정 부극 재료의 특성에 따른 리튬이온전지의 용량설계

문성인(Seong In Moon),도칠훈(Chil Hoon Doh),윤성규(Seong Kyu Yun),염덕형(Duk Hyung Yun) 한국공업화학회 1998 한국공업화학회 심포지엄 Vol.1 No.-

N/A N/A

충전용량점증분석법(GISOC)에 의한 리튬이차전지 Half Cell 및 Full Cell의 초기 충방전 특성 분석

都七焄(Chil-Hoon Doh),陳鳳洙(Bong-Soo Jin),文成仁(Seong-In Moon),尹文洙(Mun-Soo Yun) 대한전기학회 2004 전기학회논문지C Vol.53 No.2

리튬이온전지용 $LiCoO_2$정극의 도전재료에 따른 초기 충방전 특성

도칠훈,문성인,윤문수,박천준,염덕형,윤성규,Doh Chil-Hoon,Moon Seong-In,Yun Mun-Soo,Yun Suong-Kyu,Yum Duk-Hyung,Park Chun-Jun 한국전기화학회 1999 한국전기화학회지 Vol.2 No.3

리튬이온전지용 $LiCoO_2$ 전극의 super s black 도전재료의 함량에 따른 초기 충방전 특성을 1 mol/l $LiPF_6/EC+DEC(1:3\;by\;w/w)$의 전해액에서 리튬기준전극에 대하여 4.3 V에서 2.0 V의 전위 구간에 대하여 C/4 및 C/2율로 충방전하여 측정하였다. 최초의 충전과정에서 high impedance충전 특성을 보였으며, super s black도전재료를 $3\%w/w$ 사용한 경우, $0.5 mA/cm^2$ 전류밀도의 충전에서 high impedance의 해소에 따라 $3.82\;{\Omega}\;{\cdot}\;g-LiCoCo_2$의 저항 감소를 나타내었으며, $0.728\;{\Omega}{\cdot}g-LiCoCo_2$의 전극저항과 비교하여 약 7배 높은 값을 나타내었다. 제2차 충전에의 high impedance해소는 약 $63\;{\Omega}{\cdot}g-LiCoCo_2$으로서 전극저항의 $12\%$ 정도이며, 제1차 충전의 high impedance해소에 비하여 $1.7\%$의 수준으로 감소하였다. 제1차 충전 및 방전 비용량은 C/4방전율에서 각각 160-161 및 $153\~155mAh/g-LiCoO_2$으로, 쿨롱효율은 $95.4\~96.4\%$였으며, 비가역 비용량은 약 6 mAh/g-$LiCoO_2$였다. 충전종료 지점에서 측정한 비저항은 도전재료 함량 $2\~7\%w/w$범위에서 낮은 값을 나타내어 비가역 비용량 특성의 변화와 일치하였다. 도전재료의 함량 증가에 따라 용량밀도가 감소하였으며, C/4율 방전에서 super s black함량 $2\%w/w$와 $2.9\%w/w$의 도전재료를 사용한 전극의 용량밀도는 각각 447mAh/ml 및 431 mAh/ml였다 Initial electrochemical characteristics of $LiCoO_2$ electrode for lithium ion battery with various content of super s black as conductive material were evaluated through the charge/discharge with the potential range of 4.3V to 2.0V versus $Li^+/Li^+$. The rate of C/4 and C/2 by the 3 electrode test cell composed with an electrolytic solution of 1 mol/l $LiPF_6/EC+DEC(1:3\;by\; weight)$. Lithium was used as reference electrode. High impedance charge behavior was observed at early stage of charge. In the case of $3\%w/w$ of super s black as conductive material, the specific resistance of the high impedance releasing was $3.82\;{\Omega}\;{\cdot}\;g-LiCoCo_2$ at the current density of $0.5 mA/cm^2$, which corresponds 7 times of the specific resistance of electrode $(0.728 g-LiCoO_2)$. At second charge, the specific resistance of the high impedance releasing was 63 mn · g-Lico02, which corresponds 12eio of the specific resistance of electrode and only $1.7\%$ of that of the first charge. The first charge and discharge specific capacities at C/4 rate were 160-161 and $153\~155mAh/g-LiCoO_2$, respectively, to lead $95.4\~96.4\%$ of coulombic efficiencies and ca. $6 mAh/g-LiCoO_2$ of initial irreversible specific capacity. Specific resistance at the end of charge and rest showed low value at content of super s black between 2 and $7\%w/w$, which agreed with characteristics of irreversible specific capacity. Capacity densities were reduced by the increasing the content of conductive material. They were 447 and 431mAh/ml when 2 and $2.9\%w/w$ of super s black were used, respectively, at the rate of C/4.

면상발열체용 Carbon Black/PVDF 복합전극의 물리 및 전기적 특성

도칠훈 ( Chil Hoon Doh ),진봉수 ( Bong Soo Jin ),문성인 ( Seong In Moon ),정영동 ( Young Dong Chung ),정동용 ( Dong Yong Jeong ),방영달 ( Young Dal Bang ) 한국공업화학회 2009 공업화학 Vol.20 No.6

PC 비율에 따른 $LiPF_6/PC+EC+DEC$ 전해액의 물리적 특성 및 탄소분극과의 초기 전기화학적 특성

도칠훈,문성인,윤문수,Doh Chil-Hoon,Moon Seong-In,Yun Mun-Soo 한국전기화학회 2000 한국전기화학회지 Vol.3 No.4

흑연재료를 부극으로 사용하는 리튬2차전지의 유기 전해액으로 propylene carbonate(PC) 용매를 사용하면 흑연층간에 PC의 비가역적 삽입반응으로 인하여 흑연의 exfoliation이 진행된다. 유기전해액으로 ethylene carbonate(EC)를 사용하면 이러한 문제점은 해결되지만, EC의 어는점이 $36.2^{\circ}C$로 높은 것이 단점이다. EC계 전해액에 적정 비율의 PC를 첨가한 혼합 유기 전해액은 전도도가 향상 될 수 있으며, 흑연전극의 exfoliation도 감소시킬 수 있다. EC계 전해액에 첨가한 PC 함량에 따른 유전상수 및 몰전도도를 구하였으며, 동시에 탄소부극에 대한 전기화학적 특성을 조사하였다. $LiPF_6/EC+DEC$ 전해액에 첨가한 PC 함량이 증가하면 유전상수와 몰전도도는 직선적으로 증가하였다. 충방전 시험결과, MCMB-6-28s및 MPCF300의 비가역비용량은 첨가한 PC함량이 $0.83\%$인 경우에는 감소하였으나, 그 이후에는 PC함량에 따라 증가하였다 MPCF3000및 PCG100의 비가역비용량은 PC함량이 $10\%$까지는 50mAh/g이하였다. 그러나, 방전비용량은 첨가한 PC 함량과 관계없이 사용한 탄소재료에 따라서 일정한 값을 나타내었다. The exfoliation of graphite (layer) was progressed due to the irreversible insertion of PC molecules between graphene layers, when propylene carbonate (PC) solvent was used as the organic solvents. The problem could be mitigated by the replacement of PC by ethylene carbonate (EC). But, the freezing point of EC-based electrolyte increased due to the high freezing point of $EC(36.2^{\circ}C)$. Therefore, EC+PC mixed electrolyte is expected as a good organic electrolyte for lithium ion battery. The EC-based organic electrolyte containing PC within pertinent quantity can be expected to have high molar conductivity and reduced exfoliation of graphite layer. The dielectric constant and molar conductivity of $LiPF_6/PC+EC+DEC$ electrolyte was investigated with a variation in the PC content. The electrochemical properties of carbon electrode in the electrolyte were also investigated. Molar conductivity and dielectric constant increased linearly by increasing the PC volume fraction in the electrolyte. The results of charge-discharge test for carbon/electrolyte/Li cell indicated that the initial irreversible specific capacity(IIC) of MCMB-6-28s and MPCF3000 decreased by the addition of $0.83 vol\%$ of PC, but increased with PC content over than $0.83 vol\%$. In the case of MPCF3000 and PCG100 having less than $10 vol\%$ PC, IIC was lower than 50 mAh/g. The discharge specific capacities varied with carbon material, but did not vary with PC content in the electrolyte.

온도에 따른 리튬염 유기전해액 리튬이차전지의 특성

도칠훈,심은기,문성인,윤문수,염대일,노재호,황영기,Doh, Chil-Hoon,Shim, Eun-Gi,Moon, Seong-In,Yun, Mun-Soo,Yeom, Dale,Roh, Jae-Ho,Hwang, Young-Gi 한국전기화학회 2002 한국전기화학회지 Vol.5 No.3

본 연구는 전해액 조성별로 ICR18650전지를 제조하여 $80^{\circ}C$에서 $-30^{\circ}C$까지 온도에서 전지특성을 비교하였다. 1M $LiPF_6,\;EC: DEC$ 전해액에 유전율이 높은 DMC 및 EMC 용매를 첨가한 1M $LiPF_6,\;EC: DEC: DMC(3:5:5)$ 및 1M $LiPF_6,\;EC:\;DEC:\;DMC:\;EMC(3:5:4:1)$ 전해액을 사용한 ICR18650 전지는 고온이나 저온에서 높은 비에너지를 나타내었다. $1M LiPF_6,\;EC:\;DEC:\;DMC(3:5:5)$ 및 $1M LiPF6,\;EC:\;DEC:\;EMC(3:5:4:1)$전해액을 사용한 리튬이온전지의 비에너지는 상온$(25^{\circ}C)$에 대한 $-30^{\circ}C$의 비율로서 각각 $64\%$ 및 $59\%$를 나타내었다. This study investigated characteristics of ICR18650 batteries with different electrolyte compositions in the range of $80^{\circ}C\~-30^{\circ}C$. ICR18650 cells using $1M\;LiPF_6,\;EC:\;DEC:\;DMC(3:5:5)\;and\; 1M\;LiPF_6,\;EC:\;DEC:\;DMC:\;EMC(3:5:4:1)$ electrolyte systems, which DMC and EMC solvent were added in $1M\;LiPF_6,\;EC:\;DEC$ electrolytes have high specific energy in the wide range of temperature. The specific energy of ICR18650 batteries using $1M\;LiPF_6,\;EC:\;DEC:\;DMC(3:5:5)\;and\; 1M\;LiPF_6,\;EC:\;DEC;\:\;DMC:\;EMC(3:5:4:1)$ electrolyte at $-30^{\circ}C\;was\;64\%\;and\;59\%$ of room temperature$(25^{\circ}C)$, respectively.

LPB용 MCMB 부극 도전재로 VGCF를 첨가한 부극의 특성 연구

진봉수,도칠훈,문성인,윤문수,정재국,남효덕,박희구,Jin Bong-Soo,Doh Chil-Hoon,Moon Seong-In,Yun Mun-Soo,Jeong Jae-Kook,Nam Hyo-Duk,Park Hei-Gu 한국전기화학회 2004 한국전기화학회지 Vol.7 No.3

Vapor grown carbon fiber(VGCF)가 각기 달리 첨가된 부극으로 제조된 LPB의 특성을 조사하였다. MCMB를 활물질로, VGCF를 도전재로 사용하였을 경우, 전지의 내부저항과 1차 Ah효율은 VGCF첨가량이 많아질수록 감소하였고 방전 용량과 이용률은 증가하였다. $6wt\%$의 VGCF가 첨가된 부극으로 제조된 전지가 최저 임피던스를 나타내었고, $8wt\%$의 VGCF첨가한 경우는 VGCF를 첨가하지 않은 것과 유사한 임피던스를 나타내었다. $6wt\%$의 VGCF가 첨가된 부극으로 제조된 전지가 최고의 전지 특성을 나타내었다. 이 전지의 내부저항은 실온에서 $0.918\Omega$이였고, 2C에서의 고율 방전 시의 용량은 $93\%$였다. 율 특성과 수명 특성은 $4wt\%$와 $6wt\%$운의 VGCF가 첨가된 부극으로 제조된 전지가 타 전지에 비해 우수하였고 두 경우는 매우 유사한 결과를 나타내었다. $6wt\%$의 VGCF가 첨가된 부극으로 제조된 전지의 경우, 방전 용량은 충방전 사이클링을 진행함에 따라 서서히 감소하여 100회에서 178mAh/g의 비용량을 나타내었으며 이후에는 완만한 감소경향을 나타내었다. $6wt\%$의 VGCF첨가의 경우 이용률은 100회에서 $90\%$ 이상으로 $4wt\%$의 VGCF가 첨가된 부극으로 제조된 전지 보다 우수하였다. An investigation upon the characterization of MCMB anodes with different vapor grown carbon fiber (VGCF) content for application in lithium polymer battery(LPB) was carried out. When VGCF material was used as conducting agent with MCMB active material, the impedance and the initial coulombic efficiency of test cells were found to decrease with the increasing amount of VGCF. On the other hand, as a function of added VGCF the discharge capacity and the utilization linearly with increased. Impedance of test cell with MCMB anode containing $6wt\%$ VGCF exhibited the lowest value whereas the impedance of $8wt\%$ VUF contained anode was similar to that of MCMB anode without VGCF. Interestingly, $6wt\%$ VUF contained anode showed the best battery characteristics. Internal resistance and rate capacity of the cell were. respectively, $0.918{\Omega}\;at\;25C\;and\;93\%$ at 2C. Generally, rate capability and the cycleability of MCMB based test cells with $4\~6wt\%$ VGCF content exhibited better results than the other cells. In the case of $6wt\%$ VGCF containing anode, the discharge capacity of the cell faded slowly with an ultimate charge-discharge cycling capacity of 178mAh/g at the 100th cycle. Thereafter, the discharge capacity faded negligibly and the utilization of the cell at the 100th cycle was more than $90\%$. The effect of addition of VGCF is discussed in detail.

망간산화물 정극의 합제조성에 따른 전자전도특성 및 집전체와의 접착특성

엄승욱,도칠훈,문성인,Eom Seung-Wook,Doh Chil-Hoon,Moon Seong-In 한국전기화학회 2001 한국전기화학회지 Vol.4 No.1

리튬이온전지용 정극활물질인$LiMn_2O_4$ 정극복합제의 조성을 최적화 하기 위하여 활물질, 도전재, 결합제 등의 비표면적 비율을 인자로 이용하였다. 결합제는 최소한의 양으로 사용되어 도포 후, 그리고 전해액에 함침 되었을 때에도 집전체와의 접착력을 유지할 수 있어야 하며, 이를 위해서는 $130^{\circ}C$의 열압착이 효과적이었다. 결합제의 최소 필요량은 활물질 및 도전재의 표면적에 따라 변하는 값으로, 활물질 및 도전재의 전체표면적에 대한 결합제의 무게비율이 $1.1\%$ 이상일 때 탈리가 일어나지 않았다. 정극의 전자전도도를 증가시킴으로서 eel떠 내부저항을 낮출 수 있었으며, 전자전도도를 0.019mS/cm에서 0.036mS/cm로 증가시킴에 따라 0.2C rate에서의 방전용량에 대한 2C rate에서의 방전용량의 비율을 $76\%$에서 $93\%$로 $17\%$개선할 수 있었다. Composite ratio of $LiMn_2O_4$ in cathode was optimized as function of specific surface area. Binder has to be used as possible as little, and it should maintain adhesive property between cathode composite and current collector even though in electrolytes. For this purpose, We used 'Hot Roll Pressing' method, and it was effective. To prevent separation of cathode composite from current collector, PVDF(Polyvinylidenefluoride) has to be mixed more than $1.1\%$ in weight ratio to sum of surface area of lithium manganese oxide and conducting agents. Specific internal resistance was reduced as by increasing electrical conductivity of cathode. And Ratio of 2C rate discharge capacity to 0.2C rate discharge capacity was increased by $17\%$, as increasing electrical conductivity from 0.019 mS/cm to 0.036 mS/cm.

유기전해액에서 루테늄산화물 전극의 전기화학적 특성

도칠훈,진봉수,문성인,윤문수,최상진,육경창,박정식,김상길,이주원,Doh, Chil-Hoon,Jin, Bong-Soo,Moon, Seong-In,Yun, Mun-Soo,Choi, Sang-Jin,Yug, Gyeong-Chang,Park, Jeong-Sik,Kim, Sang-Gil,Lee, Joo-Won 한국전기화학회 2003 한국전기화학회지 Vol.6 No.3

금속산화물 전극을 이용한 전기화학 캐패시터는 일반적으로 산성 수용액 전해질에서 금속산화물에 대한 양성자의 가역적인 전기화학반응을 이용한다. 수계 전해질을. 사용한 수퍼캐패시터는 전위창(electrochemical stability window)이 유기계 전해질을 사용한 수퍼캐패시터에 비해 좁은 문제를 안고 있다. 금속산화물 전극과 리튬 또는 암모늄 이온을 함유한 유기계 전해질을 사용한 전기화학 캐패시터의 특성을 확인하였다. $RuO_2$ 전극을 사용한 전기화학 캐패시터는 1M $LiPF_6$, EC, DEC 및 EMC혼합용매 전해액 중에서 순환전위전류법(주사속도. 2mV/sec, 전위영역: $2.0\~4.2V(Li|Li^+))$으로 산화 및 환원에 대하여 비정전용량을 구한 바, 각각 145 및 $142F/g-RuO_2{\cdot}nH_2O$이었다 Electrochemical capacitor made with metal oxide electrode uses rapid and reversible protonation/deprotonation of metal oxide material under the aqueous acidic solution, generally. Electrochemical stability window of aqueous electrolyte-type capacitor is narrow compared to that of organic electrolyte-type capacitor. Electrochemical characteristics of electrochemical capacitor made with metal oxide electrode and lithium or ammonium cation based organic electrolyte were evaluated. Electrochemical capacitor based on $RuO_2$ electrode material and 1M $LiPF_6$ in mixed solvents of EC, DEC, and EMC has anodic and cathodic specific capacitance of 145 and $142F/g-RuO_2{\cdot}nH_2O$, respectively, by using cyclic voltammetry with scan rate of 2mV/sec $g-RuO_2$ in potential range of $2.0\~4.2V(Li|Li^+))$.

비정질 루테늄 산화물을 사용한 수계 Supercapacitor의 전기화학적 특성

최상진,도칠훈,문성인,윤문수,육경창,김상길,Choi, Sang-Jin,Doh, Chil-Hoon,Moon, Seong-In,Yun, Mun-Su,Yug, Gyeong-Chang,Kim, Sang-Gil 한국전기화학회 2002 한국전기화학회지 Vol.5 No.1

비정질 루테늄 산화물을 사용한 수퍼캐패시터를 개발하였다. 삼염화루테늄 수화물$(RuCl_3{\cdot}xH_2O)$로부터 제조한 비정질의 이산화루테늄 수화물$(RuO_2{\cdot}nH_2O)$을 사용하여 수퍼캐패시터 전극을 제조하였다. 집전체로는 티타늄 및 STS 304박막에 비해 보다 넓은 전위창을 가지는 탄탈륨 박막을 사용하였다. 제조한 전극과 4.8M 황산 전해액을 사용하여 수퍼캐패시터를 제조하였다. 전극의 비정전용량은 순환전위전류분석에서 미분 최대 값으로 산화 및 환원 과정 각각 710 및 $645\;F/g-RuO_2{\cdot}nH_2O$이었으며, 평균값은 $521\;F/g-RuO_2{\cdot}nH_2O$으로 나타났다. 수퍼캐패시터를 포화카로멜기준전극에 대하여 0.5 V로 protonation level을 조정하고, 충방전 시험한 바, $151\;F/g-RuO_2{\cdot}nH_2O$의 비정전용량을 나타내었다. A supercapacitor was developed using an amorphous ruthenium oxide material. The electrode of supercapacitor was prepared using an amorphous ruthenium oxide, which was synthesized from ruthenium trichloide hydrate$(RuCl_3{\cdo5}xH_2O)$. Thin film of tantalum was used as a current collector because it had wide. potential window characteristics than titanium and 575304 materials. A supercapacitor was assembled with ruthenium oxide as an electrode active material and 4.8M sulfuric acid solution as an electrolyte. The specific capacitance of the electrode was tested by a cyclic voltammetry using a half cell. The maximum differential specific capacitances during the oxidative and the reductive scans were 710 and $645\;F/g-RuO_2{\cdot}nH_2O$, respectively. The average specific capacitance was $521\;F/g-RuO_2{\cdot}nH_2O$. The assembled supercapacitor was protonated to the potential level of 0.5V vs. SCE. Super-capacitor, which was adjusted to the appropriate protonation level, had the specific capacitance of $151\;F/g-RuO_2{\cdot}nH_2O$ based on the concept of full cell.