• 멤브레인
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• 제33권1호
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• pp.13-22
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• 2023

리튬 금속 기반 전극의 높은 용량에도 불구하고, 제어가 어려운 덴드라이트 성장은 낮은 쿨롱 효율, 안전 문제를 야기해, 리튬금속 배터리의 상용화를 제한한다. 본 연구에서는 압전 복합체인 BaTiO₃/PVDF (BTO@PVDF) 기반 보호층을 리튬금속에 코팅, 덴드라이트에 의한 부피팽창으로 발생한 변형을 분극을 이용하여, 리튬 금속 전극의 안정성 및 성능을 향상하고자 한다. 이를 통해, 균일한 리튬이온의 증착이 가능해졌으며, BTO@PVDF 전극은 100 사이클 동안 약 98.1% 이상의 쿨롱 효율을 나타내었다. 또한, CV를 통해 향상된 리튬이온의 확산계수(D_Li+) 증가를 보였으며, 본 연구에서 제시된 전략은 리튬 금속 전극의 성능 향상에 새로운 길을 나타내준다.

• 공업화학
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• 제34권4호
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• pp.365-382
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• 2023

A lithium metal anode with high energy density has the potential to revolutionize the field of energy storage systems (ESS) and electric vehicles (EVs) that utilize rechargeable lithium-based batteries. However, the formation of lithium dendrites during cycling reduces the performance of the battery while posing a significant safety risk. In this review, we discuss various strategies for achieving dendrite-free lithium metal anodes, including electrode surface modification, the use of electrolyte additives, and the implementation of protective layers. We analyze the advantages and limitations of each strategy, and provide a critical evaluation of the current state of the art. We also highlight the challenges and opportunities for further research and development in this field. This review aims to provide a comprehensive overview of the different approaches to achieving dendrite-free lithium metal anodes, and to guide future research toward the development of safer and more efficient lithium metal anodes.

• 전기화학회지
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• 제22권2호
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• pp.69-78
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• 2019

리튬 금속 음극은 낮은 환원 전위, 고에너지 밀도로 인해 흑연을 대체할 차세대 음극재로 재조명 받고 있다. 하지만, 충방전시 리튬 금속 표면에서의 반복적인 산화/환원 반응에 의해 리튬 덴드라이트가 형성되며 이로 인해 수명특성이 급격하게 저하되고 더 나아가 내부 단락(Internal Short-circuit)과 같은 안전성 문제로 인해 상용화되기에는 어려운 실정이다. 이를 해결하기 위해 본 연구 그룹에서는 리튬 금속에 미세 패턴을 형성하여 전류 밀도를 제어함으로써 덴드라이트 형성을 제어하였으나, 고전류밀도에서는 리튬 덴드라이트의 형성을 완벽하게 제어할 수는 없었다. 본 연구에서는 미세 패턴화된 리튬 금속 전극에 전해질 첨가제 Vinylene Carbonate(VC)를 도입하여 고율 충방전 시 미세 패턴화된 리튬 금속 전극의 덴드라이트 형성 억제를 극대화하고자 하였다. 미세 패턴화된 리튬 금속 전극과 VC 첨가제의 시너지 효과로 인해 높은 전류 밀도에서의 리튬 덴드라이트가 비교적 치밀하게 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 이로 인해 300사이클 동안 88.3%의 용량유지율을 보였으며, 기존의 미세 패턴화된 리튬 금속 전극에 대비하여 수명특성이 약 6배 이상 향상된 것을 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권5호
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• pp.554-559
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• 2011

리튬금속을 음전극으로 사용할 때의 안전성과 전극 특성을 개선하기 위해, 리튬금속 표면에 각기 종류가 다른 3가지의 탄소분말을 리튬금속 표면에 물리적으로 코팅한 전극을 제조하고 이를 리튬 2차전지의 음전극으로 채택하여 충방전 특성을 조사하였다. 일차입자의 입경이 작고 비표면적이 큰 탄소분말로 코팅한 음전극을 채택하는 경우가 충진밀도가 높고 표면 거칠기가 낮으며, 충방전 특성도 우수하게 나타났다. 이러한 탄소분말 코팅 효과는 소형 셀일수록 더욱 유리하게 나타났다.

• 전기화학회지
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• 제5권3호
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• pp.159-163
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• 2002

리튬 이차 전지에서 음극으로 리튬 금속은 매우 높은 에너지 밀도를 가치고 있으나 짧은 충방전 수명, 안정성 결여 및 고율 충방전특성 불량 등의 단점을 가지고 있다. 이는 리튬큼속과 전해액의 반응에 의해 표면보호막의 형성, 침상리튬 생성, 음극 표면적의 증가로 인한 리튬석출의 불균일성에 기인되어 싸이클 효율과 수명이 저하된다. 본 연구는 전해 액에 첨가제 benzene, toluene, tetramethylethylenediamine를 넣어 줌으로 전지 테스트에서 싸이클 효율과 수명이 향상됨을 확인 할 수 있었다. Impedance 측정결과 필름 저항의 감소와 전하전이 저항의 증가로 전해액의 첨가제가 리튬 표면에 새로운 층을 형성시킴으로서 이런 구성물들이 리튬과 전해액과의 반응성을 억제시킴과 동시에 리튬이 특이적으로 표면에 흡착되어 리튬의 석출 형태가 향상된 것으로 사료된다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.353-363
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• 2012

The relationship between the diffusivity and electrochemical characteristics of lithium secondary battery with the modified Si anode material prepared in HF/$AgNO_3$ solution was investigated. The crystallographic structure and images of the modified porous Si and modified Si/Cu was examined using the X-ray diffraction, BET and SEM. To examine the effect of metal composite and pore size distribution according to chemical etching on the electrochemical characterization, the electrodes for half cells were prepared with the modified Si, modified Si/Cu, and modified Si/Cu annealed with $600^{\circ}C$. Our results showed that the chemical diffusivity of lithium ions was related to structure and resistance of Si/Cu composite anode material. The lithium diffusivity in modified silicon compound calculated from the CV was at the range of $1{\times}10^{-12}$ to $9{\times}10^{-16}cm^2/s$. The effects of modified silicon structure and resistance on the cycling efficiency were significant.

• 한국세라믹학회지
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• 제55권4호
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• pp.307-324
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• 2018

Rechargeable lithium-ion batteries (LIBs) have been rapidly expanding from IT based applications to uses in electric vehicles (EVs), smart grids, and energy storage systems (ESSs), all of which require low cost, high energy density and high power density. The increasing demand for LIBs has resulted in increasing price of the lithium source, which is a major obstacle to wider application. To date, the possible depletion of lithium resources has become relevant, giving rise to the interest in Na-ion batteries (NIBs) as promising alternatives to LIBs. A lot of transition metal compounds based on conversion-alloying reaction have been extensively investigated to meet the requirement for the anodes with high energy density and long life-time. In-depth understanding the electrochemical reaction mechanisms for the transition metal compounds makes it promising negative anode for NIBs and provides feasible strategy for low cost and large-scale energy storage system in the near future.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제7권3호
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• pp.228-233
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• 2016

It is hard to employ the carbon materials or the lithium metal foil for the anode of lithium sulfur batteries because of the poor passivation in ether-based electrolytes and the formation of lithium dendrites, respectively. Herein, we investigated the electrochemical characteristics of lithium sulfur batteries with lithiated silicon anode in the liquid electrolytes based on ether solvents. The silicon anodes were lithiated by direct contact with lithium foil in a 1M lithium bis(trifluoromethane sulfonyl) imide (LiTFSI) solution in 1,2-dimethoxyethane (DME) and 1,3-dioxolane (DOL) at a volume ratio of 1:1. They were readily lithiated up to ~40% of their theoretical capacity with a 30 min contact time. In particular, the carbon mesh reported in our previous work was employed in order to maximize the performance by capturing the dissolved polysulfide in sulfur cathode. The reversible specific capacity of the lithiated silicon-sulfur batteries with carbon mesh was 1,129 mAh/g during the first cycle, and was maintained at 297 mAh/g even after 50 cycles at 0.2 C, without any problems of poor passivation or lithium dendrite formation.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1998년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.387-390
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• 1998

New Ag-deposited graphite anodes were developed using wet chemical reduction methods for depositing Ag metal onto graphite particles. In this paper, we investigated X-ray diffraction pattern and charge-discharge behavior for Ag-deposited graphite anode. The Lithium ion cello using Ag-deposited graphite anode showed a high average discharge voltage of 3.6∼3.W and a excellent cycle ability than that of conventional graphite. Little capacity loss in this battery may be due to the highly durable Ag-deposited graphite anodes.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제11권9호
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• pp.727-732
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• 1998

Ag-deposited graphite powder was prepared by a chemical reduction method of metal particles onto graphite powder. X-ray diffraction observation of Ag-deposited graphite powder revealed that silver existed in a metallic state, but not in an oxidized one. From SEM measurement, ultrafine silver particles were highly dispersed on the surface of graphite particles. Cylindrical lithium ion secondary battery was manufactured using Ag-deposited graphite anodes and $LiCoO_2$ cathodes. The cycleability of lithium ion secondary battery using Ag-deposited graphite anodes was superior to that of original graphite powder. The improved cycleability may be due to both the reduction of electric resistance between electrodes and the highly durable Ag-graphite anode.