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type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Jähne, Carsten
title: Synthese und Charakterisierung von
nano- und mikroskalierten Elektrodenmaterialien
für Lithium-Ionen-Batterien
subjects: 500
subjects: 530
subjects: 540
divisions: 130700
adv_faculty: af-13
cterms_swd: Lithium Ionen Batterie
cterms_swd: Hydrothermalsynthese
abstract: 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.
abstract_translated_text: This work focuses on the synthesis as well as on the physical and electrochemical characterisation
of nano- and microscaled materials for Lithium-Ion-Batteries. Both the electrochemical and
basic physical properties of the new materials have been studied. For the synthesis, the
conventional as well as the microwave-assisted hydrothermal method was applied. While
for the physical characterisation mainly x-rax diffraction, magnetisation measurements, and
electron microscopy have been applied, cyclic voltammetry and galvanostatic cycling was
used for electrochemical characterisation. Two classes of relevant battery materials have
been addressed, i.e. oxides (TiO2, LiCoO2) and phosphates (LiMPO4 with M=Mn, Fe, Co,
Ni). LiCoO2 was utilized as model system for investigating the microwave-assisted synthesis
technique. The resulting nanoscaled material was compared with a conventionally synthesized
one. In comparison to bulk material, enhanced electrochemical behaviour was observed for
TiO2-nanotubes and nanoparticles. Extended studies on the microwave-assisted hydrothermal
synthesis of LiMPO4 (M=Mn, Fe, Co, Ni) result in phase-pure nano- or microscaled material
which size, agglomeration tendency, and morphology can be tailed and studied in a large
regime. In addition a new polymorph of LiCoPO4 with Pn21a space group was found and
investigated. For LiFePO4 and LiMnPO4, a clear influence of size reduction and morphology
on the electrochemical properties was observed which along with surface coating enables
significantly improving the materials for application in electrochemical energy storage.
abstract_translated_lang: eng
date: 2013
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00015969
ppn_swb: 777894904
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-159693
date_accepted: 2013-12-12
advisor: HASH(0x55611cd16fe8)
language: ger
bibsort: JAHNECARSTSYNTHESEUN2013
full_text_status: public
citation:   Jähne, Carsten  (2013) Synthese und Charakterisierung von nano- und mikroskalierten Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/15969/1/Diss_Carsten_J%C3%A4hne.pdf