전기차 시장이 기하급수적으로 성장하면서 에너지원으로써 리튬이온 배터리 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 주행거리와 출력 등 소비자들의 요구 성능에 부합하기 위하여 Ni-rich 양극 활물질의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 양극재의 에너지 밀도를 증가시키기 위해서 고전압화의 연구가 활발하게 진행중에 있으며 출력 특성을 향상시키기 위한 여러 가지 방법들도 고안되고 있다. 4.5V 고전압에서의 수명특성 개선을 위하여 입자 중심부에 기공을 포함하는 Ni-rich LiNi0.88Co0.1Al0.02O2 양극 활물질을 공침 ...
전기차 시장이 기하급수적으로 성장하면서 에너지원으로써 리튬이온 배터리 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 주행거리와 출력 등 소비자들의 요구 성능에 부합하기 위하여 Ni-rich 양극 활물질의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 양극재의 에너지 밀도를 증가시키기 위해서 고전압화의 연구가 활발하게 진행중에 있으며 출력 특성을 향상시키기 위한 여러 가지 방법들도 고안되고 있다. 4.5V 고전압에서의 수명특성 개선을 위하여 입자 중심부에 기공을 포함하는 Ni-rich LiNi0.88Co0.1Al0.02O2 양극 활물질을 공침 합성법을 활용하여 제조하였다. 공침 단계에서 초기 알루미늄 염을 투입함으로써 1 차 입자의 성장을 억제하고 이에 따라 입자의 중심에 기공을 만들 수 있다. 생성된 활물질 입자 내부에는 균일한 기공이 형성되어 기존 양극재와 유사한 기계적 강도와 구형 입자 형태를 제공한다. 이러한 기공구조는 4.5V 고전압 충방전시 H2 에서 H3 의 상전이에 따른 이방성 수축과 팽창을 안정화 시켜 수명 성능이 크게 향상되었다. 또한, 기존 양극재의 중심부에 작은 1 차 입자들 사이의 스트레스를 줄여 코어에서 시작되는 균열을 억제하였다. 가역적인 방전 용량은 0.1C 전류밀도에서 222.8 mAh/g 를 보였으며, 이는 전이 금속이 사용 가능한 총 전하의 80%에 해당하는 수치이다. 또한, 중심부에 기공을 포함하는 양극재는 4.5V, 1.0C 에서 100 후에 사이클 유지율이 75%이며 이러한 수치는 타 연구와 비교하여 매우 향상된 수치이다. GITT 및 AC 임피던스를 통해 리튬 이온 확산계수 및 100 사이클 후 전극의 총 임피던스 저항값이 감소하였다.또한 NCM622 물질의 경우, one-pot 도핑을 통한 1 차 입자크기를 줄인 NCM622 물질을 합성하였다. 상기 양극 활물질은 PO43- 음이온이 농도 구배를 가지고 도핑됨가 동시에 1 차 입자의 크기를 중심부와 표면부를 일정하게 만들어 더 밀집도있는 양극 활물질이 합성될 뿐만아니라 도핑함으로써 고전압에서의 구조적 안정성을 야기하여 가학적인 조건에서 고동했을 시 4.5V, 1C 전류밀도에서 용량유지율이 13% 향상되었고 출력 특성 또한 5% 향상 되었다.
전기차 시장이 기하급수적으로 성장하면서 에너지원으로써 리튬이온 배터리 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 주행거리와 출력 등 소비자들의 요구 성능에 부합하기 위하여 Ni-rich 양극 활물질의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 양극재의 에너지 밀도를 증가시키기 위해서 고전압화의 연구가 활발하게 진행중에 있으며 출력 특성을 향상시키기 위한 여러 가지 방법들도 고안되고 있다. 4.5V 고전압에서의 수명특성 개선을 위하여 입자 중심부에 기공을 포함하는 Ni-rich LiNi0.88Co0.1Al0.02O2 양극 활물질을 공침 합성법을 활용하여 제조하였다. 공침 단계에서 초기 알루미늄 염을 투입함으로써 1 차 입자의 성장을 억제하고 이에 따라 입자의 중심에 기공을 만들 수 있다. 생성된 활물질 입자 내부에는 균일한 기공이 형성되어 기존 양극재와 유사한 기계적 강도와 구형 입자 형태를 제공한다. 이러한 기공구조는 4.5V 고전압 충방전시 H2 에서 H3 의 상전이에 따른 이방성 수축과 팽창을 안정화 시켜 수명 성능이 크게 향상되었다. 또한, 기존 양극재의 중심부에 작은 1 차 입자들 사이의 스트레스를 줄여 코어에서 시작되는 균열을 억제하였다. 가역적인 방전 용량은 0.1C 전류밀도에서 222.8 mAh/g 를 보였으며, 이는 전이 금속이 사용 가능한 총 전하의 80%에 해당하는 수치이다. 또한, 중심부에 기공을 포함하는 양극재는 4.5V, 1.0C 에서 100 후에 사이클 유지율이 75%이며 이러한 수치는 타 연구와 비교하여 매우 향상된 수치이다. GITT 및 AC 임피던스를 통해 리튬 이온 확산계수 및 100 사이클 후 전극의 총 임피던스 저항값이 감소하였다.또한 NCM622 물질의 경우, one-pot 도핑을 통한 1 차 입자크기를 줄인 NCM622 물질을 합성하였다. 상기 양극 활물질은 PO43- 음이온이 농도 구배를 가지고 도핑됨가 동시에 1 차 입자의 크기를 중심부와 표면부를 일정하게 만들어 더 밀집도있는 양극 활물질이 합성될 뿐만아니라 도핑함으로써 고전압에서의 구조적 안정성을 야기하여 가학적인 조건에서 고동했을 시 4.5V, 1C 전류밀도에서 용량유지율이 13% 향상되었고 출력 특성 또한 5% 향상 되었다.
Kibeom Hwang Major in nano-engineering Department of integrative Engineering The Graduate School, Chumg-Ang University To improve cycling performance under a high cut-off potential of 4.5 V, Ni-rich LiNi0.88Co0.1Al0.02O2 cathode materials with an isolated core porous layer (CPL) are prepared via the...
Kibeom Hwang Major in nano-engineering Department of integrative Engineering The Graduate School, Chumg-Ang University To improve cycling performance under a high cut-off potential of 4.5 V, Ni-rich LiNi0.88Co0.1Al0.02O2 cathode materials with an isolated core porous layer (CPL) are prepared via the addition of Al salt during hydroxide precursor co-precipitation. The uniform isolated core porous layer is formed inside the resulting active material particles, which can be provided high mechanical strength and a spherical particle shape similar to conventional cathode materials. When applied as a cathode, the 4.5 V cut-off cycling performance is greatly improved by reducing the volume expansion/contraction associated with anisotropic mechanical stress when transforming from the hexagonal (2) to the hexagonal (3) phase, which resulted in reduced inner particle crack propagation. The reversible discharge capacity is 222.8 mAh/g at 0.1 C, which is indicative of full charge utilization using transition metals (corresponding to a 0.80 Ni transition state change). Importantly, the cathode electrode constructed with our material exhibits 75.0% capacity retention after 100 cycles under a harsh current rate of 1 C and a cut-off voltage of 4.5 V, which is one of the best performances from an Ni- rich cathode material reported previously. Galvanostatic Intermittent Titration Technique(GITT) and AC-impedance tests reveal the lithium ion diffusion coefficient and low total resistance variance after 100 cycles. PO43- doped NCM materials were synthesized by co-precipitation. The synthesized NCM materials showed enganced structural stability when they were in harsh conditions to reach higher energy & power density. On this thesis, synthesis method and investigation on the NCM materials are presented to show effect of PO43- polyanion doping. Such NCM materials showed improved capacity retention(13%) and rate capability(5%) at 4.5V.
Kibeom Hwang Major in nano-engineering Department of integrative Engineering The Graduate School, Chumg-Ang University To improve cycling performance under a high cut-off potential of 4.5 V, Ni-rich LiNi0.88Co0.1Al0.02O2 cathode materials with an isolated core porous layer (CPL) are prepared via the addition of Al salt during hydroxide precursor co-precipitation. The uniform isolated core porous layer is formed inside the resulting active material particles, which can be provided high mechanical strength and a spherical particle shape similar to conventional cathode materials. When applied as a cathode, the 4.5 V cut-off cycling performance is greatly improved by reducing the volume expansion/contraction associated with anisotropic mechanical stress when transforming from the hexagonal (2) to the hexagonal (3) phase, which resulted in reduced inner particle crack propagation. The reversible discharge capacity is 222.8 mAh/g at 0.1 C, which is indicative of full charge utilization using transition metals (corresponding to a 0.80 Ni transition state change). Importantly, the cathode electrode constructed with our material exhibits 75.0% capacity retention after 100 cycles under a harsh current rate of 1 C and a cut-off voltage of 4.5 V, which is one of the best performances from an Ni- rich cathode material reported previously. Galvanostatic Intermittent Titration Technique(GITT) and AC-impedance tests reveal the lithium ion diffusion coefficient and low total resistance variance after 100 cycles. PO43- doped NCM materials were synthesized by co-precipitation. The synthesized NCM materials showed enganced structural stability when they were in harsh conditions to reach higher energy & power density. On this thesis, synthesis method and investigation on the NCM materials are presented to show effect of PO43- polyanion doping. Such NCM materials showed improved capacity retention(13%) and rate capability(5%) at 4.5V.
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