Lee, Myeong Ju;Kim, Ju Young;Oh, Jimin;Kim, Ju Mi;Kim, Kwang Man;Lee, Young-Gi;Shin, Dong Ok
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.21
no.4
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pp.80-87
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2018
Safety issues in Li-ion battery system have been prime concerns, as demands for power supply device applicable to wearable device, electrical vehicles and energy storage system have increased. To solve safety problems, promising strategy is to replace organic liquid electrolyte with non-flammable solid electrolyte, leading to the development of all-solid-state battery. However, relative low conductivity and high resistance from rigid solid-solid interface hinder a wide application of solid electrolyte. Composite electrolytes composed of organic and inorganic parts could be alternative solution, which in turn bring about the increase of conductivity and conformal contact at physically rough interfaces. In our study, composite electrolytes were prepared by combining poly(ethylene oxide)(PEO) and $Li_7La_3Zr_2O_{12}$ (LLZO). The crystallinity, morphology and electrochemical performances were investigated with the control of LLZO contents from 0 wt% to 50 wt%. From the results, it is concluded that optimum content and uniform dispersion of LLZO in polymer matrix are significant to improve overall conductivity of composite electrolyte.
Jin Bong-Soo;Doh Chil-Hoon;Moon Seong-In;Yun Mun-Soo;Jeong Jae-Kook;Nam Hyo-Duk;Park Hei-Gu
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.7
no.3
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pp.143-147
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2004
An investigation upon the characterization of MCMB anodes with different vapor grown carbon fiber (VGCF) content for application in lithium polymer battery(LPB) was carried out. When VGCF material was used as conducting agent with MCMB active material, the impedance and the initial coulombic efficiency of test cells were found to decrease with the increasing amount of VGCF. On the other hand, as a function of added VGCF the discharge capacity and the utilization linearly with increased. Impedance of test cell with MCMB anode containing $6wt\%$ VGCF exhibited the lowest value whereas the impedance of $8wt\%$ VUF contained anode was similar to that of MCMB anode without VGCF. Interestingly, $6wt\%$ VUF contained anode showed the best battery characteristics. Internal resistance and rate capacity of the cell were. respectively, $0.918{\Omega}\;at\;25C\;and\;93\%$ at 2C. Generally, rate capability and the cycleability of MCMB based test cells with $4\~6wt\%$ VGCF content exhibited better results than the other cells. In the case of $6wt\%$ VGCF containing anode, the discharge capacity of the cell faded slowly with an ultimate charge-discharge cycling capacity of 178mAh/g at the 100th cycle. Thereafter, the discharge capacity faded negligibly and the utilization of the cell at the 100th cycle was more than $90\%$. The effect of addition of VGCF is discussed in detail.
Si-C composites were prepared by the carbonization of silicon powder covered by polyaniline(PAn). Physical and electrochemical properties of the Si-C composites were characterized by the particle size analysis, X-ray diffraction technique, scanning electron microscope, and electrochemical test of battery. The average particle size of the Si was increased by the coating of PAn and somewhat reduced by the carbonization to give silicone-carbon composites. XRD analysis' results were confirmed co-existence of crystalline silicon and amorphous-like carbon. SEM photos showed that the silicon particle were well covered with carbonacious materials depend on the PAn content. Si-C|Li cells were fabricated using the Si-C composites and were tested using the galvanostatic charge-discharge test. Si-C|Li cells gave better electrochemical properties than that of Si|Li cell. Si-C|Li cell using the Si-C from HCl undoped PAn Precursor showed better electrochemical properties than that from HCl doped PAn Precursor. Using the electrolyte containing FEC as an additive, the initial discharge capacity was increased. After that the galvanostatic charge-discharge test with the GISOC(gradual increasing of the state of charge) condition was carried out. Si-C(Si:PAn:50:50 wt. ratio)|Li cell showed 414 mAh/g of the reversible specific capacity, 75.7% of IIE(initial intercalation efficiency), 35.4 mAh/g of IICs(surface irreversible specific capacity).
Using $Na_2CO_3$ and $MeSO_4$ (Me = Ni, Co and Mn) as starting materials, the precursor of $[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]CO_3$ has been synthesized by carbonate co-precipitation. The precursor was mixed with $Li_2CO_3$, and calcined at 750, 850, and$950^{\circ}C$ in air. Effect of calcinations temperature on characteristics of $Li[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]O_2$ cathode materials was investigated. The structure and characteristics of $Li[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]O_2$ were determined by X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical measurements. The X-ray diffraction (XRD) results show that the intensity ratio of $I_{(003)}/I_{(104)}$ increased and the R-factor ratio decreased with the increase of calcinations temperature. And Scanning electron microscopy (SEM) result show that the primary particle size increased. Especially, the $Li[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]O_2$ calcined at $950^{\circ}C$ for 24 H shows excellent electrochemical performances with reversible specific capacity of $165.3mAhg^{-1}$ [cut-off voltage 2.5~4.3 V, 0.1 C($17mAhg^{-1}$)] and good capacity retention of 95.4% after 50th charge/discharge cycles[cut-off voltage 2.5~4.3 V, 1 C($170mAhg^{-1}$)].
The cathode, which is one of the four major components of a lithium secondary battery, is an important component responsible for the energy density of the battery. The mixing process of active material, conductive material, and polymer binder is very essential in the commonly used wet manufacturing process of the cathode. However, in the case of mixing conditions of the cathode, since there is no systematic method, in most cases, differences in performance occur depending on the manufacturer. Therefore, LiMn2O4 (LMO) cathodes were prepared using a commonly used THINKY mixer and homogenizer to optimize the mixing method in the cathode slurry preparation step, and their characteristics were compared. Each mixing condition was performed at 2000 RPM and 7 min, and to determine only the difference in the mixing method during the manufacture of the cathode other experiment conditions (mixing time, material input order, etc.) were kept constant. Among the manufactured THINKY mixer LMO (TLMO) and homogenizer LMO (HLMO), HLMO has more uniform particle dispersion than TLMO, and thus shows higher adhesive strength. Also, the result of the electrochemical evaluation reveals that HLMO cathode showed improved performance with a more stable life cycle compared to TLMO. The initial discharge capacity retention rate of HLMO at 69 cycles was 88%, which is about 4.4 times higher than that of TLMO, and in the case of rate capability, HLMO exhibited a better capacity retention even at high C-rates of 10, 15, and 20 C and the capacity recovery at 1 C was higher than that of TLMO. It's postulated that the use of a homogenizer improves the characteristics of the slurry containing the active material, the conductive material, and the polymer binder creating an electrically conductive network formed by uniformly dispersing the conductive material suppressing its strong electrostatic properties thus avoiding aggregation. As a result, surface contact between the active material and the conductive material increases, electrons move more smoothly, changes in lattice volume during charging and discharging are more reversible and contact resistance between the active material and the conductive material is suppressed.
Coin cell is a basic testing platform for battery research, discovering new materials and concepts, and contributing to fundamental research on next-generation batteries. Li metal batteries (LMBs) are promising since a high energy density (~500 Wh kg-1) is deliverable far beyond Li-ion. However, Li dendrite-triggered volume fluctuation and high surface cause severe deterioration of performance. Given that such drawbacks are strongly dependent on the cell parameters and structure, such as the amount of electrolyte, Li thickness, and internal pressure, reliable Li metal coin cell testing is challenging. For the LMB-specialized coin cell testing platform, this study suggests the optimal coin cell structure that secures performance and reproducibility of LMBs under stringent conditions, such as lean electrolyte, high mass loading of NMC cathode, and thinner Li use. By controlling the cathode/anode (C/A) area ratio closer to 1.0, the inactive space was minimized, mitigating the cell degradation. The quantification and imaging of inner cell pressure elucidated that the uniformity of the pressure is a crucial matter to improving performance reliability. The LMB coin cells exhibit better cycling retention and reproducibility under higher (0.6 MPa → 2.13 MPa) and uniform (standard deviation: 0.43 → 0.16) stack pressure through the changes in internal parts and introducing a flexible polymer (PDMS) film.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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