Kim, Seung-Min;Jeon, Sang-Hyeon;Jo, Gwang-Cheol;An, Jung-Gyu
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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한국표면공학회 2015년도 춘계학술대회 논문집
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pp.59-61
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2015
본고에서는 전해동박의 개발 연혁, 제조 공정 및 주요 적용 사례에 대해 소개한다. 전해동박이 전자 소재에 적용되는 대표적인 사례는 Li 이차전지의 음극 집전체 및 인쇄회로기판의 회로이다. Mobile Device의 슬림화 및 다기능화에 따라 Li 이차전지의 용량 증대 및 인쇄회로기판의 협피치화가 필요하다. 따라서 Li 이차전지의 단위 부피당 용량 증대를 위해서는 음극 집전체로 적용되는 동박은 극박화 및 고강도 특성이 요구되고 있다. 인쇄회로기판의 협피치화에 따라 이들 제품에 적용되고 있는 동박은 두께 및 조도를 저감시키는 방향으로 기술이 전개되고 있다. 본고에서는 전자 소재용으로 적용되고 있는 전해 동박의 최근 제품 및 기술 동향과 향후 제품 전개 방향에 대해 논의하고자 한다.
Lithium ion batteries have been broadly used in various applications to our daily life such as portable electronics, electric vehicles and grid-scale energy storage devices. Significant efforts have recently been made on developing electrode materials for lithium ion batteries that meet commercial needs of the high energy density, light weight and low cost. In this review, we summarize the principles and recent research advances in cathode and anode materials for lithium ion batteries, and particularly emphasize electrode material designs and advanced characterization techniques.
In this study, a carbon coated hollow silicon (HSi/C) composite material was prepared for anode material of high-capacity lithiun-ion battery. Hollow silica (HSiO2) was synthesized by the Stöber method with CTAB (N-Cetyltrimethylammonium bromide). The HSi/C anode composite was manufactured by carbon coating after magnesiothermic reduction of HSiO2. The physical and electrochemical characteristics of the prepared anode materials were investigated based on CTAB amount. In the FE-SEM analysis, it was found that the HSiO2 particle size increased as CTAB amount decreased, but shell thickness decreased. The HSi/C composites exhibited high initial discharge capacities of 1866.7, 2164.5 and 2188.6 mAh/g with various CTAB ratios (0.5, 1.0, 1.5), respectively. After 100 cycles of charge-discharge, 0.5-HSi/C demonstrated a high reversible capacity of 1171.3 mAh/g and a capacity retention of 70.9%. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was employed to analyze the impedance characteristics, and it revealed that 0.5-HSi/C showed more stable resistance characteristics than HSi/C composites with other CTAB amount over 20 cycles.
The energy density of lithium-ion batteries (LIBs) determines the mileage of electric vehicles. For increasing the energy density of LIBs, it is necessary to develop high-capacity active materials that can store more lithium ions within constrained weight. The rapid progress made in cathode technology has realized the utilization of the near-theoretical capacity of cathode materials. In contrast, commercial LIBs have still exploited graphite as active material in anodes since the 1990s. The most promising way to increase anodes' capacity is to mix high-capacity and long-cycle-life silicon oxides (SiOx) with graphite. However, the low initial Coulombic efficiency (ICE) of SiOx limits its content below 15 wt%, impeding the capacity increase in anodes. To address this issue, various prelithiation techniques have been proposed, which can improve the ICE of high-capacity anode materials. In this review paper, we introduce the principles and expected effects of prelithiation techniques reported so far. According to the reaction mechanisms, the strategies are categorized. Mainly, we focus on the recent progress of solution-based chemical prelithiation methods with commercial viability, of which lithiation reaction occurs homogeneously at liquid-solid interfaces. We believe that developing a cost-effective and mass-scalable prelithiation process holds the key to dominating the anode market for next-generation LIBs.
Silicon and carbon composite (SiC) is considered one of the most promising anode materials for the commercialization of Si-based anodes, as it could simultaneously satisfy the high theoretical capacity of Si and the high electronic conductivity of carbon. However, SiC active material undergoes repeated volumetric changes during charge/discharge processes, leading to continuous electrolyte decomposition and capacity fading, which is still considered an issue that needs to be addressed. To solve this issue, we suggest a 4,4'-Methylenebis(cyclohexyl isocyanate) (H12MDI)-based waterborne polyurethane binder (HPUD), which forms a 3D network structure through thermal cross-linking reaction. The cross-linked HPUD (denoted as CHPU) was prepared using an epoxy ring-opening reaction of the cross-linker, triglycidyl isocyanurate (TGIC), via simple thermal treatment during the SiC anode drying process. The SiC anode with the CHPU binder, which exhibited superior mechanical and adhesion properties, not only demonstrated excellent rate and cycling performance but also alleviated the volume expansion of the SiC anode. This work implies that eco-friendly binders with cross-linked structures could be utilized for various Si-based anodes.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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pp.262-262
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2009
최근 리튬이차전지가 전지자동차, hybrid car, PHEV, Ev, UPS 저장장치로 사용되기 시작함에 따라 고용량화, 고출력화가 요구되고 있다. 현재까지 주로 사용 되어왔던 carbon으로는 작동전압이 낮고, 고용량화, 고출력화가 어려워 금속산화물, 금속 비정질 금속 및 금속산화물을 carbon과 혼합 사용 함으로써 차세대 전지로서 특성을 달성하고 있다. 따라서 본 연구에서는 음극 소재로서 안정성이 뛰어난 금속산화물로 $Li_4Ti_5O_{12}$를 합성할 때 저가의 $TiCl_4$를 이용 $Li_4Ti_5O_{12}$가 고밀도를 갖게끔 $TiCl_4$를 이용 구형의 Ti-precursor(전구체)를 합성한 후 구형의 $Li_4Ti_5O_{12}$를 합성하였다. Ti전구체는 $TiCl_4$로부터 합성하였는데 이때 구형을 제조하고자 Hydroxypropyl cellulose(이하 HPC)를 사용하여 반응을 진행하였다. 이때 반응 조건 및 HPC의 몰수 변화에 따른 입자 형상의 변화에 관하여 관찰한 결과, $TiOCl_2$ 0.4mol, 반응온도 $10^{\circ}C$, 유지시간 6시간, HPC양 0.02mol일 때 $0.6{\mu}m$ 정도의 구형 Ti-전구체를 합성하였다. 합성된 Ti-전구체와 리튬수화물을 사용하여 $Li_4Ti_5O_{12}$를 합성 하였고, 상기 물질로 전지특성을 평가하였다.
Si/C/CNF composites as anode materials for lithium-ion batteries were examined to improve the capacity and cycle performance. Si/C/CNF composites were prepared by the fabrication process including the synthesis and magnesiothermic reduction of SBA-15 to obtain Si/MgO by ball milling and the carbonization of phenol resin with CNF and HCl etching. Prepared Si/C/CNF composites were then analysed by BET, XRD, FE-SEM and TGA. Among SBA-15 samples synthesized at reaction temperatures between 50 and $70^{\circ}C$, the SBA-15 at $60^{\circ}C$ showed the largest specific surface area. Also the electrochemical performances of Si/C/CNF composites as an anode electrode were investigated by constant current charge/discharge test, cyclic voltammetry and impedance tests in the electrolyte of LiPF6 dissolved in mixed organic solvents (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%). The coin cell using Si/C/CNF composites (Si : CNF = 97 : 3 in weight) showed better capacity (1,947 mAh/g) than that of other composition coin cells. The capacity retention ratio decreased from 84% (Si : CNF = 97 : 3 in weight) to 77% (Si : CNF = 89 : 11 in weight). It was found that the Si/C/CNF composite electrode shows an improved cycling performance and electric conductivity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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