Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Anodenmaterialen für die Anwendung in Lithium-Ionen Batterien auf Basis von polymerabgeleitetem Silicumcarbonitrid. Kohlenstoffreiche Siliciumcarbonitride wurden durch eine Pyrolyse von verschiedenen Präkursoren, namentlich poly(phenylvinylsilylcarbodiimid), poly(phenylvinylsilazan), poly(diphenylsilylcarbodiimid), poly(phenylsilsesquicarbodiimid) und poly(phenylsilsesquiazan), erhalten. Die keramischen Materialien wurden mittels Raman Spektroskopie, Elementaranalyse, Röntgenbeugung und Chronopotentiometriemessungen untersucht. Dabei wurden vielversprechende Ergebnisse hinsichtlich der Kapazität, des Leistungsvermögens bei hohen Strömen und der Zyklenstabilität erhalten. Z.B. zeigte poly(phenylvinylsilazan) abgeleitetes Siliciumcarbonitrid im ersten Zyklus eine reversible spezifische Kapazität von 725 mAh/g. Auch nach wiederholtem Zyklieren konnte noch eine spezifische Kapazität von 624 mAh/g gemessen werden.

Zusätzlich wurden Untersuchungen an poly(phenylvinylsilylcarbodiimid)- und poly(phenylvinylsilazan)abgeleitenden Aktivmaterialien hinsichtlich des Einflusses der Pyrolysetemperatur zwischen 800 °C und 1300 °C auf das elektrochemische Verhalten durchgeführt. Dabei konnte ein Zusammenhang zwischen der Pyrolysetemperatur mit der Hysterese, der spezifischen Kapazität und verschiedenen Aspekten der Stabilität festgestellt werden. Einzelpartikelmessungen gaben Aufschluss über die intrinsischen Eigenschaften der Materialien wie etwa den Durchtrittswiderstand und den minimalen Diffusionkoeffizienten. Auch bei diesen Kennwerten wurde eine Abhängigkeit von der Pyrolysetemperatur nachgewiesen. Die Ergebnisse von Festkörper 29Si, 13C und 7Li Kernspinresonanz-Messungen an Poly(phenylvinylsilylcarbodiimid) und Poly(phenylvinylsilazan) pyrolisiert bei 1100 °C zeigten, dass die freie Kohlenstoffphase als hauptsächlicher Speicher für die Lithiumionen dient, und dass der Transport von Lithiumionen durch einen kontinuierlichen Diffusionsmechanismus erfolgt, der durch ein einfaches Aktivierungsgesetzt beschrieben werden kann.

Schließlich wurden die Erfolgsaussichten von Siliciumcarbonnitrid als stabilisierendes Matrixmaterial für das elektrochemische zyklieren von Siliciumnanopulvern untersucht. Hierfür wurde eine Vielzahl von Kompositen unterschiedlicher Zusammensetzung und unterschiedlichen Aufbaus, mit und ohne leitfähigen Beschichtungen und unter Verwendung unterschiedlicher Präkursoren hergestellt. Die höchste Zyklenstabilität wurde für Siliciumnanopartikel erreicht, die in eine poröse keramische Matrix eingebaut wurden.