리튬 이온 고분자 전지를 위한 전기방사 된 PVdF계 고분자 전해질의 전기화학적 특성 Electrochemical Characterization of Electrospun PVdF-based Fibrous Polymer Electrolyte for Li-ion Polymer Battery원문보기
전기 방사는 micro nano fiber를 생산하는 매우 효과적이 기술이다. 전기 방사된 membrane은 고분자 전해질이나 separator로 사용된다. PVdF계 고분자에서의 carbon, hydrogen, 그리고 fluorine atoms의 특이한 구조가 높은 열적, 화학적 안정성이 있음이 알려졌다.
Li-ion 이차 고분자 배터리의 고분자 전해질용 membrane의 특성은 ...
전기 방사는 micro nano fiber를 생산하는 매우 효과적이 기술이다. 전기 방사된 membrane은 고분자 전해질이나 separator로 사용된다. PVdF계 고분자에서의 carbon, hydrogen, 그리고 fluorine atoms의 특이한 구조가 높은 열적, 화학적 안정성이 있음이 알려졌다.
Li-ion 이차 고분자 배터리의 고분자 전해질용 membrane의 특성은 결정화도, 열적 안정성, 이온 전도도, 기계적 강도, 전기화학적 안정성, 계면 저항 등을 분석하여 특성화된다.
현재 고분자 전해질용 material로 가장 많이 쓰이고 있는 poly ethylene (PE)이나 poly propylene(PP)은 전극과의 compatibility가 나쁘고 가공상의 어려움이 있다.
PVdF, P(VdF-HFP)를 각각 양극과 음극의 활물질 위에 각각 28㎛, 2㎛의 두께로 직접 방사한다. 방사된 membrane으로 코팅된 전극은 70℃에서 heat-pressing되어 고분자 전해질용 membrane과 전극간의 물리적 접촉을 향상 시킨다. Heat-pressing에 의해 membrane의 두께는 17㎛로 얇아진다. Lamination 되어진 전극은 dry box로 옮겨져 1M의 LiPF6를 함유한 ethylene carbonate (EC)/dimethyl carbonate (DMC)/diethyl carbonate (DEC) (1/1/1 w/w) 전해액(Merck)에 24시간 함침 시킨다. 고분자 전해질이 전해액을 uptake 하게 되면 aluminum poucher로 sealing 하여 cell을 만든다.
Heat-pressing된 고분자 전해질로 제조된 cell의 전기화학적 안정성은 약 3.7V까지 양호한 것으로 나타났으며 이온 전도도는 상온에서 1×10-3 S/cm 이상의 높은 전도도를 보였다. Cell들을 각각 0.5C, 1C, 2C, 5C, 10C (0.5C = 20mA)의current rate로 2.75 V 에서 4.2 V 범위의 cut-off 조건으로 cycle performance를 실행하여 충, 방전 거동을 조사하였다. Current rate가 커질수록 cell의 충, 방전 용량 및 전압이 감소하고, cycle number가 증가할수록 용량 감소 과 속도가 빠른 것을 알 수 있다. 또한 cycle number가 진행됨에 따라 충, 방전 속도와 고분자 전해질의 계면 저항이 증가함을 알 수 있다. 또한 80℃에서 C/2의 current rate로 충, 방전을 실행 했을 때 상온에 비해 방전용량의 감소량이 적은 것을 확인할 수 있다. 또한 충, 방전에 따른 고분자 전해질의 녹는점 하락 및 발열량 증가를 DSC 분석에 의해 확인 할 수 있었다. 또한 cycle number가 증가 될수록 고분자 전해질 fiber가 swelling 되어 diameter가 증가 되는 것을 SEM을 통해 확인하였다. DSC는 리튬 이온 이차 전지의 열적 안정성에 대한 평가를 위해 널리 사용된다. DSC는 solid eletrolyte interface의 decomposition, 리튬을 함유한 graphite 전극과 전해질에서의 열적 특성 및 변화를 분석한다.
전기 방사는 micro nano fiber를 생산하는 매우 효과적이 기술이다. 전기 방사된 membrane은 고분자 전해질이나 separator로 사용된다. PVdF계 고분자에서의 carbon, hydrogen, 그리고 fluorine atoms의 특이한 구조가 높은 열적, 화학적 안정성이 있음이 알려졌다.
Li-ion 이차 고분자 배터리의 고분자 전해질용 membrane의 특성은 결정화도, 열적 안정성, 이온 전도도, 기계적 강도, 전기화학적 안정성, 계면 저항 등을 분석하여 특성화된다.
현재 고분자 전해질용 material로 가장 많이 쓰이고 있는 poly ethylene (PE)이나 poly propylene(PP)은 전극과의 compatibility가 나쁘고 가공상의 어려움이 있다.
PVdF, P(VdF-HFP)를 각각 양극과 음극의 활물질 위에 각각 28㎛, 2㎛의 두께로 직접 방사한다. 방사된 membrane으로 코팅된 전극은 70℃에서 heat-pressing되어 고분자 전해질용 membrane과 전극간의 물리적 접촉을 향상 시킨다. Heat-pressing에 의해 membrane의 두께는 17㎛로 얇아진다. Lamination 되어진 전극은 dry box로 옮겨져 1M의 LiPF6를 함유한 ethylene carbonate (EC)/dimethyl carbonate (DMC)/diethyl carbonate (DEC) (1/1/1 w/w) 전해액(Merck)에 24시간 함침 시킨다. 고분자 전해질이 전해액을 uptake 하게 되면 aluminum poucher로 sealing 하여 cell을 만든다.
Heat-pressing된 고분자 전해질로 제조된 cell의 전기화학적 안정성은 약 3.7V까지 양호한 것으로 나타났으며 이온 전도도는 상온에서 1×10-3 S/cm 이상의 높은 전도도를 보였다. Cell들을 각각 0.5C, 1C, 2C, 5C, 10C (0.5C = 20mA)의current rate로 2.75 V 에서 4.2 V 범위의 cut-off 조건으로 cycle performance를 실행하여 충, 방전 거동을 조사하였다. Current rate가 커질수록 cell의 충, 방전 용량 및 전압이 감소하고, cycle number가 증가할수록 용량 감소 과 속도가 빠른 것을 알 수 있다. 또한 cycle number가 진행됨에 따라 충, 방전 속도와 고분자 전해질의 계면 저항이 증가함을 알 수 있다. 또한 80℃에서 C/2의 current rate로 충, 방전을 실행 했을 때 상온에 비해 방전용량의 감소량이 적은 것을 확인할 수 있다. 또한 충, 방전에 따른 고분자 전해질의 녹는점 하락 및 발열량 증가를 DSC 분석에 의해 확인 할 수 있었다. 또한 cycle number가 증가 될수록 고분자 전해질 fiber가 swelling 되어 diameter가 증가 되는 것을 SEM을 통해 확인하였다. DSC는 리튬 이온 이차 전지의 열적 안정성에 대한 평가를 위해 널리 사용된다. DSC는 solid eletrolyte interface의 decomposition, 리튬을 함유한 graphite 전극과 전해질에서의 열적 특성 및 변화를 분석한다.
Electrospinning is a efficient technique to produce micro nano fiber web. The electrospinning of poly(vinylidenefluoride-hexafluoropropylene) (PVdF-HFP) solution. And the electrospun membranes on the anode were prepared by poly(vinylidene fluoride) (PVdF) solution. The electrospun membranes is used ...
Electrospinning is a efficient technique to produce micro nano fiber web. The electrospinning of poly(vinylidenefluoride-hexafluoropropylene) (PVdF-HFP) solution. And the electrospun membranes on the anode were prepared by poly(vinylidene fluoride) (PVdF) solution. The electrospun membranes is used as a polymer electrolyte or a separator. The unique polymer structure of carbon, hydrogen, and fluoride atoms found in poly vinylidene fluoride resins produces polymers that have extremely high thermal and chemical stability and yet retain their thermoplastic nature allowing ease of processing for fabrication.
The ionic conductivity of the separator is 1.65×10-3 S/cm-1 at 25℃. The discharge capacity is about 85% of the initial value on the 100thcycle. It is also found that the total resistance of the cell is increased as the increasing of the cycling.
There are a number of factors in battery safety. Thermal stability of the battery components is a decisive in its safety performance, and the shut down function of a separator is an important factor in the safety of advanced lithium-ion batteries(ALB). Under certain abusive conditions (short circuit or overcharge), the temperature of the cell increasesand the shut down of the separator helps prevent thermal runaway. Shut down usually occurs near the melting temperature of polymer which closes the separator.
The properties of the polymer electrolyte membranes, such as crystallinity, thermal stability, interfacial resistance, electrochemical stability window and, were characterized. Differential scanning calorimetry (DSC) is used to determine the thermal stability of separator. DSC shows that exothermicity from the electrolyte around 150℃increases as cycle number increase. And AC impedance shows that a close relationship between separator shut down and temperature.
The electrospun membranes on the cathode were prepared by the electrospinning of poly(vinylidenefluoride-hexafluoropropylene) (PVdF-HFP) solution. And the electrospun membranes on the anode were prepared by poly(vinylidene fluoride) (PVdF) solution. Cells are assembled by heat-pressing (at 70℃) of coated electrodes and soaked in an electrolyte solution for 24hr. Cells are cycled between 4.2 and 2.75V by means of a charge-discharge unit. Procedure consisted of a constant-current step at 20, 40, 80, 200, 400mA followed by constant-voltage at 4.2V until the current tapered to 200㎂. Discharge current was 20, 40, 80, 200, 400mA.
Charge and discharge capacity is decreased as increasing of current and cycle performance. And interfacial resistance is increased as cycle performance. DSC data shows to melting temperature's decreasing and heating value's increasing of polymer electrolyte as cycle performance.
Interfacial resistance of cell is measured as increasing of temperature.(at 25, 40, 60, 80, 100, 120℃) And morphology of membrane was examined with SEM.
So we can estimate shut-down function of separator by DSC, SEM, interfacial resistance.
Electrospinning is a efficient technique to produce micro nano fiber web. The electrospinning of poly(vinylidenefluoride-hexafluoropropylene) (PVdF-HFP) solution. And the electrospun membranes on the anode were prepared by poly(vinylidene fluoride) (PVdF) solution. The electrospun membranes is used as a polymer electrolyte or a separator. The unique polymer structure of carbon, hydrogen, and fluoride atoms found in poly vinylidene fluoride resins produces polymers that have extremely high thermal and chemical stability and yet retain their thermoplastic nature allowing ease of processing for fabrication.
The ionic conductivity of the separator is 1.65×10-3 S/cm-1 at 25℃. The discharge capacity is about 85% of the initial value on the 100thcycle. It is also found that the total resistance of the cell is increased as the increasing of the cycling.
There are a number of factors in battery safety. Thermal stability of the battery components is a decisive in its safety performance, and the shut down function of a separator is an important factor in the safety of advanced lithium-ion batteries(ALB). Under certain abusive conditions (short circuit or overcharge), the temperature of the cell increasesand the shut down of the separator helps prevent thermal runaway. Shut down usually occurs near the melting temperature of polymer which closes the separator.
The properties of the polymer electrolyte membranes, such as crystallinity, thermal stability, interfacial resistance, electrochemical stability window and, were characterized. Differential scanning calorimetry (DSC) is used to determine the thermal stability of separator. DSC shows that exothermicity from the electrolyte around 150℃increases as cycle number increase. And AC impedance shows that a close relationship between separator shut down and temperature.
The electrospun membranes on the cathode were prepared by the electrospinning of poly(vinylidenefluoride-hexafluoropropylene) (PVdF-HFP) solution. And the electrospun membranes on the anode were prepared by poly(vinylidene fluoride) (PVdF) solution. Cells are assembled by heat-pressing (at 70℃) of coated electrodes and soaked in an electrolyte solution for 24hr. Cells are cycled between 4.2 and 2.75V by means of a charge-discharge unit. Procedure consisted of a constant-current step at 20, 40, 80, 200, 400mA followed by constant-voltage at 4.2V until the current tapered to 200㎂. Discharge current was 20, 40, 80, 200, 400mA.
Charge and discharge capacity is decreased as increasing of current and cycle performance. And interfacial resistance is increased as cycle performance. DSC data shows to melting temperature's decreasing and heating value's increasing of polymer electrolyte as cycle performance.
Interfacial resistance of cell is measured as increasing of temperature.(at 25, 40, 60, 80, 100, 120℃) And morphology of membrane was examined with SEM.
So we can estimate shut-down function of separator by DSC, SEM, interfacial resistance.
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