[논문]건식 스피드 믹서를 이용한 PFO 피치 코팅 천연 흑연의 전기화학적 성능

윤재웅; 이종대

doi:10.9713/kcer.2021.59.3.410

건식 스피드 믹서를 이용한 PFO 피치 코팅 천연 흑연의 전기화학적 성능
Electrochemical Performance of PFO Pitch coated Natural Graphite using Dry Speed Mixer 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.59 no.3, 2021년, pp.410 - 416

초록
AI-Helper

본 연구에서는 천연 흑연의 용량과 안정성을 개선하기 위해 석유계 피치로 코팅된 천연 흑연을 제조하여 전기화학적 성능을 평가하였다. 천연흑연과 피치를 건식 스피드 믹서를 이용해 코팅하였으며, 믹서의 회전 속도, 시간, 흑연과 피치의 조성, 피치의 연화점을 변화시키면서 음극 활물질을 제조하였다. 제조된 음극 활물질의 물리적 특성은 SEM, TEM, PSD를 이용해 분석하였으며, 전기화학적 성능은 사이클, 율속, 임피던스, 순환전압 전류 테스트를 통해 조사하였다. 9000 RPM, 10 wt%, 2 h, 연화점 150 ℃ 조건에서 코팅된 천연 흑연을 0.1 C에서 전기화학적 특성을 테스트 하였을 때, 324.5 mAh/g 의 가장 높은 용량과 50 사이클 이후 98.9%의 용량 유지율을 보였다. 고속 충·방전을 위한 테스트에서는 5 C/0.1 C 용량 유지율은 80.3%로 나타났으며, 코팅되지 않은 천연흑연보다 약 1.7 배로 향상된 용량 유지율을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

To improve the capacity and stability of natural graphite, the electrochemical performances were investigated by using the prepared natural graphite coated with petroleum pitch for anode materials. The pitch coated natural graphite was prepared using a dry speed mixer by adjusting the rotation speed of the mixer, time, composition of graphite and softening point of the pitch. The physical properties of the anode material were analyzed using SEM, TEM, and PSD. The electrochemical performances were investigated by cycle, C-rate, EIS and CV test. When the pitch coated natural graphite was tested in the condition of 9000 RPM, 10 wt%, 2 h, and softening point of 150 ℃, it showed the highest capacity of 324.5 mAh/g at 0.1 C and a capacity retention rate of 98.9% after 50 cycles. In the test for evaluating rate performance, the capacity retention rate (5 C/0.1 C) was 80.3% and was improved by about 1.7 times over the pristine natural graphite.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. SEM images of pitch coated graphite: (a) natural graphite, (b) 1 h, (c) 2 h, (d) 4 h.
그림 Fig. 2. SEM images of pitch coated graphite: 9000 RPM, 2 h, SP 150 oC, (a) natural graphite, (b) 10 wt%, (c) 20 wt%.
그림 Fig. 3. Particle size distributions of anode materials: (a) Time, (b) Rotation Speed, (c) Ratio, (d) Softening Point.
그림 Fig. 4. TEM images of pitch coated graphite over softening point:9000 RPM, 10 wt%, SP 150 oC (a) 2 h, (b) 4 h
그림 Fig. 5. Cycle performances of Pitch coated Graphite : (a) Ratio, (b) Rotaion Speed, (c) Softening Point.
그림 Fig. 6. Rate performance of Pitch coated Graphite: (a) Natural Graphite, (b) SP 150 ºC, (c) SP 200 ºC
그림 Fig. 7. Nyquist Plots of pitch coated graphite: (a) Ratio, (b) Softening Point.
그림 Fig. 8. Cyclic voltammetry curves of pitch coated graphite: 9000 RPM, 10 wt%, 2 h, SP 150 ºC.

참고문헌 (20)

Liang, G., Qin, X., Zou, J., Luo, L., Wang, Y., Wu, M., Zhu, H., Chen, G., Kang, F. and Li, B., "Electrosprayed Silicon-embedded Porous Carbon Microspheres as Lithium-ion Battery Anodes with Exceptional Rate Capacities," Carbon, 127, 424-431(2018).

상세보기
Kawamoto, M., He, P. and Ito, Y., "Green Processing of Carbon Nanomaterials," Adv. Mater, 29, 1602423(2017).

상세보기
Park, Y., Hong, Y. K. and Lee, K., "Effect of Amorphous Carbon-Coating on Low-purity Natural Graphite as An Anode ActiveMaterial for Lithium-ion Batteries," J. Ceram. Process. Res., 18(7), 488-493(2017).
Lee, M. L., Li, Y. H., Liao, S. C., Chen, J. M., Yeh, J. W. and Shih, H.C., "Li 4 Ti 5 O 12 -coated Graphite Anode Materials for Lithium-ion Batteries," Electrochimica. Acta., 112, 529-534(2013).

상세보기
Peled, E., Golodnitsky, D., Menachem, C. and Bar-Tow, D., "An Advanced Tool for the Selection of Electrolyte Components for Rechargeable Lithium Batteries," J. Electrochem. Soc., 145, 3482-3486(1998).

상세보기
Park, D. Y., Park, D. Y., Lan, Y., Lim, Y. S. and Kim, M. S., "High Rate Capability of Carbonaceous Composites as Anode Electrodes for Lithium-ion Secondary Battery," Ind. Eng. Chem. Res., 15, 588-594(2009).

상세보기
Jo, Y. J. and Lee, J. D., "Electrochemical Characteristics of Artificial Graphite Anode Coated with Petroleum Pitch treated by Solvent," Korean Chem. Eng. Res., 57(1), 5-10(2019).
Yoon, S. H., Kim, H. J. and Oh, S. M., "Surface Modification of Graphite by Coke Coating for Reduction of Initial Irreversible Capacity in Lithium Secondary Batteries," J. Power Sources., 94, 68-73(2001).

상세보기
Wang, C., Zhao, H., Wang, J., Wang, J. and Lv, P., "Electrochemical Performance of Modified Artificial Graphite as Anode Material for Lithium Ion Batteries," Solid State Ion., 19, 221(2013).
Wan, C., Li, H., Wu, M. and Zhao, C., "Spherical Natural Graphite Coated by a Thick Layer of Carbonaceous Mesophase for Use as an Anode Material in Lithium Ion Batteries," J. Appl. Electrochem., 39, 1081-1086(2009).

상세보기
Kim, J. H., Xiao, C. F., Go, K., Lee, K. J., and Kim, H. S., "The Effect of Substrate Roughness on the Fabrication and Performance of All-Solid-State Thin-Film Lithium-Ion Battery,C.J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng, 32(6), 437-443(2019).
Canakci, A., Varol, T., Cuvalci, H., Erdemir, F., Ozkaya, S. and Yalcin, E. D., "Synthesis of Novel CuSn 10 -graphite Nanocomposite Powders by Mechanical Alloying," Micro Nano Lett., 9(2), 109-112(2014).

상세보기
Lijia, C., Haibin, C., Rongyong, L. I., Weifeng, H. E. and Yuhui, Y., "Fabrication of Nickel Coatings on Zirconia Balls by Mechanical Ball Milling and the Process Analysis," Materials Science (2021).
Kim, K. H., Lee, S., An, D. and Lee, Y. S., "Effect of β-Resin of Petroleum-based Binder Pitch on Density of Carbon Block," Appl. Chem. Eng., 28(4), 432-436(2017).

원문보기 상세보기
Dominko, R., Bele, M., Gaberscek, M., Remskar, M., Hanzel, D., Pejovnik, S. and Jamnik, J., "Impact of the Carbon Coating Thickness on the Electrochemical Performance of LiFePO 4 /C Composites," ECS J Solid State Sci Technol, 152(3), A607-A610 (2005).
Wan, C., Li, H., Wu, M. and Zhao, C., "Spherical Natural Graphite Coated by a Thick Layer of Carbonaceous Mesophase for Use as An Anode Material in Lithium ion Batteries," J. Appl. Electrochem., 39(7), 1081-1086(2008).

상세보기
Kim, K. S., Kim, J. H., Hwang, J. U., Im, J. S. and Lee, J. D., "Effects of Pitch Softening Point-based on Soft Carbon Anode for Initial Efficeiency and Rate Performance," Korean Chem. Eng. Res. 30(3), 331-336(2019).
Park, D., Park, D., Yu-Lan, Lim, Y. and Kim, M., "High Rate Capability of Carbonaceous Composites as Anode Electrodes for Lithium-ion Secondary Battery," J. Ind. Eng. Chem., 15(4), 588-594(2009).

상세보기
Yang, Y., Wang, Z., Zhou, Y., Guo, H. and Li, X., "Synthesis of Porous Si/graphite/carbon Nanotubes@c Composites as a Practical Highcapacity Anode for Lithium-ion Batteries," Materials Lett., 199, 84-87(2017).

상세보기
Wang, H. and Yoshio, M., "Carbon-coated Natural Graphite Prepared by Thermal Vapor Decomposition Process, a Candidate Anode Material for Lithium-ion Battery," J. Power Sources, 93(1-2), 123-129(2001).

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증