Perovskite-structured samarium strontium cobaltite (SSC), which is mixed ionic electronic conductor (MIEC), is considered as a promising cathode material for intermediate temperature-operating solid oxide fuel cell (SOFC) due to its high electrocatalytic property. Cathode material containing cobalt (Co) is unstable at high temperature and has a relatively high thermal expansion property. In this paper, Sm-Sr-(Co,Fe,Ni)-O system with perovskite and spinel structures was investigated in terms of electrochemical property and thermal expansion property, respectively. Area specific resistance (ASR) was measured by ac impedance spectroscopy to investigate the electrochemical property of cathode, and thermal expansion coefficient (TEC) was measured by using dilatometer. Micro structure of cathode was observed by scanning electron microscopy. Perovskite-structured $Sm_{0.5}Sr_{0.5}CoO_{3-\delta}$ showed the ASR of $0.87{\Omega}/cm^{2}$, and $Sm_{0.5}Sr_{0.5}NiO_{3-\delta}$, which actually has a spinel structure, showed the lowest TEC value of $13.3{\times}10^{-6}/K$.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.12
no.1
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pp.50-55
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1999
We have investigated the $LiMn_2O_4$system as an cathode material for lithium rechargeable batteries. $LiMn_2O_4$spinel oxides have been synthesized by a solid state methode. We varied sintering time at a fixed sintering temperature of 75$0^{\circ}C$. In order to investigate the electrochemical properties of prepared $LiMn_2O_4$we assembled three-electrode cells using the working electrode as active material and Li metal as the counter and reference electrodes. The electrolyte was 1 M LiPE$_{6}$-EC:DEC(1:1 by volume). The particle size of sample synthesized at 75$0^{\circ}C$ ranged about 60$\mu m$. The discharge capacity of a cell involving spinel $LiMn_2O_4$ increased with increasing sintering time.e.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.169-169
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2017
Due to key roles for the electrochemical stability and charge capacity the solid-electrolyte interphase (SEI) has been extensively studied in anodes of a Li-ion battery cell. There is, however, few of investigation for cathodes. Using first-principles based calculations we describe atomic-level process of the SEI layer formation at the interface of a carbonate electrolyte and $LiMn_2O_4$ spinel cathode. Furthermore, using beyond the conventional density functional theory (DFT+U) calculations we examine the work function of the cathode and frontier orbitals of the electrolyte. Based on the results we propose that proton transfer at the interface is an essential mechanism initiating the SEI layer formation in the $LiMn_2O_4$. Our results can guide a design concept for stable and high capacity Li-ion battery cell through screening an optimum electrolyte fine-tuned energy band alignment for a given cathode.
As 3V cathode material, a new doping spinel material, LiMn1.6Se0.4O4 powder with a phase-pure polycrystalline was synthesized by a sol-gel method. In spite of Jahn-teller distortion in 3V region($2.4{\sim}3.5V$), the LiMn1.6Se0.4O4 electrode shows no capacity loss. The material in the 3V region initially delivers a discharge capacity of 100mAh/g which increase with cycling to reach 105mAh/g after 90cycles. And 5V cathode material LiNi0.5-xMxMn1.5O4(M=Cr, V, Fe) compounds have been synthesized by sol-gel method. a series of electroactive spinel compounds, LiNi0.5-xMxMn1.5O4(M=Cr, V, Fe) has been studied by crystallographic and electrochemical methods. The material presents only one plateau at around 4.5 V vs. Li/Li+ with a large discharge capacity of 152mAh/g and fairly good cyclability.
Fluorine-doping on the $Li_{1+x}Mn_{1.9-x}Al_{0.1}O_4$ spinel cathode materials is found to alter crystal shape, and enhance initial interfacial reactivity and solid electrolyte interphase (SEI) formation, leading to improved initial coulombic efficiency in the voltage region of 3.3-4.3 V vs. Li/$Li^+$ in the room temperature electrolyte of 1 M $LiPF_6$/EC:EMC. SEM imaging reveals that the facetting on higher surface energy plane of (101) is additionally developed at the edges of an octahedron that is predominantly grown with the most thermodynamically stable (111) plane, which enhances interfacial reactivity. Fluorine-doping also increases the amount of interfacially reactive $Mn^{3+}$ on both bulk and surface for charge neutrality. Enhanced interfacial reactivity by fluorine-doping attributes instant formation of a stable SEI layer and improved initial cyclic efficiency. The data contribute to a basic understanding of the impacts of composition on material properties and cycling behavior of spinel-based cathode materials for lithium-ion batteries.
Ji, Mi-Jung;Kim, Eun-Kyung;Ahn, Yong-Tae;Choi, Byung-Hyun
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.47
no.6
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pp.633-637
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2010
In this study, lithium manganese oxide spinel ($LiMn_{1.9}Fe_{0.1}Nb_{0.0005}O_4$) as a cathode material of lithium ion secondary batteries is synthesized with spray drying, and in order to increase its crystallinity and electrochemical properties, the granulated $LiMn_{1.9}Fe_{0.1}Nb_{0.0005}O_4$ particle surface is coated with lithium titanium oxide spinel ($Li_4Ti_5O_{12}$) through a sol-gel method. The granulated particles present a higher tap density and lower specific surface area. The crystallinity and discharge capacity of the $Li_4Ti_5O_{12}$ coated material is relatively higher than uncoated material. With the coating layer, the discharge capacity and cycling stability are increased and the capacity fading is suppressed successfully.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2001.07a
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pp.455-458
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2001
Spinel $LiMn_{2-y}$$M_{y}$$O_4$powder was prepared solid-state method by calcining the mixture of LiOH - $H_2O$, Mn $O_2$, ZnO and MgO at 80$0^{\circ}C$ for 36h. To investigate the effect of substitution with Mg, Zn cation, charge-discharge experiments and initial impedance spectroscopy performed. The structure of $LiMn_{2-y}$$M_{y}$$O_4$crystallites was analyzed from powder X-ray diffraction data as a cubic spinel, space group Fd3m. all cathode material showed spinel phase based on cubic phase in X-ray diffraction. Ununiform which calculated by (111) face and (222) face was constant in spite of the change of y value, except PUf\ulcorner LiM $n_2$$O_4$. The discharge capacities of the cathode for the cation subbstitUtes $LiMn_{2-y}$$M_{y}$$O_4$/Li cell at the 1st cycle and at the 40th cycle were about 120~124 and 108~112mAh/g except LiM $n_{1.9}$Z $n_{0.1}$$O_4$/Li cell, respectively. This cell capacity is retained by 93% after 40th cycle. AC impedance of $LiMn_{2-y}$$M_{y}$$O_4$/Li cells revealed the similar resistance of about 65~110$\Omega$ before cycling. before cycling.g.g.
The structural and electrochemical properties of $Li_{0.99}Ni_{0.46}Mn_{1.56}O_4$ ($Fd{\bar{3}}m$, disordered spinel) cathode material were studied and compared with stoichiometric $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ ($P4_332$, ordered spinel). First cycle discharge capacity of $Li_{0.99}Ni_{0.46}Mn_{1.56}O_4$ was similar to that of $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ at C/3 and 1C rate, but cycling performance of $Li_{0.99}Ni_{0.46}Mn_{1.56}O_4$ was better than that of $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ especially at high rate of 1C. This can be explained by performing synchrotron based in-situ XRD and results of GITT measurements. It is considered that faster lithium ion diffusion in the $Li_{0.99}Ni_{0.46}Mn_{1.56}O_4$ cathode results in the improvement of the rate capability. To study structural changes during cycling, synchrotron in-situ XRD patterns of both the samples were recorded at C/3 and 1C rate. Compared to stoichiometric $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$, disordered $Li_{0.99}Ni_{0.46}Mn_{1.56}O_4$ spinel sample has pseudo one phase behavior and one step phase transition between two cubic phases. So, $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ would experience a much greater strain and stress, originating from the two phase transitions between three cubic phases and suffer from capacity loss during cycling especially at high rate.
Spinel LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) has been considered as one of most promising cathode material, because of its low-cost and competitive energy density. However, 4.7V vs. Li/Li+ of high operating potential facilitates electrolyte degradation on cathode-electrolyte interface during charge-discharge process. In particular, commercial polyvinylidene fluoride (PVDF) is not sutaible for LNMO cathode binder because its weak van der waals force induces thick and non-uniform coverage on the cathode surface. In this review, we study high performance binders for LNMO cathode, which forms uniform coating layer to prevent direct contact between electrolyte and LNMO particle as well as modifying high quality cathode electrolyte interphase, improved cell performace.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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