• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제2권2호
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• pp.116-123
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• 2011

Herein, a novel preparation method of highly homogeneous carbon-silicon composite materials was presented. In contrast to conventional solvent evaporation method, a milled silicon-graphite or its oxidized material were directly reacted with petroleum-derived pitch precursor. After thermal reaction under high pressure, pitch-graphite-silicon composite was prepared. Carbon-graphite-silicon composite were prepared by an air-oxidization and following carbonization. From energy dispersive spectroscopy, it was observed that small Si particles were highly embedded within carbon, which was confirmed by disappearance of Si peaks in Raman spectra. Furthermore, X-ray diffraction and Raman spectra revealed that carbon crystallinity decreased when the strongly oxidized silicon-graphite was added, which was probably due to oxygen-induced cross-linking. From the anode application in lithium ion batteries, carbon-graphite-silicon composite anode displayed a high capacity ($565\;mAh\;g^{-1}$), a good initial efficiency (68%) and an good cyclability (88% retention at 50 cycles), which were attributed to the high dispersion of Si particles within cabon. In case of the strongly oxidized silicongraphite addtion, a decrease of reversible capacity was observed due to its low crystallinity.

• Journal of Welding and Joining
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• 제31권6호
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• pp.58-64
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• 2013

Several joining methods involving resistance welding, laser welding, ultrasonic welding and mechanical joining are currently applied in manufacturing lithium-ion batteries. Cu and Al alloys are used for tab and bus bar materials, and laser welding characteristics for these alloys were investigated with similar and dissimilar material combinations in this study. The base materials used were Al 1050 and oxygen-free Cu 1020P alloys, and a disk laser was used with a continuous wave mode. In bead-on-plate welding of both alloys, the joint strength was higher than the strength of O tempered base material. In overlap welding, the effect of welding parameters on the tensile shear strength and bead shape was evaluated. Tensile shear strength of overlap welded joint was affected by interfacial bead width and weld defect formation. The tensile-shear specimen was fractured at the heat affected zone by selecting proper laser welding parameters.

• 전기화학회지
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• 제3권2호
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• pp.115-120
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• 2000

양극 물질로 산화바나듐 박막, 고체전해질로는 LiPON 박막 그리고 음극 물질로는 리튬 금속 박막을 선택하여 $Li/LiPON/V_2O_5/Pt$ 구조의 전고상 박막 전지를 제작하였고 전지 특성을 평가하였다. 산화바나듐 박막은 여러 산소 분압에서 직류 반응성 스퍼터링으로 증착하여 전기화학적 특성을 분석한 결과 $20\%\;O_2/Ar$비에서 가장 우수한 가역 특성을 나타내었다. 직류 반응성 스퍼터링에 의해 산화바나듐 박막을 제작한 후 진공을 그대로 유지한 상태에서 r.f. 반응성 스퍼터링에 의해 LiPON 고체전해질 박막을 증착하였다. 그 후 dry room내에서 진공 열증착법에 의해 리튬 금속 박막을 증착하여 전고상의 박막 전지를 제작하였다. $Li/LiPON/V_2O_5$ 박막 전지를 전압 범위와 전류 밀도를 변화시켜 충방전 시험을 행한 결과 $7{\mu}A/cm^2$의 전류 밀도와 3.6-2.7 V의 전압범위에서 가장 우수한 가역 특성을 나타내었다. $Li/LiPON/V_2O_5$박막 전지로 초시계를 구동 시켰으며 이는 in-situ공정에 의해 제작된 박막 전지가 소자 에너지원으로의 응용 가능성을 보여 주었다.

• 청정기술
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• 제27권2호
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• pp.139-145
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• 2021

본 연구의 목적은 건식 공정을 통해 폐전지에서 금속을 회수하는 것이다. 특히, 열처리 온도를 변수로 하여 공정 중에 발생되는 액상 및 기상상태의 생성물과 공정 후에 회수되는 고상상태의 생성물에 대하여 정성 및 정량적으로 분석하여 비교하였다. 폐전지의 커버를 제거한 후, NaCl 용액에 존치하여 방전시켰다. 폐전지를 파쇄과정을 통하여 가루형태로 만들어서 산소 분위기의 튜브 전기로에서 폐전지의 용융실험을 수행하였다. 리튬이온 폐전지는 반응온도 850 ℃에서 고체상태 생성물의 회수율은 80.1 wt%이었고, 주성분은 27.2 wt%의 코발트이었으며 그 외 리튬, 구리, 알루미늄 등이 미량 존재하였다. 니켈-수소 폐전지는 반응온도 850 ℃에서 회수율이 99.2 wt%로 건식공정으로부터 손실되는 금속이 거의 없었으며 약 37.6 wt%의 니켈이 주성분이었다. 그 외, 철을 포함하여 여러 금속을 가지고 있다. 니켈-카드뮴 폐전지는 온도가 증가할수록 카드뮴이 기화되면서 회수율이 65.4 wt%까지 낮아진다. 반응온도 1050 ℃에서 회수된 고체상태의 주 금속성분은 41 wt%의 니켈과 12.9 wt%의 카드뮴이었다. 또한 니켈-카드뮴 폐전지는 다른 이차 폐전지로부터 검출되지 않은 벤젠과 톨루엔 성분이 기체상태의 생성물에서 검출되었다. 본 연구 결과는 폐 이차전지의 건식 리사이클링 공정 연구에 기초 자료로서 활용 가능하다.

• 자원리싸이클링
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• 제28권6호
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• pp.79-86
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• 2019

최근, 전기차 증가에 따른 리튬 전지의 사용량 증가로 리튬 가격 증가 및 폐리튬전지 발생량이 증가하고 있다. 이러한 이유로 폐리튬전지 내 리튬 회수에 대한 연구가 진행되고있다. 본 연구에서는 폐전기차 셀분말의 열처리 조건에 따른 선택적 리튬 침출에 관한 연구를 진행하였다. 셀 분말(LiNi_xCo_yMn_zO₂, LiCoO₂)로부터 선택적 리튬 침출을 위해서는 환원을 통한 상변화 및 분리가 필요하다. 폐전기차 셀분말 내 탄소는 고온에서 산소와 반응하여 환원제 역할을 한다. 적정 온도를 알고자 대기/질소 분위기에서 TG-DSC 분석 및 550 ~ 850 ℃ 열처리 후, XRD 분석을 하였다. 열처리 된 분말은 ICP 분석을 위해 D.I water에서 1:10 비율로 침출 후 분석하였다. XRD 분석결과, 700 ℃에서 Li₂CO₃ 피크가 확인되었다. 850 ℃ 열처리 시 Li₂O의 피크가 확인되었는데, 이는 Li₂CO₃가 723 ℃ 이상의 온도에서 Li₂O와 CO₂로 분해되었기 때문이다. 또한 Li₂O와 Al₂O₃와 반응으로 LiAlO₂가 확인되었다. 850 ℃에서 열처리 시 Li 침출율이 낮아졌는데 이는 LiAlO₂가 D.I water에서 침출하지 않기 때문으로 판단된다. 리튬 침출율의 경우 열처리의 조건에 따라 달라지며, 질소 분위기 중 700 ℃로 열처리 시 약 45 %의 리튬침출이 확인되었다. 침출 용액을 고-액분리 후증발농축하여 XRD 분석을 실시한 결과, Li₂CO₃의 피크를 확인하였다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제7권2호
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• pp.139-145
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• 2016

The electrochemical performance of carbon-coated LiMn₂O₄ nanoparticles was reported. The polydopamine layer was introduced as a new organic carbon source. The carbon layer was homogeneously coated onto the surface of the LiMn₂O₄ nanoparticles because the polymerization process from the dopamine solution (in a buffer solution, pH 8.5) easily and uniformly formed a polydopamine layer. The phase integrity of LiMn₂O₄ deteriorated during the carbon-coating process due to oxygen loss, although the main structure was maintained. The carbon-coated sample led to improved rate capability because of the effect of the conductive carbon layer. Moreover, the carbon coating also enhanced the cyclic performance. This indicates that the carbon layer may suppress unwanted side reactions with the electrolytes and compensate for the low electronic conductivity of the pristine LiMn₂O₄.

• 공업화학
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• 제35권2호
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• pp.140-147
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• 2024

바이오매스 활용을 높이기 위하여, 열처리 공정을 통해 강아지풀 기반 리튬 이온 이차 전지용 탄소음극재(SV-C)를 제조한 뒤 전기화학적 성능을 고찰하였다. 강아지풀의 열처리 온도가 750 ℃로 낮을 때 낮은 결정성과 높은 비표면적(126 m²/g)과 함께, 표면에 많이 존재하는 산소의 (-) 전하가 리튬을 끌어당김으로 인하여 비정전용량(1003.3 mAh/g, at 0.1 C)이 높지만, 용량 유지율은 61.0% (at 500 cycles and 1 C)로 낮아지는 것으로 여겨진다. 또한, 열처리온도가 1150 ℃로 증가하면 탄소층이 축합되어 배열이 우수해짐에 따라 구조 결함이 감소하여 기공이 크게 줄어 비표면적(32 m²/g)이 감소한 것으로 확인되었다. 또한, 음극재 표면결함이 감소하여 결정성이 높아지게 되면, 용량 유지율은 89.7% (at 500 cycles and 1 C)로 높지만, 결함 정도가 작아 활성점이 줄어들어 비정전용량이 471.7 mAh/g로 매우 낮은 것으로 여겨진다. 본 연구 범위에서, 열처리 온도에 따라 제조된 강아지풀 기반 탄소음극재의 경우, 비표면적에 비해 표면 산소 함량과 결정성 등이 음극재의 전기화학적 특성에 더 높은 신뢰도를 갖는 것으로 나타났다.

• 한국재료학회지
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• 제19권10호
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• pp.517-521
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• 2009

Si-C composite with hollow spherical structure was synthesized using ultrasonic treatment of organosilica powder formed by hydrolysis of phenyltrimethoxysilane. The prepared powder was pyrolyzed at various temperatures ranging from 900 to 1300 $^{\circ}C$ under nitrogen atmosphere to obtain optimum conditions for Li-ion battery anode materials with high capacity and cyclability. The XRD and elemental analysis results show that the pyrolyzed Si/C composite at 1100 $^{\circ}C$ has low oxygen and nitrogen levels, which is desirable for increasing the electrochemical capacity and reducing the irreversible capacity of the first discharge. The solid Si-C composite electrode shows a first charge capacity of $\sim$500 mAhg$^{-1}$ and a capacity fade within 30 cycles of 0.93% per cycle. On the other hand, the electrochemical performance of the hollow Si-C composite electrode exhibits a reversible charge capacity of $\sim$540 mAhg$^{-1}$ with an excellent capacity retention of capacity loss 0.43% per cycle up to 30 cycles. The improved electrochemical properties are attributed to facile diffusion of Li ions into the hollow shell with nanoscale thickness. In addition, the empty core space provides a buffer zone to relieve the mechanical stresses incurred during Li insertion.

• 전력전자학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.553-561
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• 2012

Existing energy sources convert chemical energy into mechanical energy, while fuel cell directly generates electricity through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Therefore, it has a lot of strong points such as high efficiency, zero emission, and etc. In addition, with the development of hydrogen preservation technique, some companies have been researching and releasing portable fuel cell power packs for specific applications like military equipment, automobile, and so on. However, there are some drawbacks to the fuel cell, high cost and slow dynamic response. In order to compensate these weak points, auxiliary energy storages could be applied to the fuel cell system. In this paper, the optimum structure for a 150W portable fuel cell power pack with a battery pack is selected considering the specification of the system, and the design process of main parts is described in detail. Here, main objectives are compact size, simple control, high efficiency, and low cost. Then, an automatic mode change algorithm, which converts the operating mode depending on the states of fuel cell stack, battery pack, and load, is introduced. Finally, performance of the designed prototype using the automatic mode change control is verified through experiments.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제32권2호
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• pp.536-540
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• 2011

This study reports the origin of the electrochemical improvement of $LiFePO_4$ when synthesized by wet milling using acetone without conventional carbon coating. The wet milled $LiFePO_4$ delivers 149 $mAhg^{-1}$ at 0.1 C, which is comparable to carbon coated $LiFePO_4$ and approximately 74% higher than that of dry milled $LiFePO_4$, suggesting that the wet milling process can increase the capacity in addition to conventional carbon coating methods. UV spectroscopy, elemental microanalysis, and evolved gas analysis are used to find the root cause of the capacity improvement during the mechanochemical reaction in acetone. The analytical results show that the improvement is attributed to the conductive residual carbon on the surface of the wet milled $LiFePO_4$ particles, which is produced by the reaction of $FeC_2O_4{\cdot}2H_2O$ with acetone during wet milling through oxygen deficiency in the precursor.