High-Ni 양극 물질의 입자강도를 향상시키기 위해 소결제 (sintering agent)로 잘 알려진 B2O3를 열처리과정 중에 첨가하였다. 0.1wt, 0.3wt%, 1wt%의 보론이 첨가되었고, ICP-MS로 정량분석을 통해 실제 첨가된 보론의 양을 확인했다. 물성분석 및 ...
High-Ni 양극 물질의 입자강도를 향상시키기 위해 소결제 (sintering agent)로 잘 알려진 B2O3를 열처리과정 중에 첨가하였다. 0.1wt, 0.3wt%, 1wt%의 보론이 첨가되었고, ICP-MS로 정량분석을 통해 실제 첨가된 보론의 양을 확인했다. 물성분석 및 구조분석 결과 보론이 첨가된 이후에도 주목할 만한 변화는 보이지 않았지만, 입자강도 측정결과 첨가된 보론 양에 따라 최대 40%까지의 뚜렷한 향상을 확인할 수 있었다. 양극 활물질로 전극을 제조하여 4.3V까지의 전기화학적인 평가를 수행한 결과, 0.1wt%와 0.3wt%의 보론이 첨가된 전극의 경우 Bare NCM과 비슷한 초기용량 및 효율을 보였으나, 수명평가에서 향상된 용량 유지율을 보였다. 반면 1wt%의 경우 입자강도는 향상되었지만, 전기화학적인 성능은 저하되었다. 입자강도 향상이 보다 강한 환경에서 수명특성 향상에 기여하는 점을 확인하기 위해 4.5V까지의 고전압에서의 전기화학적 평가를 진행했다. 보론이 첨가된 전극은 4.3V에서의 평가결과가 가장 우수했던 0.1wt%를 선택해 Bare NCM과 비교했다. 초기 용량 및 효율은 4.3V에서와 마찬가지로 비슷했으나, 사이클이 진행되는 동안 발생하는 수명저하는 보론이 첨가됨에 따라 눈에 띄게 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 첨가된 보론이 의해 향상된 입자강도가 구조적 안정성을 향상시키고 사이클 동안 입자 내부에 발생하는 균열(crack)을 억제하는데 기여했기 때문으로 보여진다. 이를 확인하기 위해 각 사이클 별 (초기, 1st, 10th, 25th, 50th) 입자강도와 단면 이미지를 통해 입자 내부에 발생된 크랙의 정도를 확인했다. Bare NCM은 사이클이 진행되며 내부 크랙이 발생하며 입자강도가 저하되는 반면, B2O3가 첨가된 전극의 경우 입자강도가 향상되며 크랙 발생이 억제되는 것을 확인하였다.
High-Ni 양극 물질의 입자강도를 향상시키기 위해 소결제 (sintering agent)로 잘 알려진 B2O3를 열처리과정 중에 첨가하였다. 0.1wt, 0.3wt%, 1wt%의 보론이 첨가되었고, ICP-MS로 정량분석을 통해 실제 첨가된 보론의 양을 확인했다. 물성분석 및 구조분석 결과 보론이 첨가된 이후에도 주목할 만한 변화는 보이지 않았지만, 입자강도 측정결과 첨가된 보론 양에 따라 최대 40%까지의 뚜렷한 향상을 확인할 수 있었다. 양극 활물질로 전극을 제조하여 4.3V까지의 전기화학적인 평가를 수행한 결과, 0.1wt%와 0.3wt%의 보론이 첨가된 전극의 경우 Bare NCM과 비슷한 초기용량 및 효율을 보였으나, 수명평가에서 향상된 용량 유지율을 보였다. 반면 1wt%의 경우 입자강도는 향상되었지만, 전기화학적인 성능은 저하되었다. 입자강도 향상이 보다 강한 환경에서 수명특성 향상에 기여하는 점을 확인하기 위해 4.5V까지의 고전압에서의 전기화학적 평가를 진행했다. 보론이 첨가된 전극은 4.3V에서의 평가결과가 가장 우수했던 0.1wt%를 선택해 Bare NCM과 비교했다. 초기 용량 및 효율은 4.3V에서와 마찬가지로 비슷했으나, 사이클이 진행되는 동안 발생하는 수명저하는 보론이 첨가됨에 따라 눈에 띄게 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 첨가된 보론이 의해 향상된 입자강도가 구조적 안정성을 향상시키고 사이클 동안 입자 내부에 발생하는 균열(crack)을 억제하는데 기여했기 때문으로 보여진다. 이를 확인하기 위해 각 사이클 별 (초기, 1st, 10th, 25th, 50th) 입자강도와 단면 이미지를 통해 입자 내부에 발생된 크랙의 정도를 확인했다. Bare NCM은 사이클이 진행되며 내부 크랙이 발생하며 입자강도가 저하되는 반면, B2O3가 첨가된 전극의 경우 입자강도가 향상되며 크랙 발생이 억제되는 것을 확인하였다.
For the new cathode materials in LIBs, lithium transition metal oxide of three-component (LiNixCoyMn1-x-yO2) have been employed instead of commercial LiCoO2. Recently, higher capacity and performance of cathode materials was needed to meet the developed appliance. Hence, high-Ni compounds (x ≥ 0.6) ...
For the new cathode materials in LIBs, lithium transition metal oxide of three-component (LiNixCoyMn1-x-yO2) have been employed instead of commercial LiCoO2. Recently, higher capacity and performance of cathode materials was needed to meet the developed appliance. Hence, high-Ni compounds (x ≥ 0.6) with a small amount of Co have recently been focused, because of specific capacity increases with reduced material cost. With the Ni increase, however, cycle life degradation occurs and the surface becomes more reactive. In this study, we increased the particle strength of a high-Ni layered cathode material (LiNi0.7Co0.2Mn0.1O2), to improve structural stability and cycle performance. To improve the structural strength, the boron oxide was added during the calcination process as a sintering agent. After boron oxide addition, the external morphology remained invariant, and a slight change in the crystal structure was observed. When the prepared materials were applied as cathodes in lithium-ion batteries, similar capacity and cycle performance with and without boron oxide addition were observed for a 4.3-V cut-off. Increasing the cut-off voltage to 4.5 V induced a more severe structural stress; however, cycle fading was greatly improved with the boron oxide addition. This improvement is associated with a smaller decrease of the compressive strength of the particles and the limited formation of cracks within inner particles, which is indicative of the more strengthened structure formation with the boron oxide addition in high-Ni cathode materials.
For the new cathode materials in LIBs, lithium transition metal oxide of three-component (LiNixCoyMn1-x-yO2) have been employed instead of commercial LiCoO2. Recently, higher capacity and performance of cathode materials was needed to meet the developed appliance. Hence, high-Ni compounds (x ≥ 0.6) with a small amount of Co have recently been focused, because of specific capacity increases with reduced material cost. With the Ni increase, however, cycle life degradation occurs and the surface becomes more reactive. In this study, we increased the particle strength of a high-Ni layered cathode material (LiNi0.7Co0.2Mn0.1O2), to improve structural stability and cycle performance. To improve the structural strength, the boron oxide was added during the calcination process as a sintering agent. After boron oxide addition, the external morphology remained invariant, and a slight change in the crystal structure was observed. When the prepared materials were applied as cathodes in lithium-ion batteries, similar capacity and cycle performance with and without boron oxide addition were observed for a 4.3-V cut-off. Increasing the cut-off voltage to 4.5 V induced a more severe structural stress; however, cycle fading was greatly improved with the boron oxide addition. This improvement is associated with a smaller decrease of the compressive strength of the particles and the limited formation of cracks within inner particles, which is indicative of the more strengthened structure formation with the boron oxide addition in high-Ni cathode materials.
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