Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Elektronenstruktur der Interkalationsverbindungen NaV2O5, LiCoO2 und LiCoxNi1-xO2

In modernen wieder aufladbaren Batterien werden Interkalationsverbindungen als Kathodenmaterial eingesetzt. Die Wiederholung des Lade- und Entladevorgangs ist nicht unbegrenzt durchführbar, denn ab einer gewissen Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen wird die für den jeweiligen Gebrauch erforderliche Mindestspannung nicht mehr erreicht, das Bauteil ermüdet. Um diesen Degradationsprozess aufzuklären und zu verstehen, wurden in dieser Arbeit die Kristall- und Elektronenstruktur der ausgewählten Interkalationsverbindungen NaV2O5, V2O5, LixCoO2 (0 < x < 1), und LiCoyNi1-yO2 im Detail analysiert. Zur Untersuchung der elektronischen Struktur von V2O5 und NaV2O5 wurde Rechnungen basierend auf der Dichtefunktionaltheorie (DFT), sowie Experimente der resonanten Photoelektronenspektroskopie (ResPES) durchgeführt. Hieraus wurden die partiellen Zustandsdichten und Partialladungen der einzelnen Ionensorten ermittelt. Zwischen den theoretischen und experimentellen Ergebnissen zeigte sich eine gut Übereinstimmung. Für LiCoO2 wurden analoge DFT-Rechnungen durchgeführt und mit bereits vorliegenden Ergebnissen photoelektronenspektroskopischer (PES) Messungen verglichen. Auch hier zeigte sich eine gute Übereinstimmung. Die strukturellen und elektronischen Änderungen bei der Ein – und Auslagerung von Li-Ionen und Elektronen aus LixCoO2 (0

Intercalation compounds are used as cathode materials in modern rechargeable batteries. The charging and discharging process in not endlessly repeatable: Due to fatigue of the material the necessary minimum operation voltage of the battery is no longer given after a number of charge and discharge cycles. To understand these degradation processes the crystal and electronic structure of selected intercalation compounds namely NaV2O5, V2O5, LixCoO2 (0 < x < 1), und LiCoyNi1-yO2 have been analysed in detail in this work. For the examination of the electronic structure of V2O5 and NaV2O5 calculations based on the density functional theory (DFT) and resonant photoelectronspectroscopic (ResPES) experiments have been performed. From these calculations the partial density of states and partial charges for the different ionic species have been determined. Both, theoretical and experimental results, agree very well. For LiCoO2 analogous calculations have been performed. The results are consistent with already existing experimental data of photoelectronspectroscopic (PES) measurements. The structural and electronic changes during the charge and discharge process of Li-ions and electrons from LixCoO2 (0