In situ investigations of the degradation of intercalation batteries and their modelling (B04)

• Subject Area: Mineralogy, Petrology and Geochemistry
• Term: from 2003 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5485550

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. Aufgrund 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.

• DFG Programme: Collaborative Research Centres
• Subproject of: SFB 595: Electric Fatigue in Functional Materials
• Applicant Institution: Technische Universität Darmstadt
• Project Head: Professor Dr. Helmut Ehrenberg