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year 2013
author(s) Carsten Jähne
title Synthese und Charakterisierung von nano- und mikroskalierten Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien
KIP-Nummer HD-KIP 13-106
KIP-Gruppe(n) F25
document type Dissertation
Keywords LIB
Abstract (de)

Die Arbeit untersucht die Synthese und die physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften von nano- und mikroskalierten Materialien für Lithium-Ionen-Batterien, wobei neben den elektrochemischen Eigenschaften auch grundlegende physikalische Fragestellungen im Vordergrund standen. Zur Herstellung der Materialien wurden dabei sowohl die konventionelle als auch die mikrowellenunterstützte Hydrothermalsynthese benutzt. Die physikalische Charakterisierung der Materialien erfolgte vor allem mittels Röntgendiffraktion, Magnetisierungsmessungen und Elektronenmikroskopie, darüber hinaus wurden als elektrochemische Methoden zyklische Voltammetrie und galvanostatische Zyklierung eingesetzt. Als relevante Batteriematerialien wurden sowohl Oxide (TiO2, LiCoO2) als auch Phosphate (LiMPO4 mit M=Mn, Fe, Co, Ni) untersucht. LiCoO2 dient dabei als Modellsystem für die mikrowellenunterstützte Synthese, welches durch die Niedertemperatursynthese in nanoskalierter Modifikation hergestellt und mit konventionell synthetisiertem Material verglichen wurde. Des Weiteren wurden TiO2-Nanoröhren und -Nanopartikel untersucht, die beide deutlich verbesserte elektrochemische Eigenschaften als die entsprechenden Bulk-Materialien zeigen. Für die Herstellung von LiMPO4 (M=Mn, Fe, Co, Ni) wurde eine Vielzahl verschiedener Syntheseparameter untersucht, mit deren Hilfe die Morphologie und das Agglomerationsverhalten phasenreiner nano- bzw. mikroskalierter Materialien gezielt manipuliert und studiert werden konnten. Ein wichtiges weiteres Ergebnis ist die erstmalige Darstellung und Untersuchung eines neuen LiCoPO4-Polymorphs (Raumgruppe Pn21a). Für LiFePO4 und LiMnPO4 konnte ein deutlicher Einfluss der Größenreduktion bzw. Form auf die elektrochemischen Eigenschaften gezeigt werden. Zusammen mit der Anwendung eines Oberflächenbeschichtungsverfahrens können so die elektrochemischen Eigenschaften deutlich verbessert werden.

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