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Aufbau, Bildung und Wachstum der Kathode-Elektrolyt Grenzfläche in Li-Ionen Batterien: Einsichten durch XPS Grenzflächenanalyse

Schulz, Natalia (2021):
Aufbau, Bildung und Wachstum der Kathode-Elektrolyt Grenzfläche in Li-Ionen Batterien: Einsichten durch XPS Grenzflächenanalyse. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00017639,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Aufbau, Bildung und Wachstum der Kathode-Elektrolyt Grenzfläche in Li-Ionen Batterien: Einsichten durch XPS Grenzflächenanalyse
Language: German
Abstract:

In der vorliegenden Arbeit werden Reaktionsschichten (engl. CEI) zwischen der Kathode vom Typ LiMO2 (M = Übergangsmetall) und Elektrolyt in Li-Ionen-Batterien untersucht. Hierzu wurde Lithiumcobaltoxid als Kathodenmaterial verwendet. Zyklierte kommerzielle Kompositkathoden wurden in Abhängigkeit von der räumlichen Lage des Kathoden-Partikelmaterials innerhalb des Komposits analysiert. Modellkathoden mit unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit und Reaktionsschichten wurden untersucht. Die Modellkathoden waren Presslinge mit einer passivierten Oberfläche (durch Luft) und Dünnschichten mit einer katalytisch aktiven Oberfläche. Die Presslinge wurden aus kommerziellen Kathoden-Partikelmaterial und die Dünnschichten mittels Kathodenzerstäubung hergestellt. Die Modellkathoden wurden mit kommerziellen Batterieelektrolyt, entsprechenden Lösungsmitteln und typischen Elektrolytverunreinigung bei Raumtemperatur exponiert. Die Oberflächenchemie wurde mittels der oberflächensensitiven Röntgenphotoelektronenspektroskopie (engl. XPS) analysiert. Um die Richtigkeit der spektralen Zuordnung sicherzustellen, wurden Referenzspektren spezifischer Referenzmaterialien erstellt. Anhand der Modellexperimente und Referenzmessungen werden die Zersetzungs- und Reaktionsprodukte der Elektrolytbestandteile und des Kathodenmaterials an der Grenzfläche bestimmt. Mittels der Daten können grundlegende Informationen über die Wechselwirkung zwischen Kathode und Elektrolyt gewonnen und die Reaktivität an der Grenzfläche bestimmt werden. Dies ermöglicht ein detaillierteres Verständnis vom CEI Aufbau, Bildung, Wachstum und der Einflussfaktoren.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

In this thesis, reaction layers (CEI) between the cathode of LiMO2 (M = transition metal) type and the electrolyte in Li-Ion batteries are investigated. Lithium cobalt oxide was used as cathode material. Cycled commercial composite cathodes were analyzed depending on the spatial location of the cathode surface within the composite. Model cathodes with different surface conditions and reaction layers were investigated. The model cathodes were pellets with a passivated surface (by air) and thin-films with catalytically active surface. The pellets are produced from commercial cathode particle material and the thin-films are fabricated by a radio frequency magnetron sputtering technique. At room temperature the model cathodes are exposed to commercial battery electrolyte, appropriate solvents and electrolyte impurity. The surface chemistry is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). To ensure the quality of the spectral assignment reference spectra of specific reference materials have been created. The decomposition and reaction products of the electrolyte components and the cathode material at the interface are determined, based on the model experiments and recorded references. Using this data, basic information on the interaction between cathode and electrolyte can be obtained to determine the reactivity at the interface. This allows a profound understanding of the CEI structure, formation, growth and the influencing factors.

English
Place of Publication: Darmstadt
Collation: 258 Seiten
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science > Surface Science
Date Deposited: 23 Mar 2021 08:19
Last Modified: 23 Mar 2021 08:19
DOI: 10.26083/tuprints-00017639
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-176390
Referees: Jaegermann, Prof. Dr. Wolfram and Ehrenberg, Prof. Dr. Helmut
Refereed: 29 January 2021
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/17639
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