2. Experimentell

2.1. Elektrolyt- und Elektrodenvorbereitung

Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Dimethylcarbonat (DMC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Diethylcarbonat (DEC) und Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) in Batteriequalität wurden von Novolyte Technologies bezogen. Lithiumfolie (0,75 mm dick) wurde von Alfa Aesar gekauft. Alle Chemikalien und Materialien wurden wie erhalten verwendet. Elektrolyte von 1,0 M LiPF6 in Einzelcarbonatlösungsmitteln und Carbonatmischungen (EC-EMC, EC-DEC, ECDMC, alle in einem Volumenverhältnis von 3:7) wurden in einer Vakuum -Handschuhbox, gefüllt mit gereinigtem Argon.LiCr0,05Ni0,45Mn1,5O4, hergestellt war synth

LiCr0,05Ni0,45Mn1,5O4 wurde synthetisiert, indem eine Mischung aus Li2CO3, NiO, Cr2O3 und MnCO3 (alle von SigmaeAldrich) in stöchiometrischen Mengen für 4 h in einer Kugelmühle gemahlen wurde, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 900°C für 24 h in Luft und einem weiteren Tempern bei 70°C für 8 Std. Einzelheiten zur Herstellung und Charakterisierung dieses Materials wurden an anderer Stelle berichtet [23]. Eine Aufschlämmung von LiCr0,05Ni0,45Mn1,5O4, Super Pconductive Carbon Black (SP, von Timcal) und Polyvinylidenfluorid (PVDF, Kynar HSV900, von Arkema Inc.) in einem N-Methylpyrrolidon (NMP, von Aldrich)-Lösungsmittel war hergestellt und auf eine Aluminiumfolie gegossen (von All Foils, Inc.). Das Gewichtsverhältnis von LiCr0,05-Ni0,45Mn1,5O4:SP:PVDF war 8:1:1 und die Aktivmaterialbeladung war w4 mg cm2. Nach dem Verdampfen des NMP wurde das Kathodenblatt bei 3000 psi für 1 min gepresst, in Scheiben mit einem Durchmesser von 1,27 cm gestanzt, bei 110°C unter Vakuum über Nacht getrocknet und in der Handschuhbox gelagert. Zum Vergleich wurde auch eine Elektrodenfolie aus SP-PVDF (1:1 nach Gewicht) unter Verwendung der gleichen Verfahren hergestellt.

2.3. Elektrochemische Tests

Die elektrochemische Oxidationsstabilität von Flüssigelektrolyten auf verschiedenen Substraten wurde durch lineare Sweep-Voltamperemetrie (LSV) in einer aus drei Elektroden bestehenden Becherglaszelle (innerhalb der Handschuhbox) gescreent. Li-Metall wurde sowohl als Referenz- als auch als Gegenelektrode verwendet. Die Elektrolytproben auf verschiedenen Arbeitselektroden wurden von der Leerlaufspannung bis 6,5 V vs. Li/Liþ mit einer Abtastrate von 0,1 mV s –1 unter Verwendung einer elektrochemischen Arbeitsstation CHI 660C (CH Instruments) gescannt. Die zyklische Voltammetrie (CV) der LiCr0,05Ni0,45Mn1,5O4-Elektrode in drei Elektrolyten herkömmlicher Carbonatmischungen wurde auf einer elektrochemischen Station CHI 1000A (CH Instruments) unter Verwendung von Li-Metall als Gegenelektrode getestet. Die Proben wurden zwischen 3 V und verschiedenen Grenzspannungen von 4,9 bis 5,3 V bei einer Scanrate von 10 mV s-1 gescannt.

Knopfzellensätze vom Typ CR2032 wurden von Xiamen TMAX Battery Equipments Limited gekauft. Die Negativabdeckungen, Abstandshalter und das Münzzellengehäuse waren aus Edelstahl 316 (SS-316) und die Positivbehälter aus Alclad SS-316. Whatman Glasfaser B (GF/B) Papier mit einem Durchmesser von 1,91 cm wurde als Separator verwendet, da es Berichten zufolge bei hohen Spannungen stabil ist und keine Benetzungsprobleme mit Elektrolyten hat, die einzelne zyklische Carbonatlösungsmittel und EC-DMC-Mischungen enthalten [ fünfzehn]. Li/LiCr0,05Ni0,45Mn1,5O4-Halbzellen mit überschüssigem Elektrolyt wurden auf einer elektrischen Knopfzellen-Crimper innerhalb des Handschuhkastens zusammengebaut. Die Zellen wurden zwischen 3,0 V und unterschiedlichen Abschaltspannungen von 4,9 bis 5,3 V bei unterschiedlichen Stromraten auf dem Arbin BT-2000 Batterietester zykliert .