Part I. Electrochemical lithium insertion into polyacrylonitrile (PAN)-based disordered carbons was studied using the techniques of discharge/charge tests, cyclic voltammetry, and $^{7}Li$ NMR spectroscopy. The PAN-based carbons were prepared by vacuum pyrolysis of polyacrylonitrile (PAN) at 500, 800, and 1000℃. They showed charge capacities between 254 and 380 mAh/g in the first cycle. $^{7}Li$ NMR spectra showed two kinds of lithium insertion sites in the PAN-based carbons: a reversible site where lithium is removed in the subsequent charge process and an irreversible site where lithium remains intact. The NMR results suggest that lithium in fully Li-inserted PAN-based carbons has an ionic character, and reversible site lithium resides between negatively charged carbon layers.
Part II. Disordered carbon samples were prepared from four organic polymers: poly[(Z)-1-methoxy-4-phenyl-1-buten-3-yne] [poly(MPBEY)], poly(1,4-diphenyl-1-buten-3-yne) [poly(DPBEY)], poly[5-(2-pyridyl)-2,4-pentadiyn-1-ol] [poly(PyPDO)], and poly(2,4-hexadiyn-1,6-diol) (PHDO). Electrochemical lithium insertion into these disordered carbons was studied with discharge/charge tests, cyclic voltammetry, and $^{7}Li$ nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. In the potential range of 0.0 to 2.5 V vs. Li/$Li^+$, all carbons showed discharge/charge curves with a hysteresis effect unlike typical curves for standard lithium insertion/removal processes in pyrolyzed carbons. This hysteresis may be caused by the lithium-oxygen bonding of the organolithium complexes. $^7Li$ NMR spectra showed two kinds of lithium insertion sites in all carbons: a reversible site from which lithium could be removed in the subsequent charge process and an irreversible site where lithium remains intact. The NMR results suggest that the reversible-site lithium has ionic nature in all of the fully Li-inserted carbons.
Part I. 폴리아크릴로니트릴로부터 제조된 비결정성 탄소 (PAN-based carbons)로의 전기화학적 리튬 삽입에 관한 연구가 충방전 시험, 순환 전압-전류법, 그리고 핵자기공명 분광학을 이용하여 수행되었다. PAN-based carbons은 폴리아크릴로니트릴 (PAN)을 500, 800, 1000℃에서 진공 열분해시켜 제조하였다. 제조된 PAN-based carbons은 첫번째 순환 과정에서 254 ~ 380 mAh/g 사이의 가역적 용량을 보였다. 리튬 핵자기공명 스펙트럼은 두 종류의 리튬 삽입 자리를 보였다. 첫째는 연속되는 충전시 리튬이 탈삽입되는 가역적인 자리이고 둘째는 리튬이 탄소에 그대로 남아있는 비가역적인 자리이다. 충분히 리튬이 삽입된 PAN-based carbons에 존재하는 리튬은 이온 특성를 가진다는 것과 가역적인 자리에 있는 리튬은 음전하를 띠는 탄소 층 사이에 존재한다는 사실을 핵자기공명 스펙트럼으로부터 알 수 있었다.
Part II. 비결정성 탄소가 다음 네 가지 유기 고분자로부터 제조되었다: poly[(Z)-1-methoxy-4-phenyl-1-buten-3-yne] [poly(MPBEY)], poly(1,4-diphenyl-1-buten-3-yne) [poly(DPBEY)], poly[5-(2-pyridyl)-2,4-pentadiyn-1-ol] [poly(PyPDO)], 그리고 poly(2,4-hexadiyn-1,6-diol) (PHDO). 이 비결정성 탄소로의 전기화학적 리튬 삽입에 관한 연구가 충방전 시험, 순환 전압-전류법, 그리고 핵자기공명 분광학을 사용하여 수행되었다 열분해하여 제조된 탄소들에서 일반적으로 나타나는 히스테리시스 현상이 없는 충방전 곡선과는 달리 0.0 ~ 2.5 V (vs. Li/$Li^+$) 사이의 전압에서 충방전시 모든 탄소에서 히스테리시스 현상이 나타났다. 이 히스테리시스 현상은 유기리튬 화합물의 리튬-산소 결합에 기인한 것 같다. 리튬 핵자기공명 스펙트럼은 네 탄소에서 모두 두 가지 리튬 삽입 자리를 보였다. 첫째는 연속되는 충전시 리튬이 제거되는 가역적인 자리이고 둘째는 리튬이 탄소에 그대로 남아있는 비가역적인 자리이다. 충분히 리튬이 삽입된 네 탄소에서 공통적으로 가역적인 자리에 있는 리튬이 이온화된 상태로 존재한다는 사실을 핵자기공명 스펙트럼으로부터 확인할 수 있었다.
