI)) stability has been determined, utilizing variable rate cyclic voltammetry (CV). The method for interfacial stabilization comprises fluorine-doping on the electrode together with the use of electrolyte including fluorinated ethylene carbonate (FEC) solvent and trimethyl phosphite additive. It is found that lithium diffusivity of Sn is largely dependent on the fluorine-doping on the Sn-Ni electrode and interfacial stability. Lithium diffusivity of fluorine-doped electrode is one order higher than that of fluorine-free electrode, which is ascribed to the enhanced electrical conductivity and interfacial stabilization effect.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2011년도 춘계학술논문집 1부
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• pp.158-160
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• 2011

본 연구에서는 리튬 금속을 음극소재로 사용하기 위해 수지상 리튬의 성장을 억제하기 위한 지침을 얻기 위한 목적으로 TEM(Transmission Electron Microscope)과 임피던스를 주된 분석 수단으로 이용하여 2. 15 M LiBETI/ PC, 2.04 M $LiClO_4$/ PC 전해질은 1 M LiBETI/ PC, 1 M $LiClO_4$/ PC 전해질보다 얇고 치밀한 SEI(Solid Electrolyte Interphase) 구조를 가지고, 클로로포름에 의해 SEI의 유기물이 녹아 두께가 얇아 졌다. 임피던스를 측정한 결과 두꺼운 두께를 가진 SEI는 저항이 더 크고, 클로로포름 처리 후에는 저항이 커진 것을 확인할 수 있었다.