Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.08a
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pp.419-420
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2012
Lithium-ion battery (LIB) usually used for valuable electronic devices are extended to applications. High stability negative electrode materials for LIB were investigated using electrodeposition of nanoparticles (NPs) on the nanostructured carbon. NPs with about 70 nm diameters were evenly prepared on the graphitic carbon materials using electrodeposition process at room temperature. It was observed that the NPs were homogeneously embedded into not only external surface but bottom part of the graphitic carbon network. The graphitic carbon material covered with NPs enables facile electron transport owing to the network structure and improves structural collapse during cycling. This facile room temperature process is expected to be applicable to other anode materials such as Sn and Al for the anode of LIB.
The various expanded graphites (EGs) was prepared and applied as anode material for high power Li-ion secondary battery (LIB). By changing the processing conditions of EG, a series of EG with different structure were produced, showing the changed electrochemical properties. The charge-discharge test showed that the initial reversible capacity of EG anodes prepared at the suitable conditions was over 400 mAh/g and the charge capacity at 5 C-rate was 83.2 mAh/g. These values demonstrated the much improved electrochemical properties as compared with those for the graphite anode of 360 mAh/g and 19.4 mAh/g, respectively, showing the possibility of EG anode materials for high power LIB.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.288-288
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2013
Lithium-ion battery (LIB) is one of the most important rechargeable battery and portable energy storage for the electric digital devices. In particular, study about the higher energy capacity and longer cycle life is intensively studied because of applications in mobile electronics and electric vehicles. Generally, the LIB's capacity can be improved by replacing anode materials with high capacitance. The graphite, common anode materials, has a good cyclability but shows limitations of capacity (~374 mAh/g). On the contrary, silicon (Si) and germanium(Ge), which is same group elements, are promising candidate for high-performance LIB electrodes because it has a higher theoretical specific capacity. (Si:4200 mAh/g, Ge:1600 mAh/g) However, it is well known that Si volume change by 400% upon full lithiation (lithium insertion into Si), which result in a mechanical pulverization and poor capacity retention during cycling. Therefore, variety of nanostructure group IV elements, including nanoparticles, nanowires, and hollow nanospheres, can be promising solution about the critical issues associated with the large volume change. However, the fundamental research about correlation between the composition and structure for LIB anode is not studied yet. Herein, we successfully synthesized various structure of nanowire such as Si-Ge, Ge-Carbon and Si-graphene core-shell types and analyzed the properties of LIB. Nanowires (NWs) were grown on stainless steel substrates using Au catalyst via VLS (Vapor Liquid Solid) mechanism. And, core-shell NWs were grown by VS (Vapor-Solid) process on the surface of NWs. In order to characterize it, we used FE-SEM, HR-TEM, and Raman spectroscopy. We measured battery property of various nanostructures for checking the capacity and cyclability by cell-tester.
It is necessarily required in developing Si-based anode materials for lithium ion batteries, and the related researches are actively working especially in Si-carbon composite material. On the other hand, the photovoltaic and semiconductor industries discard huge amount of Si resources, facing the environmental issue. In this study, recycled Si resource is adopted to obtain Si-carbon composite for LIB(Lithium-Ion Batteries). In order to improve high-capacity retention characteristics and cycle stability of a Si anode material for the LIB, two differenct composites having a mass ratio of silicon and pitch of 1:1 and 2:1 are synthesized and electrochemical characteristics of the anode material manufactured by simple self-assembly method. This result in excellent initial capacity with stable cycle life, and confirming the potential use of recycled Si material for LIB.
The performance of Li-ion system based on $LiCoO_2$ and Graphite is well optimized for the 3C applications. The charge-discharge mode, the manufacturing process, the cell performance and the thermal reactions affecting safety has been explained in the engineering point of view. The energy density of the current LIB system is in the range of 300~400 Wh/l. In order to achieve the energy density higher than 500 Wh/l, the active materials should be modified or changed. Adopting new high capacity anode materials would be effective to improve energy density.
Modern society is making numerous efforts to reduce reliance on carbon-based energy systems. A notable solution in this transition is the adoption of lithium-ion batteries (LIBs) as potent energy sources, owing to their high energy and power densities. Driven by growing environmental challenges, the application scope of LIBs has expanded from their initial prevalence in portable electronic devices to include electric vehicles (EVs) and energy storage systems (ESSs). Accordingly, LIBs must exhibit long-lasting cyclability and high energy storage capacities to facilitate prolonged device usage, thereby offering a potential alternative to conventional sources like fossil fuels. Enhancing the durability of LIBs hinges on a comprehensive understanding of the reasons behind their performance decline. Therefore, comprehending the degradation mechanism, which includes detrimental chemical and mechanical phenomena in the components of LIBs, is an essential step in resolving cycle life issues. The LIB systems presently being commercialized and developed predominantly employ graphite anode and layered oxide cathode materials. A significant portion of the degradation process in LIB systems takes place during the electrochemical reactions involving these electrodes. In this review, we explore and organize the aging mechanisms of LIBs, especially those with graphite anodes and layered oxide cathodes.
Today, rechargeable lithium-ion batteries are an essential portion of modern daily life. As a promising alternative to traditional energy storage systems, they possess various advantages. This review attempts to provide the reader with an indepth understanding of the working mechanisms, current technological progress, and scientific challenges for a wide variety of lithium-ion battery (LIB) electrode nanomaterials. Electrochemical thermodynamics and kinetics are the two main perspectives underlying our introduction, which aims to provide an informative foundation for the rational design of electrode materials. Moreover, both anode and cathode materials are clarified into several types, using some specific examples to demonstrate both their advantages and shortcomings, and some improvements are suggested as well. In addition, we summarize some recent research progress in the rational design and synthesis of nanostructured anode and cathode materials, together with their corresponding electrochemical performances. Based on all these discussions, potential directions for further development of LIBs are summarized and presented.
Kim, SunKyung;Kim, ChanMi;Chang, Hankwon;Jang, Hee Dong
Particle and aerosol research
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v.15
no.4
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pp.127-137
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2019
Recently, high electrochemical performance anode materials for lithium ion secondary batteries are of interest. Here, we present silicon-carbon-graphene (Si-C-GR) composites for high performance anode materials of lithium ion secondary battery (LIB). Aerosol process and heat-treatment were employed to prepare the Si-C-GR composites using a colloidal mixture of silicon, glucose, and graphene oxide precursor. The effects of the size of the silicon particles in Si-C-GR composites on the material properties including the morphology and crystal structure were investigated. Silicon particles ranged from 50 nm to 1 ㎛ in average diameter were employed while concentration of silicon, graphene oxide and glucose was fixed in the aerosol precursor. Morphology of as-fabricated Si-C-GR composites was generally the shape of a crumpled paper ball and the Si particles were well wrapped in carbon and graphene. The size range of composites was about from 2.2 to 2.9 ㎛. The composites including silicon particles larger than 200 nm in size exhibited higher performance as LIB anodes such as capacity and coulombic efficiency than silicon particles less than 100 nm, which were about 1500 mAh/g at 100 cycles in capacity and 99% in coulombic efficiency, respectively.
Kim Han-Joo;Hong Ji-sook;Son Won-Ken;Park Soo-Gil;Oyama Noboru
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.3
no.2
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pp.85-89
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2000
For replacing Li metal at Lithium ion Battery(LIB) system, we used carbon powder material which prepared by Pyrolysis of Phenol resin as starting material. It became amorphous carbon by Pyrolysis through it's self condensation by thermal treatment. Amorphous carbon can be doped with Li intercalation and deintercalation because it has wide interlayer. However, it has a problem with structural destroy due to weak carbon-carbon bond. So, we used $ZnCl_2$ as the pore-forming agent. This inorganic salt was used together with the resin serves not only as the pore-forming agent to form open pores, which grow into a three-dimensional network structure in the cured material, but also as the microstructure-controlling agent to form a loose structure doped with bulky dopants. We used SEM in order to find to difference of structure, and can calculate the distance of interlayer by XRD analysis. CV test showed oxidation and reduction.
In lithium-ion batteries(LIB), the development of electrolytes had mainly focused on the characteristics of lithium cobalt oxide($LiCoO_2$) cathode and graphite anode materials since the commercialization in 1991. Various studies on compatibility between electrode and electrolytes had been actively developed on their interface. Since then, as they try to adopt silicon and tin as anode materials and three components(Ni, Mn, Co), spinel, olivine as cathode materials for advanced lithium batteries, conventional electrolyte materials are facing a lot of challenges. In particular, requirements for electrolytes performance become harsh and complicated as safety problems are seriously emphasized. In this report, we summarized the research trend of electrolyte materials for the electrode materials of lithium rechargeable batteries.
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