Capacity of layered lithium nickel-cobalt-manganese oxide ($LiNi_{1-x-y}Co_xMn_yO_2$) cathode material can increase by raising the charge cut-off voltage above 4.3 V vs. $Li/Li^+$, but it is limited due to anodic instability of conventional electrolyte. We have been screening and evaluating various sulfone-based compounds of dimethyl sulfone (DMS), diethyl sulfone (DES), ethyl methyl sulfone (EMS) as electrolyte additives for high-voltage applications. Here we report improved cycling performance of $LiNi_{0.5}Co_{0.2}Mn_{0.3}O_2$ cathode by the use of dimethyl sulfone (DMS) additive under an aggressive charge condition of 4.6 V, compared to that in conventional electrolyte, and cathode-electrolyte interfacial reaction behavior. The cathode with DMS delivered discharge capacities of $198-173mAhg^{-1}$ over 50 cycles and capacity retention of 84%. Surface analysis results indicate that DMS induces to form a surface protective film at the cathode and inhibit metal-dissolution, which is correlated to improved high-voltage cycling performance.
A series of 20 wt % $(NH_4)_2SO_4$ and 3 wt % $Al_2O_3$ surface treatments were applied to $Li[Li_{0.2}Mn_{0.54}Co_{0.13}Ni_{0.13}]O_2$ substrates. The $Li[Li_{0.2}Mn_{0.54}Co_{0.13}Ni_{0.13}]O_2$ substrates were synthesized using a co-precipitation method. Sample (a) was left pristine and variations of the 20 wt % $(NH_4)_2SO_4$ and 3 wt % $Al_2O_3$ were applied to samples (b), (c) and (d). XRD was used to verify the space group of the samples as R$\bar{3}$m. Additional morphology and particle size data were obtained using SEM imagery. The $Al_2O_3$ coating layers of sample (b) and (d) were confirmed by TEM images and EDS mapping of the SEM images. 2032-type coin cells were fabricated in a glove box in order to investigate their electrochemical properties. The cells were charged and discharged at room temperature ($25^{\circ}C$) between 2.0V and 4.8V during the first cycle. The cells were then charged and discharged between 2.0V and 4.6V in subsequent cycles. Sample (d) exhibited lower irreversible capacity loss (ICL) in the first charge-discharge cycle as compared to sample (c). Sample (d) also had a higher discharge capacity of ~250 mAh/g during the first and second charge-discharge cycles when compared with sample (c). The rate capability of the $Al_2O_3$-coated sample (b) and (d) was lower when compared with sample (a) and (c). Sample (d), coated with $Al_2O_3$ after the surface treatment with $(NH_4)_2SO_4$, showed an improvement in cycle performance as well as an enhancement of discharge capacity. The thermal stability of sample (d) was higher than that of the sample (c) as the result of DSC.
Volcanic ash samples of historical eruptions from Mt. Baekdu were analyzed for major oxides, trace and rare earth elements by a variety of analytical techniques. The results indicate that the ashes consist of approximately 58.8~71.1 wt.% $SiO_2$, 9.6~16.8 wt.% $Al_2O_3$, 4.5~6.9 wt.% $Fe_2O_{3t}$, 0.1~1.7 wt.% MgO, 0.3~1.6 wt.% CaO, 5.2~6.3 wt.% $Na_2O$, 4.3~5.9 wt.% $K_2O$ and less than 1.2 wt.% $TiO_2$. Thirty two trace metals including Ba, Cu, Cr. Co, Ni, Sr, V, Zn, and Zr were analyzed. The ashes can be divided two groups: group A(1 ka Millennium pumice, 1668 and $190{\underline{3}}$ pumice) and group B(1702 pumice) according to the relative enrichment of HREEs. The abundances of heavy metals such as Cu, Co, Mn, and Zn were relatively low. As compared to the Sakurajima volcanic ash, Baekdusan volcanic ash has low concentrations of Y, Nb, Pb, U, Sc, V, Ni and Cu and high concentrations of Zr, Ba, Hf, Cr, Co, Zn and rare-earth (except Eu).
Although the development of high-Nickel is being actively carried out to solve the capacity limitation and the high price of raw cobalt due to the limitation of high voltage use of the existing LiCoO2, the deterioration of the battery characteristics due to the decrease in structural stability and increase of the Ni content. It is an important cause of delaying commercialization. Therefore, in order to increase the high stability of the Ni-rich ternary cathod material LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, precursor Ni0.6Co0.2Mn0.2-x(OH)2/xTiO2 was prepared using a nanosized TiO2 suspension type source for uniform Ti substitution in the precursor. It was mixed with Li2CO3, and after heating, the cathode active material LiNi0.6Co0.2Mn0.2-xTixO2 was synthesized, and the physical properties according to the Ti content were compared. Through FE-SEM and EDS mapping analysis, it was confirmed that a positive electrode active material having a uniform particle size was prepared through Ti-substituted spherical precursor and Particle Size Analyzer and internal density and strength were increased, XRD structure analysis and ICP-MS quantitative analysis confirmed that the capacity was effectively maintained even when the Ti-substituted positive electrode active material was manufactured and charging and discharging were continued at high temperature and high voltage.
Kim, Kyoung-Hee;Jung, Tae-Gyu;Song, Jun-Ho;Kim, Young-Jun
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.15
no.2
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pp.67-73
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2012
Spherical lithium manganese oxide spinel, $LiMn_{2-x}M_xO_4$ (M = Al, Mg, B) prepared by wet-milling, spray-drying, and sintering process has been investigated as a cathode material for lithium ion batteries. As-prepared powders exhibit various surface morphologies and internal density in terms of boron (B) doping level. It is found that the dopant B drives the growth of the primary particle and minimizes the surface area of the powder. As a result, the dopant enhances the internal density of the particles. Electrochemical tests demonstrated that the capacity of the synthesized material at 5 C could be maintained up to 90% of that at 0.2 C. The cycle performance of the material showed that the initial capacity was retained up to 80% even after 500 cycles under the high temperature of $60^{\circ}C$.
The basic composition of Mn-Zn ferrite was $Mn_{0.631}Zn_{0.316}Fe_{2.053}O_{4}$(specimen A), $Mn_{0.584}Zn_{0.312}Fe_{2.104}O_{4}$(specimen B) and $Mn_{0.538}Zn_{0.308}Fe_{2.154}O_{4}$(specimen C) with additional 0.1 mol % $CaCo_{3}$ and 0.04 mol % $V_{2}O_{5}$. For high per¬meability and acceleration of grain growth, $CaCo_{3}$ and $V_{2}O_{5}$. was added. The mixture of the law materials was calcinated at $950^{\circ}C$ for 3 hours and then milled. The compacts of toroidal type were sintered at different temperature($1250^{\circ}C$, $1300^{\circ}C$, $1350^{\circ}C$) for 2 hours in $N_2$ atmosphere. The effects of the various raw material composition and sintered temperature on the physical properties of Mn-Zn ferrite have been investigated. They turned out to be spinel structure by X-ray diffraction and the size of grain from SEM was from $18\;\mu\textrm{m}\;to\;23\;\mu\textrm{m}$. As the sintering temperature was increased from $1250^{\circ}C$ to $1350^{\circ}C$, the initial permeability and magnetic induction has increased and the both of Q factor and coercive force has decreased. The coercive force and curie temperature were almost the same at each specimen Their values were about 0.45 Oe and $200^{\circ}C$. The frequency of specimen will used in the range from 200 kHz to 2 MHz. The basic composition of $Mn_{0.584}Zn_{0.312}Fe_{2.104}O_{4}$(specimen B) sintered at $1300^{\circ}C$ shows the best results at magnetic induction (Br & Bm).
The materials composed of the 3d series transition metals are introduced into the hydrocarbon steam-reforming reaction in order to enhance the $H_2$ production and abruptly depress the catalytic deactivation resulting from the strong sintering between the Ni component and the ${\gamma}-Al_2O_3$ support. The conventional impregnation method is used to synthesize the Ni/3d series metal/${\gamma}-Al_2O_3$ materials through the sequentially loading Ni source and the 3d series metal (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, and Zn) sources onto the ${\gamma}-Al_2O_3$ support. The Mnloaded material exhibits a significantly higher reforming reactivity than the conventional Ni/${\gamma}-Al_2O_3$ and the other Ni/3d series metal/${\gamma}-Al_2O_3$ materials. Particularly the addition of Mn selectively improves the $H_2$ product selectivity by eliminating the formation of $CH_4$ and CO. The $H_2$ production is maximized at a value of 95% over Ni(0.3)/Mn(0.3)/${\gamma}-Al_2O_4$(1.0) with a butane conversion of 100% above $750^{\circ}C$ for up to 55 h.
High-quality single crystals of pure $Li_2B_4O_7$ as well as $Li_2B_4O_7$ doped with Cu, Mn and Mg impurities (1.0mol%, respectively) have been grown from the melt of $Li_2CO_3+2B_2O_3$ by Czochralski method in platinum crucibles. To study the thermoluminescent properties, $Li_2B_4O_7$ series single crystal TLDs were made by cutting in the size of $4{\times}5{\times}1\;mm^3$. The glow curves show two or three peaks which can be easily deconvoluted. It is observed that room temperature($20{\sim}30^{\circ}C$) fadings of the dosimetric peaks of $Li_2B_4O_7$ series single crystal TLDs were about 10 % for 30 days. The relative photon energy response for $Li_2B_4O_7$ series single crystal TLDs were about 85 % when the responses were normalized to that measured with $^{60}Co\;(1.25\;MeV)\;{\gamma}-rays$. The measured data are in a good agreement with theoretical ones. The $Li_2B_4O_7$ series single crystal TLDs fabricated in this work can be used for monitoring personal and environmental radioactivity.
Kim, Dong Wook;Park, DaSom;Ko, Chang Hyun;Shin, Kwangsoo;Lee, Yun-Sung
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.12
no.2
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pp.237-245
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2021
Atomic layer deposition (ALD) enhances the stability of cathode materials via surface modification. Previous studies have demonstrated that an Ni-rich cathode, such as LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, is a promising candidate owing to its high capacity, but is limited by poor cycle stability. In this study, to enhance the stability of the Ni-rich cathode, synthesized LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 was coated with Al2O3 using ALD. Thus, the surface-modified cathode exhibited enhanced stability by protecting the interface from Ni-O formation during the cycling process. The coated LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 exhibited a capacity of 176 mAh g-1 at 1 C and retained up to 72% of the initial capacity after 100 cycles within a range of 2.8-4.3 V (vs Li/Li+. In contrast, pristine LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 presented only 58% of capacity retention after 100 cycles with an initial capacity of 173 mAh g-1. Improved cyclability may be a result of the ALD coating, which physically protects the electrode by modifying the interface, and prevents degradation by resisting side reactions that result in capacity decay. The electrochemical impedance spectra and structural and morphological analysis performed using electron microscopy and X-ray techniques establish the surface enhancement resulting from the aforementioned strategy.
KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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v.12C
no.4
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pp.220-224
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2002
The electromagnetic properties and thermal behavior of Mn-Zn ferrite cores for the blocking filter of PLC application were investigated as the function of additives. The highest density and permeability were 4.98 g/㎤ and 8,221, respectively and were obtained to the specimen with composition of MnO 24 mol%, ZnO 25 mol% and Fe$_2$O$_3$51 mol%, added MoO$_3$ of 400 ppm, SiO$_2$ of 100 ppm, and CaO of 200 ppm. The uniform grains were organized, and the microstructures were compacted due to reduction of pores in the specimen. The permeability was increased up to 13,904 as the temperature of specimen increased to 110。C. However, it was decreased precipitously under 100 over 110。C. The exothermic behavior was observed in the frequency range from 1 kHz to 1 MHz, and the maximum temperature of specimen was 102。C at 1 MHz. In the consequence, the Mn-Zn ferrite core developed in this research will maintain the stable electromagnetic properties since the temperature of ferrite core rose to 93 。C in the range of 100 kHz to 450 kHz bandwidth qualified for PLC. The blocking filters were designed for single phase and three phases using the in-line and non-contact core. The best attenuation ratios of -46.46 dB and -73.9 dB were measured in the range of 100 kHz to 450 kHz bandwidth, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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