• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 하계학술대회 논문집 Vol.5 No.1
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• pp.134-137
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• 2004

새로운 리튬 2차전지용 양극활물질인 Li[NiMnCo]O2를 간단히 합성할 수 있는 방법과 Si의 doping에 의해 그 특성을 향상하였다. 원하는 당량비의 Li, Ni, Co, Mn의 nitrate를 고순도의 에탄올에 용해하고 여기에 Si의 원료물질로서 poly(methyl phenyl siloxane)을 원하는 양(전체 전이금속 이온의 $2{\sim}10\;mol%$)만큼 첨가한 후 약 30분 정도 교반하였다. 이 용액을 약 $70{\sim}80^{\circ}C$ 정도의 온도에서 고점도의 진흙 상태가 될 정도로 가열하고 $450{\sim}500^{\circ}C$의 온도에서 약 5시간 정도 열처리 하여 유기물이 없는 상태의 전구체를 제조하였다. 이 전구체를 분말형태로 분쇄하고 $600{\sim}650^{\circ}C$ 정도의 온도에서 3시간, $900{\sim}950^{\circ}C$ 정도의 온도에서 5시간 연속적으로 열처리 하여 최종 활물질을 제조하였다. 이렇게 제조된 활물질은 175mAh/g 정도의 높은 비용량을 나타내었으며 4.5V 충전 조건에도 우수한 수명특성을 나타내었다. Si이 doping되지 않은 활물질에 비해 Si이 doping된 물질은 율특성, 수명특성에서 보다 우수한 특성을 나타내었는데 이것은 층상구조 활물질의 격자상수 증가와 impedance 증가 억제에 기인한 것으로 분석되었다.

• 전기화학회지
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• 제16권3호
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• pp.151-156
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• 2013

리튬이온 전지의 양극물질로써, 초임계 수열합성법을 이용해 만들어진 분말은 각각 $850^{\circ}C$와 $900^{\circ}C$ 공기 분위기에서 10시간씩 소성하여 $LiNi_{0.5}Mn_{0.3}Co_{0.2}O_2$를 합성하였다. 온도를 조절함에 따라 합성된 분말은 어떠한 영향을 받는지 x-ray pattern, SEM-image, 물리적 특성과 전기화학적 거동을 관찰해 연구하였다. 그 결과, $900^{\circ}C$에서 열처리된 물질의 입자크기가 $850^{\circ}C$에서 열처리된 물질에 비해 더 큰 것으로 나타났고, 특히 초기 가역용량 163.84 mAh/g (0.1 C/2.0-4.3 V), 186.87 mAh/g (0.1 C/2.0-4.5 V)의 가역용량을 나타내면서 훌륭한 전기화학적 거동을 보였으며, 50th cycle에서도 91.49%(0.2 C/2.0-4.3 V)와 90.36%(0.2 C/2.0-4.5 V)의 높은 용량 유지율을 보였다.

• Journal of the Korean Physical Society
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• 제73권10호
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• pp.1535-1540
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• 2018

In this study, we prepared and characterized Nb-doped $Li_7La_3Zr_{2-x}O_{12}$ (LLZNO) powder and pellets with a cubic garnet structure by using a modified sol-gel synthesis and hot pressing. LLZNO powder with a very small grain size and cubic structure without secondary phases could be obtained by using a synthesis method in which Li and La sources in a propanol solvent were mixed together with Zr and Nb sources in 2-methoxy ethanol. A pure cubic phase LLZNO pellet could be fabricated from the prepared LLZNO and an additional 6-wt% of $Li_2CO_3$ powder by hot pressing at $1050^{\circ}C$ and 15.8 MPa. The hot-pressed LLZNO pellet with a relative density of 99% exhibited a very dense surface morphology. The total Li ionic conductivity of the hot-pressed LLZNO was $7.4{\times}10^{-4}S/cm$ at room temperature, which is very high level compared to other reported values. The activation energy for ionic conduction was estimated to be 0.40 eV.

• 전기화학회지
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• 제10권1호
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• pp.48-51
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• 2007

리튬이온전지의 스피넬형 양극활물질 $LiMn_2O_4$의 입자 크기 및 비표면적의 전기화학 특성상의 영향을 고찰하기 위하여 스피넬 물질을 공침법과 고상법에 의해 합성되었다. X-선 회절분석을 통하여 합성된 두 물질 모두 Fd3m space group을 갖는 스피넬 구조가 형성된 것을 확인하였다. 공침법을 사용하여 얻은 물질은 상대적으로 높은 충진 밀도와 균일한 입도 분포를 갖는 구형의 분말이었다. 그러나 고상법을 사용하여 얻은 활물질은 비교적 입자 크기가 작고 넓은 입도분포를 나타내었다. 측정된 두 물질의 비표면적(BET)은 각각 $0.8m^2g^{-1}$(공침법)과 $3.6m^2g^{-1}$(고상법)로 큰 차이를 보였다. 두 물질의 전기화학적 특성을 평가하기 위하여 코인타입(CR2032)전지를 제작하여 고온($55^{\circ}C$)에서 충 방전테스트를 하였다. 공침법으로 합성된 물질의 고온에서 방전용량 유지율은 50사이클 이후 고상법으로 합성된 물질의 68.3% 보다 14% 향상된 82.3%로 향상된 방전용량 유지율을 보였다.

• 공업화학
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• 제9권2호
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• pp.220-225
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• 1998

스피넬 구조의 $LiMn_2O_4$를 $Li_2CO_3$와 $MnO_2$를 사용하여 $750{\sim}900^{\circ}C$에서 소성해서 합성하였다. 이 때 $850^{\circ}C$에서 12시간 동안 소성할 경우 입방정 구조의 $LiMn_2O_4$가 얻어졌다. 그러나 $900^{\circ}C$에서 소성해서 합성할 경우 산소의 발생으로 인해서 0.06M의 $Mn^{+4}$가 $Mn^{+3}$로 전이되면서 $LiMn_2O_{3.97}$이 얻어졌다. 이것은 스피넬 구조의 $LiMn_2O_4$에서 octahedral site의 $Mn^{+3}$ 이온의 증가로 인해서 Jahn-Teller distortion이 발생되며, 이로 인해 $3.6{\sim}4.3V_{Li/Li}+$의 전위범위에서 $0.25mA/cm^2$으로 15 cycle 동안 충 방전 실험한 결과 $900^{\circ}C$에서 합성된 스피넬 구조의 $LiMn_2O_4$는 82 mAh/g에서 50 mAh/g으로 용량 감소가 나타났으나 $850^{\circ}C$에서 합성한 $LiMn_2O_4$는 102~64 mAh/g을 유지했다.

• 전기화학회지
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• 제2권1호
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• pp.5-12
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• 1999

PVA-전구체법을 사용하여, 리튬전지의 양극물질인 $Li_xNi_{1-y}Co_yO_2$의 다결정성 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 양극물질로 사용하여 리튬이온전지를 제조하여 전지의 전기화학적 성질을 측정하였다. PVA와 금속이온간의 상대적 양, PVA의 농도 및 중합도, 열처리조건, 금속의 조성비 등 여러 다른 합성조건을 변화시키면서, 그러한 합성상의 조건 변화가 리튬이온전지의 전지특성과 어떠한 상호관계를 갖는지 조사하였다. 전지의 초기성능에 관한 한, PVA-전구체법으로 합성한 $Li_xNi_{1-y}Co_yO_2$의 경우, 최적의 조성은 x=1.0, y=0.26인 것으로 관찰되었다. PVA-전구체법으로 합성할 경우, 전구체에 남는 잔여탄소로 인해 형성되는 $Li_2CO_3$가 전지의 성능을 저하시키는 것으로 관찰되었다. 이를 제거하기 위해 건조 공기의 흐름 속에서 열처리를 하거나, 합성 후 2차 열처리 과정에서 $500^{\circ}C$의 온도에서 건조공기의 흐름을 유지하며 annealing 처리를 하는 것이 전지의 특성을 크게 개선하는 것으로 관찰되었다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제14권3호
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• pp.293-300
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• 2023

The global energy storage markets have gravitated to high-energy-density and low cost of lithium-ion batteries (LIBs) as the predominant system for energy storage such as electric vehicles (EVs). High-Ni layered oxides are considered promising next-generation cathode materials for LIBs owing to their significant advantages in terms of high energy density. However, the practical application of high-Ni cathodes remains challenging, because of their structural and surface instability. Although extensive studies have been conducted to mitigate these inherent instabilities, a two-step process involving the synthesis of the cathode and a dry/wet coating is essential. This study evaluates a one-step β-Li₂SnO₃ layer coating on the surface of LiNi_0.8Co_0.2O₂ (NC82) via the thermal segregation of Sn owing to the solubility limit with respect to the synthesis temperature. The doping, segregation, and phase transition of Sn were systematically revealed by structural analyses. Moreover, surface-engineered 5 mol% Sn-coated LiNi_0.8Co_0.2O₂ (NC82_Sn5%) exhibited superior capacity retention compared to bare NC82 owing to the stable surface coating layer. Thus, the developed one-step coating method is suitable for improving the properties of high-Ni layered oxide cathode materials for application in LIBs.

• 전기화학회지
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• 제19권3호
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• pp.63-68
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• 2016

$Li_4Ti_5O_{12}$는 우수한 사이클 특성과 구조적 안정성을 지니고 있으며 급속충전 및 고출력 특성을 지닌 리튬이온 이차전지용 음극 활물질이다. 고상법을 통한 $Li_4Ti_5O_{12}$의 합성 중에 발생하는 입자간의 뭉침을 억제하기 위하여, 원료인 $TiO_2$와 $Li_2CO_3$에 카본블랙을 소량 첨가하여 합성을 진행하였다. 원재료 대비하여 카본블랙을 각각 0, 0.5, 1.0, 및 3.0 질량%로 추가하여 고상법으로 $Li_4Ti_5O_{12}$를 합성하였으며, 얻어진 각 분말의 탭밀도와 분급속도를 비교하였다. 카본블랙의 함량이 증가함에 따라 입자의 뭉침이 감소하여 탭밀도가 감소하였으며, 카본블랙을 1.0 질량% 사용한 경우에 가장 빠르게 분급이 진행되었다. 또한, 카본블랙의 사용량에 무관하게 전기화학적 속도특성에서는 차이가 발생하지 않았기 때문에 1.0 질량%의 카본블랙의 추가를 통하여 성능의 손실없이 분말의 제조속도를 높일 수 있다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제15권1호
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• pp.168-177
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• 2024

Ni-rich cathode is one of the promising candidates for high-energy lithium-ion battery applications. Due to its specific capacity, easy industrialization, and good circulation ability, Ni-rich cathode materials have been widely used for lithium-ion batteries. However, due to the limitation of the co-precipitation method, including sewage pollution, and the instability of the long production cycles, developing a new efficient and environmentally friendly synthetic approach is critical. In this study, the Ni_0.91Co_0.06Mn_0.03CO₃ precursor powder was successfully synthesized by an efficient spray-drying method using carbonate compounds as a raw material. This Ni_0.91Co_0.06Mn_0.03CO₃ precursor was calcined by mixing with LiOH·H₂O (5 wt% excess) at 480℃ for 5 hours and then sintered at two different temperatures (780℃/800℃) for 15 hours under an oxygen atmosphere to complete the cathode active material preparation, which is a key component of lithium-ion batteries. As a result, LiNi_0.91Co_0.06Mn_0.03O₂ cathode active material powders were obtained successfully via a simple sintering process on the Ni_0.91Co_0.06Mn_0.03CO₃ precursor powder. Furthermore, the obtained LiNi_0.91Co_0.06Mn_0.03O₂ cathode active material powders were characterized. Overall, the material sintered at 780℃ shows superior electrochemical performance by delivering a discharge capacity of 190.76 mAh/g at 1^st cycle (0.1 C) and excellent capacity retention of 66.80% even after 50 cycles.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.259-259
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• 2007

층상구조의 전이금속 산화물($LiMO_2$, M=Co, Ni, Mn)은 리튬이차전지용 양극재료로 활발한 연구가 진행되고 있다. 차세대 리튬이차전지 시스템의 개발 및 고성능화를 위해서는 전지의 용량을 결정하는 핵심 부품인 양극재료의 고용량화 및 고안정화는 필수 불가결하다. 따라서 본 연구에서는 상업적으로 큰 장점이 있는 고상반응 공정을 이용하여 리튬이차전지용 양극소재를 제조하고, 소재의 전기화학적, 구조적인 특성을 평가하였으며, 다음과 같은 주제를 가지고 연구를 진행하였다. $LiCoO_2$ 양극재료는 리튬이온전지로 널리 사용되고 있다. 높은 에너지 밀도의 리튬이온전지를 얻기 위해서는 $LiCoO_2$ 양극재료가 고용량화 및 고밀도화를 가져야 한다. 여기서 $LiCoO_2$ 분말이 irregular particle morphology를 가지면 tap density가 $2.2-2.4gcm^{-3}$로 에너지 밀도가 낮으나, 구형 $LiCoO_2$의 정극재료는 tap density가 $2.6-2.8gcm^{-3}$로 상대적으로 energy density가 높아지는 효과가 있다. 구형 $LiCoO_2$ 양극재료를 합성하기 위해서는 chelating agent를 이용한 "controlled crystallization" 침전법을 사용하여 합성한 구형 코발트 수화물을 사용하고 있다. "controlled crystallization" 침전법에서 사용되는 chelating agent로는 주로 ammonia가 이용되고 있다. 본 연구에서는 chelating agent로 ethylene diamine을 사용하여 sodium hydroxides를 precipitation으로 침전 반응하여 구형 코발트 수화물을 합성하였다. 상기 방법으로 합성된 코발트 수화물과 리튬 수화물($LiOH{\cdot}H_2O$-고순도화학(高殉道化學))을 사용하여 고상법을 통하여 $LiCoO_2$를 합성하였다. 제조된 분말의 결정구조와 전기화학적 특성분석은 X-선 회절분석 및 리트벨트 구조정산, 그리고 충/방전 싸이클링을 수행하였으며, 분말의 미세구조 변화를 SEM을 이용하여 분석하였다.