Owing to the rising concern of global warming, lithium-ion batteries have gained immense attention over the past few years for the development of highly efficient electrochemical energy conversion and storage systems. In this study, alpha-phase VOPO4·2H2O with nanosheet morphology was prepared via a facile hydrothermal method for application in high-performance lithium-ion batteries. The X-ray diffraction and scanning electron microscopy (SEM) analyses indicated that the obtained sample had an alpha-2 (αII) phase, and the nanosheet morphology of the sample was confirmed using SEM. The lithium-ion battery with VOPO4·2H2O as the anode exhibited excellent long-term cycle life and a high capacity of 256.7 mAh g-1 at room temperature. Prelithiation effectively improved the specific capacity of pristine VOPO4·2H2O. The underlying electrochemical mechanisms were investigated by carrying out AC impedance, rate capability, and other instrumental analyses.
International Journal of Advanced Culture Technology
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제11권3호
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pp.310-314
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2023
The purpose of this study is to predict the remaining capacity of lithium-ion batteries and evaluate their performance using five artificial intelligence models, including linear regression analysis, decision tree, random forest, neural network, and ensemble model. We is in the study, measured Excel data from the CS2 lithium-ion battery was used, and the prediction accuracy of the model was measured using evaluation indicators such as mean square error, mean absolute error, coefficient of determination, and root mean square error. As a result of this study, the Root Mean Square Error(RMSE) of the linear regression model was 0.045, the decision tree model was 0.038, the random forest model was 0.034, the neural network model was 0.032, and the ensemble model was 0.030. The ensemble model had the best prediction performance, with the neural network model taking second place. The decision tree model and random forest model also performed quite well, and the linear regression model showed poor prediction performance compared to other models. Therefore, through this study, ensemble models and neural network models are most suitable for predicting the remaining capacity of lithium-ion batteries, and decision tree and random forest models also showed good performance. Linear regression models showed relatively poor predictive performance. Therefore, it was concluded that it is appropriate to prioritize ensemble models and neural network models in order to improve the efficiency of battery management and energy systems.
The present article is concerned with the overview of carbonaceous materials used as anode materials for lithium ion secondary batteries. This article first classified carbonaceous materials into graphite, soft carbon and hard carbon according to their crystal structures, and then summarised the previous works on the characteristics of lithium intercalation/deintercalation into/from the carbonaceous materials. Finally this article reviewed our recent research works on the mechanism of lithium transport through graphite, soft carbon and hard carbon electrodes from the kinetic view point by the analysis of the theoretical and experimental potentiostatic current transients.
Lithium ion Batteries commercially available since the early nineties in Japan are going to be more and more important for portable electronic devices and even EV applications. Today several companies around the world are working hard to join to market for Lithium secondary batteries. Based on the growing interest for commercial use of batteries also the materials have to be reviewed in order to meet large scale production needs. The requirements especially for electrolytes for lithium batteries are extremely high. The solvents and the lithium salts should be of highest purity. So the supply of these chemicals including packaging, transportation and storage but also the handling in production are critical items in this field. Frolic impurities are very critical for LiPF6 based electrolytes. The influence of water is tremendous. But also the other protic impurities like alcoholes are playing an Important role for the electrolyte quality. The reaction of these species with LiPF6 leads to formation of HF which further reacts with cathode materials (spinel) and anode. To understand the role of the protic impurities more clearly the electrolyte was doped with such compounds and was analyzed for protic impurities and HF. These results which directly show the relation between impurities and quality will be presented and discussed. In addition several investigations on different packaging materials as well as methods to analyze and handle the sensititive material will be addressed. These questions which are only partly discussed in literature so far and never been investigated systematically cover some of the key parameters for understanding of the battery chemicals. This investigation and understanding however is of major importance for scientist and engineers in the field of Lithium ion and Lithium polymer batteries.
Yu, Seungho;Kim, Soo;Kim, Tae Young;Nam, Jin Hyun;Cho, Won Il
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제34권1호
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pp.79-88
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2013
$LiFePO_4$ is a promising active material (AM) suitable for use in high performance lithium-ion batteries used in automotive applications that require high current capabilities and a high degree of safety and reliability. In this study, an optimization of the electrode design parameters was performed to produce high capacity lithium-ion batteries based on $LiFePO_4$/graphite electrodes. The electrode thickness and porosity (AM density) are the two most important design parameters influencing the cell capacity. We quantified the effects of cathode thickness and porosity ($LiFePO_4$ electrode) on cell performance using a detailed one-dimensional electrochemical model. In addition, the effects of those parameters were experimentally studied through various coin cell tests. Based on the numerical and experimental results, the optimal ranges for the electrode thickness and porosity were determined to maximize the cell capacity of the $LiFePO_4$/graphite lithium-ion batteries.
Lithium-ion batteries have used the layered $LiCoO_2$ materials as cathodes, but Co is relatively toxic and expensive. In this regard, the spinel $LiMn_2O_4$ has become appealing because manganese is inexpensive and environmentally benign. In general, cathodes for lithium ion batteries include carbon as a conductive agent that provides electron transfer between the active material and the current collector. In this work, we selected Acetylene Black and Super P Black as conducting agents, and then carried out comparative investigation for the performances of the cells using different conducting agents with different particle size. As a consequence, Li/$LiMn_2O_4$ cells with Super P Black show better electrochemical performances than those with Acetylene Black.
$Co_3O_4$ nanocrystals have been synthesized via an ordinary one-step calcination of a cobalt-based 2D coordination polymer [Co(tfbdc)(4,4'-bpy)$(H_2O)_2$]. As an anode material for lithium-ion batteries, the obtained $Co_3O_4$ nanocrystals exhibit high reversible capacity, excellent cyclic stability and better rate capability. The reversible capacity of the $Co_3O_4$ nanocrystals maintains $713mA\;h\;g^{-1}$ after 50 cycles at a current density of $50mA\;g^{-1}$. Our results confirm that searching for metal oxides nanomaterials used as anode materials of lithium ion batteries via the calcinations of 2D coordination polymer is a new route.
As accidents with thermal runaway (TR) of lithium-ion batteries occur sporadically, the safety concern is the main obstacle that hinders the large-scale applications of lithium ion batteries. In most accidents, the TR of a single cell occurred first, and then dissipated the heat to the surroundings and triggered the TR of adjacent cells, resulting in TR propagation. Therefore, it is important to understand the mechanism of TR propagation and determine the key parameters during TR propagation in a battery pack. In this study, we performed a numerical analysis on the thermal runaway phenomenon by cathode active materials and appearance sizes in cylindrical lithium-ion batteries using a two-dimensional analysis model. The model results showed that the TR propagation of 21700 type cells (21 mm diameter, 70 mm height) occurs more rapidly than 46800 type cells (46 mm diameter, 80 mm height) and the LFP cell has higher thermal safety than the NCM cell. Especially, we found that the effect of the separator on the occurrence of TR is negligible.
As the demand for lithium-ion batteries, a key power source in electric vehicles and energy storage systems, continues to increase for achieving global carbon neutrality, there is a growing concern about the environmental impact of disposing of spent batteries. Extensive research is underway to develop efficient recycling methods. While hydrometallurgy and pyrometallurgy methods are commonly used to recover valuable metals from spent cathode materials, they have drawbacks including hazardous waste and complex processes. Hence, alternative recycling methods that are environmentally friendly are being explored. However, recycling spent cathode materials still remains complex and energy-intensive. This study focuses on a novel approach called solid-state synthesis, which aims at regenerating the performance of spent cathode materials. The method offers a simpler process and reduces energy consumption. Optimal heat treatment conditions were identified based on experimental results, contributing to the development of sustainable recycling technologies for lithium-ion batteries.
Conducting polymer films grown from various aromatic compounds have been evaluated as overcharge protecting additives for lithium ion rechargeable batteries. The polymer films were grown electrochemically under the conditions similar to those encountered during the overcharging processes of lithium batteries and subsequently characterized by potentiodynamic, electrochemical quartz crystal microbalance, electrochemical impedance spectroscopic, and scanning electron microscopic experiments. Results indicate that bicyclic and polycyclic aromatic hydrocarbons would be poor candidates for inhibitors, while biphenyl, terphenyl, and benzene derivatives displayed excellent performances. Mixed polymer films grown from o-terphenyl and p-xylene show the best performance among the candidates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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