• Resources Recycling
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• v.23 no.4
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• pp.21-29
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• 2014

Nickel, cobalt and manganese-based(NCM, $Li(Ni_xCo_yMn_z)O_2$) cathode active materials of spent lithium-ion batteries contained valuable metals such as cobalt(15 ~ 20%), nickel(25 ~ 30%), manganese(10 ~ 15%) and lithium(5 ~ 10%). It was investigated the eco-friendly leaching process for the recovery of valuable metal from spent lithium-ion battery NCM cathode active materials by DL-malic acid($C_4H_5O_6$) as an organic leachant in this research. The experiments were carried out to optimize the process parameters for the recovery of cobalt, nickel and lithium by varying the concentration of lixivant, reductant concentration, solid/liquid ratio and temperature. The leaching solution was analyzed using ICP-OES(Inductively Coupled Plasma Optic Emission Spectrometer). Cathode active materials of 5 wt. % were introduced into the leaching solution which was 2 M DL-malic acid in addition of 5 vol. % $H_2O_2$ at $80^{\circ}C$ and it resulted in the recovery of 99.10% cobalt, 99.80% nickel and 99.75% lithium in 120 min. $H_2O_2$ in DL-malic acid solution acts as an effective reducing agents, which enhance the leaching of metals.

• Resources Recycling
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• v.22 no.3
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• pp.43-49
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• 2013

A study on the recovery of lithium and leaching behavior of NCM powder by hydrogen reduction for NCM system Li-ion battery scraps was investigated. The reductive rate was about 93% at $800^{\circ}C$ by hydrogen treatment. The lithium carbonate with 99% purity was manufactured by using $CO_2$ gas and washing method with water for NCM powder after hydrogen reduction. As a result of comparing the powders before and after the hydrogen reduction treatment for acid leaching behavior we obtained 32% enhanced leaching rate of cobalt, 45% enhanced leaching rate of nickel and the 90% leaching effect for manganese by hydrogen reduction at 2M $H_2SO_4$ concentration condition.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.30 no.7
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• pp.52-57
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• 2017

• The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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• v.37 no.2
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• pp.196.2-196.2
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• 2012

본 논문은 달착륙선의 개념설계를 위하여 고려한 전력시스템의 설계와 달착륙선의 지상시험모델용 추력기 밸브구동 전원장치 개발에 대해 기술하였다. 달착륙선의 임무특성을 고려하여 전력시스템의 구조를 검토하고, 극한의 온도환경에서 달착륙선의 임무수행을 위하여 필요한 전력에너지를 충분히 공급할 수 있도록 태양전지 배열기와 배터리의 용량, 그리고 전장품의 용량을 설계하였다. 특히 경량의 달착륙선 개발을 위하여 고효율의 태양전지를 이용한 태양전지 배열기와 리튬-이온 배터리를 검토하였다. 극한의 우주환경에서 태양전지배열기의 동작특성을 검토하고 생성될 수 있는 최대 전력을 분석하여 최적의 태양전지 배열기의 면적을 분석하고, 장시간의 월식을 고려하여 배터리의 방전특성에 따른 배터리의 전압특성을 검토하였다. 그리고 달착륙선의 전력시스템 개념설계의 타당성 검토를 위하여 유럽에서 개념설계 중인 달착륙선의 전력시스템 사양과 용량에 대해 비교검토를 수행하였다. 현재 개발중인 지상검증모델용 달착륙선의 전력시스템 설계와 추력기 밸브구동 전원장치의 개발에 관해 기술하였다. 지상검증용 전력시스템은 태양전지배열기의 장착 없이 배터리의 전력만을 사용하여 지상검증모델용 달착륙선의 부하에 전력을 공급할 수 있도록 설계되었다. 달착륙선 지상시험모델의 비행시간과 임무에 따른 부하특성을 고려하여 상용 리튬-이온 배터리의 용량을 선정하였으며, 부하의 전력을 고려하여 간단한 보호회로를 설계하였다. 그리고 지상검증용 전원시스템은 추력기의 밸브구동을 위한 추력기 밸브구동 전원장치, DC/DC 컨버터 전원 모듈, 모니터링 모듈, 그리고 위급상황에서 전원을 차단하기 위한 "Emergency STOP" 모듈로 구성되어 있다.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.18 no.2
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• pp.51-57
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• 2015

We report the effect of the impurities including water and bromide in the propylmethylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (PMPyr-TFSI) on the electrochemical performance of lithium ion batteries. The several kinds of PMPyr-TFSI electrolytes with different amount of impurities are applied as the electrolyte to the cell with the high potential electrode, $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ spinel. It is found that the impurities in the electrolytes cause the detrimental effect on the cell performance by tracing the cycleability, voltage profile and Coulombic efficiency. Especially, the polarization and Coulombic efficiency go to worse by both impurities of water and bromide, but the cycleability was not highly influenced by bromide impurity unlike the water impurity.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.12 no.3
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• pp.203-218
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• 2009

The development of lithium-ion battery (LIB) technologies and their application in the field of large-scale power sources, such as electric vehicles (EVs), hybrid EVs, and plug-in EVs require enhanced reliability and superior safety. The main components of LIBs should withstand to the inevitable heating of batteries during high current flow. Carbonate solvents that contribute to the dissociation of lithium salts are volatile and potentially combustible and can lead to the thermal runaway of batteries at any abuse conditions. Recently, an interest in nonflammable materials is greatly growing as a means for improving battery safety. In this review paper, novel approaches are described for designing highly safe electrolytes in detail. Non-flammability of liquid electrolytes and battery safety can be achieved by replacing flammable organic solvents with thermally resistive materials such as flame-retardants, fluorinated organic solvents, and ionic liquids.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.308-308
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• 2007

리륨이차전지의 용량의 증가를 위한 연구에 많은 노력과 재원이 투자되고 잇는 반면에, 용량과 성능증가 추세가 주춤한 최근에는 전지의 안전성에 큰 관심이 집중되고 있다. 그 이유는 전지의 성능 못지않게 안전성에 대한 의구심이 꾸준히 제기되고 있고, 대용량 고출력전지의 대표적인 예이 자동차용 전지에는 안전성에 대한 보장이 선결되어야 하기 때문이다. 본 연구에서는 유기 전해액의 발화 및 폭발을 방지할수 있는 방법 중에서 첨가제에 의한 방법을 이용하여 그 첨가제의 전기화학적 특성 및 열적 안정성을 살펴보고 리튬이온전지에의 적용 가능성을 알아보았다. 특히 포스파젠 화합물들을 소량(1~5wt.%)첨가하여, 양극소재의 발열온도를 $60^{\circ}C$ 이상 지연시키고, 사이클 특성의 향상 및 용량의 증가도 실현함으로서 포스파젠 화합물의 유효성을 증명하였다. 아래의 Fig1은 Hexamethoxy cyclo tri-phosphazene(HMTP) 이라는 화합물의 난연성을 표기한 것인데, $270^{\circ}C$ 부근의 background peak가 $340^{\circ}C$까지 지연됨을 보여주고 있다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.23 no.3
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• pp.247-252
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• 2012

Of late, the development of advanced batteries with high power density and capacity has been indispensible for pushing ahead with much wider applications to electric vehicles and smart IT devices. However, a conventional Li-ion battery contains a limited energy density due to various technological challenges such that other types of Li batteries including Li-S and Li-air have been extensively studied due to their interestingly high energy capacities. Sulfur and oxygen, of which both are cathode materials, showing similar physicochemical characteristics have widely been available which may also contribute to the commercialization of these batteries. In this review, we introduce some perspectives in improving these advanced Li batteries through several approaches such as the provision of porous cathode structures, the optimization of cathode-electrolyte interfaces and the modification of Li anodes.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.39 no.8
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• pp.807-812
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• 2015

Li-ion batteries are energy sources that are widely used in applications such as notebooks, cellular phones, power tools, and vehicles. They are devices in which stored chemical energy is changed to electrical energy by electrochemical reactions. They have a high energy density, small size, and are lightweight. In particular, power tools and vehicles require high charge/discharge rates. Therefore, in this paper, we perform electrochemical simulations using a commercial finite-element analysis program to determine the high discharge-rate characteristics of Li-ion cells. In addition, by performing high discharge-rate simulations, we found that the limited discharge current was 63 A. Based on the results obtained, we investigate the behavior of Li-ion cells with a high rate of discharge.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.259-259
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• 2007

층상구조의 전이금속 산화물($LiMO_2$, M=Co, Ni, Mn)은 리튬이차전지용 양극재료로 활발한 연구가 진행되고 있다. 차세대 리튬이차전지 시스템의 개발 및 고성능화를 위해서는 전지의 용량을 결정하는 핵심 부품인 양극재료의 고용량화 및 고안정화는 필수 불가결하다. 따라서 본 연구에서는 상업적으로 큰 장점이 있는 고상반응 공정을 이용하여 리튬이차전지용 양극소재를 제조하고, 소재의 전기화학적, 구조적인 특성을 평가하였으며, 다음과 같은 주제를 가지고 연구를 진행하였다. $LiCoO_2$ 양극재료는 리튬이온전지로 널리 사용되고 있다. 높은 에너지 밀도의 리튬이온전지를 얻기 위해서는 $LiCoO_2$ 양극재료가 고용량화 및 고밀도화를 가져야 한다. 여기서 $LiCoO_2$ 분말이 irregular particle morphology를 가지면 tap density가 $2.2-2.4gcm^{-3}$로 에너지 밀도가 낮으나, 구형 $LiCoO_2$의 정극재료는 tap density가 $2.6-2.8gcm^{-3}$로 상대적으로 energy density가 높아지는 효과가 있다. 구형 $LiCoO_2$ 양극재료를 합성하기 위해서는 chelating agent를 이용한 "controlled crystallization" 침전법을 사용하여 합성한 구형 코발트 수화물을 사용하고 있다. "controlled crystallization" 침전법에서 사용되는 chelating agent로는 주로 ammonia가 이용되고 있다. 본 연구에서는 chelating agent로 ethylene diamine을 사용하여 sodium hydroxides를 precipitation으로 침전 반응하여 구형 코발트 수화물을 합성하였다. 상기 방법으로 합성된 코발트 수화물과 리튬 수화물($LiOH{\cdot}H_2O$-고순도화학(高殉道化學))을 사용하여 고상법을 통하여 $LiCoO_2$를 합성하였다. 제조된 분말의 결정구조와 전기화학적 특성분석은 X-선 회절분석 및 리트벨트 구조정산, 그리고 충/방전 싸이클링을 수행하였으며, 분말의 미세구조 변화를 SEM을 이용하여 분석하였다.