Structural changes in a lithium-ion battery during electrochemical cycling using an in-situ neutron diffraction study
- 주제(키워드) lithium-ion battery
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 김건
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 2
- 학위구분 석사
- 학과 일반대학원 화학과
- 세부전공 물리화학전공
- 원문페이지 72 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000033630
- 본문언어 영어
- 제출원본 000045698111
초록/요약
The structural changes of the components within the fabricated lithium-ion battery (LiMn2O4 cathode, graphite anode) were studied using in situ, ex-situ neutron diffraction during electrochemical cycling. During the charge up to different state, the in-situ neutron diffraction patterns for the lithium-ion battery track the structural changes of each component. At the stage of charge 0%, there was no significant change in the cathode and anode. When the cell charged to stage of charge 33%, lithium was extracted from the spinel LiMn2O4 cathode, and then inserted to carbon become to the LiC12. When the cell charged to stage of charge 66%, the carbon is become to form the LiC12 and LiC6. After the cell charged to stage of charge 100%, the peak of LiC6 is increased, and correspondingly the peak of LiC12 is decreased. In the charged state, a two-phase region exists and is composed of the LiC12 and LiC6 phase. After cycling, the mole fraction of LiC12 and LiC6 phase has changed at the state of charge 100%. The content of LiC12 is increased and content of LiC6 is decreased associated the capacity fading. At the state of charge0% after cycling, the lattice parameter of LiMn2O4 is decreased. It means the content of Li in LiMn2O4 is decreased too.
more초록/요약
리튬 이차전지 구성요소의 충방전 과정 중의 구조적 변화를 in-situ 및 ex-situ 중성자 회절법을 사용하여 연구하였다. 각 단계별로 충전하였을 시 리튬 이차전지의 구성요소의 구조가 in-situ 중성자 회절 패턴에서 변화하는 것을 관찰 할 수 있었다. 충전이 0% 진행 시 양극과 음극의 구조에는 별다른 변화가 없었다. 충전이 33% 진행 시 양극 활물질인 스피넬 LiMn2O4에서 추출된 리튬이 음극 활물질인 흑연에 삽입하여 LiC12를 형성하였다. 충전이 66% 진행 시에는 흑연이 LiC12와 LiC6를 형성하였다. 충전이 100% 진행 후에는 형성된 LiC6 peak intensity가 증가 되었으며 상응하게 LiC12 peak intensity가 감소되었다. 충전 되는 과정 중에는 LiC12와 LiC6 두 상이 동시에 존재 한다는 것을 알 수 있다. 충방전 진행 된 후 충전이 100% 진행된 단계에서 형성된 LiC12와 LiC6의 mole fraction이 변화하였다. 용량 감소에 따라 LiC12의 양은 증가 되었으며 LiC6의 양은 상대적으로 감소하였다. 또한 충방전 후 충전이 0% 되었을 때에는 LiMn2O4의 셀 격자상수가 감소하였다. 이는 LiMn2O4에 함유하고 있는 리튬 양이 감소하였다는 것을 설명한다.
more목차
Abstract i
Table of Contents iii
List of figures iv
List of tables vii
1. Introduction 1
1. 1. LiMn2O4 cathode 8
1. 2. Carbon anode 11
2. Experimental 12
2.1. Sample preparation 12
2.2. Ex-situ neutron diffraction 13
2.3. In-situ neutron diffraction 13
2.4. Characterization 14
2.5. Electrochemical tests 14
3. Results and Discussion 17
3.1. Ex-situ neutron diffraction analysis 17
3.2. In-situ neutron diffraction analysis 29
3.3. After cycling performance 43
3.4. Discussion 53
4. Conclusion 57
5. References 59
