TU Darmstadt / ULB / TUprints

Development of artificial surface layers for thin film cathode materials

Carrillo Solano, Mercedes Alicia :
Development of artificial surface layers for thin film cathode materials.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2016)

[img]
Preview
Text
Thesis_DE_MACARRILLO SOLANO.pdf
Available under Creative Commons Attribution Non-commercial No-derivatives 3.0 de.

Download (22MB) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Development of artificial surface layers for thin film cathode materials
Language: English
Abstract:

The present work was based on the investigation of different thin film components of Li ion batteries. A first part was dedicated to the deposition of cathodes in thin film form of a known material, LiCoO2, and an alternative one, Li(NiMnCo)O2 employing physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD), respectively. A second part was focused on the cathode-electrolyte interface for three case studies: 1) as deposited LiCoO2 cathode thin film, 2) ZrO2 coated LiCoO2 thin film and 3) LiPON coated LiCoO2 thin film. The interface cathode-electrolyte of these three cases were studied before and after galvanostatic cycling to determine surface layer characteristics and changes arising on the interface after battery operation. The interface of a bare LiCoO2 layer was further studied after soaking in liquid electrolyte to elucidate the effect of short storage procedures in batteries. Additionally, LiPON thin films were studied on the basis of structural changes occurring with nitrogenation and its correlation to a possible mechanism during ion conduction. Composition of phosphate glasses with rf sputtering was proven to be greatly influenced by the gas ratio employed.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Ce travail porte sur la recherche de différentes compositions de couches minces pour accumulateurs Li-ion. Une première partie a été dédiée au dépôts de cathode sous forme de couche mince d’un matériau connu, LiCoO2, et d’un matériau alternatif, Li(NiMnCo)O2 en utilisant le dépôt physique en phase vapeur (PVD) et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), respectivement. Les résultats (LiCoO2) ont montrés comment, après cyclage, il y a diminution de la capacité à cycler à régime rapide et augmentation de la résistance à l’interface. Une seconde partie s’est focalisée sur l’interface cathode-électrolyte pour trois cas d’étude : 1) couche mince de matériau de cathode LiCoO2, 2) couche mince de LiCoO2 recouvert de ZrO2 et 3) couche mince de LiCoO2 recouvert de LIPON. L’interface cathode-électrolyte de ces trois cas d’étude a été étudiée avant et après cyclage galvanostatique afin de déterminer les caractéristiques de la couche de surface et les changements provenant à l’interface lors du fonctionnement de l’accumulateur. L’interface des couches minces de LiCoO2 a été étudiée plus en détail après trempage dans un électrolyte liquide afin de comprendre l’effet des procédures de stockages courts dans les accumulateurs. De plus, les couches minces de LiPON ont été étudiées sur la base de changements structuraux se produisant avec la nitruration et sa corrélation à un possible mécanisme ayant lieu durant la conduction ionique.French
Die vorliegende Arbeit gründet auf der Untersuchung unterschiedlicher Dünnschichtkomponenten für Li-Ionen-Akkumulatoren. Der erste Teil widmet sich der Deposition von Kathoden in Form dünner Filme eines bekannten Materials, LiCoO2, und eines alternativen Materials, Li(NiMnCo)O2, mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition, PVD), beziehungsweise chemischer Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD). Der zweite Teil fokussiert sich in drei Fallstudien auf die Grenzfläche zwischen Kathode und Elektrolyt: 1) als abgeschiedener dünner LiCoO2-Kathoden-Film, 2) als mit ZrO2 beschichteter dünner LiCoO2-Film und 3) als mit LiPON beschichteter dünner LiCoO2-Film. Die Grenzfläche zwischen Kathode und Elektrolyt dieser drei Fälle wurde vor und nach galvanostatischem Zyklieren untersucht, um die Eigenschaften der Oberflächenschicht und Änderungen an der Grenzfläche nach dem Betrieb der Batterie aufzuklären. Weiterhin wurde die Grenzfläche einer reinen LiCoO2-Schicht nach dem Einlegen in einen flüssigen Elektrolyten charakterisiert, um die Effekte von „short storage“-Prozessen in Batterien zu bewerten. Zusätzlich wurden strukturelle Änderungen dünner LiPON-Filme, ausgelöst durch Anreicherung mit Stickstoff, und deren Korrelation mit einem möglichen Mechanismus bei der Ionenleitung untersucht. Es wurde mit Hilfe von IR- und XPS-Messungen gezeigt, dass bei der Herstellung von Phosphatgläsern mittels RF-Magnetronsputtern das Mischverhältnis der Gase einen wesentlichen Einfluss besitzt.German
Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Li-ion batteries, Thin film cathode, LiCoO2, Artificial surface layer, ZrO2, LiPON
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Accumulateurs Li ion, Couches minces, LiCoO2, Surface artificielle, ZrO2, LiPONFrench
Li-Ionen-Akkumulatoren, Dünnschichtkathoden, LiCoO2, künstlicher Oberflächen, ZrO2, LiPONGerman
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences
11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science
11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science > Surface Science
Date Deposited: 29 Feb 2016 14:47
Last Modified: 29 Feb 2016 14:47
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-52460
Referees: Jaegermann, Prof. Dr. Wolfram and Croguennec, Dr. Laurence
Refereed: 30 October 2015
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/5246
Export:
Actions (login required)
View Item View Item

Downloads

Downloads per month over past year