JS Gnanaraj, ^aMD Levi, ^a ,* Y. Gofer,a D. Aurbach, ^a ,*, ^zและ M. Schmidt ^b

^ภาควิชาเคมี Bar-Ilan University, Ramat-Gan 52900 ประเทศอิสราเอล

^b Merck KGaA, D-64293 ดาร์มสตัดท์, เยอรมนี

ทดลอง

งานทั้งหมดดำเนินการภายใต้บรรยากาศอาร์กอนบริสุทธิ์สูงในมาตรฐานเครื่องดูดฝุ่นกล่องถุงมือจาก เซียะเหมิ นTMAX Battery Equipments Limitedแอโนดคือประกอบด้วยกราไฟท์สังเคราะห์( KS-6 )จาก Timrex, Inc. ( เฉลี่ยขนาดอนุภาคโดยประมาณ 6 มม., 90 % โดยน้ำหนัก) , โพลี~ไวนิลลิดีน ไดฟลูออไรด์! ( PVdF, 10 wt % )จาก Solvey, Inc. และตัวสะสมกระแสฟอยล์ทองแดง ดิแคโทดประกอบด้วยผง LiMn2O4 จาก Merck KGaA ( ขนาดอนุภาค 5-10 mm, 75 wt % ) ผงกราไฟท์ 15 % โดยน้ำหนัก KS-6 ( Timrex, Inc. )เป็นสารเติมแต่งที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า 5 % โดยน้ำหนัก PVdF, 5 % โดยน้ำหนักคาร์บอนแบล็คเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและฟอยล์อลูมิเนียม( กู๊ดเฟลโลว์ ประเทศอังกฤษ)ตัวสะสมปัจจุบัน สารละลายที่มีมวลสารออกฤทธิ์และสารยึดเกาะถูกเตรียมโดยใช้ N-methyl pyrrolidone ( Fluka, Inc. ) และถูกเคลือบไว้บนตัวสะสมกระแสไฟที่เหมาะสมอยู่แล้วอธิบายไว้13 อิเล็กโทรดถูกทำให้แห้งในเตาอบที่อุณหภูมิ 140 ° C และแล้วย้ายไปที่กล่องถุงมือ LiFAP, LiPF6 , LiFAP-LiPF6สารละลาย 1:1 และ LiN(SO2CF2CF3) 2 1 M ในของผสมของ EC-DECDMC (2:1:2 โดยปริมาตร) ได้รับจากเมอร์ค KGaA (เกรดแบตเตอรี่ Li บริสุทธิ์สูง) และสามารถนำมาใช้ตามที่ได้รับ ปัจจุบันวัดปริมาณ HF และน้ำในสารละลายที่เมอร์ค อยู่ในระดับส่วนต่อล้านสำหรับโซลูชัน LiFAP และ LiBETI สารละลาย LiPF6 มักจะมี HF หลายสิบ ppm (อาจผันผวนระหว่าง 10 ถึง 100 ppm ขึ้นอยู่กับการสัมผัสความชื้นที่อาจเกิดขึ้นโดยไม่คาดคิด) การกำหนดลักษณะเฉพาะทางไฟฟ้าทั้งหมดของอิเล็กโทรดถูกดำเนินการในเซลล์สามอิเล็กโทรดตามเซลล์ประเภทเหรียญมาตรฐาน (รุ่น 2032, NRC Canada, f 19 มม.) วางอิเล็กโทรดอ้างอิงลวด Li บนลวดนิกเกิล ซึ่งวางอยู่ระหว่างอิเล็กโทรดที่ใช้งานกับฟอยล์อิเล็กโทรดเคาน์เตอร์ Li ขณะที่ถูกปิดโดยตัวแยก PP PEการทดสอบการปั่นจักรยานระยะยาวสำหรับขั้วไฟฟ้ากราไฟต์และ LiMn2O4 ดำเนินการในเซลล์แบบเหรียญมาตรฐานสองขั้ว คั่นด้วยเมมเบรนโพลีโพรพีลีนที่มีรูพรุน (Celgard, Inc.) เซลล์เหล่านี้ถูกปิดผนึกอย่างผนึกแน่นในกล่องถุงมือที่บรรจุอากาศแห้งโดยใช้ 2325 Coin Cell Crimper เซลล์สามอิเล็กโทรดชนิดบีกเกอร์ใช้สำหรับกำหนดหน้าต่างไฟฟ้าเคมีของสารละลายและพฤติกรรมโวลแทมเมตริกพื้นฐานของสารละลายด้วยอิเล็กโทรดโลหะมีตระกูลโดยใช้อิเล็กโทรดลวด Pt เซลล์ประกอบด้วยเฟรมโพลีเอทิลีนซึ่งมีโครงแบบคู่ขนานสำหรับอิเล็กโทรดทำงานและอิเล็กโทรดเคาน์เตอร์ (ลวด Pt และฟอยล์ Li ตามลำดับ)

Freshly prepared graphite electrodes usually had an open-circuit potential of ca. 3.3 V (vs. Li/Li1). They were aged by voltammetric cycling between 3.0 and 0. V (vs. Li/Li1) at n 5 1 mV/s (three Cycles). Li-ion intercalation-deintercalation processes were then studied in the potential range between 0.3 and 0 V (vs. Li/Li1) by slow-scan-rate voltammetry (SSCV) and impedance spectroscopy (EIS).Freshly prepared thin LiMn2O4 electrodes with open-circuit voltage (OCV) around 3.0 V (vs. Li/Li1) were initially cycled four times (voltammetry) between 3.5 and 4.25 V (vs. Li/Li1) at 1 mV/s before the rigorous electrochemical measurements. Prolonged galvanostatic cycling of all the various cells was performed at C/10 or C/4 rates in coin-type cells at 30°C in an incubator (Carbolite, Inc.,model PIF30-200). For voltammetric measurements a Xiamen TMAX Battery Equipments Limited, computerized multichannel battery testerand a computerized EG&G model 273 potentiostat were used. A Maccor multichannel system (model 2000) was used for prolonged galvanostatic cycling.

For surface analysis studies, we used a Magna 860 (Nicolet) FTIR spectrometer placed in a glove box under H2O and CO2-free atmosphere (fed by compressed air, treated with a Balston, Inc., air purifier). The electrodes were analyzed after electrochemical studies by diffuse reflectance mode (a DRIFT accessory from Harrick, Inc.),as already reported.14 XPS characterization of electrodes was performed using the AXIS HS XPS spectrometer from Kratos Analytical, Inc. (England). The samples were transferred from the glove boxes to the spectrometer by a homemade transfer system that includes a gate valve and a magnetic manipulator from Norcal, Inc.(USA). This system ensures full protection from exposure to atmospheric contaminants. We also characterized surface films formed ongold mirrors and Pt foils that were polarized to low or high potentials in the various solutions by FTIR (external reflectance mode)and XPS.

สเปกตรัมอิมพีแดนซ์ถูกวัดโดยใช้ระบบไฟฟ้าเคมีรุ่น PGSAT20 ของ Autolab และเครื่องวิเคราะห์การตอบสนองความถี่ (FRA) จาก Eco Chemie BV, Inc. ซึ่งขับเคลื่อนโดย Pentium II IBM PC แอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับคือ 3 mV และอิเล็กโทรดถูกวัดที่ ศักย์ฐานคงที่หลังจากการปรับสมดุลที่เหมาะสมตามที่อธิบายไว้แล้ว