Chen, Fei;Zhang, Gang;Zhang, Yiluo;Cao, Shiyu;Li, Jun
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제13권3호
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pp.362-368
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2022
The application of polymer composite electrolyte in all-solid-state lithium-sulfur battery (ASSLSBs) can guarantee high energy density and improve the interface contact between electrolyte and electrode, which has a broader application prospect. However, the inherent insulation of the sulfur-cathode leads to a low electron/ion transfer rate. Carbon materials with high electronic conductivity and electrolyte materials with high ionic conductivity are usually selected to improve the electron/ion conduction of the composite cathode. In this work, PEO-LiTFSI-LLZO composite polymer electrolyte (CPE) with high ionic conductivity was prepared. The ionic conductivity was 1.16×10-4 and 7.26×10-4 S cm-1 at 20 and 60℃, respectively. Meanwhile, the composite sulfur cathode was prepared with Sulfur, reduced graphene oxide and composite polymer electrolyte slurry (S-rGO-CPEs). In addition to improving the ion conductivity in the cathode, CPEs also replaces the role of binder. The influence of different contents of CPEs in the cathode material on the performance of the constructed battery was investigated. The results show that the electrochemical performance of the all-solid-state lithium-sulfur battery is the best when the content of the composite electrolyte in the cathode is 40%. Under the condition of 0.2C and 45℃, the charging and discharging capacity of the first cycle is 923 mAh g-1, and the retention capacity is 653 mAh g-1 after 50 cycles.
Choi, Jaecheol;Son, Bongki;Ryou, Myung-Hyun;Kim, Sang Hern;Ko, Jang Myoun;Lee, Yong Min
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제4권1호
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pp.27-33
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2013
The consequences of electrode density and thickness for electrochemical performance of lithium-ion cells are investigated using 2032-type coin half cells. While the cathode composition is maintained by 90:5:5 (wt.%) with $LiCoO_2$ active material, Super-P electric conductor and polyvinylidene fluoride polymeric binder, its density and thickness are independently controlled to 20, 35, 50 um and 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 g $cm^{-3}$, respectively, which are based on commercial lithium-ion battery cathode system. As the cathode thickness is increased in all densities, the rate capability and cycle life of lithium-ion cells become significantly worse. On the other hand, even though the cathode density shows similar behavior, its effect is not as high as the thickness in our experimental range. This trend is also investigated by cross-sectional morphology, porosity and electric conductivity of cathodes with different densities and thicknesses. This work suggests that the electrode density and thickness should be chosen properly and mentioned in detail in any kinds of research works.
Cathode materials and their precursors are prepared with transition metal solutions recycled from the the waste lithium-ion batteries containing NCM (nickel-cobalt-manganese) cathodes by a $H_2$ and C-reduction process. The recycled transition metal sulfate solutions are used in a co-precipitation process in a CSTR reactor to obtain the transition metal hydroxide. The NCM cathode materials (Ni:Mn:Co=5:3:2) are prepared from the transition metal hydroxide by calcining with lithium carbonate. X-ray diffraction and scanning electron microscopy analyses show that the cathode material has a layered structure and particle size of about 10 ${\mu}m$. The cathode materials also exhibited a capacity of about 160 mAh/g with a retention rate of 93~96% after 100 cycles.
Today, rechargeable lithium-ion batteries are an essential portion of modern daily life. As a promising alternative to traditional energy storage systems, they possess various advantages. This review attempts to provide the reader with an indepth understanding of the working mechanisms, current technological progress, and scientific challenges for a wide variety of lithium-ion battery (LIB) electrode nanomaterials. Electrochemical thermodynamics and kinetics are the two main perspectives underlying our introduction, which aims to provide an informative foundation for the rational design of electrode materials. Moreover, both anode and cathode materials are clarified into several types, using some specific examples to demonstrate both their advantages and shortcomings, and some improvements are suggested as well. In addition, we summarize some recent research progress in the rational design and synthesis of nanostructured anode and cathode materials, together with their corresponding electrochemical performances. Based on all these discussions, potential directions for further development of LIBs are summarized and presented.
리튬 이온 배터리는 사용 환경과 양극재 조합 비율에 따라 배터리의 성능이 좌우된다. 고성능 리튬 이온 배터리를 개발하기 위해서는 양극재 비율을 다양하게 변화시켜가면서 배터리를 제작하고 성능을 측정해야 한다. 하지만 모든 변수 조합에 대해 배터리를 제작하고 성능을 측정하기에는 많은 시간과 비용이 소모된다. 그렇기 때문에 최근에는 데이터 기반으로 인공지능 모델을 활용하여 배터리의 성능을 예측하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존 공개 배터리 데이터는 동일한 배터리로 측정 실험을 하였기 때문에 양극재 조합 비율은 고정되어 있어서 데이터 속성으로 포함되지 않았다. 본 논문에서는 양극재 소재 조합 비율에 따른 배터리의 성능을 예측할 수 있는 인공지능 모델 개발에 필요한 학습 데이터 모델을 정의한다. 우리는 리튬 이온 배터리의 성능에 영향을 미칠 수 있는 요인을 분석하여 양극재 소재별 질량과 배터리 사용 환경을 입력데이터로, 배터리의 출력과 용량을 목적 데이터로 정의하였다. 공개 배터리 데이터 중에는 양극재 비율이 포함된 데이터가 없어 양극재 비율을 모두 동일한 값으로 설정한 제한된 데이터로 다중 선형회귀 분석, 서포트 벡터 회귀분석, 다중 로지스틱 회귀 분석, LSTM 분석을 수행하였다. 실험 환경이 다른 배터리 데이터에서 각각의 배터리 데이터는 고유한 패턴을 유지하였으며, 배터리 분류 모델은 각각의 배터리를 약 2%의 오차로 분류하는 것으로 나타났다.
In order to design capacity of lithium ion battery, some calculations were carried out based on the characteristics of materials by the given battery shape and dimension. The principle of design was built by the interpretation of the correlation of material, electrochemical and battery factors. Parameters of materials are fundamental physical properties of constituent such as cathode. separator, anode, current collectors and electrolyte. Electrochemical factor includes potential pattern as a function of specific capacity, specific discharge capacity(or initial irreversible specific capacity or Ah efficiency) as a function of specific charge capacity and material balancing. Parameters of battery are dimension, construction hardware and performance. Battery capacity was simulated for a lithium cobalt dioxide as cathode and a hard carbon as anode to achieve 1100 mAh for the charge limit voltage of 4.2V, the weight ratio(+/-) of 2.4 and ICR18650. A fabricated test cell (ICR18650) which have weight ratio(+/-) of 2.4 discharged to 1093 mAh for the charge limit voltage of 4.2V. The sequential discharge capacity show good correspondence with designed capacity.
본 논문은 층상구조에 기반을 둔 리튬 2차 전지용 양극 활물질 관련 기술에 대한 특허정량분석에 관한 것으로, 우리나라 356건, 미국 1,628건, 일본 2,915건, 유럽 439건, PCT (WO) 611건 등 등록/공개된 5,000여 건의 특허를 분석하였다. 본 특허정량분석을 통해 1991년도부터 2013년까지의 리튬 코발트 개량기술, 대체 기술의 경향을 분석하였으며, 우리나라, 미국, 일본 유럽 등 주요국별로 리튬이차전지 기술의 특허 점유율을 구하였다. 그중 차세대 리튬이차전지 기술로 부상하고 있는 구조 혼합 기술 관련 특허는 2000년에 다수 출원되기 시작하여 2005년도에는 SANYO (34.5% 점유), SONY (17.5% 점유), LG (7% 점유) 및 SAMSUNG (5.5% 점유)을 필두로 많은 특허가 출원되었다. 마지막으로 성분계별 공정 분포도를 버블차트로 작성하여 분야별 연구 집중도를 확인하였다.
For a battery module where single cells are connected in series, the single cells should each have a similar state of charge (SOC) to prevent them from being exposed to an overcharge or over-discharge during charge-discharge cycling. To detect the existence of unbalanced SOC cells in a battery module, we propose a simple measurement method using a single-frequency response of electrochemical impedance spectroscopy (EIS). For a commercially available graphite/nickel-cobalt-aluminum-oxide lithium-ion cell, the cell impedance increases significantly below SOC20%, while the impedance in the medium SOC region (SOC20%-SOC80%) remains low with only minor changes. This impedance behavior is mostly due to the elementary processes of cathode reactions in the cell. Among the impedance values (Z, Z', Z"), the imaginary component of Z" regarding cathode reactions changes heavily as a function of SOC, in particular, when the EIS measurement is performed around 0.1 Hz. Thanks to the significant difference in the time constant of cathode reactions between ≤SOC10% and ≥SOC20%, a single-frequency EIS measurement enlarges the difference in impedance between balanced and unbalanced cells in the module and facilitates an ~80% improvement in the detection signal compared to results with conventional EIS measurements.
The electrochemical properties of LiM $n_2$$O_4$as a cathode and an anode for the lithium secondary battery were evaluated. When LiM $n_2$$O_4$ material was used as the cathode with the current collector of aluminum, the 1st specific capacity and the 1st Ah efficiency in LiM $n_2$$O_4$/lithium cell were 123 mAh/g and 91.7%, respectively The anodic properties of LiM $n_2$$O_4$ material was also evaluated in the LiM $n_2$$O_4$/1ithium cell with the current collector of copper. It showed that the LiM $n_2$$O_4$ was useful as the anode for the lithium secondary battery. During the 1st discharge, a potential plateau was observed at the potential of 0.3 $V_{Li}$ Li+/. The 1st specific charge capacity and the 1st specific discharge capacity were 790 mAh/s and 362 mAh/g, respectively. Therefore, the 1st Ah efficiency was 46%. The discharge capacity was gradually faded with the charge-discharge cycling to about 50th cycles. Thereafter, the discharge capacity was stabilized to about 110 mAh/g.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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