Copper is an important component from coin metal to electronic wire, integrated circuit, and to lithium battery. Copper oxides, mainly including $Cu_2O$ and CuO, are important semiconductors for the wide applications in solar cell, catalysis, lithium-ion battery, and sensor. Due to their low cost, low toxicity, and easy synthesis, copper oxides have received much research interest in recent year. Herein, we review the crystallization of copper oxides by designing various chemical reaction routes, for example, the synthesis of $Cu_2O$ by reduction route, the oxidation of copper to $Cu_2O$ or CuO, the chemical transformation of $Cu_2O$ to CuO, the chemical precipitation of CuO. In the designed reaction system, ligands, pH, inorganic ions, temperature were used to control both chemical reactions and the crystallization processes, which finally determined the phases, morphologies and sizes of copper oxides. Furthermore, copper oxides with different structures as electrode materials for lithium-ion batteries were also reviewed. This review presents a simple route to study the reaction-crystallization-performance relationship of Cu-based materials, which can be extended to other inorganic oxides.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.33
no.2
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pp.198-204
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2013
Acoustic emission(AE) signal was detected during charge and discharge of lithium ion battery to investigate relationships among cumulative count, discharge capacity, and microdamages. AE signal was received during accelerated charge/discharge cycle test of a coin-type commercial battery. A number of AE signals were successfully detected during charge and discharge, respectively. With increasing number of cycle, discharge capacity was decreased and AE cumulative count was observed to increase. Microstructural observation of the decomposed battery after cycle test revealed mechanical damages such as interface delamination and microcracking of the electrodes. These damages were attributed to sources of the detected AE signals. Based on a linear correlation between discharge capacity and cumulative count, feasibility of AE technique for evaluation of battery degradation was suggested.
The purpose of this study was to improve the conductivity of $Li_3V_2(PO_4){_3}$ by adding carbon source so that the discharge rate and cyclic properties were improved. Glucose and CNT were added to $Li_3V_2(PO_4){_3}$ and the structure and electrochemical properties were studied. $Li_3V_2(PO_4){_3}$, $Li_3V_2(PO_4){_3}$/C and $Li_3V_2(PO_4){_3}$/CNT were synthesised by solid state reaction using hydrogen reduction method at 600, 700, 800, $900^{\circ}C$. The cathode materials were assembled to coin cell type 2032 with Lithium metal as a counter electrode. The coin cell was galvanostatically evaluated in the voltage range of 3.0~4.8 V.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.6
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pp.80-85
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2019
Vanadium dioxide is a well-known metal-insulator phase transition material. Lots of researches of vanadium redox flow batteries have been researched as large scale energy storage system. In this study, vanadium oxide($VO_x$) thin films were applied to cathode for lithium ion battery. The $VO_x$ thin films were deposited on Si substrate($SiO_2$ layer of 300 nm thickness was formed on Si wafer via thermal oxidation process), quartz substrate by RF magnetron sputter system for 60 minutes at $500^{\circ}C$ with different RF powers. The surface morphology of as-deposited $VO_x$ thin films was characterized by field-emission scanning electron microscopy. The crystallographic property was confirmed by Raman spectroscopy. The optical properties were characterized by UV-visible spectrophotometer. The coin cell lithium-ion battery of CR2032 was fabricated with cathode material of $VO_x$ thin films on Cu foil. Electrochemical property of the coin cell was investigated by electrochemical analyzer. As the results, as increased of RF power, grain size of as-deposited $VO_x$ thin films was increased. As-deposited thin films exhibit $VO_2$ phase with RF power of 200 W above. The transmittance of as-deposited $VO_x$ films exhibits different values for different crystalline phase. The cyclic performance of $VO_x$ films exhibits higher values for large surface area and mixed crystalline phase.
Many studies on the electrochemical performance of Li secondary batteries have been obtained using coin-type cells due to the ease of assembly, low cost and ensuring reproducibility. The coin-type cell consists of a case, a gasket, a spacer disk, and a wave spring. These structural features require a greater amount of liquid electrolyte to assemble than other types of cells such as laminated cells and cylindrical cells. Nevertheless, little research has been conducted on the effect of excess liquid electrolytes on the electrochemical performances of Li secondary batteries. In this study, we investigate the effect of different amounts of electrolyte on the coin-type cells. The amount of electrolytes is adjusted to 30 and $100mg\;mAh^{-1}$. Cycle performances at room temperature ($25^{\circ}C$) and high temperature ($60^{\circ}C$) and high voltage are performed to investigate the electrochemical properties of the different amount of electrolytes. In the case of the unit cell including the electrolyte of $30mg\;mAh^{-1}$, the discharging capacity retention characteristic is excellent in comparison with the case of $100mg\;mAh^{-1}$ under the high temperature and high voltage condition. The former shows a larger increase in internal resistance than the latter, confirming that the amount of electrolyte significantly influences the discharge capacity retention characteristics of the battery.
Hollow silicon/carbon (H-Si/C) composites as anode materials for lithium ion batteries were investigated to overcome the large volume expansion. H-Si/C composites were prepared as follows; hollow $SiO_2\;(H-SiO_2)$ was prepared by adding $NaBH_4$ to $SiO_2$ synthesized using $st{\ddot{o}}ber$ method followed by magnesiothermic reduction and carbonization of phenolic resin. The H-Si/C composites were analyzed by XRD, SEM, BET and EDX. To improve the capacity and cycle performance, the electrochemical characteristics of H-Si/C composites synthesized with various $NaBH_4$ contents were investigated by charge/discharge, cycle, cyclic voltammetry and impedance tests. The coin cell using H-Si/C composite ($SiO_2:NaBH_4=1:1$ in weight) in the electrolyte of $LiPF_6$ dissolved in organic solvents (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%) has better capacity (1459 mAh/g) than those of other composition coin cells. It is found that the coin cell ($SiO_2:NaBH_4=1:1$ in weight) has an excellent capacity retention from 2nd cycle to 40th cycle.
In this study, the molecular weight controlled pitches derived from pyrolyzed fuel oil (PFO) were prepared using solvent extraction and were carbonized. Electrochemical characteristics of lithium battery anode materials were investigated using these petroleum pitches. Three pitch samples prepared by the thermal reaction were 3903 (at $390^{\circ}C$ for 3 h), 4001 (at $400^{\circ}C$ for 1 h) and 4002 (at $400^{\circ}C$ for 2 h). The prepared hexane insoluble pitches were analysed by XRD, TGA, SEM and Gel permeation Chromatography (GPC). The electrochemical characteristics of the PFO-derived pitch as an anode material were investigated by constant current charge/discharge, cyclic voltammetry and electrochemical impedance tests. The coin cell using pitch (4001) and the electrolyte of $LiPF_6$ in organic solvents (EC : DMC = 1 : 1 vol%, VC 3 wt%) has better initial capacity (310 mAh/g) than that of other pitch coin cells. Also, this carbon anode showd a high initial efficiency of 82%, retention rate capability at 2 C/0.1 C of 90% and cycle retention of 85%. It was found that modified pitches improved the cycling and rate capacity performance.
Nano-sized Sn powder was prepared by pulsed wire evaporation method. The Sn powder and carbon black were charged in jar and ball milled. The milling time was varied with 10 min., 1h, 2h, and 4h, respectively. The milled powders were dried and the shape and size were observed by FE-SEM. Nano-sized Sn powders were plastic-deformed and agglomerated by impact force of balls and heat generated during the SPEX milling. The agglomerated Sn powder also consisted of many nano-sized particles. Initial discharge capacities of milled Sn electrode powders with carbon powder were milled for 10 min., 1h, 2h, and 4h were 787, 829, 827, and 816 mAh/g, respectively. After 5 cycle, discharge capacities of Sn electrode powders with carbon powder milled for 10 min., 1h, 2h, and 4h decreased as 271, 331, 351, and 287 mAh/g, respectively. Because Sn electrode powders milled for 2h constist of uniform and fine size, the cyclability of coin cell made of this powders is better than others.
Choi, Jaecheol;Son, Bongki;Ryou, Myung-Hyun;Kim, Sang Hern;Ko, Jang Myoun;Lee, Yong Min
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.4
no.1
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pp.27-33
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2013
The consequences of electrode density and thickness for electrochemical performance of lithium-ion cells are investigated using 2032-type coin half cells. While the cathode composition is maintained by 90:5:5 (wt.%) with $LiCoO_2$ active material, Super-P electric conductor and polyvinylidene fluoride polymeric binder, its density and thickness are independently controlled to 20, 35, 50 um and 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 g $cm^{-3}$, respectively, which are based on commercial lithium-ion battery cathode system. As the cathode thickness is increased in all densities, the rate capability and cycle life of lithium-ion cells become significantly worse. On the other hand, even though the cathode density shows similar behavior, its effect is not as high as the thickness in our experimental range. This trend is also investigated by cross-sectional morphology, porosity and electric conductivity of cathodes with different densities and thicknesses. This work suggests that the electrode density and thickness should be chosen properly and mentioned in detail in any kinds of research works.
As the amount of high-capacity secondary battery waste gradually increased, waste secondary batteries for industry (high-speed train & HEV) were recycled and materialization studies were carried out. The precipitation experiment was carried out with various conditions in the synthesis of LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 material using a Taylor reactor. The raw material used in this study was a leaching solution generated from waste nickel-based batteries. The nickel-cobalt-manganese (NCM) precursor was prepared by the Taylor reaction process. Material analysis indicated that spherical powder was formed, and the particle size of the precursor was decreased as the reaction speed was increased during the preparation of the NCM. The spherical NCM powder having a particle size of 10 ㎛ was synthesized using reaction conditions, stirring speed of 1000 rpm for 24 hours. The NCM precursor prepared by the Taylor reaction was synthesized as a cathode material for the LIB, and then a coin-cell was manufactured to perform the capacity evaluation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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