• 대한기계학회논문집B
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• 제38권4호
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• pp.357-363
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• 2014

리튬이온전지의 다공성 전극내에서 전해액 주입 후 발생하는 함침현상에 관하여 격자 볼츠만법을 이용하여 수치해석적으로 연구하였다. 다공성 전극은 전극 제조 중 압연공정을 거치므로 압축된 전극의 공극률과 두께변화가 발생하여 전해액 함침성에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 2 차원 격자 볼츠만법을 통하여 압축률에 따른 전해액 분포와 포화도 변화를 제시하였다. 압축된 전극에서의 전해액 침투경로의 변화는 기공의 두께방향 크기 감소에 기인하며, 따라서 전극의 함침성이 크게 감소하였음을 확인하였다.

• 한국분말재료학회지
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• 제24권2호
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• pp.87-95
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• 2017

Lithium silicate, a lithium-ion conducting ceramic, is coated on a layer-structured lithium nickel manganese oxide ($LiNi_{0.7}Mn_{0.3}O_2$). Residual lithium compounds ($Li_2CO_3$ and LiOH) on the surface of the cathode material and $SiO_2$ derived from tetraethylorthosilicate are used as lithium and silicon sources, respectively. Powder X-ray diffraction and scanning electron microscopy with energy-dispersive spectroscopy analyses show that lithium silicate is coated uniformly on the cathode particles. Charge and discharge tests of the samples show that the coating can enhance the rate capability and cycle life performance. The improvements are attributed to the reduced interfacial resistance originating from suppression of solid-electrolyte interface (SEI) formation and dissolution of Ni and Mn due to the coating. An X-ray photoelectron spectroscopy study of the cycled electrodes shows that nickel oxide and manganese oxide particles are formed on the surface of the electrode and that greater decomposition of the electrolyte occurs for the bare sample, which confirms the assumption that SEI formation and Ni and Mn dissolution can be reduced using the coating process.

• 한국세라믹학회지
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• 제46권6호
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• pp.648-652
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• 2009

Ceramic fiber separator is the promising material for thermal battery system because it reduces the production cost and offers the potential to a new application compared to a pellet type electrolyte. The electrolyte separator for thermal battery should be easily handled and loaded a large amount of the molten lithium salt. Ceramic fibers were used as an electrolyte separator and the lithium based molten salts were infiltrated into the ceramic filters. Leakage of molten salt (several lithium salts) leads to short-circuit during the thermal battery operation. In this study, a uniform and fine SiOC mat with fibers ranging from 1 to 3 ${\mu}m$ was obtained by electrospinning of polycarbosilane and pyrolysis. The optimum spinning conditions for obtaining fine diameters of SiOC fiber were controlled by the solution composition and concentration, applied voltage and spinning rate, release rate by porosity. The pore structures of the ceramic filter and the melting properties of the lithium salts affected to the electrolyte loading and leakage. The importance of the fiber size and porosity and their control was discussed and the mechanical properties were also discussed.

• 전기화학회지
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• 제22권2호
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• pp.69-78
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• 2019

리튬 금속 음극은 낮은 환원 전위, 고에너지 밀도로 인해 흑연을 대체할 차세대 음극재로 재조명 받고 있다. 하지만, 충방전시 리튬 금속 표면에서의 반복적인 산화/환원 반응에 의해 리튬 덴드라이트가 형성되며 이로 인해 수명특성이 급격하게 저하되고 더 나아가 내부 단락(Internal Short-circuit)과 같은 안전성 문제로 인해 상용화되기에는 어려운 실정이다. 이를 해결하기 위해 본 연구 그룹에서는 리튬 금속에 미세 패턴을 형성하여 전류 밀도를 제어함으로써 덴드라이트 형성을 제어하였으나, 고전류밀도에서는 리튬 덴드라이트의 형성을 완벽하게 제어할 수는 없었다. 본 연구에서는 미세 패턴화된 리튬 금속 전극에 전해질 첨가제 Vinylene Carbonate(VC)를 도입하여 고율 충방전 시 미세 패턴화된 리튬 금속 전극의 덴드라이트 형성 억제를 극대화하고자 하였다. 미세 패턴화된 리튬 금속 전극과 VC 첨가제의 시너지 효과로 인해 높은 전류 밀도에서의 리튬 덴드라이트가 비교적 치밀하게 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 이로 인해 300사이클 동안 88.3%의 용량유지율을 보였으며, 기존의 미세 패턴화된 리튬 금속 전극에 대비하여 수명특성이 약 6배 이상 향상된 것을 확인할 수 있었다.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 한국전기화학회 2003년도 추계총회 및 학술발표회
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• pp.46-46
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• 2003

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제30권2호
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• pp.319-322
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• 2009

Gel polymer electrolytes were prepared by immersing a porous poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) membrane in an electrolyte solution containing small amounts of polymerizable additive (3,4-ethylenedioxythiophene, thiophene, biphenyl). The organic additives were electrochemically oxidized to form conductive polymer films on the electrode at high potential. With the gel polymer electrolytes containing different organic additive, lithium-ion polymer cells composed of carbon anode and LiCo$O_2$ cathode were assembled and their cycling performances were evaluated. Adding small amounts of thiophene or 3,4-ethylenedioxythiophene to the gel polymer electrolyte was found to reduce the charge transfer resistance in the cell and it thus exhibited less capacity fading and better high rate performance.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제21권3호
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• pp.114-118
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• 2022

The stabilized all-solid-state battery structure indicate a fundamental alternative to the development of next-generation energy storage devices. Existing liquid electrolyte structures severely limit battery stability, creating safety concerns due to the growth of Li dendrites during rapid charge/discharge cycles. In this study, a low-dimensional graphene quantum dot layer structure was applied to demonstrate stable operating characteristics based on Li+ ion conductivity and excellent electrochemical performance. Transmission electron microscopy analysis was performed to elucidate the microstructure at the interface. The low-dimensional structure of GQD-based solid electrolytes has provided an important strategy for stable scalable solid-state lithium battery applications at room temperature. This study indicates that the low-dimensional carbon structure of Li-GQDs can be an effective approach for the stabilization of solid-state Li matrix architectures.

• 전기화학회지
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• 제11권4호
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• pp.242-255
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• 2008

1991년 lithium-ion battery(LIB)가 상용화된 이후, 초기 전해질은 주로 lithium cobalt oxide($LiCoO_2$) 양극과 graphite 음극의 특성에 집중되어 연구되어 왔다. 또한 전극과 전해질 간의 적합성에 대한 다양한 연구들이 이들 간의 계면에서 활발히 진행되었다. 이후 Si, Sn 등의 비탄소계 음극소재와 3성분(Ni, Mn, Co)계, spinel, olivine 등의 양극 소재를 리튬 2차전지에 채용하려 함에 따라 기존 전해질 재료들도 많은 도전에 직면하게 되었다. 특히, 안전성 문제가 최근 심각하게 부각됨에 따라 전해질의 요구특성은 점점 복잡해지고 까다로워지고 있다. 본 고에서는 이러한 전극소재 변화에 따른 전해질 소재의 다양한 변화와 그 특성에 대하여 구성요소 별로 연구 및 개발 동향을 정리하였다.

• 전기화학회지
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• 제25권2호
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• pp.51-68
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• 2022

리튬금속전지는 높은 에너지 밀도를 구현시킬 수 있음에도 불구하고, 단락, 낮은 쿨롱 효율, 용량 손실, 사이클 성능 감소 등의 문제를 초래하는 덴드라이트 성장을 억제시키는 기술은 아직 학술연구 단계에 머물러 있다. 본 논문에서는 최근까지 발표된 리튬금속전극에서 덴드라이트 성장을 억제시킬 수 있는 방법을 4가지로 분류하여 분석해보았다. 즉, 리튬금속전극의 부피 팽창에 대응할 수 있는 유연한 SEI (solid electrolyte interface) 층, 덴드라이트 성장을 물리적으로 억제시킬 수 있는 SEI 지지층, 균일한 리튬 확산을 유도하여 리튬 성장을 조절하는 SHES (self-healing electrostatic shield) 메커니즘, 그리고 리튬의 균일한 전착을 유도하는 마이크로패터닝 등에 대해 연구된 사례들의 장단점을 분석하여, 리튬금속전극의 실용화 연구에 도움을 주고자 한다.

• 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.