Waste LCD Glass-Directed Fabrication of Silicon Particles for Lithium Ion Battery Anodes = Waste LCD Glass-Directed Fabrication of Silicon Particles for Lithium Ion Battery Anodes
저자
( Woohyeon Kang ) ; ( Jae-chan Kim ) ; ( Dong-wan Kim ) 연구자관계분석
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2019
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-주제어
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학술저널
수록면
360-360(1쪽)
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Silicon (Si) has been considered as the most potential alternative to commercial graphite anodes in lithium-ion batteries thanks to its high specific capacity (4200 mA h g<sup>-1</sup>) and appropriate working voltage (~0.2 V vs. Li/Li<sup>+</sup>). Nonetheless, the drastic volume expansion (~300%) and low coulombic efficiency are still challenging for commercialization of Si anodes. Numerous research have been reported to solve the capacity fading with outperforming electrochemical energy density but most synthesis approaches include expensive precursors and hazardous processes. In terms of cost-effectiveness and environmental benignity, silica (SiO<sub>2</sub>) in industrial wastes such as glass bottles and windshield glass can be promising precursors.
In waste LCD panels, main component of LCD glass substrates is aluminoborosilicate which is an applicable precursor of Si particles. Until now, waste LCD panels have been buried in landfills but their abundance will increase to reach 5539 km2 until 2020 in a total display area. However, the synthesis of recycled LCD glass-derived Si particles has never been reported yet due to some inert metal oxides in waste LCD glass.
Herein, we propose the low cost and eco-friendly fabrication of Si particles via a magnesiothermic reduction using waste LCD glasses and their application to lithium ion battery anodes. Firstly, in order to eliminate impurities except SiO<sub>2</sub>, ball milling and acidic treatment of waste LCD glass was undertaken. Pre-processed waste LCD glass powders were reduced to Si at 650 °C for 6 hrs in argon through magnesiothermic reduction followed by further acidic treatment. From crystal structural and morpholgical analyses, the LCD glass was successfully converted into high-purity Si particles. The anodes prepared by these Si particles exhibited the large initial discharge capacity of 4290 mA h g<sup>-1</sup> but underwent rapid decrease in reversible capacities upon subsequent cycles. In order to improve electrochemical performances in cost-effective manner, we adopted anode post-treatment (called “maturation”) by storing the as-fabricated anodes in a humid chamber for 48 hrs. The matured waste LCD glass-directed Si anodes exhibited high reversible capacities and enhanced cycle life due to improved mechanical stability by the reinforcement of cohesion and adhesion between anode components and copper current collector.
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