• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제13권2호
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• pp.208-212
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• 2022

In this paper, we report the effects of temperature on the deterioration of graphite-based negative electrodes during the longterm cycling of lithium-ion batteries (LIBs). After cycling 75 Ah pouch-type LIB full cells at temperatures of 45℃ (45-Cell) and 25℃ (25-Cell) until their end of life, we expected to observe changes in the negative electrode according to the temperature. The thickness of the negative electrode of the cell was greater after cycling; that of the electrode of 45-Cell (144 ㎛) was greater than that of the electrode of 25-Cell (109 ㎛). Cross-sectional scanning electron microscopy analysis confirmed that by-products caused this increase in the thickness of the negative electrode. The by-products that formed on the surface of the negative electrode during cycling increased the surface resistance and decreased the electrical conductivity. Voltage profiles showed that the negative electrode of 25-Cell exhibited an 84.7% retention of the initial capacity, whereas that of 45-Cell showed only a 70.3% retention. The results of this study are expected to be relevant to future analyses of the deterioration characteristics of the negative electrode and battery deterioration mechanisms, and are also expected to provide basic data for advanced battery design.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권3호
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• pp.320-326
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• 2018

본 연구에서는리튬이온전지음극활물질로 Graphite의 전기화학적특성을향상시키기 위하여 Graphite/Silicon/Carbon (G/Si/C) 복합소재를 제조하였다. 제조된 G/Si/C 합성물은 XRD, TGA, SEM을 사용하여 물성을 분석하였다. 또한 $LiPF_6$ (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%) 전해액에서 리튬이차전지의 충 방전 사이클, 율속, 순환전압전류 및 임피던스 테스트를 통해 전기화학적 성능을 조사하였다. G/Si/C 전극을 사용한 리튬이온전지는 Graphite 전극을 사용한 전지보다 우수한 특성을 나타내었으며 Silicon 함량이 늘어날수록 용량은 높아지나 안정성이 저하됨을 확인하였다. 또한 $25{\mu}m$ 이하의 Silicon을 사용하였을 때 용량과 안정성 모두 향상되는 것을 나타내었다. Silicon (${\leq}25{\mu}m$) 10 wt%인 경우 G/Si/C 복합소재는 495 mAh/g의 초기 방전 용량, 89%의 용량 보존율과 2 C/0.1 C에서 80%의 속도 특성을 보였다.

• 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.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 1992년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.99-103
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• 1992

The EDM characteristics of STD11 steel with copper and graphite as electrode have been investigated by using Hansvedt SE-155B electro-discharge machine. The effects of parameters such as duty factor and frequency on electro-discharge machining were discussed. It was found that those parameters have significant influences on the relative electrode wear(REW), metal removalrate(MRR) surface integrity. When the duty factor was increased under the constant frequency of 2 KHz, the MRR was also increased and the REW was decreased. But REW was constant with higher duty factor of 50%. In the case of the smaller duty factor and the higher frequency, the surface roughness has become better. When the graphite was used as electrode at thes same condition, the tool electrode built-up phenomenon has been obsdrved.

• 한국분말재료학회지
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• 제16권6호
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• pp.389-395
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• 2009

A Si-CuO-graphite composite was prepared by a mechanical alloying (MA) method. The Si-CuO composite has a mixture structure, where CuO is homogeneously dispersed in Si. Also, $Cu_2O$ and $Cu_3Si$ phases were formed during MA and heat treatment. Graphite with the Si-CuO composite was mixed in the same mill for 30 minutes with weight ratio of Si-CuO composite and graphite as 1:1. The Si-CuO composite was homogeneously covered with graphite. SiC phase was not formed. Electrochemical tests of the composite have been investigated, and the first charge and discharge capacities of the material were about 870mAh/g and 660mAh/g, respectively. Those values are about 76% of the first cycle efficiency. The cycle life of the composite showed that the initial discharge capacity of 660 mAh/g could be maintained up to 92% after 20 cycles.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제15권6호
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• pp.338-343
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• 2014

A $Fe_3O_4$-graphite nanofiber composite for use as an anode material was successfully synthesized by calcining $Fe_3O_4$ and graphite nanofiber (GNF) together in a $N_2$ atmosphere. Using this $Fe_3O_4$-GNF composite in a lithium ion battery resulted in a higher lithium storage capacity than that obtained using $Fe_3O_4$-graphite ($Fe_3O_4$-G). The $Fe_3O_4$-GNF (10 wt%) electrode exhibited a higher lithium ion diffusion coefficient ($2.29{\times}10^{-9}cm^2s^{-1}$) than did the $Fe_3O_4$-G (10%) ($3.17{\times}10^{-10}cm^2s^{-1}$). At a current density of $100mA\;g^{-1}$, the $Fe_3O_4$-GNF (10 wt%) anode showed a higher reversible capacity ($1,031mAh\;g^{-1}$) than did the $Fe_3O_4$-G (10%) anode ($799mAh\;g^{-1}$). Moreover, the $Fe_3O_4GNF$ electrodes showed good cycling performance without the addition of a conductive material.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 하계학술대회 논문집 Vol.5 No.2
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• pp.1199-1202
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• 2004

리튬이온전지 음극활질용으로 Hybrid of pitch based graphite impregnating natural graphite와 Hybrid of pitch based carbon impregnating natural graphite로 탄소전극을 제작하여 전기화학적인 특성을 연구하였다. Natural graphite에 pitch based graphite나 pitch based carbon의 혼합은 흑연의 이론용량인 372 mAh/g를 초과하는 고용량을 나타내었다. 이것은 극소공동에 리튬종의 삽입과 탈삽입에 의한 것으로 파악된다. 그러나 충 방전이 계속 진행되면서 방전용량이 급격히 저하되는 현상이 관찰되었다. X-선 회절분석 결과로부터 Hybrid of pitch based carbon impregnating natural graphite 탄소전극에는 amorphous carbon이 상대적으로 다량 존재한다는 것을 확인하였고, 이는 리튬의 삽입된 상태의 전위에 분포가 있어 충 방전시에 완만한 전압의 구배를 만들며, 비가역용량을 증가시키는 요인으로 파악되었다.

• 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.

• 한국표면공학회지
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• 제57권3호
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• pp.214-220
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• 2024

In this study, three-dimensional (3D) networks structure using single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) for Si-graphite composite electrode was developed and studied about effects on the electrochemical performances. To investigate the effect of SWCNTs on forming a conductive 3D network structure electrode, zero-dimensional (0D) carbon black and different SWCNTs composition electrode were compared. It was found that SWCNTs formed a conductive network between nano-Si and graphite particles over the entire area without aggregation. The formation of 3D network structure enabled to effective access for lithium ions leading to improve the c-rate performance, and provided cycle stability by alleviating the Si volume expansion from flexibility and buffer space. The results of this study are expected to be applicable to the electrode design for high-capacity lithium-ion batteries.

• 전기화학회지
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• 제13권1호
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• pp.19-33
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• 2010

초기 충전 과정에서 흑연 음극에 생성되는 표면피막은 리튬 이차전지의 중요한 구성 요소로 전지 반응은 표면피막의 본질에 크게 영향을 받는다. 따라서 표면피막의 물리화학적 성질을 이해하는 것은 매우 중요하다. 한편, 표면피막의 형성 반응은 흑연/전해질 계면에서 진행하는 매우 복잡한 계면 현상이며, 표면피막은 반응성이 높고 공기 중에서 불안정하기 때문에 리튬 이차전지의 전극 표면을 연구하는데 있어서 in-situ 실험 기술은 매우 중요하다. 이와 같은 점에서 전위가 제어된 상태에서 다양한 전기화학 반응이 진행하는 전극/용액 계면을 직접 관찰할 수 있는 전기화학적 원자간력 현미경(Electrochemical Atomic Force Microscopy, ECAFM)은 매우 유용한 도구이다. 본 총설에서는 흑연 음극에 생성되는 표면피막의 본질적 이해에 중점을 두어 표면피막의 생성기구 및 전해질과의 상관성에 관하여 in-situ ECAFM 분석 결과를 중심으로 하여 정리하였다.