DFG-Projektinitiative "Hochleistungs-Lithiumbatterien" - Koordinatorenantrag

Basic data for this project

Type of project: Individual project
Duration: 01/01/2011 - 31/10/2015 | 2nd Funding period

Description

Die zunehmenden Anforderungen hinsichtlich spezifischer Leistungs- und Energiedichte erfordern die Entwicklung leistungsstärkerer Aktivmaterialien für Li-lonen-Batterien. Graphitische Kohlenstoffe werden derzeit als Anodenmaterialien in kommerziellen Systemen eingesetzt. Lithiumlegierungen weisen teilweise deutlich höhere spezifische Kapazitäten auf. Das binäre Lithium- Siliziumsystem besitzt eine außerordentlich hohe theoretische Kapazität, die mit bis zu 4200 mAh/g die Kapazität des bisher eingesetzten Graphits um eine Größenordnung übersteigt. Neuere Resultate zu Raumtemperatur-LixSiy-Phasen implizieren, dass die maximale Kapazität für das Lithium-Silizium System auf 3579 mAh/g begrenzt ist.Hauptproblem für den technischen Einsatz ist die große Volumenänderung während des Ladens und Entladens, die zur Bildung von Spannungen und Rissen in den Partikeln und zu einer zunehmenden Degradation führt. Die Folge ist ein rascher Kapazitätsabfall schon nach wenigen Zyklen aufgrund von Kontaktverlusten zwischen Aktivmaterial und elektronischem Ableiter.Zur Vermeidung dieser Verluste wurden verschiedene Wege eingeschlagen. Ein Großteil der Arbeiten konzentriert sich auf die Erzeugung von Nanokompositen mit geeigneter MikroStruktur, wie z.B. Lithiierung von Silizium-haltigen Precursoren wie SiOx, Suiziden Silizium-Kohlenstoffkompositen, ternäre Legierungen und Verwendung nanostrukturierter Siliziumanoden. Alle Ansätze führen zu einer deutlichen Verbesserung der Zyklenstabilität im Vergleich zu kristallinem Silizium. Teilweise zeigen die Materialien jedoch inakzeptabel hohe irreversible Anfangskapazitäten. Die konventionellen Zyklenverlustmechanismen, die mit einer zunehmenden Pulverisierung des Materials einhergehen, werden in Nanokompositen nicht beobachtet. Volumenänderungen können besser abgefangen werden.

Keywords: Mechanische Verfahrenstechnik; Festkörper- und Oberflächenchemie; Materialsynthese; Batterieforschung; Lithiumbatterien