| WPM 고성능 이차전지소재 사업단 소식지 | 2017.01 |
기술정보
[엘앤에프] Co 와 Mn의 비율에 따른 Ni-rich NCM 층상계 양극소재의 전기화학적 특성 연구
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| Figure 1. Powder XRD patterns of Ni-rich Li[Ni0.85CoxMn0.15-x]O2 (x=0, 0.05, 0.1, 0.15) |
| Figure 2. SEM images of Ni-rich Li[Ni0.85CoxMn0.15-x]O2 (x : (a)=0, (b)=0.05, (c)=0.1, (d)=0.15) |
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| Figure 3. Electrochemical performance of Ni-rich Li[Ni0.85CoxMn0.15-x]O2 in the voltage window of 2.7-4.3 V at 30 and 55oC. (a), (c) First charge/discharge curves at a rate of 0.1C,(b),(d) capacity retention for 100 cycles at a rate of 0.5C. |
| Figure 4. Rate capability of Ni-rich Li[Ni0.85CoxMn0.15-x]O2 electrodes in the voltage window of 2.7-4.3 V. Electrodes were charged at 0.2C and discharged at the corresponding rates. |
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| Fig. 5. DSC profiles of Ni-rich Li[Ni0.85CoxMn0.15-x]O2 electrodes with a scan rate 5oC/min. Cells were charged to 4.3 V at the rate of 0.2C. |
| Fig. 6. In situ XRD patterns of (a) Li[Ni0.85Co0.00Mn0.15]O2 and (b) Li[Ni0.85Co0.05Mn0.10]O2 cathodes collected during the first charge to 4.3 V in the (003) region. |
- Title: Control of electrochemical properties of nickel-rich layered cathode materials for lithium ion batteries by variation of the manganese to cobalt ratio Journal of Power Sources 275 (2015) 877-883
- Ni 의 함량이 0.85인 Ni-rich NCM 양극소재에 대해서 Co와 Mn의 비율을 조절함에 따라 물리적, 전기화학적 특성이 어떠한 상관관계를 가지는지에 대한 연구가 Power source 저널에 소개되었다. - XRD 측정 결과 Co의 함량이 높아짐에 따라 층상구조가 잘 발달하고 양이온 혼합이 줄어드는 결과가 나타나는데, 그 이유로는 Co의 함량이 높아짐에 따라 LCO의 결정학적 특징이 발현된다는 것과 Co의 비율이 높아짐에 따라 상대적으로 Mn4+의 비율이 낮아지면서, Ni2+ 의 비율도 동시에 낮아져 이로 인해 양이온혼합이 억제되는 효과를 준다고 설명하고 있다. - Mn과 Co의 함량에 따라 초기 충/방전과정에서는 방전용량의 차이는 보이지 않는데, 이는 Ni이 주된 redox 종이기 때문에 Co의 영향이 거의 없다는 것으로 설명 하고 있다. 수명특성과 율특성에서는 Mn과 Co의 비율에 따라서 Trade off 되는 결과를 나타내는데, 이는 Mn의 함량이 높아지면 Mn-O 간의 bonding energy가 높기 때문에 구조적 안정성을 높여 수명특성을 향상시키지만, 반면에 Li이 intercalation 될 때 필요한 energy barrier 또한 높아지고, 또한 상대적으로 전기전도성이 높은 Co의 비율이 낮아지면서 율특성이 저하되기 때문이라고 설명하고 있다. - Mn의 비율이 높으면 열 및 구조적 안정성을 동시에 확보가능하며 비교적 적은 Co의 비율에는 율특성에서 큰 차이가 나지 않고 충/방전 과정동안 구조적 안정성을 잘 유지하기 때문에 Li[Ni0.85Co0.05Mn0.10]O2가 논문에서는 최적의 비율임을 보고하고 있다. (Nano Letters, 16 (2016), 7261-7269)
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[서울대학교] Lithium-free transition metal monoxides for positive electrodes in lithium-ion batteries
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| 그림 Mn redox reaction and fluorine ion contribution | 그림 Capacity-tunable LiF-C/Mn3O4 nanocomposite cathode materials |
- Title: Lithium-free transition metal monoxides for positive electrodes in lithium-ion batteries 대한민국 서울대학교 재료공학부 강기석 교수 연구팀(정성균 연구원)이 기존 리튬이차전지 양극소재를 대체 할 수 있는 새로운 개념의 나노복합소재를 성공적으로 개발하고 동시에 에너지 저장 반응의 메커니즘을 규명했다고 2017년 1월 24일 Nature Energy에 발표하였다. - 연구팀은 리튬 화합물과 전이금속 화합물의 단순한 기계화학적 혼합을 통해 나노복합양극소재를 개발하였으며, 특히 기존에는 양극 소재로 사용될 수 없었던 일산화메탈(MO)을 이용하여 양극 소재를 개발하였다. 가격이 저렴하고, 자연계에 풍부한 철산화물, 망간산화물을 각각 이용하여, 양극 특성 구현에 모두 성공하였으며, 개발된 나노복합양극소재가 리튬 화합물로부터 형성된 음이온의 전이금속 화합물 표면 흡탈착 반응을 통해 에너지를 저장한다는 사실을 규명했다고 밝혔다. 지금까지 현존하는 리튬이차전지의 양극소재는 전기화학 반응에 필요한 리튬과 산화 및 환원을 할 수 있는 전이금속을 하나의 결정 구조 내에 포함해야하는 조건을 가지고 있었으나, 이 모든 조건을 만족하는 소재는 자연계에 그 수가 매우 적고 특히 전기자동차와 같은 높은 에너지 밀도의 수요를 충족시켜 줄 소재는 더더욱 제한적이었다. - 이 기술을 활용하면 기존에는 리튬이차전지 양극 소재로 활용되기 어려웟던 자연계에 존재하는 수 많은 전이금속 화합물을 단지 리튬화합물과의 기계화학적 혼합을 통해 양극 소재로 활용할 수 있다고 밝혔다. (Nature Energy , 2016) |
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[유미코아] A closed-loop process for recycling ....
| A closed-loop process for recycling LiNixCoyMn(1-x-y)O2 from mixed cathode materials of lithium-ion batteries |
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| [Green Energy & Environment, In-press] - A novel approach to recover and reuse different elements (Mn, Ni, and Co) from different types of spent cathode materials (e.g. LiCoO2, LiMn2O4, LiNixCoyMnzO2 and LiFePO4) of commercial LIBs - Recovering Equation 2LiCoO2+3H2SO4+H2O2→2CoSO4+Li2SO4+4H2O+O2↑ (1) 2LiNiO2+3H2SO4+H2O2→2NiSO4+Li2SO4+4H2O+O2↑(2) 2LiMn2O4+5H2SO4+H2O2→4MnSO4+Li2SO4+6H2O+2O2 ↑(3) 6LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2+9H2SO4+3H2O2→2NiSO4+2CoSO4+2MnSO4+3O2+3Li2SO4+12H2O (4) - Very similar to those of fresh-synthesized sample at all rates, indicating the recovered Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2 can be used as raw material to synthesize high quality LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2. |
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