• 청정기술
• /
• 제30권3호
• /
• pp.220-227
• /
• 2024

고용량 및 고에너지 밀도의 리튬 이온 전지 수요가 증가함에 따라 기존 흑연 음극을 대체할 고용량 실리콘 음극이 주목받고 있다. 하지만, 실리콘은 충·방전 동안 ~360%의 큰 부피 팽창 및 낮은 이온 전도도와 전기 전도도로 인해 저조한 수명 및 율속 특성을 나타낸다. 해당 문제를 해결하기 위해, 본 연구에서는 Pluronic-F127을 활용한 단일 분무 열분해 공정을 통해 코어@쉘 구조의 실리콘@탄소 나노 분말(Si@C NPs)을 합성한다. 분무 용액 내 Pluronic-F127은 실리콘 나노 입자/dextrin 응집체 형성 억제와 동시에 열분해됨으로써 나노 분말 합성에 기여한다. 또한 dextrin으로부터 유래된 비정질 탄소는 실리콘 입자 표면에 코팅되어 소재 내 전자 이동 경로 역할과 실리콘 나노 입자간 전기적 접촉을 강화한다. 그 결과, Si@C NPs는 1.0 A g^-1에서 50 사이클 후 1,912 mA h g^-1의 방전 용량 및 높은 율속 특성(3.0 A g^-1에서 방전 용량 1,493 mA h g^-1)을 나타내었다. 따라서 본 연구에서 제시한 분무 열분해 공정 기반 실리콘@탄소 복합 나노 분말 합성 전략은 실리콘 음극 소재 성능 향상에 새로운 방향을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.

• 전기화학회지
• /
• 제17권2호
• /
• pp.79-85
• /
• 2014

리튬2차전지용 음극활물질로 연구되고 있는 실리콘은 흑연에 비하여 높은 이론용량 (4200mAh/g for $Li_{4.4}Si$)을 가지기 때문에 고용량 음극소재로 각광받고 있다. 이러한 실리콘 음극은 반복적인 충방전에 의해 활물질 입자의 심각한 부피변화와 균열에 의한 새로운 표면이 전해액에 계속적으로 노출되는 문제로 인하여 두껍고 불안정한 피막생성을 유도한다. 불안정한 구조의 피막은 실리콘 음극의 전기화학적 성능뿐만 아니라 고온 열안정성을 저해할 수 있기 때문에 본 연구에서는 실리콘의 열안정성 향상을 위해 전해액 첨가제를 도입하여 피막구조를 변경하고자 한다. 전해액 첨가제인 lithium bis(oxalato)borate (LiBOB)가 실리콘 음극표면에 피막을 효과적으로 형성하였으며, 만충전 상태의 실리콘 음극의 $60^{\circ}C$ 저장시 용량유지 특성을 개선하였으며 고온에서의 열안정성 크게 향상시켰다.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제9권2호
• /
• pp.19-25
• /
• 2002

저온소결기판을 위하여 green sheet를 제조하기 위한 조성으로 $Li_2$O.MgO. $MgF_2$.$SiO_2$.$B_2O_3$를 기초 조성으로 선정하였다. 조합 후 용융하여 만들어진 모유리는 열분석을 통하여 최적 핵형성 온도와 최고 결정성장 온도를 도출하였으며 핵형성 온도는 전이온도와 같은 $490^{\circ}C$로 선정하였다. 결정화 유리를 제조하기 위하여 두 단계의 열처리를 실시하였으며 , 생성된 결정상은 Lithium fluorhectorite와 Lithium boron fluorphlogopite결정상 이었다. 계속적으로 제조된 결정화 유리는 water swelling 현상을 이용하여 분말화를 실시하였으며 평균 입도크기는 2.574 $\mu\textrm{m}$이었다. glass ceramics 분말은 물에 넣으면 반응하여 팽창하는 것과 함께 끈적끈적한 sol이 생성되는 현상을 이용하여 green sheet 제조를 위한 slurry를 제조하였다. Tape casting을 위한 slurry의 결정화 유리 분말 대비 용매의 최적 비율은 100:18이었고, 슬러리의 점도는 11,000~14,000cps 이었다. KCl 1 M용액 10min담지 시편에 대해서는 $900^{\circ}C$에서, 20 min담지 시편에 대해서는 $800^{\circ}C$에서 각각 치밀한 소결성을 나타내었다.

• 분석과학
• /
• 제7권2호
• /
• pp.201-204
• /
• 1994

리튬 동위원소의 분리를 위하여, 양이온 교환 컬럼 크로마토그래피를 수용액 이온 교환시스템 중에서 수행하였다. 실험에는 길이 50cm, 안 반지름 6mm의 파이렉스 유리 컬럼을 사용하였다. 컬럼 크로마토그래피에서 용리액으로는 염산 숙신산 혼합용액을 사용하여 1.0068의 분리인자 값을 얻었다. 이 실험으로부터 가벼운 $^6Li$는 수지상에 농축되고, $^7Li$는 용액상에 농축됨을 확인하였다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
• /
• 제8권2호
• /
• pp.101-106
• /
• 2017

$Li_2SiO_3$ was used as a coating material to improve the electrochemical performance of $Li[Ni_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}]O_2$. $Li_2SiO_3$ is not only a stable oxide but also an ionic conductor and can, therefore, facilitate the movement of lithium ions at the cathode/electrolyte interface. The surface of the $Li_2SiO_3$-coated $Li[Ni_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}]O_2$ was covered with island-type $Li_2SiO_3$ particles, and the coating process did not affect the structural integrity of the $Li[Ni_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}]O_2$ powder. The $Li_2SiO_3$ coating improved the discharge capacity and rate capability; moreover, the $Li_2SiO_3$-coated electrodes showed reduced impedance values. The surface of the lithium-ion battery cathode is typically attacked by the HF-containing electrolyte, which forms an undesired surface layer that hinders the movement of lithium ions and electrons. However, the $Li_2SiO_3$ coating layer can prevent the undesired side reactions between the cathode surface and the electrolyte, thus enhancing the rate capability and discharge capacity. The thermal stability of $Li[Ni_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}]O_2$ was also improved by the $Li_2SiO_3$ coating.

• 대한금속재료학회지
• /
• 제49권2호
• /
• pp.174-179
• /
• 2011

We investigated the surface morphology changes of a lithium/sulfur battery using multi-walled canbon nanotube added sulfur electrode during charge-discharge cycling. The Li/S cell showed the first discharge capacity of 1286 mAh/g-S, which utilized is 71% of the theoretical value. It decreased to 328 mAh/g-S at the 100th cycle, which corresponds to about 19% utilization of the total sulfur in the cathode. The spherical lumps of the reaction product were observed on the surface of the sulfur electrode. This material was verified as lithium sulfide by X-ray diffraction measurement. The pores in the separator were filled with reaction product. Thus the diffusion of the $Li^+$ ion decreased, which resulted in the decreased capacity of the Li/S cell.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
• /
• 제13권2호
• /
• pp.199-207
• /
• 2022

Lithium-sulfur batteries (LSBs) have emerged as a promising alternative to lithium-ion batteries (LIBs) owing to their high energy density and economic viability. In addition, all-solid-state LSBs, which use solid-state electrolytes, have been proposed to overcome the polysulfide shuttle effect while improving safety. However, the high interfacial resistance and poor ionic conductivity exhibited by the electrode and solid-state electrolytes, respectively, are significant challenges in the development of these LSBs. Herein, we apply a poly (ethylene oxide) (PEO)-based composite solid-state electrolyte with oxide Li₇La₃Zr₂O₁₂ (LLZO) solid-state electrolyte in an all-solid-state LSB to overcome these challenges. We use an electrochemical method to evaluate the degradation of the all-solid-state LSB in accordance with the carbon content and loading weight within the cathode. The all-solid-state LSB, with sulfur-carbon content in a ratio of 3:3, exhibited a high initial discharge capacity (1386 mAh g^-1), poor C-rate performance, and capacity retention of less than 50%. The all-solid-state LSB with a high loading weight exhibited a poor overall electrochemical performance. The factors influencing the electrochemical performance degradation were revealed through systematic analysis.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
• /
• 제14권4호
• /
• pp.361-368
• /
• 2023

In lithium-sulfur (Li-S) batteries, encapsulation of sulfur in activated carbon (AC) materials is a promising strategy for preventing the dissolution of lithium polysulfide into electrolytes and enhancing cycle life, because instead of solid-liquid-solid reactions, quasi-solid-state (QSS) reactions occur in the AC micropores. While a high weight fraction of sulfur in S/AC composites is essential for achieving a high energy density of Li-S cells, the deterioration mechanisms under such conditions are still unclear. In this study, we report the deterioration mechanisms during charge-discharge cycling when the discharge products overflow from the AC. Analysis using scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectrometry confirms that the sulfur in the S/AC composites migrates outside the AC as cycling progresses, and it is barely present in the AC after 20 cycles, which corresponds to the capacity decay of the cell. Impedance analysis clearly shows that the electrical resistance of the S/AC composite and the charge-transfer resistance of QSS reactions significantly increase as a result of sulfur migration. On the other hand, the charge-discharge cycling performance under limited-capacity conditions, where the discharge products are encapsulated inside the AC, is extremely stable. These results reveal the degradation mechanism of a Li-S cell with micro-porous carbon and provide crucial insights into the design of a S/AC composite cathode and its operating conditions needed to achieve stable cycling performance.

• 전기화학회지
• /
• 제6권4호
• /
• pp.229-235
• /
• 2003

리튬이온전지 양극재료로서 리튬막간계 산화물을 졸겔 방법으로 전구물질을 합성하여 $400^{\circ}C$와 $800^{\circ}C$에서 열처리하여 합성하였다. 출발물질로는 $(CH_3)_2CHOLi$와 $Mn(CH_3COO)_2\;{\cdot}4H_2O$를 사용하였다 열분석 측정을 통해 열처리 조건을 정하였다. 또한 합성된 물질은 X-선 회절분석으로 구조를 확인하였으며 형상 및 입자의 크기는 주사전자현미경으로 측정하였다. 전기화학적 특성은 1.0M $LiClO_4/propylene\;carbonate(PC)$ 전해액 조건에서 순환전압전류법, chronoamperometry, 교류 임피던스 법 및 정전류 충$\cdot$방전 특성을 조사하였다. 교류 임피던스 법으로 확산계수를 측정한 결과 $6.2\times10^{-10}cm^2s^{-1}$를 나타내었다.

• 청정기술
• /
• 제30권2호
• /
• pp.105-112
• /
• 2024

전 세계적으로 기후변화에 따른 온실가스 규제로 전기자동차의 수요가 급증하고 있으며, 주요 부품인 전지의 수명 문제로 추후 폐전지의 발생으로 이어지게 된다. 이에 리튬이온전지 중 폐LFP(LiFePO₄)전지의 양극재로부터 유가금속인 리튬을 선택적으로 선침출 및 회수하고자하였다. 이때, 일반적으로 사용되는 무기산은 독성가스 배출 또는 다량의 폐수가 발생되어 환경문제를 야기시킨다. 이를 대체하기 위하여 유기산 및 기타 침출제를 이용하여 리튬을 침출하는 연구가 수행중이며, 본 연구에서는 유기산인 메탄술폰산(Methane sulfonic acid, MSA, CH₃SO₃H)을 이용하여 선택적으로 선침출하였다. 리튬을 선침출하기위한 최적의 조건을 확인하기 위하여 MSA 농도, 광액농도 그리고 과산화수소 투입량을 변수로 하여 실험을 진행하였다. 본 연구를 통해 리튬은 약 100% 그리고 철 및 인 성분은 약 1% 내외로 침출되어 분리 효율 및 변수에 따른 주요 성분의 침출률을 확인할 수 있었다.