• Bulletin of the Korean Chemical Society
• /
• 제32권1호
• /
• pp.191-195
• /
• 2011

This study reports the root cause of the improved rate performance of $LiFePO_4$ after Cr doping. By measuring the chemical diffusion coefficient of lithium ($D_{Li}$) using cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), the correlation between the electrochemical performance of $LiFePO_4$ and Li diffusion is acquired. The diffusion constants for $LiFePO_4$/C and $LiFe_{0.97}Cr_{0.03}PO_4$/C measured from CV are $2.48{\times}10^{-15}$ and $4.02{\times}10^{-15}cm^2s^{-1}$, respectively, indicating significant increases in diffusivity after the modification. The difference in diffusivity is also confirmed by EIS and the $D_{Li}$ values obtained as a function of the lithium content in the cathode. These results suggest that Cr doping facilitates Li ion diffusion during the charge-discharge cycles. The low diffusivity of the $LiFePO_4$/C leads to the considerable capacity decline at high discharge rates, while high diffusivity of the $LiFe_{0.97}Cr_{0.03}PO_4$/C maintains the initial capacity, even at high C-rates.

• 전기화학회지
• /
• 제16권3호
• /
• pp.157-161
• /
• 2013

다공성 $LiMn_{0.6}Fe_{0.4}PO_4$ (LMFP)를 졸-겔법을 이용하여 합성하였고, 원료물질을 양론비로 혼합한 후 혼합물을 $600^{\circ}C$에서 10시간 동안 가열하여 입자 표면 전체에 전도성 탄소물질이 균일하게 형성된 LMFP을 제조하였다. LMFP의 결정구조는 리트펠트법에 의해 조사하였고, 표면구조와 기공특성은 주사전자현미경, 투과전자현미경, BET로 분석하였다. 제조된 LMFP는 표면적이 크고, 입자 표면에는 웹(web) 형태의 다공성 탄소층이 균일하게 형성되어 있는 것을 확인하였다. 상온에서 LMFP를 양극으로 사용하여 0.1 C의 전류밀도에서 초기방전용량은 152 mAh/g, 에너지밀도는 570 Wh/kg로 높았고 사이클 성능도 장기적으로 안정적이었다. 졸-겔법에 의해 제조된 LMFP는 높은 기공도와 균일한 탄소코팅에 의한 시너지효과로 이온확산이 용이하여 우수한 전기화학적 특성을 나타내었다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
• /
• 제13권2호
• /
• pp.177-185
• /
• 2022

Electrochemical properties of LiMn₂O₄ cathode were investigated in three types of Zn-containing electrolytes: lithium-zinc sulfate electrolyte (1M ZnSO₄ / 2M Li₂SO₄), zinc sulfate electrolyte (2MZnSO₄) and lithium-zinc-manganese sulfate electrolyte (1MZnSO₄ / 2MLi₂SO₄ / 0.1MMnSO₄). Cyclic voltammetry measurements demonstrated that LiMn₂O₄ is electrochemically inactive in pure ZnSO₄ electrolyte after initial oxidation. The effect of manganese (II) additive in the zinc-manganese sulfate electrolyte on the electrochemical performance was analyzed. The initial capacity of LiMn₂O₄ is higher in presence of MnSO₄ (140 mAh g^-1 in 1 M ZnSO₄ / 2 M Li₂SO₄ / 0.1 M MnSO₄ and 120 mAh g^-1 in 1 M ZnSO₄ / 2MLi₂SO₄). The capacity increase can be explained by the electrodeposition of MnO_x layer on the electrode surface. Structural characterization of postmortem electrodes with use of XRD and EDX analysis confirmed that partially formed in pure ZnSO₄ electrolyte Zn-containing phase leads to fast capacity fading which is probably related to blocked electroactive sites.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제20권3호
• /
• pp.141-146
• /
• 2010

크롬이 도핑된 $LiFePO_4$ 분말이 도핑되지 않은 것보다 이차전지용 양극활물질로서 우수한 전기화학적 특성을 나타내었다. 이러한 향상은 도핑에 의해서 양극활물질의 전자전도도가 높아지기 때문인 것으로 생각되고 있다. 크롬과 또 하나의 전형원소가 도핑된 $LiFe_{0.965}Cr_{0.03}B_{0.005}PO_4$와 $LiFe_{0.965}Cr_{0.03}Al_{0.005}PO_4$의 전기전도도를 30에서 $80^{\circ}C$ 범위에서 측정하였다. 도핑된 분말은 유성밀에 의한 기계화학적 혼합을 한 후 675~$750^{\circ}C$에서 5~10시간 열처리하여 합성하였다. 이러한 도핑은 분말의 전기전도도를 높이고 입자 성장을 촉진시켰다. 크롬과 알루미늄이 도핑된 $LiFe_{0.965}Cr_{0.03}Al_{0.005}PO_4$ 분말의 $30^{\circ}C$에서의 전기전도도는 $1{\times}10^{-8}S/cm$이었으며, 이 값은 도핑하지 않은 것보다 두 자릿수 높은 값 이었다.

• 전기화학회지
• /
• 제9권2호
• /
• pp.64-69
• /
• 2006

초음파분무열분해법과 한 단계의 후열처리로 이차상이 없는 Al이 첨가된 $Li(Ni_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3-x}Al_x)O_2$ (x=0.0, 0.005, 0.01. 0.05) 리튬이차전지용 양극활물질을 합성하였다. 합성된 분말은 Al의 첨가량이 많아짐에 따라서 $I_{003}/I_{104}$ 비는 감소하고 입자가 커지는 경향을 보였다. 상온에서 전류밀도 1C의 rate로 $3.0\sim4.5V$ 범위에서 충방전 시험한 결과, Al 치환량이 0.5와 1.0 at%에서는 초기용량이 180과 $184mAhg^{-1}$으로 치환하지 않았을 때의 $182mAhg^{-1}$과 차이가 없었으며, 싸이클 특성도 치환하지 않은 것과 0.5, 1.0 at% 치환한 조성에서 각각 81, 77, 81%의 방전용량이 유지되었다. 그러나 $3.0\sim4.6V$에서는 치환효과가 확실하게 나타나서, 50 싸이클 후의 치환하지 않은 것의 방전용량은 초기용량의 30%가지 감소한데 비하여 Al을 0.5 at% 치환한 것은 70%를 유지하였다. 치환에 의한 싸이클 특성 향상은 XPS 분석 결과 Al 치환이 $Mn^{3+}$의 양을 감소시켰기 때문인 것으로 사료되었다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
• /
• 제25권4호
• /
• pp.511-516
• /
• 2004

A Li$[Co_{0.17}Li_{0.28}Mn_{0.55}]O_2$ cathode compound was prepared by a simple combustion method. The X-ray diffraction pattern showed that this compound could be classified as ${\alpha} -NaFeO_2$ structure type with the lattice constants of a = 2.8405(9) ${\AA}$ and c = 14.228(4) ${\AA}$. According to XANES analysis, the oxidation state of Mn and Co ions in the compound were 4+ and 3+, respectively. During the first charge process, the irreversible voltage plateau at around 4.65 V was observed. The similar voltage-plateau was observed in the initial charge profile of other solid solution series between $Li_2MnO_3\;and\;LiMnO_2$ (M=Ni, Cr...). The first discharge capacity was 187 mAh/g and the second discharge capacity increased to 204 mAh/g. As the increase of cycling number, one smooth discharge profile was converted to two distinct sub-plateaus and the discharge capacity was slowly decreased. From the Co and Mn K-edge XANES spectra measured at different cyclic process, it can be concluded that irreversible transformation of phase is occurred during continuous cycling process.

• 자원리싸이클링
• /
• 제28권5호
• /
• pp.60-67
• /
• 2019

금속 폐기물로부터의 유가금속 회수는 관련 원료의 수입 혹은 안정적 원료 수급을 위해서 매우 중요하다. 특히 폐리튬이차전지(LIBs)로부터 회수가 가능한 금속(Li, Co, Ni, Mn 등)의 재사용뿐만 아니라 폐리튬이차전지의 재활용 연구가 필수적이다. 폐리튬이차전지에서 회수된 수산화리튬($LiOH{\cdot}xH_2O$)은 촉매, 이산화탄소 흡수제 및 양극재의 전구체로 재사용이 가능하다. 본 연구에서는 폐리튬이차전지로부터 회수된 탄산리튬 전구체를 사용하였으며, 침전공정을 이용한 선택적인 리튬 분리를 통해 고순도 수산화리튬 분말의 제조 및 최적화 연구를 진행하였다. 수산화리튬 제조 조건으로는 교반을 기반으로 반응온도 $90^{\circ}C$, 반응시간 3 시간, 탄산리튬과 수산화칼슘의 비율 1:1의 조건에서 수행하였으며, 순도 향상을 위해 2-step 수산화리튬 제조 공정을 추가적으로 진행하여 최종적으로 고순도의 수산화리튬 제일수화물($LiOH{\cdot}xH_2O$)을 제조하였다.

• 공업화학
• /
• 제32권4호
• /
• pp.361-370
• /
• 2021

탄소 섬유 강화플라스틱은 가볍지만 우수한 기계적 강도를 가지는 복합재의 한 종류이다. 가벼우면서 우수한 기계적 강도를 가지는 탄소 섬유 강화플라스틱은 산업 전반에 널리 이용되고 있으며, 최근 활발히 연구되고 있는 전기자동차 및 무인기 등의 무게 감소 핵심 대체 부품으로 연구되고 있다. 배터리를 전원으로 사용하는 운송수단 등은 외부 충격에 이차 폭발의 위험이 있기 때문에 배터리를 안전하게 보호할 수 있는 덮개가 필수적인 동시에, 무게를 줄여 주행거리를 늘려야 하는 요구조건을 만족해야 한다. 이러한 요구 조건에 부합하는 재료로 탄소섬유 강화플라스틱이 손꼽히고 있고, 배터리 보호 덮개 및 다양한 대체품으로의 활용이 연구되고 있다. 한편, 우수한 전기적 특성을 가진 탄소 섬유를 배터리 구성품으로 활용하는 연구가 배터리 분야에서 진행 중이고, 이에 더 나아가 탄소 섬유가 배터리를 보호하고 배터리 전극 및 집전체 역할까지 동시에 수행하는 구조용 배터리에 대한 연구가 스웨덴과 미국을 중심으로 활발히 연구 중이다. 본 총설에서는 탄소 섬유의 역할에 따른 구조용 배터리의 분류 및 해당 배터리들에서 발생하는 문제점 등을 포괄하는 최근 연구 동향을 요약하고, 구조용 배터리에 대한 전망을 간략히 논의하고자 한다.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제18권6호
• /
• pp.248-252
• /
• 2008

전기전도성이 우수하면서 입자 크기가 작은 $LiFePO_4$ 분말을 얻기 위해서, 이종원소(Cr+B 또는 Cr+Al) 도핑이 $LiFePO_4$의 전기전도도에 미치는 영향과 열처리 조건이 입자 크기에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 조성이 $LiFe_{0.965}Cr_{0.03}B_{0.005}PO_4$ and $LiFe_{0.065}Cr_{0.03}Al_{0.005}PO_4$인 두 종류의 분말을 기계화학적 밀링법으로 혼합 후 $675{\sim}759^{\circ}C$에서 $5{\sim}10$시간 열처리하여 합성하였다. 이종원소 도핑은 입자성장을 촉진하였고 전기전도도를 높이는 효과가 있었다. $LiFe_{0.065}Cr_{0.03}Al_{0.005}PO_4$의 전기전도도는 $1{\times}10^{-8}S/cm$로 도핑하지 않은 것의 $5{\times}10^{-10}S/cm$보다 높았다.

• 한국안전학회지
• /
• 제39권2호
• /
• pp.38-43
• /
• 2024

Recently, with the expanding market for electronic devices and electric vehicles, secondary battery usage has been on the rise. Lithium-ion batteries are particularly popular due to their fast charging times and lightweight nature compared to other types of batteries. A secondary battery consists of four components: anode, cathode, electrolyte, and separator. Generally, the positive and negative electrode materials of secondary batteries are composed of an active material, a binder, and a conductive material. Acetylene Black (AB) is utilized to enhance conductivity between active material particles or metal dust collectors, preventing the binder from acting as an insulator. However, when recycling waste batteries that have been subject to high usage, there is a risk of fire and explosion accidents, as accurately identifying the characteristics of Acetylene Black dust proves to be challenging. In this study, the lower explosion limit for Acetylene Black dust with an average particle size of 0.042 ㎛ was determined to be 153.64 mg/L using a Hartmann-type dust explosion device. Notably, the dust did not explode at values below 168 mg, rendering the lower explosion limit calculation unfeasible. Analysis of explosion delay times with varying electrode gaps revealed the shortest delay time at 3 mm, with a noticeable increase in delay times for gaps of 4 mm or greater. The findings offer fundamental data for fire and explosion prevention measures in Acetylene Black waste recycling processes via a predictive model for lower explosion limits and ignition delay time.