• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제32권12호
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• pp.4205-4209
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• 2011

The $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$ silicate was prepared by blending of $Li_2MnSiO_4$ and $Li_2FeSiO_4$ precursors with same molar ratio. The one of the silicates of $Li_2FeSiO_4$ is known as high capacitive up to ~330 mAh/g due to 2 mole electron exchange, and the other of $Li_2FeSiO_4$ has identical structure with $Li_2MnSiO_4$ and shows stable cycle with less capacity of ~170 mAh/g. The major drawback of silicate family is low electronic conductivity (3 orders of magnitude lower than $LiFePO_4$). To overcome this disadvantage, carbon composite of the silicate compound was prepared by sucrose mixing with silicate precursors and heat-treated in reducing atmosphere. The crystal structure and physical morphology of $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$ was investigated by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and high resolution transmission electron microscopy. The $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$/C nanocomposite has a maximum discharge capacity of 200 mAh/g, and 63% of its discharge capacity is retained after the tenth cycles. We have realized that more than 1 mole of electrons are exchanged in $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$. We have observed that $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$ is unstable structure upon first delithiation with structural collapse. High temperature cell performance result shows high capacity of discharge capacity (244 mAh/g) but it had poor capacity retention (50%) due to the accelerated structural degradation and related reaction.

• 공업화학
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• 제32권1호
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• pp.117-123
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• 2021

본 연구에서는 실리콘 산화물, 소프트 카본, 카본 블랙을 혼합하여 복합체를 제조하였으며, 이차전지의 음극 특성을 고찰하였다. 이때, 소프트 카본 음극재의 용량 향상을 위하여 첨가된 실리콘 산화물 함량을 0, 6, 8, 10, 20 wt%로 달리하였으며, 카본 블랙은 실리콘 산화물의 부피 팽창 완화를 위한 구조 안정제로 첨가되었다. 제조된 CB/SiOx/C 복합체의 물리적 특성은 XRD, SEM, EDS 및 분체 저항 분석을 통하여 조사되었다. 또한 제조된 복합체의 전기화학적 특성은 리튬 이차전지의 충·방전 사이클, 율속 및 임피던스 분석을 통하여 관찰되었다. CB/SiOx/C 복합체는 카본 블랙 첨가에 의하여 실리콘 산화물의 부피 팽창을 완화시킬 수 있는 내부 공동이 형성되었으며, 카본 블랙과 실리콘 산화물 입자가 고르게 분포되었다 형성된 내부 공동은 실리콘 산화물 함량이 8 wt% 미만에서는 낮은 초기 효율 보이며, 20 wt% 이상에서는 낮은 사이클 안정성을 보였다. 실리콘 산화물이 10 wt% 첨가된 CB/SiOx/C 복합체는 537 mAh/g 초기 방전 용량, 88 %의 용량 유지율과 2C/0.1C에서 79 율속 특성을 보였다. 이는 소프트 카본 음극재의 용량을 향상시키기 위해 실리콘 산화물을 첨가하였고, 실리콘 산화물의 부피 변화를 완충하기 위해 구조 안정제로 카본 블랙을 첨가하였다. CB/SiOx/C 복합체를 고효율의 음극재로 사용하기 위해 최적의 실리콘 산화물 함량 및 구조 안정제로서의 카본 블랙의 메커니즘을 논의하였다.

• ETRI Journal
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• 제42권1호
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• pp.129-137
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• 2020

All-solid-state batteries are promising energy storage devices in which high-energy-density and superior safety can be obtained by efficient cell design and the use of nonflammable solid electrolytes, respectively. This paper presents a systematic study of experimental factors that affect the electrochemical performance of all-solid-state batteries. The morphological changes in composite electrodes fabricated using different mixing speeds are carefully observed, and the corresponding electrochemical performances are evaluated in symmetric cell and half-cell configurations. We also investigate the effect of the composite electrode thickness at different charge/discharge rates for the realization of all-solid-state batteries with high-energy-density. The results of this investigation confirm a consistent relationship between the cell capacity and the ionic resistance within the composite electrodes. Finally, a concentration-gradient composite electrode design is presented for enhanced power density in thick composite electrodes; it provides a promising route to improving the cell performance simply by composite electrode design.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권1호
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• pp.32-38
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• 2023

본 연구에서는 리튬 이온 배터리 용 음극활물질인 실리콘의 사이클 안정성 및 율속 특성을 개선하기 위해 도파민이 코팅된 실리콘/실리콘카바이드/카본(Si/SiC/C) 복합소재의 전기화학적 특성을 조사하였다. Stöber 법에 CTAB을 추가하여 CTAB/SiO₂를 합성한 후 열 흡수제로써 NaCl을 첨가한 마그네슘 열 환원법을 통해 Si/SiC 복합소재를 제조하였으며, 도파민의 중합반응을 통해 탄소코팅을 하여 Si/SiC/C 음극소재를 합성하였다. 제조된 Si/SiC/C 음극소재의 물리적 특성 분석을 위해 SEM, TEM, XRD와 BET를 사용하였으며, 1 M LiPF₆ (EC : DEC = 1 : 1 vol%) 전해액에서 리튬 이온 배터리의 사이클 안정성, 율속 특성, 순환전압전류 및 임피던스 테스트를 통해 전기화학적 특성을 조사하였다. 제조된 1-Si/SiC는 100사이클, 0.1 C에서 633 mAh/g의 방전용량을 나타냈으며, 도파민이 코팅된 1-Si/SiC/C는 877 mAh/g으로 사이클 안정성이 향상된 것을 확인할 수 있었다. 또한 5C에서 576 mAh/g의 높은 용량과 0.1 C/0.1 C 일 때 99.9%의 용량 회복 성능을 나타내었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권3호
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• pp.303-308
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• 2018

본 연구에서는 리튬이차전지 음극활물질인 Silicon/Carbon (Si/C) 복합소재를 제조하여 바인더 및 첨가제가 전지성능에 미치는 영향을 조사하였다. Si/C 합성물은 마그네슘의 열 환원 반응을 통해 SBA-15 (Santa Barbara Amorphous material No. 15)를 제조한 후 페놀 수지의 탄화 과정을 통해 합성하였다. Si/C 음극소재는 충 방전, 순환전압전류, 임피던스 테스트를 통해 전기화학적 성능을 분석하였다. PAA 바인더를 이용한 Si/C 전지의 용량은 1,899 mAh/g으로 다른 바인더를 사용한 합성물보다 우수하였으며, 40 사이클 동안 92%에 달하는 높은 용량 보존율을 나타내었다. 또한, VC 첨가제를 사용한 전지의 경우 3,049 mAh/g의 높은 초기용량을 나타내며, 실리콘 표면에 보호막을 형성해 초기 비가역용량을 감소시켜줌을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권4호
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• pp.459-464
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• 2016

본 연구에서는 리튬이온 전지용 실리콘 음극소재의 사이클 안정성 및 율속 특성 향상을 위해 다공성 실리콘/탄소 복합소재의 전기화학적 특성을 조사하였다. 나노 실리카 제조는 스토버 방법을 사용하고 교반 속도, 교반 온도 및 $NH_3$/TEOS 비율을 조절 하여 100~500 nm 크기의 구형 실리카를 합성하였다. 구형 나노 실리카의 마그네슘 열환원과 산처리 과정을 통해 다공성 실리콘을 얻고, 제조된 다공성 실리콘에 Phenolic resin을 탄소전구체로 사용하여 최종적으로 다공성 실리콘/탄소 활물질을 합성하였다. 또한 $LiPF_6$ (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%) 전해액에서 다공성 실리콘/탄소 음극소재의 충 방전, 순환전압 전류, 임피던스 테스트 등의 전기화학적 특성을 조사 하였다. 다공성 실리콘/탄소 복합소재의 음극활물질로서 코인 전지의 성능을 조사한 결과 초기용량 및 40사이클 용량 보존율은 각각 2,006 mAh/g, 55.4%를 나타내었다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제33권1호
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• pp.65-68
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• 2012

Novel type $Li_{1.1}V_{0.9-2x}W_xMo_xO_2$ powders were prepared by a solid-state reaction of $Li_2CO_3$, $V_2O_3$, $WO_2$ and $MoO_2$ precursors in a nitrogen atmosphere containing 10 mol % hydrogen gas, and assessed as anode materials in lithium-ion batteries. The specific charge and discharge capacities of the $Li_{1.1}V_{0.9-2x}W_xMo_xO_2$ anodes were higher than those of the bare $Li_{1.1}V_{0.9}O_2$ anode. The cyclic efficiency of these anodes was approximately 73.3% at the first cycle, regardless of the presence of W and Mo doping. The composite anode, which was composed of $Li_{1.1}V_{0.75}W_{0.075}Mo_{0.075}O_2$ (20 wt %) and natural graphite (80 wt %), demonstrated reasonable specific capacity, high cyclic efficiency, and good cycling performance, even at high rates without capacity fading.

• 한국세라믹학회지
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• 제53권3호
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• pp.376-380
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• 2016

A composite electrode made of iron oxide nanoparticles/multi-wall carbon nanotube (iNPs/M) delivers high specific capacity and cycle durability. At a rate of $200mAg^{-1}$, the electrode shows a high discharge capacity of ${\sim}664mAhg^{-1}$ after 100 cycles, which is ~ 70% of the theoretical capacity of $Fe_3O_4$. Carbon black, carbon nanotube, and graphene as anode materials have been explored to improve the electrical conductivity and cycle stability in Li ion batteries. Herein, iron oxide nanoparticles on acid treated MWCNTs as a conductive platform are combined to enhance the drawbacks of $Fe_3O_4$ such as low electrical conductivity and volume expansion during the alloying/dealloying process. Enhanced performance was achieved due to a synergistic effect between electrically 3D networks of conductive MWCNTs and the high Li ion storage ability of $Fe_3O_4$ nanoparticles (iNPs).

• 전기화학회지
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• 제19권4호
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• pp.129-133
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• 2016

본 연구에서는 고분자와 탄소 물질을 복합화시켜 친환경의 유기 음극을 제조하였다. Poly(styrenesulfonate)(PSS)-carbon 복합 음극은 탄소 입자를 PSS이 둘러싸고 있는 core-shell 형태를 보이며 $524mAh\;g^{-1}$의 이론용량과 0.6 V 이하의 낮은 전압을 가진다. PSS-carbon 복합 음극은 0.1, 0.5, 1, 10C에서 각각 용량 $519.6mAh\;g^{-1}$, $461.2mAh\;g^{-1}$, $411.8mAh\;g^{-1}$, $315.9mAh\;g^{-1}$의 첫 번째 방전 용량을 가지면 30사이클까지 안정적인 주기 특성을 보여준다. Polystyrene 구조와 sulfonate 기능 기를 갖는 PSS와의 탄소 복합 전극은 유기 이차전지의 전기화학적 특성을 향상 시키기 적합한 음극활 물질로 여겨 진다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권5호
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• pp.593-599
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• 2017

본 연구에서는 활성탄과 납 전구체를 사용하여 나노 Pb/AC 복합소재를 제조한 후, 울트라 전지용 음극소재의 전기화학적 특성을 조사하였다. 나노 Pb/AC 복합소재는 활성탄에 나노 Pb 입자를 흡착시킨 후 감압 수세하여 제조하였다. 제조된 복합소재의 물리적 특성은 SEM, BET, EDS를 통해 분석하였으며, $1740m^2/g$, 1.95 nm의 비표면적과 평균 기공크기를 얻었다. 울트라 전지의 음극은 납 극판에 나노 Pb/AC를 딥코팅하여 제조되었다. 울트라 전지는 이산화납을 사용한 양극과 나노 Pb/AC 복합소재 음극을 사용하였으며 전해액은 5M의 황산용액($1.31g/cm^3$)을 사용하였다. 전기화학적 성능은 충 방전, 순환전압전류, 임피던스, 사이클 테스트를 통해 조사되었다. 제조된 나노 Pb/AC를 이용한 울트라 배터리는 기존의 납 축전지와 AC를 코팅한 납 축전지보다 개선된 초기 용량과 사이클 특성을 보였다. 이러한 실험 결과로부터 나노 Pb/AC의 적절한 첨가가 수소발생 반응이 억제됨에 따라 용량 및 장기 사이클 안정성을 향상시킴을 알 수 있었다.