• 한국재료학회지
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• 제25권6호
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• pp.279-287
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• 2015

In order to prepare anode materials for high power lithium ion secondary batteries, carbon composites were fabricated with a mixture of petroleum pitch and coke (PC) and a mixture of petroleum pitch, coke, and natural graphite (PC-NG). Although natural graphite has a good reversible capacity, it has disadvaantages of a sharp decrease in capacity during high rate charging and potential plateaus. This may cause difficulties in perceiving the capacity variations as a function of electrical potential. The coke anodes have advantages without potential plateaus and a high rate capability, but they have a low reversible capacity. With PC anode composites, the petroleum pitch/cokes mixture at 1:4 with heat treatment at $1000^{\circ}C$ (PC14-1000C) showed relatively high electrochemical properties. With PC-NG anode composites, the proper graphite contents were determined at 10~30 wt.%. The composites with a given content of natural graphite and remaining content of various petroleum pitch/cokes mixtures at 1:4~4:1 mass ratios were heated at $800{\sim}1200^{\circ}C$. By increasing the content of petroleum pitch, reversible capacity increased, but a high rate capability decreased. For a given composition of carbonaceous composite, the discharge rate capability improved but the reversible capacity decreased with an increase in heat treatment temperature. The carbonaceous composites fabricated with a mixture of 30 wt.% natural graphite and 70 wt.% petroleum pitch/cokes mixture at 1:4 mass ratio and heat treated at $1000^{\circ}C$ showed relatively high electrochemical properties, of which the reversible capacity, initial efficiency, discharge rate capability (retention of discharge capacity in 10 C/0.2 C), and charge capacity at 5 C were 330 mAh/g, 79 %, 80 %, and 60 mAh/g, respectively.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권5호
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• pp.672-678
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• 2019

리튬이차전지용 음극재로서 피치로 코팅된 천연흑연의 전기화학적 특성이 조사되었다. 천연흑연과 피치의 혼합물을 $1000^{\circ}C$에서 소성하여 음극재를 제조하였다. 다양한 연화점의 피치가 탄소전구체로 사용되었다. 제조된 음극재의 물리적 특성은 TGA, SEM, PSA 및 BET로 분석하였다. 피치의 연화점이 증가할수록 코팅 층의 두께가 증가하였고, 비표면적이 감소하였다. 초기 충 방전 효율, 사이클, 순환전압전류, 속도 특성 및 임피던스 테스트를 통해 전기화학적 성능을 조사하였다. 연화점 $250^{\circ}C$의 피치로 탄소 코팅된 천연흑연은 초기 방전용량 361 mAh/g과 쿨롱 효율 92.6%을 보였다. 또한 출력 특성(5 C/0.2 C)은 코팅되지 않은 천연흑연에 비해 1.6배 향상되었으며, 0.5 C로 진행된 사이클 테스트에서 50 사이클 후 90%의 용량 유지율을 나타내었다.

• 공업화학
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• 제32권3호
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• pp.243-252
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• 2021

전기자동차(EV) 및 중대형 에너지 저장 장치(ESS)의 활용을 위한 차세대 에너지 저장 장치에 대한 요구가 증가함에 따라, 높은 출력 및 안정성 등의 특성을 갖는 리튬 이온 전지 개발이 시급한 과제로 떠오르고 있다. 리튬 이온 이차 전지의 성능은 주로 전극 재료의 물리/화학적 특성에 의해 결정되는데, TiO₂는 우수한 안정성 및 높은 안정성, 친환경적 특성으로 인해 현재 상용화된 탄소계 음극재를 대체할 수 있는 물질로 높은 관심을 받고 있다. 특히, 양극산화를 통해 제조된 자기 정렬된 TiO₂ 마이크로 및 나노 구조는 차세대 리튬 이온 이차 전지의 유망한 음극 소재 물질로 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 총설 논문에서는 양극산화를 통한 TiO₂ 나노 튜브 및 마이크로콘 구조 메커니즘 및 구조 발달에 영향을 미치는 인자에 대한 설명을 다루었다. 또한, TiO₂의 낮은 전기전도도 및 용량 한계를 극복하기 위한 TiO₂ 기반 복합체를 리튬 이온 이차 전지의 음극재로 활용한 연구를 소개하였다.

• 융합정보논문지
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• 제12권4호
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• pp.338-344
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• 2022

리튬이온전지의 음극소재 연구에서 실리콘 기반의 음극 활물질 개발이 필수적이며, 탄소기반의 실리콘-탄소 복합소재의 음극 적용연구가 활발히 진행되고 있다. 다른 한편으로 반도체와 태양광전지 산업에서 폐기물로 버려지는 실리콘 자원이 증가하여 환경적 문제를 일으키기도 한다. 본 연구에서는 리튬이온전지 음극소재로서 재활용된 실리콘을 이용하여 탄소와 복합화를 이루었으며, 실리콘 음극소재의 높은 용량 유지 특성 및 사이클 안정성 향상을 위하여 재활용된 실리콘과 피치의 함량을 조절하여 복합화의 최적화 조건을 확립하였다. 실리콘 : 피치의 질량비를 1 : 1 과 2 : 1을 가진 복합체를 간단한 자가조립 방법으로 복합화 하였으며, 석유계 피치로 코팅하여 제조된 음극소재의 전기화학적 특성을 비교 조사하는 연구를 수행하였다. 제조된 실리콘-탄소 복합소재는 충·방전 동안 발생되는 실리콘의 구조적 파괴를 방지하는 방법으로 우수한 초기용량과 사이클 안정성을 달성하였으며, 재활용 실리콘의 전극소재로서의 가능성을 확인하였다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제13권1호
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• pp.78-89
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• 2022

ANODE-free Li-metal batteries (AFLMBs) operating with Li of cathode material have attracted enormous attention due to their exceptional energy density originating from anode-free structure in the confined cell volume. However, uncontrolled dendritic growth of lithium on a copper current collector can limit its practical application as it causes fatal issues for stable cycling such as dead Li formation, unstable solid electrolyte interphase, electrolyte exhaustion, and internal short-circuit. To overcome this limitation, here, we report a novel dual-salt electrolyte comprising of 0.2 M LiPF₆ + 3.8 M lithium bis(fluorosulfonyl)imide in a carbonate/ester co-solvent with 5 wt% fluoroethylene carbonate, 2 wt% vinylene carbonate, and 0.2 wt% LiNO₃ additives. Because the dual-salt electrolyte facilitates uniform/dense Li deposition on the current collector and can form robust/ionic conductive LiF-based SEI layer on the deposited Li, a Li/Li symmetrical cell exhibits improved cycling performance and low polarization for over 200 h operation. Furthermore, the anode-free LiFePO₄/Cu cells in the carbonate electrolyte shows significantly enhanced cycling stability compared to the counterparts consisting of different salt ratios. This study shows an importance of electrolyte design guiding uniform Li deposition and forming stable SEI layer for AFLMBs.

• 청정기술
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• 제19권1호
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• pp.44-50
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• 2013

리튬이온전지에서 음극활물질의 저장용량을 증가시키기 위하여 주석산화물에 대한 연구가 많이 수행되고 있다. 주석산화물은 기존의 흑연 음극활물질보다 충방전 용량이 높다. 하지만 충방전이 진행되는 동안에 부피팽창률이 높아서 활물질이 파괴되는 현상이 나타나므로 과도한 비가역용량이 문제가 된다. 이를 해결하기 위하여 물리적 완충역할을 하는 물질이 첨가된 복합산화물을 제조하였다. $SnO_2-SiO_2$ 복합산화물을 솔-젤법을 이용하여 제조하였다. 10 vol% 프로필렌기체를 이용하여 탄소피복을 하여 전기전도성을 증가시켰다. TG/DTA, XRD, SEM과 FT-IR을 이용하여 제조된 물질의 물성을 분석하였으며, CR2032 코인셀을 제조하여 전기화학적인 특성을 조사하였다. $300^{\circ}C$로 열처리한 후에 탄소피복한 $SnO_2-SiO_2$ 활물질의 전기화학적 특성이 가장 우수하였다.

• 공업화학
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• 제25권6호
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• pp.592-597
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• 2014

본 연구에서는 리튬이차전지의 음극활물질로 graphite의 전기화학적 특성을 향상시키기 위하여 졸-겔 법에 의한 graphite/$SiO_2$ 복합소재를 제조하였다. 제조된 graphite/$SiO_2$ 합성물은 XRD, FE-SEM과 EDX를 사용하여 분석하였다. $SiO_2$에 의해 표면 개질된 graphite는 SEI 층을 안정화시키는데 장점을 보여 주었다. Graphite/$SiO_2$ 전극을 작업 전극으로, 리튬메탈을 상대전극으로 하여 리튬이차전지의 전기화학 특성을 조사하였다. $LiPF_6$ 염과 EC/DMC 용매를 전해질로 사용하여 제조한 코인 셀의 전기화학적 거동은 충방전, 사이클, 순환전압전류, 임피던스 테스트를 진행하여 평가하였다. Graphite/$SiO_2$ 전극을 사용한 리튬이차전지는 graphite 전극을 사용한 전지보다 우수한 특성을 보여주었으며, 0.1 C rate에서 465 mAh/g의 용량을 보여주었다. 또한 개질된 graphite 전극은 0.8 C rate에서 99%의 용량 보존율을 보여주었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.277-278
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• 2008

Orthorhombic $LiMnO_2$(o-$LiMnO_2$) has attracted public attentions as a cathode materials of Lithium ion battery because it has low cost and high theoretical discharge capacity of 285mAh $g^{-1}$. In our study, o-$LiMnO_2$ is synthesized by quenching method. To verify their phase structure, X-ray diffraction is accomplished. Test cells are assembled to check electrochemical characteristics using acquired o-$LiMnO_2$ cathode and carbon anode. Charge/Discharge cycling was carried out for 50cycles. And impedance was measured at 1, 2, 5, 10, 30, 50cycle. During cycle test, the max discharge capacity was recorded 139mAh $g^{-1}$ at 10cycle.

• Carbon letters
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• 제8권3호
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• pp.207-213
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• 2007

The properties and electrochemical characteristics of anode material using pitch-coated graphite residue compounds by heat-treatment at $600^{\circ}C$ for 1 hour were investigated. The distance of layers of pitch-coated graphite residual compounds was 3.3539 ${\AA}$, which was as same as that of graphite. Its electrochemical and charge discharge characteristics were tested according to different four types of carbon material, natural graphite, pitch-coated graphite, amorphous graphite and pitch-coated graphite residual compounds, respectively. So it was shown the best charge-discharge characteristics in all of the samples. For the electrochemical and charge-discharge characteristics, although pitch-coated graphite residual compounds had different carbon contents 70% and 80%, these two samples were shown good electrochemical and charge-discharge characteristics.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제17권11호
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• pp.1224-1229
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• 2004

The purpose of this study is to research and develop tin oxide-flyash composite for lithium Ion polymer battery. Tin oxide is one of the promising material as a electrode active material for lithium Ion polymer battery (LIPB). Tin-based oxides have theoretical volumetric and gravimetric capacities that are four and two times that of carbon, respectively. We investigated cyclic voltammetry, AC impedance and charge/discharge cycling of SnO$_2$-flyash/SPE/Li cells. The first discharge capacity of SnO$_2$-flyash composite anode was 639 mAh/g. The discharge capacity of SnO$_2$-flyash composite anode was 563 and 472 mAh/g at 6th and 15th cycle, respectively. The SnO$_2$-flyash composite anode with PVDF-PMMA-PC-EC-LiClO$_4$ electrolyte showed good capacity with cycling.