• 제목, 요약, 키워드: Lithium Dendrite

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미세 패턴화된 리튬금속 전극의 Vinylene Carbonate 첨가제 도입에 따른 전기화학 특성에 관한 연구 (Effect of Vinylene Carbonate as an Electrolyte Additive on the Electrochemical Properties of Micro-Patterned Lithium Metal Anode)

  • 진다희;박주남;;윤별희;유명현;이용민
    • 전기화학회지
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    • v.22 no.2
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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.

충전 프로파일 및 셀 밸런스 제어기술을 활용한 대용량 리튬이온 배터리 고속충전시스템 개발 (Development of a Fast Charging System Utilizing Charge Profile and Cell Balance Control Technology for Large Capacity Lithium-ion Batteries)

  • 가니 도가라 유나나;안재영;박찬원
    • 산업기술연구
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    • v.40 no.1
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    • pp.7-12
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    • 2020
  • Lithium-ion cells have become the go-to energy source across all applications; however, dendritic growth remains an issue to tackle. While there have been various research conducted and possible solutions offered, there is yet to be one that efficiently rules out the problem without, however, introducing another. This paper seeks to present a fast charging method and system to which lithium-ion batteries are charged while maintaining their lifetime. In the proposed method, various lithium cells are charged under multiple profiles. The parameters of charge profiles that inflict damage to the cell's electrodes are obtained and used as thresholds. Thus, during charging, voltage, current, and temperature are actively controlled under these thresholds. In this way, dendrite formation suppressed charging is achieved, and battery life is maintained. The fast-charging system designed, comprises of a 1.5kW charger, an inbuilt 600W battery pack, and an intelligent BMS with cell balancing technology. The system was also designed to respond to the aging of the battery to provide adequate threshold values. Among other tests conducted by KCTL, the cycle test result showed a capacity drop of only 0.68% after 500 cycles, thereby proving the life maintaining capability of the proposed method and system.

리튬이온 이차전지용 금속이온 선택성 술폰화 폴리아릴렌에테르술폰 공중합체-폴리올레핀 함침격리막 제조 및 특성 (Preparation and Characterization of Sulfonated Poly (Arylene Ether Sulfone) Random Copolymer-Polyolefin Pore-filling Separators with Metal Ion Trap Capability for Li-ion Secondary Battery)

  • 정연태;안주희;이창현
    • 멤브레인
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    • v.26 no.4
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    • pp.310-317
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    • 2016
  • 리튬이온 이차전지는 리튬이온이 이동하면서 전기화학적 충방전사이클을 완성하는 에너지변환장치를 의미한다. 리튬이온 이차전지는 높은 에너지밀도와 낮은 자가방전률, 상대적으로 긴 수명주기 등 다양한 장점을 갖는다. 최근 전기차 수요증가는 고용량 리튬이온 이차전지 개발을 촉진하고 있으나 음극에서의 dendrite 형성으로 인한 전기적 단락 현상과 전지 폭발 문제와 같은 심각한 안전문제를 야기한다. 또한, 리튬이온 이차전지 구동시 상승된 온도에서 폴리올레핀계열(예 : 폴리에틸렌과 폴리프로필렌) 격리막의 열수축 문제가 발생한다. 이와 같이 낮은 열 안정성은 리튬이온 이차전지의 성능과 수명의 감소로 이어진다. 본 연구에서는 폴리올레핀계열 함침격리막 제조를 위한 중요한 소재로서 술폰화 폴리아릴렌에테르술폰 랜덤 공중합체를 사용하였으며, 제조된 격리막을 이용하여 dendrite 형성과 관련된 금속이온 흡착 능력과 리튬이온전도성, 열적 내구성이 평가되었다.

PDMS/GO 복합체 박막의 리튬 금속 표면 개질: 리튬전극의 성장 제어 및 리튬금속전지(LMB) 성능 향상 (Surface Modification of Li Metal Electrode with PDMS/GO Composite Thin Film: Controlled Growth of Li Layer and Improved Performance of Lithium Metal Battery (LMB))

  • 이상현;석도형;정요한;손희상
    • 멤브레인
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    • v.30 no.1
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    • pp.38-45
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    • 2020
  • 리튬금속전지(LMB)는 매우 큰 이론 용량을 갖지만 단락(short circuit), 수명 감소 등을 야기하는 덴드라이트(dendrite)가 형성되는 큰 문제점을 갖고 있다. 본 연구에서는 poly(dimethylsiloxane) (PDMS)에 graphene oxide (GO) nanosheet를 고르게 분산시킨 PDMS/GO 복합체를 합성하였고 이를 박막 형태로 코팅하여 덴드라이트의 형성을 물리적으로 억제할 수 있는 막의 효과를 이끌어내었다. PDMS의 경우, 그 자체로는 이온 전도체가 아니기 때문에 리튬 이온의 통로를 형성시켜 리튬 이온의 이동을 원활하게 하기 위하여 5wt% 불산(HF)으로 에칭하여 PDMS/GO 박막이 이온전도성을 가질 수 있도록 하였다. 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM)을 통해 전면 및 단면을 관찰하여 PDMS/GO 박막의 형상을 확인하였다. 그리고 PDMS/GO 박막을 리튬금속전지에 적용하여 실시한 배터리 테스트 결과, 100번째 사이클까지 쿨롱 효율(columbic efficiency)이 평균 87.4%로 유지되었고, 박막이 코팅되지 않은 구리 전극보다 과전압이 감소되었음을 전압 구배(voltage profile)를 통해 확인하였다.

Electrochemical Properties of Lithium Sulfur Battery with Silicon Anodes Lithiated by Direct Contact Method

  • Kim, Hyung Sun;Jeong, Tae-Gyung;Kim, Yong-Tae
    • Journal of Electrochemical Science and Technology
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    • v.7 no.3
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    • pp.228-233
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    • 2016
  • It is hard to employ the carbon materials or the lithium metal foil for the anode of lithium sulfur batteries because of the poor passivation in ether-based electrolytes and the formation of lithium dendrites, respectively. Herein, we investigated the electrochemical characteristics of lithium sulfur batteries with lithiated silicon anode in the liquid electrolytes based on ether solvents. The silicon anodes were lithiated by direct contact with lithium foil in a 1M lithium bis(trifluoromethane sulfonyl) imide (LiTFSI) solution in 1,2-dimethoxyethane (DME) and 1,3-dioxolane (DOL) at a volume ratio of 1:1. They were readily lithiated up to ~40% of their theoretical capacity with a 30 min contact time. In particular, the carbon mesh reported in our previous work was employed in order to maximize the performance by capturing the dissolved polysulfide in sulfur cathode. The reversible specific capacity of the lithiated silicon-sulfur batteries with carbon mesh was 1,129 mAh/g during the first cycle, and was maintained at 297 mAh/g even after 50 cycles at 0.2 C, without any problems of poor passivation or lithium dendrite formation.

재사용 ESS를 위한 리튬 배터리 덴드라이트 보호 알고리즘 제안 (Proposal Protection Algorithm of Dendritic Lithium for Battery Second Use ESS)

  • 송정용;허창수
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • v.31 no.6
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    • pp.422-426
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    • 2018
  • The lithium-ion battery pack of an electric vehicle (EV) deserves to be considered for an alternative use within smart-grid infrastructure. Despite the long automotive service life, EV batteries retain over 70~80% of their initial capacity. These battery packs must be managed for their reliability and safety. Therefore, a battery management system (BMS) should use specific algorithms to measure and estimate the status of the battery. Most importantly, the BMS of a grid-connected energy storage system (ESS) must ensure that the lithium-ion battery does not catch fire or explode due to an internal short from uncontrolled dendrite growth. In other words, the BMS of a lithium-ion battery pack should be capable of detecting the battery's status based on the electrochemical reaction continuously until the end of the battery's lifespan. In this paper, we propose a new protection algorithm for a dendritic lithium battery. The proposed algorithm has applied a parameter from battery pack aging results and has control power managing.

음극 폴리아센 반도체 재료의 전기화학적 특성연구 (The Electrochemical Property Studies on Polyacenic Semiconductor Anode Material)

  • 김한주;박종은;손원근;이홍기;박수길;이주성
    • 전기화학회지
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    • v.2 no.3
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    • pp.134-137
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    • 1999
  • Penol-formaldehyde의 열처리에 의해 제조된 polyacenic semiconductor material(PAS) 전극은 유용한 전극중의 하나이다. 리튬 충전지의 음극물질로서 무정형 탄소재료들은 그들의 높은 전기 화학적 성능과 수명 때문에 활발히 연구되어 왔다. 탄소재료들은 Li 전극에 있어서 가장 중요한 문제중의 하나인 Li dendrite의 형성을 초래하지 않는다. PAS는 Li cluster의 해방 없이 $C_2Li$상태로의 높은 Li-doped를 보이는 상대적으로 낮은 온도$(550\~750^{\circ}C)$에서 페놀 레진으로 부터 제조되었다. 우리는 다양한 온도에서 PAS를 제조하고 제조된 시료의 전기 화학적 성질들에 관해 연구를 했다. 우리는 $0.24\~0.4$범위인 [H]/[C]몰비를 변화시키려 노력했다. PAS의 전기화학적 성질을 고려할 때, PAS재료는 고분자전지의 전극에 적합한 물질이다.

리튬 금속 음극의 첨가제 효과에 따른 전기 화학적 특성에 관한 연구 (A Study on the Electrochemical Properties for Effect of Additive of the Lithium Metal Anode)

  • 조성미;조원일;조병원;주재백;손태원
    • 전기화학회지
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    • v.5 no.3
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    • pp.159-163
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    • 2002
  • 리튬 이차 전지에서 음극으로 리튬 금속은 매우 높은 에너지 밀도를 가치고 있으나 짧은 충방전 수명, 안정성 결여 및 고율 충방전특성 불량 등의 단점을 가지고 있다. 이는 리튬큼속과 전해액의 반응에 의해 표면보호막의 형성, 침상리튬 생성, 음극 표면적의 증가로 인한 리튬석출의 불균일성에 기인되어 싸이클 효율과 수명이 저하된다. 본 연구는 전해 액에 첨가제 benzene, toluene, tetramethylethylenediamine를 넣어 줌으로 전지 테스트에서 싸이클 효율과 수명이 향상됨을 확인 할 수 있었다. Impedance 측정결과 필름 저항의 감소와 전하전이 저항의 증가로 전해액의 첨가제가 리튬 표면에 새로운 층을 형성시킴으로서 이런 구성물들이 리튬과 전해액과의 반응성을 억제시킴과 동시에 리튬이 특이적으로 표면에 흡착되어 리튬의 석출 형태가 향상된 것으로 사료된다.

Electrochemical Behavior of TiO2 Nanotube/Ti Prepared by Anodizing for Micro-Lithium Ion Batteries

  • Park, Soo-Gil;Yang, Jeong-Jin;Rho, Jin-Woo;Kim, Hong-Il;Habazaki, Hiroki
    • 전기화학회지
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    • v.17 no.1
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    • pp.13-17
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    • 2014
  • The $TiO_2$ nanotube/Ti electrode are used as an anode in thin-film lithium microbatteries is known to have high oxidation-reduction potential of 1.8 V (vs. $Li/Li^+$). It can prevent from dendrite growth of lithium during charging. The $TiO_2$ nanotube/Ti electrode was prepared by anodizing at constant voltages for thin-film lithium microbatteries. The capacities of $TiO_2$ nanotube/Ti anode prepared by anodizing at 10 V, 20 V and 30 V were observed to be $23.9{\mu}Ah\;cm^{-2}$, $43.1{\mu}Ah\;cm^{-2}$ and $74.0{\mu}Ah\;cm^{-2}$. We identified it was found that the capacity of $TiO_2$ nanotube/Ti increases with increasing anodizing voltage and the anatase structure of $TiO_2$ nanotube/Ti compared with amorphous structure has batter cycle performance than amorphous $TiO_2$ nanotube/Ti.

상온(常溫) 전해법(電解法)에 의한 리튬 금속(金屬)의 회수(回收): I. 전극물질(電極物質)의 영향(影響) (Recovery of Metallic Lithium by Room-Temperature Electrolysis: I. Effect of Electrode Materials)

  • 이재오;박제식;이철경
    • 자원리싸이클링
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    • v.21 no.6
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    • pp.45-50
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    • 2012
  • 리튬 리싸이클링의 일환으로 상온 전해법으로 금속형태의 리튬을 회수하는 연구를 수행하였다. 리튬 전해액으로 이온성액체인 PP13TFSI에 리튬염으로 LiTFSI를 용해시켜 사용하였으며, 작동전극으로 금, 백금 및 구리를 각각 적용하였다. 작동전극 상에서 조사한 순환전위주사 실험 결과로부터 리튬의 상온 전해환원에 대한 가능성을 확인하였으며, 백금이나 구리의 경우 보다 금 전극에서 리튬 환원전류가 더 크게 나타났다. 정전위법(-2.4 V vs. Pt-QRE)으로 1시간동안 금 전극 상에 전착한 다음, 전극표면을 SEM-EDS 및 XRD 분석을 하였다. 전착된 리튬은 금속 리튬 혹은 금과의 합금 형태이었으며, 침상형으로 균일하게 전착되었음을 확인하였다. 또한 전착물에 미량의 산소가 검출되는 것은 분석과정에서 시편이 공기 중에 노출되었기 때문으로 판단된다.