$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

다양한 형태 및 구조의 망간산화물 및 망간수산화물 전구체로부터 합성한 LiMn2O4양극의 전기화학적 특성 연구
Electrochemical Characteristics of LiMn2O4 Cathodes Synthesized from Various Precursors of Manganese Oxide and Manganese Hydroxide 원문보기

전기화학회지 = Journal of the Korean Electrochemical Society, v.15 no.3, 2012년, pp.172 - 180  

이종문 (아주대학교 에너지시스템학부) ,  김주성 (아주대학교 에너지시스템학부) ,  홍순기 (아주대학교 에너지시스템학부) ,  이정진 (아주대학교 에너지시스템학부) ,  안한철 (아주대학교 에너지시스템학부) ,  조원일 (한국과학기술연구원 에너지융합연구단) ,  모선일 (아주대학교 에너지시스템학부)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

리튬이온전지의 양극소재인 $LiMn_2O_4$를 다양한 모양과 크기의 망간산화물 및 망간수산화물 전구체를 사용해서 합성하였다. 첫 번째 단계로 수열합성법이나 침전법을 사용하여 ${\alpha}-MnO_2$, ${\beta}-MnO_2$, $Mn_3O_4$, amorphous $MnO_2$$Mn(OH)_2$ 등의 전구체를 합성하였고, 두 번째 단계로 이들 전구체로부터 고상법을 사용하여 다양한 형태의 $LiMn_2O_4$를 제조하였다. 합성된 $LiMn_2O_4$의 특성은 주사전자현미경XRD Rietveld구조분석을 통해 확인하고, Li coin cell로 조립하여 전극특성을 측정하였다. 500 nm크기의 팔면체(nano-octahedron) $LiMn_2O_4$가 1 C-rate와 50 C-rate에서 각각 107 mAh $g^{-1}$, 99 mAh $g^{-1}$의 높은 전지용량을 나타내며, 다양한 방전전류에서 가장 우수한 전기화학적 특성을 보인다. 3차원 팔면체 결정입자가 1차원 막대모양이나 2차원 판상모양의 다른 형태의 $LiMn_2O_4$보다 구조적 안정성도 우수한 것으로 평가된다. 또한 10 C-rate의 높은 전류로 500회 충 방전이 진행된 후에도 nano-octahedron $LiMn_2O_4$는 단지 5%의 용량감소(95% capacity retention)로 우수한 전극특성을 나타냈다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The $LiMn_2O_4$ cathodes for lithium ion battery were synthesized from various precursors of manganese oxides and manganese hydroxides. As the first step, nanosized precursors such as ${\alpha}-MnO_2$ (nano-sticks), ${\beta}-MnO_2$ (nano-rods), $Mn_3O_4$ (...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 1에는 1단계에서 제조한 망간산화물 및 망간수산화물 전구체들의 X-선회절(XRD) 피크 패턴을 나타내었다. 각 전구체들의 결정성 및 구조를 확인할 수있도록 참고자료도 함께 제시하였다. 전구체 Mn3O4분말의 XRD피크들이 참고자료(ICSD #109250)의 피크 패턴과 잘 일치하였고, I41/amdS의 space group을 가진 tetragonal 구조이다.
  • 본 연구에서는 입자 크기 및 형태가 양극소재로 사용되는 LiMn2O4의 전기화학적 특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 1 차구조인 α-MnO2(나노-봉 모양), β-MnO2(나노-막대 모양), 2 차구조인 Mn(OH)2(나노판상 모양), 3 차구조인 Mn3O4(나노-팔면체 구조), 또한 무정형의 MnO2등과 같은 다양한 망간산화물 및 망간수산화물 전구체를 제조하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
α-MnO2와 β-MnO2를 전구체로 사용하면 어떤 형태의 LiMn2O4가 생성되는가? LiMn2O4의 입자 크기, 형태, 구조 등이 전기화학적 특성에 어떤 영향을 미치는 지를 알아 보기 위해서, 다양한 형태의 망간산화물 및 망간수산화물 전구체를 이용하여 모양과 크기가 제어된 LiMn2O4를 합성하였다. 막대모양의 α-MnO2와 β-MnO2의 전구체를 사용할 경우에는 1 차구조인 nanostick과 nanorod 형태의 LiMn2O4가 생성되었고, 판상구조의Mn(OH)2 전구체를 사용할 경우에는 2차구조인 nanoplate형태의 LiMn2O4를 제조할 수 있었다. 또한 Mn3O4와 무정형의 MnO2의 전구체를 사용할 경우에는 입자의 크기가 다양한 octahedron 형태의 LiMn2O4가 생성됨을 확인하였다.
망간산화물 및 망간수산화물 전구체는 어떤 방법으로 합성하였나? 리튬이온전지의 양극소재인 $LiMn_2O_4$를 다양한 모양과 크기의 망간산화물 및 망간수산화물 전구체를 사용해서 합성하였다. 첫 번째 단계로 수열합성법이나 침전법을 사용하여 ${\alpha}-MnO_2$, ${\beta}-MnO_2$, $Mn_3O_4$, amorphous $MnO_2$ 및 $Mn(OH)_2$ 등의 전구체를 합성하였고, 두 번째 단계로 이들 전구체로부터 고상법을 사용하여 다양한 형태의 $LiMn_2O_4$를 제조하였다. 합성된 $LiMn_2O_4$의 특성은 주사전자현미경과 XRD Rietveld구조분석을 통해 확인하고, Li coin cell로 조립하여 전극특성을 측정하였다.
LiMn2O4이 가진 문제점은? 1 V의 Mn3+/Mn4+ 산화환원 전압은 다른 양극소재에 비해 높은 편이다. 반면에 높은 전압구간에서의 전해질 불안정성,3)심한 방전 시 Mn3+의 Jahn-Teller 뒤틀림4-11) 그리고 방전할 때 망간이온의 용출6-14) 등과 같은 문제점을 지니고 있다. LiMn2O4 는 격자 내에 리튬이온이 부족하거나 격렬한 방전 조건에서는 Mn4+에 비해 Mn3+가 상대적으로 많아진다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (28)

  1. J. B. Goodenough, 'Rechargeable batteries: challenges old and new' J. Solid State Electrochem., 16, 2019 (2012). 

  2. J. W. Fergus, 'Recent developments in cathode materials for lithium ion batteries' J. Power Sources, 195, 939 (2010). 

  3. D. H. Jang and S. M. Oh, 'Electrolyte effects on spinel dissolution and cathodic capacity losses in 4 V vs Li/ $Li_{x}Mn_{2}O_{4}$ rechargeable cells' J. Electrochem. Soc., 144, 10, 3342 (1997). 

  4. A. Yamada and M. Tanaka, 'Jahn-Teller structural phase transition around 280 K in Li $Mn_{2}O_{4}$ ' Mater. Res. Bull., 30, 6, 715 (1995). 

  5. C. Y. Ouyang, S. Q. Shi, and M. S. Lei, 'Jahn-Teller distortion and electronic structure of Li $Mn_{2}O_{4}$ ' J. Alloys Compd., 474, 370 (2009). 

  6. Y. Xia and M. Yoshio, 'An investigation of lithium ion insertion into spinel structure Li-Mn-O compounds' J. Electrochem. Soc., 143, 3, 825 (1996). 

  7. J. Reed and G. Ceder, 'Role of electronic structure in the susceptibility of metastable transition-metal oxide structures to transformation' Chem. Rev., 104, 10, 4513 (2004). 

  8. W. Yang, G. Zhang, J. Xie, L. Yang, and Q. Liu, 'A combustion method to prepare spinel phase Li $Mn_{2}O_{4}$ cathode materials for lithium-ion batteries' J. Power Sources, 81, 412 (1999). 

  9. T. Takada, H. Hayakawa, H. Enoki, E. Akiba, H. Slegr, I. Davidson, and J, Murray, 'Structure and electrochemical characterization of $Li_{1+x}Mn_{2-x}O_{4}$ spinels for rechargeable lithium batteries' J. Power Sources, 81, 505 (1999). 

  10. H. W. Chan, J. G. Duh, and S. R. Sheen, 'Li $Mn_{2}O_{4}$ cathode doped with excess lithium and synthesized by co-precipitation for Li-ion batteries' J. Power Sources, 115, 110 (2003). 

  11. F. F. C. Bazito and R. M. Torresi, 'Cathodes for lithium ion batteries: the benefits of using nanostructured materials' J. Braz. Chem. Soc., 17, 4, 627 (2006). 

  12. L. -F. Wang, C. -C. Ou, K. A. Striebel, and J.-S. Chen, 'Study of Mn dissolution from Li $Mn_{2}O_{4}$ spinel electrodes using rotating ring-disk collection experiments' J. Electrochem. Soc., 150, 7, A905 (2003). 

  13. J. Park, J. H. Seo, G. Plett, W. Lu, and A. M. Sastry, 'Numerical simulation of the effect of the dissolution of Li $Mn_{2}O_{4}$ particles on Li-ion battery performance' Electrochem. Solid- State Lett., 14, 2, A14 (2011). 

  14. S. Komaba, N. Kumagai, and Y. Kataoka, 'Influence of manganese(II), cobalt(II), and nickel(II) additives in electrolyte on performance of graphite anode for lithiumion batteries' Electrochem. Acta, 47, 1229 (2002) 

  15. M. Hirayama, H. Ido, K. S. Kim, and W. S. Cho, 'Dynamic structural changes at Li $Mn_{2}O_{4}$ /Electrolyte interface during lithium battery reaction' J. Am. Chem. Soc., 132, 43, 15268 (2010). 

  16. J. McBreen, 'The application of synchrotron techniques to the study of lithium-ion batteries' J. Solid State Electrochem., 13, 7, 1051 (2008). 

  17. K. T. Lee and J. Cho, 'Roles of nanosize in lithium reactive nanomaterials for lithium ion batteries' Nano Today, 6, 1, 28 (2011). 

  18. R. Vacassy, H. Hofmann, N. Papageorgiou, and M. Gratzel, 'Influence of the particle size of electrode materials on intercalation rate and capacity of new electrodes' J. Power Sources, 81, 621 (1999). 

  19. H. -W. Lee, P. Muralidharan, and D. -K. Kim, 'Synthesis of one-dimensional spinel Li $Mn_{2}O_{4}$ nanostructures as a positive electrode in lithium ion battery' J. Korean Ceramic Soc., 48, 5, 379 (2011). 

  20. Y. Yang, C. Xie, R. Ruffo, H. Peng, D.K. Kim, and Y. Cui, 'Single nanorod devices for battery diagnostics: a case study on Li $Mn_{2}O_{4}$ .' Nano Lett., 9, 12, 4109 (2009). 

  21. H. W. Lee, P. Muralidharan, R. Ruffo, C. M. Mari, Y. Cui, and D. K. Kim, 'Ultrathin spinel Li $Mn_{2}O_{4}$ nanowires as high power cathode materials for Li-ion batteries' Nano Lett., 10, 10, 3852 (2010). 

  22. X. Zhang, Z. Xing, L. Wang, Y. Zhu, Q. Li, J. Liang, Y. Yu, T. Huang, K. Tang, Y. Qian, and X. Shen, 'Synthesis MnO@C core-shell nanoplates with controllable shell thickness and their electrochemical performance for lithium-ion batteries' J. Mater. Chem., in press, (2012). 

  23. E. Hosono, T. Kudo, I. Honma, H. Matsuda, and H. Zhou, 'Synthesis of single crystalline spinel Li $Mn_{2}O_{4}$ nanowires for a lithium ion battery with high power density' Nano Lett., 9, 3, 1045 (2009) 

  24. Y. Li, H. Tan, X. Y. Yang, B. Goris, J. Verbeeck, S. Bals, P. Colson, R. Cloots, G. Van Tendeloo, and B.L. Su, 'Well shaped $Mn_{3}O_{4}$ nano-octahedra with anomalous magnetic behavior and enhanced photodecomposition properties' Small, 7, 4, 475 (2011). 

  25. S. C. Pang, S. F. Chin, and C. Y. Ling, 'Controlled synthesis of manganese dioxide nanostructures via a facile hydrothermal route' J. Nanomater., 2012, 1 (2012). 

  26. X. Wang and Y. Li, 'Selected-control hydrothermal synthesis of alpha and beta $MnO_{2}$ single crystal nanowires' J. Am. Chem. Soc., 124, 12, 2880 (2002). 

  27. B. Tang, G. Wang, L. Zhuo, and J. Ge, 'Novel dandelionlike beta-manganese dioxide microstructures and their magnetic properties' Nanotechnology, 17, 4, 947 (2006). 

  28. Y. -J. Yang, E. -H. Liu, L. M. Li, Z. -Z. Huang, H. -J. Shen, and X. -X. Xiang, 'Nanostructured amorphous $MnO_{2}$ prepared by reaction of $KMnO_{4}$ with triethanolamine' J. Alloys Compd., 505, 2, 555 (2010). 

저자의 다른 논문 :

LOADING...

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

BRONZE

출판사/학술단체 등이 한시적으로 특별한 프로모션 또는 일정기간 경과 후 접근을 허용하여, 출판사/학술단체 등의 사이트에서 이용 가능한 논문

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로