Seongmin Kim;Hanseul Kim;Sung Wook Doo;Hee-Jae Jeon;In Hye Kim;Hyun-seung Kim;Youngjin Kim
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.14
no.3
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pp.293-300
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2023
The global energy storage markets have gravitated to high-energy-density and low cost of lithium-ion batteries (LIBs) as the predominant system for energy storage such as electric vehicles (EVs). High-Ni layered oxides are considered promising next-generation cathode materials for LIBs owing to their significant advantages in terms of high energy density. However, the practical application of high-Ni cathodes remains challenging, because of their structural and surface instability. Although extensive studies have been conducted to mitigate these inherent instabilities, a two-step process involving the synthesis of the cathode and a dry/wet coating is essential. This study evaluates a one-step β-Li2SnO3 layer coating on the surface of LiNi0.8Co0.2O2 (NC82) via the thermal segregation of Sn owing to the solubility limit with respect to the synthesis temperature. The doping, segregation, and phase transition of Sn were systematically revealed by structural analyses. Moreover, surface-engineered 5 mol% Sn-coated LiNi0.8Co0.2O2 (NC82_Sn5%) exhibited superior capacity retention compared to bare NC82 owing to the stable surface coating layer. Thus, the developed one-step coating method is suitable for improving the properties of high-Ni layered oxide cathode materials for application in LIBs.
Hoang Anh Nguyen;Thi Nam Pham;Le Thanh Nguyen Huynh;Tran Ha Trang Nguyen;Viet Hai Le;Nguyen Thai Hoang;Thi Thom Nguyen;Thi Thu Trang Nguyen;Dai Lam Tran;Thi Mai Thanh Dinh
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.15
no.2
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pp.291-298
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2024
Due to its high theoretical capacity, Silicon (Si) has shown great potential as an anode material for lithium-ion batteries (LIBs). However, the large volume change of Si during cycling leads to poor cycling stability and low Coulombic efficiency. In this study, we synthesized Si/Carbon C45:Graphene composites using a ball-milling method with a fixed Si content (20%) and investigated the influence of the C45/Gr ratio on the electrochemical performance of the composites. The results showed that carbon C45 networks can provide good conductivity, but tend to break at Si locations, resulting in poor conductivity. However, the addition of graphene helps to reconnect the broken C45 networks, improving the conductivity of the composite. Moreover, the C45 can also act as a protective coating around Si particles, reducing the volume expansion of Si during charging/discharging cycles. The Si/C45:Gr (70:10 wt%) composite exhibits improved electrochemical performance with high capacity (~1660 mAh g-1 at 0.1 C) and cycling stability (~1370 mAh g-1 after 100 cycles). This work highlights the effective role of carbon C45 and graphene in Si/C composites for enhancing the performance of Si-based anode materials for LIBs.
Lithium-ion batteries (LIBs) have attracted significant attention as potential energy storage solutions due to their high energy density, minimal self-discharge, extended cycle life, and absence of memory effects. However, conventional LIBs use graphite as the anode material and as a result struggle to meet the increasing demand for higher energy density because of the low theoretical capacity of graphite. In order to enhance Li storage capacity and address the current limitations of LIBs, this study designed and analyzed SnO2 nanoflakes/CNF, which is an advanced anode material with a unique hierarchical structure synthesized via a facile method involving incipient wetness followed by annealing. The in-situ formed SnO2 nanoflakes improve the electrolyte accessibility and shorten the ion and electron transport pathways, thereby enhancing the reaction kinetics. Additionally, the CNF matrix enhances the electrical conductivity, accelerates electron transport, and mitigates volume changes. The integrated SnO2 nanoflakes/CNF cell demonstrated outstanding cycling performance and excellent rate capability, achieving a notable reversible capacity of 636 mAh g-1 after 100 cycles at 0.1 C. This study provides valuable insights into the design of high-efficiency anode materials for the advancement of high-performance LIBs.
Kim, Moonsu;Lim, Kyungmin;Ha, Jaeyun;Kim, Yong-Tae;Choi, Jinsub
Journal of Surface Science and Engineering
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v.54
no.5
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pp.213-221
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2021
In order to improve the energy density and safety of Li-ion batteries, the development of a separator with high thermal stability and electrolyte wettability is an important desire. Thus, the ceramic separator to replace the polymer type is one of the most promising materials that can prevent short-circuit caused by the formation of dendrite and thermal deformation. In this study, we introduce the fabrication of various anodic aluminum oxide membranes for the application of Li-ion battery separators with the advantages of improved mechanical/thermal stability, wettability, and a high rate of Li+ migration through the membrane. Two different types of through-holes and branched anodic aluminum oxide membranes are well used in lithium-ion battery separators, however, branched anodic aluminum oxide membranes exhibit the most improved performance with capacity (126.0 mAh g-1 @ 0.3C), capacity drop at the high C-rate (30.6 %), and low internal resistance (8.2 Ω).
Natural graphite is obtained from an abandoned open-cast mine and purified by a simple, eco-friendly and affordable beneficiation process including ball milling and flotation process. Both raw graphite (55 wt %) and its concentrate (85 wt %) were electrochemically tested in order to evaluate these materials as anode materials for Li-ion and Na-ion batteries. It was found that both raw and purified graphites exhibit good electrochemical activities with respect to lithium and sodium ions through completely different reaction mechanisms. The encouraging results demonstrated in this work suggest that both raw and graphite concentrates after flotation could be used respectively for stationary and embedded applications. This strategy would help in developing local electrical storage systems with a significantly low environmental footprint.
There have been continuous requirements for developing more reliable energy storage systems that could address unsolved problems in conventional lithium-ion batteries (LIBs) and thus be a proper option for large-scale applications like energy storage system (ESS). As a promising solution, aqueous metal-ion batteries (AMIBs) where water is used as a primary electrolyte solvent, have been emerging owing to excellent safety, cost-effectiveness, and eco-friendly feature. Particularly, AMIBs adopting mutivalence metal ions (Ca2+, Mg2+, Zn2+, and Al3+) as mobile charge carriers has been paid much attention because of their abundance on globe and high volumetric capacity. In this research trend review, one of the most popular AMIBs, zinc-ion batteries (ZIBs), will be discussed. Since it is well-known that ZIBs suffer from various (electro) chemical/physical side reactions, we introduce the challenges and recent advances in the study of ZIBs mainly focusing on widening the electrochemical window of aqueous electrolytes as well as improving electrochemical properties of cathode, and anode materials.
A carbon composite was synthesized by mechanical mixing of ball-milled graphite and PVC powders, followed by pyrolysis reaction of PVC. Natural graphite ball milled under atmosphere of argon or air leads to a disordered structure. It appears that the electrochemical lithium intercalation reaction is dependent on the atmosphere in which the graphite is ball milled. The carbon composite obtained using air-milled graphite shows a high reversible capacity and high initial coulombic efficiency compared to argon-milled graphite. This is attributed to the enhanced thermal stability of a disordered structure in the air milled sample. For the one with air-milled graphite, the disordered structure is maintained during heat treatment, while argon-milled graphite is partially crystallized.
The composite of porous silicon (Si) and amorphous carbon (C) is prepared by pyrolysis of a nano-porous Si + pitch mixture. The nano-porous Si is prepared by mechanical milling of magnesium powder with silicon monoxide (SiO) followed by removal of MgO with hydrochloric acid (etching process). The Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area of porous Si ($64.52m^2g^{-1}$) is much higher than that before etching Si/MgO ($4.28m^2g^{-1}$) which indicates pores are formed in Si after the etching process. Cycling stability is examined for the nano-porous Si + C composite and the result is compared with the composite of nonporous Si + C. The capacity retention of the former composite is 59.6% after 50 charge/discharge cycles while the latter shows only 28.0%. The pores of Si formed after the etching process is believed to accommodate large volumetric change of Si during charging and discharging process.
Li2O-B2O3-P2O5 glasses with high lithium content were analysed by electrical characterization. The electrical conductivity increase with Li content and exhibits a maximum value of 1.2$\times$10-4S/cm near B2O3/P2O5=1 at 15$0^{\circ}C$. Glass transitiion temperature increased with conductivity. Concentration of charge carrier and distribution of relaxation time were independent of temperature. In this system the variation of conductivity with the composition was depend on mobility of lithium ion. Basically, it is attribute to primitive activation energy. Enhancement of conductivities was related to be formation of (B-O-P)-, di-, and metaborate group, which give additional available sites for Li+ diffusion.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1997.04a
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pp.269-272
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1997
The Lithium ion secondary battery has been developed for high energy density of portable electrical device and electronics. Among the many conductive polymer materials, the positive active film for Li polymer battery system was synthesized successfully from polyphenylene diamine(PPD) by chemical polymerization in our lab. And PPD-DMcT(2, 5-dimercapto-1, 3, 4-thi-adiazole) composite flim conductive material, at high temperature was also prerared with the addition of dimethylsulfoxide(DMSO). The surface morphology and thermal stability of prepared composite flim was carried out by using SEM and TGA, respectively. Electrochemical and electrical conductivity of composite flim were also discussed by cyclic voltammetry and four-probe method in dry box(<27pm). And the electrode reaction mechanism was detected and analyzed from the half cell unit battery system.
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