KIP-Veröffentlichungen

In dieser Arbeit werden lithiumreiche Anti-Perowskite (Li2TM)ChO (TM = Fe, Co, Mn; Ch = Se, S) als Kathodenmaterialien in Lithium-Ionen-Batterien (LIB) untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf der elektrochemischen Charakterisierung der neuen Materialien durch galvanostatisches Zyklieren im Spannungsbereich von 1–3 V sowie auf dem Vergleich des Elektrolyteinflusses in Halbzellen. Dabei werden (Li2Fe0.9Mn0.1)SeO-basierte Elektroden mit sechs unterschiedlichen Elektrolyten untersucht.Die Ergebnisse zeigen, dass LiTFSI mit spezifischen Kapazitäten von 114 mAh g-1 (im 400. Zyklus) die deutlich höchsten Werte liefert, wohingegen der Standardelektrolyt LiPF6 nur einen Wert von 23 mAh g-1 zeigt. Allerdings weist LiTFSI eine instabile Zyklusperformance auf, was auf den hohen Anteil der Fremdphase Fe(1–x)Se(x) in (Li2Fe0.9Mn0.1)SeO zurückzuführen ist. Beim undotierten Material fällt die Kapazität insgesamt etwas höher aus.Darüber hinaus wurden erstmalig die Cut-off-Spannungen für (Li2Co)ChO und (Li2Mn)ChO bei Verwendung von LiTFSI bestimmt, oberhalb derer die Fremdphasenbildung stattfindet. Die Messungen im reduzierten Spannungsbereich verdeutlichen, dass cobalt- und manganhaltige Anti-Perowskite aufgrund geringer Kapazitäten (< 40 mAh g-1) und hoher Fremdphasenanteile für die Anwendung als Kathodenmaterial in LIB nicht geeignet sind, während die eisenhaltigen Materialien (Li2Fe)SO und (Li2Fe)SeO mit 130 mAh g-1 bzw. 100 mAh g-1 die besten elektrochemischen Eigenschaften vorweisen. Insgesamt erweist sich LiTFSI damit als weniger stabil und leistungsfähig im Vergleich zu LiPF6 in Anti-Perowskiten, liefert jedoch im korrekt gewählten Potentialbereich vielversprechende Ergebnisse.

In this work, lithium-rich antiperovskites (Li2TM)ChO (TM = Fe, Co, Mn; Ch = Se, S) have been investigated as cathode materials for lithium-ion batteries (LIBs). The study focuses on the electrochemical characterization of the materials via galvanostatic cycling in the voltage range of 1–3 V and on comparing the effects of different electrolytes. (Li2Fe0.9Mn0.1)SeO has been studied using six different electrolytes in half-cells. The results show that LiTFSI delivers the highest specific capacities of 114 mAh g-1 (400th cycle), while the standard electrolyte 1 M LiPF6 yields only 23 mAh g-1. However, LiTFSI exhibits unstable cycling performance, which is attributed to the high amount of the impurity phase Fe(1–x)Se(x) in the pristine antiperovskite electrode material. For the undoped material, the overall capacity is generally higher. Additionally, the cut-off voltages for (Li2Co)ChO and (Li2Mn)ChO have been determined for the first time under the influence of LiTFSI, which allows the limitation of impurity phase formation. Measurements in the reduced voltage range indicate that cobalt- and manganese-containing antiperovskites are not suitable for use in LIBs due to low capacities (<40 mAh g-1) and high amounts of secondary phases, whereas the iron-based materials (Li2Fe)SO and (Li2Fe)SeO show the best electrochemical properties with 130 mAh g-1 and 100 mAh g-1, respectively. Overall, LiTFSI proves to be less stable and less effective than LiPF6 in antiperovskites, but it shows promising results when operated within a correctly selected, limited potential range.