To improve the performance of Si anodes in advanced Li-ion batteries, the design of the electrode plays a critical role, especially due to the large volumetric expansion in the Si anode during Li insertion. In our study, we used a simple fabrication method to prepare Si-based electrodes by grafting polyacrylic acid (PAA) to a carboxymethyl cellulose (CMC) binder (CMC-g-PAA). The procedure consists of first mixing nano-sized Si and the binders (CMC and PAA), and then coating the slurry on a Cu foil. The carbon network was formed via carbonization of the binders i.e., by a simple heat treatment of the electrode. The carbon network in the electrode is mechanically and electrically robust, which leads to higher electrical conductivity and better mechanical property. This explains its long cycle performance without the addition of a conducting agent (for example, carbon). Therefore, the partially carbonized CMC-g-PAA binder presented in this study represents a new feasible approach to produce Si anodes for use in advanced Li-ion batteries.
In the leaching of $LiCoO_2$with a strong acid such as sulfuric and nitric acid, an additional step was needed to recover cobalt and lithium separately from spent lithium ion batteries (LIBs). The leaching of $LiCoO_2$in an oxalic acid solution was investigated to recover cobalt selectively using a low solubility of cobalt oxalate at low pH. Leaching efficiency of 95% of lithium and less than 1% of cobalt were obtained when pure $LiCoO_2$powder was leached in 3M oxalic acid at $80^{\circ}C$ and 50 g/L pulpdensity. Under the above leaching conditions, complete dissolution of lithium was accomplished with mere 0.25% of cobalt in the solution when the cathodic active material collected from spent LIBs was employed. The lithium in the leaching solution can be recovered as a form of carbonate or hydroxide depending on the addition of $Na_2$$CO_3$or LiOH.
Lee, Chang Woo;Lee, Mi Sook;Kim, Hyun Soo;Moon, Seong In
Applied Chemistry for Engineering
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v.16
no.5
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pp.689-692
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2005
In order to improve the electrochemical performances of Li-ion batteries when spinel $LiMn_2O_4$ is employed as a cathode active material, binary conductive agents were prepared using two different particle-sized carbons like Super P Black and $Vulcan^{(R)}$ XC-72R. The electrochemical performances of the $LiMn_2O_4$ cell system using binary conductive agents were evaluated in terms of specific charge and discharge capacities and cycle life. The cell with binary conductive agent in the 3:7 weight ratios of Super P Black and $Vulcan^{(R)}$ XC-72R showed better electrochemical performances due to the proper combination of ionic diffusion rate and electric contact.
Kim, Hu Sik;Lee, Seok Hee;Park, Kyun Hye;Park, Yong Hyun;Park, Jun Woo;Hwang, Ji Hyun;Park, Jong Sam;Choi, Sik Young;Lim, Woo Taik
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.48
no.3
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pp.180-188
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2015
To investigate the tendency of $Li^+$ exchange from polar organic solvents, $Li^+$-ion exchange into zeolite Y (Si/Al = 1.56) was attempted by undried methanol (crystal 1) and formamide (crystal 2) solvent. Two single crystals of Na-Y were treated with 0.1 M LiNO3 in each of the two solvents at 323 K, followed by vacuum dehydration at 723 K. Their structures were determined by single-crystal synchrotron X-ray diffraction techniques in the cubic space group $Fd{\bar{3}}m$, at 100(1) K. In both structures, $Li^+$ for $Na^+$ ions filled preferentially sites I' and II. The remaining $Na^+$ ions occupied sites I', II, and III' in both structures, in additional to above sites, and $Na^+$ ions occupied site I in crystal 2. While the 68 % exchange of $Li^+$ for $Na^+$ was achieved from undried methanol, only 40 % exchange was observed from undried formamide, indicating that the undried methanol was more effective than undried formamide as solvent for $Li^+$ exchange under the conditions employed.
Kim, Hyung-Sun;Kim, Sang-Ok;Kim, Yong-Tae;Jung, Ji-Kwon;Na, Byung-Ki;Lee, Joong-Kee
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.33
no.1
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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.
Size controlled, $LiNi_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}O_2$ cathode powders were prepared by co-precipitation method followed by heat treatment at temperatures between 750 and $850^{\circ}C$. The synthesized samples are characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical performance. The synthesized $LiNi_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}O_2$ after calcined at $750^{\circ}C$ has a good electrochemical performance with an initial discharge capacity of $190mAhg^{-1}$ and good capacity retention of 100% after 30 cycles at 0.1C ($17mAg^{-1}$). The capacity retention of $LiNi_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}O_2$ after calcined at $750^{\circ}C$ is better than that at 800 and $850^{\circ}C$ without capacity loss at various high C rates. This is ascribed to the minimized cation disorder, a higher conductivity, and higher lithium ion diffusion coefficient ($D_{Li}$) observed in this material. In the differential scanning calorimetry DSC profile of the charged sample, the generation of heat by exothermic reaction was decreased by calcined at high temperature, and this decrease is especially at $850^{\circ}C$. This behavior implies that the high temperature calcinations of $LiNi_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}O_2$ prevent phase transitions with the release of oxygen.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.32
no.1
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pp.70-77
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2019
$SiO_x$ nanoparticles were granulated, and their microstructures and effects on electrochemical behaviors were investigated. In spite of the promising electrochemical performance of $SiO_x$, nanoparticles have limitations such as high surface area, low density, and difficulty in handling during slurry processing. Granulation can be one solution. In this study, pelletizing and annealing were conducted to create particles with sizes of several decades of micron. Decrease in surface area directly influences the initial charge and discharge process when granules are applied as anode materials for Li-ion batteries. Lower surface area is key to decreasing the amount of irreversible phase-formation, such as $Li_2Si_2O_5$, $Li_2SiO_3$ and $Li_4SiO_4$, as well as forming the solid electrolyte interface. Additionally, aggregation of nanoparticles is required to obtain further enhancement of the electrochemical behavior due to restrictions that there be no $Li_4SiO_4$-related reaction during the first discharge process.
Highly safe lithium-ion batteries (LIBs) are required for large-scale applications such as electrical vehicles and energy storage systems. A highly stable cathode is essential for the development of safe LIBs. LiFePO4 is one of the most stable cathodes because of its stable structure and strong bonding between P and O. However, it has a lower energy density than lithium transition metal oxides. To investigate the high energy density of phosphate materials, vanadium phosphates were investigated. Vanadium enables multiple redox reactions as well as high redox potentials. LiVPO4O has two redox reactions (V5+/V4+/V3+) but low electrochemical activity. In this study, LiVPO4O is doped with fluorine to improve its electrochemical activity and increase its operational redox potential. With increasing fluorine content in LiVPO4O1-xFx, the local vanadium structure changed as the vanadium oxidation state changed. In addition, the operating potential increased with increasing fluorine content. Thus, it was confirmed that fluorine doping leads to a strong inductive effect and high operating voltage, which helps improve the energy density of the cathode materials.
Kim, Jae-Kwang;Lim, Du-Hyun;Scheers, Johan;Pitawala, Jagath;Wilken, Susanne;Johansson, Patrik;Ahn, Jou-Hyeon;Matic, Aleksandar;Jacobsson, Per
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.14
no.2
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pp.92-97
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2011
In this study we have investigated the Li-ion coordination, thermal behavior and electrochemical stability of N-butyl-N-methyl-pyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ($Py_{14}TFSI$) with lithium bis(trifluoromethanesulfony)imide (LiTFSI) doping intended for use as electrolytes for lithium batteries. The ionic conductivity is reduced and glass transition temperature ($T_g$) increases with LiTFSI doping concentration. Also, the electrochemical stability increases with LiTFSI doping. A high LiTFSI doping could enhance the electrochemical stability of electrolytes for lithium batteries, whereas the decrease in the ionic conductivity limits the capacity of the battery.
The lithium ion diffusion coefficients of bare, carbon-coated and Cr-doped $LiFePO_4$ were obtained by fitting the discharge curves of each half cell with Li metal anode. Diffusion losses at discharge curves were acquired with experiment data and fitted to equations. Theoretically fitted equations showed good agreement with experimental results. Moreover, theoretical equations are able to predict lithium diffusion coefficient and discharge curves at various discharge rates. The obtained diffusion coefficients were similar to the true diffusion coefficient of phase transformation electrodes. Lithium ion diffusion is one of main factors that determine voltage drop in a half cell with $LiFePO_4$ cathode and Li metal anode. The high diffusion coefficient of carbon-coated and Cr-doped $LiFePO_4$ resulted in better performance at the discharge process. The performance at high discharge rate was improved much as diffusion coefficient increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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