• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1999년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.133-136
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• 1999

We report on the electrochemical properly of LiZ $n_{x}$Mn $_{2-x}$ $O_4$ for different degrees of Zn substitution(x) Though all cathode material showed spinel phase based on cubic phase in X-ray diffraction, other peaks(M $n_2$ $O_3$ or M $n_3$ $O_4$) gradually exhibited and became intense with the increase of x vague in LiZ $n_{x}$Mn $_{2-x}$ $O_4$. In addtion, TG-DTA analysis exhibited that both LiM $n_2$ $O_4$ and LiZ $n_{0.1}$ M $n_{1.9}$ $O_4$ occurred the weight loss(TG) and the endothermic and exothermic reaction(DTA) until 80$0^{\circ}C$ When x=0.1 in LiZ $n_{x}$Mn $_{2-x}$ $O_4$ cathode materials showed the charge and discharge capacity of about 100mAh/g at first cycle and about 70mAh/g after tooth cycle.cle.e.cle.e.e.e.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.216-216
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• 2003

현재 상용화되어 있는 리튬 이차전지용 양극재료로는 비교적 작동전압이 높은 층상 암염구조(LiCoO$_2$, LiNiO$_2$) 및 Spinet계(LiMn$_2$O$_4$) 전이금속 산화물이 대부분 이용되고 있다 하지만 LiCoO$_2$나 LiNiO$_2$ 같은 상용화 물질은 비교적 높은 비용과, 강한 독성 때문에 많은 문제점을 가지고 있다. 또 Spinel(LiMn$_2$O$_4$)는 낮은 비용과 환경친화적인 장점에도 불구하고 Jahn-Teller 변형과 관련된 구조적 변형이 심각하기 때문에 사이클시 비가역적인 용량의 감소가 심각하다. 이러한 관점에서 전이금속보다 그 양이 풍부하고 저렴할 뿐만 아니라 독성이 없는 Olivine 구조 (LiFePO$_4$)를 갖는 phosphate계 화합물에 관심을 가지게 되었다. LiFePO$_4$는 리튬 음극과 3.4V의 방전전압을 나타내며, 170mAh/g의 이론용량을 가지고 있어, Fe-base의 장점은 물론 안정적인 결정구조 및 현재 상용화된 재료들과 비슷한 에너지 밀도를 가진다. 따라서 본 연구에서는 양극물질의 기존 두 제조법인 고상반응법과 sol-gel법으로 대표되는 제조법의 단점을 상호 보완될 수 있다고 판단되는 기계적 합금화법(Mechanical Alloying, MA)공정을 도입하여 초미세립 분말 제조에 초점을 맞추어 Olivine phosphate계 양극물질의 제조 및 전기화학적 특성을 연구하였다.

• 전기화학회지
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• 제8권2호
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• pp.82-87
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• 2005

고전압 용 양극산화물 $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$는 고온에서 합성 시, 입자 내에 산소결함에 의한 불순물상을 만들게 된다. 불순물상은 불완전한 스피넬 구조를 형성하며 리튬이온의 삽입$\cdot$탈리를 방해하여 전극의 성능을 감소시킨다. 본 연구에서는 고온 열처리 시 생성되는 이러한 불순물상의 거동을 파악하기 위해 크롬을 치환한 $LiNi_{0.5-x}Mn_{1.5}Cr_xO_4(0{\leq}x{\leq}0.05)$를 졸$\cdot$겔법을 이용하여 합성하여 고온 열분석을 실시하였다. 열분석 결과 크롬이 치환되지 않은 양극활물질은 산소결함에 의한 $2\%$의 무게 감소를 보였으나, 크롬이 치환된 경우 무게 감소분이 줄어들어 불순물 생성이 억제됨을 알 수 있었다. XRD 분석에서도 크롬이 치환된 경우 불순물 상이 억제됨을 나타내었으며 불순물상의 감소로 인해 크롬을 첨가한 양극활물질 $LiNi_{0.5-x}Mn_{1.5}Cr_xO_4$를 사용한 경우 충·방전 실험 시 가역 용량과 싸이클 안정성이 향상됨을 볼 수 있었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제40권7호
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• pp.620-624
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• 2003

LiCo$_{y}$Mn$_{2-y}$O$_4$ samples were synthesized by calcining a mixture of LiOH.$H_2O$, MnO$_2$ (CMD) and CoCO$_3$ calcining at 40$0^{\circ}C$ for 10 h and then calcining twice at 75$0^{\circ}C$ for 24 h in air with intermediate grinding. All the synthesized samples exhibited XRD patterns for the cubic spinel phase with a space group Fd(equation omitted)m. The electrochemical cells were charged and discharged for 30 cycles at a current density 600 $mutextrm{A}$/$\textrm{cm}^2$ between 3.5 and 4.3 V. As the value of y increases, the size of particles becomes more homogeneous. The first discharge capacity decreases as the value of y increases, its value for y=0.00 being 92.8 mAh/g. The LiMn$_2$O$_4$ exhibits much better cycling performance than that reported earlier. The cycling performance increases as the value of y increases. The efficiency of discharge capacity is 98.9％ for y=0.30. The larger lattice parameter for the smaller value of y is related to the larger discharge capacity. The more quantity of the intercalated and the deintercalated Li in the sample with the larger discharge capacity brings about the larger capacity fading rate.ate.

• 전기화학회지
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• 제7권3호
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• pp.131-137
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• 2004

Sol-gel method which provides better electrochemical and physiochemical properties compared to the solid-state method was used to synthesize the material of $LiFe_yMn_{2-y}O_4$. Fe was substituted to increase the structural stability so that the effects of the substitution amount and sintering temperature were analyzed. XRD was used for the structural analysis of produced material, which in turn, showed the same cubic spinel structure as $LiMn_2O_4$ despite the substitution of $Fe^{3+}$. During the synthesis of $LiFe_yMn_{2-y}O_4$, as the sintering temperature and the doping amount of Fe(y=0.05, 0.1, 0.2)were increased, grain growth proceeded which in turn, showed a high crystalline and a large grain size, certain morphology with narrow specific surface area and large pore volume distribution was observed. In order to examine the ability for the practical use of the battery, charge-discharge tests were undertaken. When the substitution amount of $Fe^{3+}\;into\;LiMn_2O_4$ increased, the initial discharge capacity showed a tendency to decrease within the region of $3.0\~4.2V$ but when charge-discharge processes were repeated, other capacity maintenance properties turned out to be outstanding. In addition, when the sintering temperature was $800\~850^{\circ}C$, the initial capacity was small but showed very stable cycle performance. According to EVS(electrochemical voltage spectroscopy) test, $LiFe_yMn_{2-y}O_4(y=0,\;0.05,\;0.1,\;0.2)$ showed two plateau region and the typical peaks of manganese spinel structure when the substitution amount of $Fe^{3+}$ increased, the peak value at about 4.15V during the charge-discharge process showed a tendency to decrease. From the previous results, the local distortion due to the biphase within the region near 4.15V during the lithium extraction gave a phase transition to a more suitable single phase. When the transition was derived, the discharge capacity decreased. However the cycle performance showed an outstanding result.

• 한국세라믹학회지
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• 제39권6호
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• pp.523-527
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• 2002

LiMn$_2$O$_4$ compounds were synthesized by calcining a mixture of LiOH and MnO$_2$(CMD) at 47$0^{\circ}C$ for 10 h and then calcining again at $650^{\circ}C$ to 90$0^{\circ}C$ fur 48 h in air with intermediate grinding. All the synthesized samples exhibited XRD patterns for the cubic spinel phase with a space group Fd3m. The lattice parameter increased gradually as the sintering temperature rose. The electrochemical cells were charged and discharged fur 20 cycles at a current density 300$\mu$A/$\textrm{cm}^2$ between 3.5 V and 4.3 V. The voltage vs. discharge capacity curves for all the samples showed two plateaus. The LiMn$_2$O$_4$ sample calcined at 90$0^{\circ}C$ had the largest first discharge capacity. This sample exhibited the best crystallinity, had relatively large lattice parameter and had relatively large particles with rectatively homogeneous size. All the samples showed good cycling performances. Among all the samples, the LiMn$_2$O$_4$ calcined at 85$0^{\circ}C$ had relatively large first discharge capacity and very good cycling performance. The addition of excess LiOH and the mixing in ethanol considered to help the formation of the more LiMn$_2$O$_4$ phase per unit weight sample and the more stable LiMn$_2$O$_4$phase. These led to the larger discharge capacities and the better cycling performances. The cyclic voltammograms fur the second cycle of the LiMn$_2$O$_4$ samples showed the oxidation and reduction peaks around 4.05 V and 4.18 V and around 4.08 V and 3.94 V, respectively. The larger first discharge capacity of the sample calcined at the higher temperature is related to the larger lattice parameter.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1998년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.347-350
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• 1998

We studied relation of X-ray diffraction and charge/discharge capacity of LiMn$_2$O$_4$ cathode. LiMn$_2$O$_4$ is prepared by reacting stoichiometric mixture of LiOH.$H_2O$ and MnO$_2$ (mole ratio 1 : 2) and heating at $700^{\circ}C$, 80$0^{\circ}C$ for 24hr, 36hr, 48hr, 60hr and 72hr. Through X-ray diffraction pattern, it is analyzed that crystal structure and lattice parameter and peak ratio so on. We obtained X-ray diffraction pattern that varied lattice parameter and peak intensity by function of calcining temperature and time. Cathode active materials calcined at 80$0^{\circ}C$ for 36hr shown that (111)/(311) Peak ratio at X-ray diffraction pattern was 0.37. It means that crystal structure is formed very well in this temperature and time. In the result of charge/discharge test, cathode active material calcined at 80$0^{\circ}C$ for 36hr displayed excellent charge/discharge properties than that of cathode active materials calcined at other temperature and title. In this study, we certified that spinel structure basied cubic is formed very well at 80$0^{\circ}C$ for 36hr. In this case, (111)/(311) peak ratio at X-ray diffraction is 0.37, and charge/discharge properties is excellent than others.

• 전기화학회지
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• 제15권3호
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• pp.172-180
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• 2012

리튬이온전지의 양극소재인 $LiMn_2O_4$를 다양한 모양과 크기의 망간산화물 및 망간수산화물 전구체를 사용해서 합성하였다. 첫 번째 단계로 수열합성법이나 침전법을 사용하여 ${\alpha}-MnO_2$, ${\beta}-MnO_2$, $Mn_3O_4$, amorphous $MnO_2$ 및 $Mn(OH)_2$ 등의 전구체를 합성하였고, 두 번째 단계로 이들 전구체로부터 고상법을 사용하여 다양한 형태의 $LiMn_2O_4$를 제조하였다. 합성된 $LiMn_2O_4$의 특성은 주사전자현미경과 XRD Rietveld구조분석을 통해 확인하고, Li coin cell로 조립하여 전극특성을 측정하였다. 500 nm크기의 팔면체(nano-octahedron) $LiMn_2O_4$가 1 C-rate와 50 C-rate에서 각각 107 mAh $g^{-1}$, 99 mAh $g^{-1}$의 높은 전지용량을 나타내며, 다양한 방전전류에서 가장 우수한 전기화학적 특성을 보인다. 3차원 팔면체 결정입자가 1차원 막대모양이나 2차원 판상모양의 다른 형태의 $LiMn_2O_4$보다 구조적 안정성도 우수한 것으로 평가된다. 또한 10 C-rate의 높은 전류로 500회 충 방전이 진행된 후에도 nano-octahedron $LiMn_2O_4$는 단지 5%의 용량감소(95% capacity retention)로 우수한 전극특성을 나타냈다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 추계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.79-79
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• 2003

리튬은, 세라믹스, 2차전지, 냉매흡착제, 촉매, 의약품등 넓은 분야에 이용되고 있다. 하지만, 자원으로서 리튬의 양은 한정되어 있으며, 리튬의 안정적인 확보는 장래 에너지공급 둥을 고려할 때 매우 중요한 문제의 하나로 대두되고 있다. 이와 같이 리튬의 안정적인 공급을 위한 해결수단으로써 리튬을 바다에서 채취하고자 하는 연구가 주목을 받고 있다. 본 연구는 리튬이온 흡착제 성능을 높이기 위해 새로 개발된 스피넬형 L $i_{1.6}$M $n_{1.6}$ $O_4$의 전자상태 및 화학결합을 통하여, 리튬 이온의 거동 및 각 원자간의 상호작용에 대해 알아보는 것을 목적으로 하고 있다. 연구방법으로는 DV-X$\alpha$분자궤도법(1-3)을 이용한 클러스터계산을 수행했고, 멀리켄의 전자밀도 해석을 통해 각 원자의 이온성 및 각 원자간의 상호작용에 대해 고찰했다.다.다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.242-246
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• 2017

고온에서 Mn 이온 용출에 의한 성능저하를 보이는 스피넬 결정구조의 $LiMn_2O_4$ 양극 하이브리드 커패시터의 대안으로 열안정성이 높은 올리빈 결정구조의 $LiFePO_4$ 기반 복합양극 소재의 적용가능성을 연구하였다. $LiFePO_4$/활성탄셀을 이용한 1.0~2.3 V의 충 방전을 통한 수명평가에서 상온($25^{\circ}C$) 및 고온($60^{\circ}C$) 조건 모두에서 충 방전 사이클이 진행됨에 따라 음극(활성탄)의 저전압화에 따른 열화로 인한 용량저하 현상이 나타났다. 이의 해결을 위해 50:50 중량비율로 $LiFePO_4/LiMn_2O_4$, $LiFePO_4$/Activated carbon 및 $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ 복합양극을 제조하여 모노셀 충 방전 실험을 수행한 결과, 층상구조의 $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$를 사용한 전극이 안정적인 전압거동을 보였다. 또한, 2.3 V 및 $80^{\circ}C$에서 1,000시간 부하를 통한 고온 안정성 실험에서도 $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ 복합양극이 상용 $LiMn_2O_4$ 양극에 비해 약 2배 가량 높은 방전용량 유지율을 보였다.