In situ Untersuchungen der Degradation von Interkalationsbatterien und deren Modellierung

Prof. Dr. H. Ehrenberg (FG Strukturforschung)
____________________

Die Wirkungs- und Degradationsmechanismen in Kathodenmaterialien für Li-Ionenbatterien sollen aufgeklärt werden, um so verbesserte wiederaufladbare Batterien für Anwendungen zu ermöglichen, die möglichst hohe spezifische Energiedichten erfordern (z. B. in Mobiltelefonen und Notebooks). Im Zentrum des Interesses stehen hierbei von dem zurzeit noch fast ausschließlich eingesetzten LiCoO2 abgeleitete Materialien Li(Mn,Co,Ni)O2.

Unsere bisherigen Aktivitäten konzentrierten sich auf Verbindungen Li(Ni,Co)O2. Der zusätzliche Einbau von Mangan ist nach derzeitigem Kenntnisstand erforderlich, um die aus Sicherheitsgründen geforderten Kriterien an die thermische Stabilität der Kathoden im geladenen Zustand zu erfüllen. Aufbauend auf den bisher im quasi-binären System LiNiO2-LiCoO2 eingesetzten Methoden, insbesondere der in situ Strukturuntersuchungen mit Synchrotronstrahlung während vieler Lade- und Entladevorgänge, sollen diese Arbeiten nun auf das inzwischen technisch relevanter gewordene quasi-ternäre System Li(Mn,Co,Ni)O2 erweitert werden.

Auf Grund des großen Erfolgs der in situ Experimente mit Synchrotronstrahlung soll für die in situ Charakterisierung nun auch Neutronenstrahlung eingesetzt werden. Neutronendiffraktion bietet bei diesen Systemen wegen des guten Streuvermögens von Lithium und Sauerstoff und der deutlichen Unterscheidbarkeit der Übergangsmetalle qualitativ neue, zusätzliche Möglichkeiten. Impedanzspektroskopische Untersuchungen haben die Wichtigkeit von Grenzflächenphänomenen gezeigt. Ein Schwerpunkt der geplanten Arbeiten ist deshalb auch die Untersuchung der Grenzflächenschicht zwischen Kathode und Elektrolyt in Abhängigkeit von Ladezustand und Ermüdungsgrad.