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Spinelle als Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Akkumulatoren

Hain, Holger :
Spinelle als Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Akkumulatoren.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2013)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Spinelle als Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Akkumulatoren
Language: German
Abstract:

In dieser Arbeit wird die hydrothermale Synthese von Li4 Ti5 O12 durch gezielte Variation der Syntheseparameter untersucht. Das aus der hydrothermalen Behandlung von Titandioxid in Hydroxiden resultierende Produkt ist von dem eingesetzten Lösungsmittel, den Hydroxiden und dem Verhältnis der Reaktanden abhängig. In dieser Arbeit wird der Einfluss mehrerer Alkohole und Wasser, der Lithium- und Natriumhydroxidmenge und des Titan-Lithiumhydroxid-Verhältnisses untersucht. Insbesondere die Partikelgröße des Produkts sinkt mit abnehmender Lösungsmittelpolarität. Weiterhin zeigen Spinelle sehr unterschiedliche Einlagerungsmechanismen mit Lithium-Ionen. Die untersuchten Spinelle Li4 Ti5 O12 , CuCr2 Se4 und MnFe2 O4 zeigen einen Insertions-, einen kombinierten Ersetzungs- und Insertions- sowie einen Konversionsmechanismus. Zudem zeigt Li4 Ti5 O12 bei der Einlagerung bei niedrigen Potentialen eine starke strukturelle Unordnung. Für diese Untersuchungen werden in situ-Methoden wie XRD und XAS in dieser Arbeit verwendet. Die Möglichkeiten dieser Methoden werden insbesondere an den Materialien LiMn1/3 Fe1/3 Co1/3 PO4 und Y2 Ti2 O5 S2 gezeigt. Dabei ist es möglich, an LiMn1/3 Fe1/3 Co1/3 PO4 XAS-Spektren für alle drei Metalle simultan zu messen. Bei Y2 Ti2 O5 S2 gelang nach Optimierung des Messaufbaus auch die Messung der XAS-Spektren der Schwefelabsorptionskante.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In this work the effect of different synthesis parameters on the hydrothermal synthesis of Li4 Ti5 O12 is investigated. The product obtained as a result of the hydrothermal treatment of titania in hydroxide solutions depends on the used solvent and hydroxides as well as the materials ratio. The influence of several alcohols and water, the amount of lithium and sodium hydroxide, and the titania-lithium hydroxide-ratio is investigated. Generally the particle size of the product is reduced when using less polar solvents. Spinels show many reaction mechanisms in a lithium ion battery cell. In case of Li4 Ti5 O12 an insertion mechanism is found, CuCr2 Se4 reacts in a combined displacement and insertion mechanism, and MnFe2 O4 shows a conversion mechanism. Furthermore, during the low potential discharge Li4 Ti5 O12 shows a pronounced structural disorder. For the investigation of this insertion mechanism in situ techniques such as XRD and XAS are very useful tools and have been used in this work. Challenging examples for the power of this technique are LiMn1/3 Fe1/3 Co1/3 PO4 and Y2 Ti2 O5 S2 . In the first case it was possible to measure absorption spectra for all three metals simultaneously. After optimization of the method the measurement of the sulfur absorption spectrum in Y2 Ti2 O5 S2 was possible. English
Place of Publication: Darmstadt
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 > Joint Research Laboratory Nanomaterials
Date Deposited: 16 Sep 2013 11:10
Last Modified: 16 Sep 2013 11:10
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-35068
Referees: Hahn, Prof. Horst and Janek, Prof. Jürgen
Refereed: 6 May 2013
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3506
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