As 3V cathode material, a new doping spinel material, LiMn1.6Se0.4O4 powder with a phase-pure polycrystalline was synthesized by a sol-gel method. In spite of Jahn-teller distortion in 3V region($2.4{\sim}3.5V$), the LiMn1.6Se0.4O4 electrode shows no capacity loss. The material in the 3V region initially delivers a discharge capacity of 100mAh/g which increase with cycling to reach 105mAh/g after 90cycles. And 5V cathode material LiNi0.5-xMxMn1.5O4(M=Cr, V, Fe) compounds have been synthesized by sol-gel method. a series of electroactive spinel compounds, LiNi0.5-xMxMn1.5O4(M=Cr, V, Fe) has been studied by crystallographic and electrochemical methods. The material presents only one plateau at around 4.5 V vs. Li/Li+ with a large discharge capacity of 152mAh/g and fairly good cyclability.
Using $Na_2CO_3$ and $MeSO_4$ (Me = Ni, Co and Mn) as starting materials, the precursor of $[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]CO_3$ has been synthesized by carbonate co-precipitation. The precursor was mixed with $Li_2CO_3$, and calcined at 750, 850, and$950^{\circ}C$ in air. Effect of calcinations temperature on characteristics of $Li[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]O_2$ cathode materials was investigated. The structure and characteristics of $Li[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]O_2$ were determined by X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical measurements. The X-ray diffraction (XRD) results show that the intensity ratio of $I_{(003)}/I_{(104)}$ increased and the R-factor ratio decreased with the increase of calcinations temperature. And Scanning electron microscopy (SEM) result show that the primary particle size increased. Especially, the $Li[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]O_2$ calcined at $950^{\circ}C$ for 24 H shows excellent electrochemical performances with reversible specific capacity of $165.3mAhg^{-1}$ [cut-off voltage 2.5~4.3 V, 0.1 C($17mAhg^{-1}$)] and good capacity retention of 95.4% after 50th charge/discharge cycles[cut-off voltage 2.5~4.3 V, 1 C($170mAhg^{-1}$)].
A $Li[Ni_{0.3}Co_{0.4}Mn_{0.3}]O_2$ cathode was modified by coating with Li-La-Ti-O, and the effect of the coating thickness on their electrochemical properties was studied. The thickness of the coating on the surface of $Li[Ni_{0.3}Co_{0.4}Mn_{0.3}]O_2$ was increased by increasing the wt % of the coating material. The rate capability of the Li-La-Ti-O-coated electrode was superior to that of the pristine sample. 1- and 2-wt %-coated samples showed considerable improvement in capacity retention at high C rates. However, the rate capability of a 5-wt %-coated sample decreased. All the coated samples showed a high discharge capacity and slightly improved cyclic performance under a high cut-off voltage (4.8 V) condition. Results of a storage test confirmed that the Li-La-Ti-O coating layer was effective in suppressing the dissolution of the transition metals as it offered protection from the attack of the acidic electrolyte. In particular, the 2- and 5-wt %-coated samples showed a better protection effect than the 1-wt %-coated sample.
As the cathode material for li-ion battery, $LiNi_{0.5}Mn_{0.3}Co_{0.2}O_2$ were synthesized by supercritical hydrothermal method and calcined $850^{\circ}C$ and $900^{\circ}C$ for 10hrs in air. The effect of temperature in the heat treatment on the powder and its performance were studied of xray diffraction pattern, SEM-image, physical properties and electrochemical behaviors. As a result, calcined at $900^{\circ}C$ material particle size more increase than calcined at $850^{\circ}C$ material, especially shows excellent electrochemical performance with initial reversible specific capacity of 163.84 mAh/g (0.1C/2.0-4.3V), 186.87 mAh/g (0.1C/2.0-4.5V) and good capacity retention of 91.49% (0.2C/2.0-4.3V) and 90.36% (0.2C/2.0-4.5V) after 50th charge/discharge cycle.
Cathode materials of Al-doped $Li(Ni_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3-x}Al_x)O_2$ (x=0.0, 0.005, 0.01 0.05) for lithium ion batteries were synthesized with ultra-sonic spray pyrolysis method and single-step heat treatment. No secondary phases were found in all synthesized powders. The intensity ratio of $I_{003}\;to\;I_{104}$, however, slightly decreased and the particle size increased with the Al contents. The cells with bare, 0.5 and 1.0 at% Al-doped powders showed the initial discharge capacities of 182, 180 and $184mAhg^{-1}$ in a voltage range of $3.0\sim4.5V$ at 1C rate, and the capacity retentions of 81, 77 and 78% at the end of 30 cycles, respectively. But in the voltage range of $3.0\sim4.6V$, the Al-doping significantly enhanced the cycle stability. For example, the discharge capacity after 50 cycles was maintained to 70% in the 0.5 at% Al-doped sample compared to only 30% in no doped sample. The improvement of the cycle stability was thought to be due to $Mn^{3+}$ ion decrease as the Al doping from the XPS analysis results.
The first commercialized cathode material, $LiCoO_2$, suffers from disadvantages such as high cost and toxicity and also possesses safety problems. The nickel-rich $LiNi_{0.9}Mn_{0.1}O_2$ cathode material, used as an alternative to $LiCoO_2$, has highly reversible capacity and high energy density. So, the nickel-rich $LiNi_{0.9}Mn_{0.1}O_2$ cathode material is widely used as an alternative to $LiCoO_2$ due to its highly reversible capacity and high energy density. However, $LiNi_{0.9}Mn_{0.1}O_2$ has several disadvantages as well, such as poor cycle performance and poor thermal instability. To address these problems, we synthesized a new material, $LiNi_{0.5}Mn_{0.5}O_2$, as a shell on the surface of a core to suppress the surface degradation. The new material showed high structural and thermal stabilities and could also maintain a high capacity. The capacity retention of the core-shell cathode (87.7%) was better than that of the core cathode (76.9%) after 50 cycles. Analysis using differential scanning calorimetry revealed that the heat generation in the core-shell cathode ($65.9Jg^{-1}$) was lower than that in the core cathode ($559.7Jg^{-1}$).
Layered $Li_{1.2}(Fe_{0.16}Mn_{0.32}Ni_{0.32})O_2$ was prepared by the mixed hydroxide method at various temperatures. Xray diffraction (XRD) pattern shows that this material has a ${\alpha}-NaFeO_2$ layered structure with $R{\bar{3}}m$ space group and that cation mixing is reduced with increasing synthesis temperature. Scanning electron microscopy (SEM) reveals that nano-sized $Li_{1.2}(Fe_{0.16}Mn_{0.32}Ni_{0.32})O_2$ powder has uniform particle size distribution. X-ray absorption near edge structure (XANES) analysis is used to study the local electronic structure changes around the Mn, Fe, and Ni atoms in this material. The sample prepared at $700^{\circ}C$ delivers the highest discharge capacity of 207 $mAhg^{-1}$ between 2-4.5 V at 0.1 $mAcm^{-2}$ with good capacity retention of 80% after 20 cycles.
Lithium secondary batteries have become an important power source for portable electronic devices such as cellular phones, laptop computers. Presently, commercialized lithium-ion batteries use a LiCoO2 cathode. However, due to the high cost and environmental problems resulting from cobalt, an intensive search for new electrode materials is being actively conducted. Recently, solid solution LiMn1-xNixO2 have become attractive because of high capacity and enhanced safety at high voltages over 4.5 V. The Li1.6Ni0.35Mn0.65O2 compounds were conventionally prepared by a sol-gel method, which can produce the layered Li-Ni-Mn-O compounds with a high homogeneity. And by adding a graphene 2wt% the first charge-discharge voltage profiles was increased over Li1.6Ni0.35Mn0.65O2 compound. Also, the variation s of the discharge capacities with cycling showed a higher capacity retention rater. In this study, material lifecycle evaluation was performed to analyze the environmental impact characteristics of Li1.6Ni0.35Mn0.65O2 & graphene 2wt% half-cell manufacturing process. The software of material life cycle assessment was Gabi. Through this, environmental impact assessment was performed for each process. The environmental loads induced by Li1.6Ni0.35Mn0.65O2 & graphene 2wt% synthesis process were quantified and analyzed, and the results showed that the amount of power had the greatest impact on the environment.
LiN $i_{y}$M $n_{2-y}$$O_4$were synthesized by calcining a mixture of LiOH, Mn $O_2$(CMD), and NiO at 40$0^{\circ}C$ for 10 h and then calcining at 85$0^{\circ}C$ for 48 h in air with intermediate grinding. The voltage vs. discharge capacity curves at a current density 300 $\mu$A/c $m^2$ between 3.5 V and 4.3 V showed two plateaus, but the plateaus became ambiguous as the y value increases. The sample with y=0.02 had the largest first discharge capacity, 118.1 mAh/g. As the value y increases from 0.02 up to 0.2, on the whole, the cycling performance became better. The LiN $i_{0.10}$M $n_{1.90}$$O_4$sample had a relatively large first discharge capacity 95.0 mAh/g and showed an excellent cycling performance. The samples with larger lattice parameter have, in general, larger discharge capacities. The reduction curves in the cyclic voltammograms for the y=0.05-0.20 samples exhibit three peak showing that the reduction may proceed in three stages in these samples. For the samples with relatively large discharge capacity, the lattice destruction induced by strain causes the capacity fading of LiN $i_{y}$M $n_{2-y}$$O_4$ with cycling.cling.ing.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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