Solid State Lithium Batterien mit organischen Kathoden : Herstellung und Charakterisierung von Feststoff-Dünnschichtbatterien

In der vorliegenden Arbeit wird 7,7,8,8-Tetracyanoquinodimethan (TCNQ) als organisches Modell-Elektrodenmaterial in Lithium-Ionen-Feststoffbatterien untersucht. Mit TCNQ, dem Feststoffelektrolyt LiPON und dem Elektrodenmaterial Lithiumcobaltoxid wird in einer Vakuumdepositionsanlage eine „All-Solid-State“-Modellzelle entwickelt. Mithilfe dieser Modellzelle werden dünne aufgedampfte TCNQ-Schichten elektrochemisch charakterisiert. Mittels der oberflächensensitiven Photoelektronenspektroskopie (XPS/UPS) wurde in Modellexperimenten die Einlagerung von Lithium und Natrium in TCNQ durch schrittweises Aufdampfen auf eine TCNQ-Schicht nähergehend betrachtet. Daneben wurden die Einzelschichten und Grenzflächen der Halbzelle LiPON-TCNQ-Gold hinsichtlich chemischer und elektronischer Änderungen analysiert und das Banddiagramm einer vollständigen Modellzelle konstruiert. In einem In-Situ-Experiment wurden elektrochemische Messungen und XPS kombiniert. Dabei wurde eine Dünnschichtbatterie innerhalb der XPS elektrochemisch zykliert und gleichzeitig die Änderungen in den XPS-Spektren des TCNQs beobachtet.

In this thesis 7,7,8,8-Tetracyanoquinodimethane (TCNQ) is investigated as a model electrode material for all-solid-state Lithium ion batteries. Under vacuum conditions TCNQ, the solid electrolyte material LiPON and Lithiumcobaltoxide were combined to an all-solid-state model cell. In these cells thin PVD-deposited films of TCNQ were characterized electrochemically. The intercalation of Lithium and Sodium into TCNQ was performed in model experiments. Using surface sensitive photoelectron spectroscopy (XPS/UPS) the stepwise deposition of the alkali onto TCNQ was monitored. Furthermore XPS was used to characterize the layer materials and interfaces in a half-cell consisting of LiPON, TCNQ and gold for chemical and electronic changes. The results were assembled to construct a band diagram of a complete model cell. Electrochemical measurements and XPS analysis were combined in a simultaneous in-situ experiment. Changes of the XPS-spectra were monitored depending on the state of electrochemical cycling.