Materialkompositionen für Lithiumionenbatterien

Abstract

Diese Arbeit untersucht die strukturellen und elektrischen Eigenschaften von Materialkompositionen für Lithiumionenbatterien. Funktionale Schichten auf Basis des nicht-koordinierenden Copolymer P(VdF-HFP) wurden aus der Lösung mittels Rakelverfahren hergestellt. Für den Einsatz als Elektrolytschicht konnte durch die Zugabe von Lithiumsalz (LiTfSI) und die Einbettung lithiumleitfähiger Keramikpartikel (Li7La3Zr2O12) die Gesamtleitfähigkeit der Schichten auf 10-4 S/cm gesteigert werden. Der Transportmechanismus der Lithiumionen wurde untersucht. Für den Einsatz als Kathodenschichten wurden aktive LiFePO4-Partikel in die modifizierte Matrix eingebettet. Die Kombination von polymerbasierten Elektrolyt- und Kathodenschichten wurde mit Lithiummetall in einer Knopfzelle zusammengebaut. Der Machbarkeitsnachweis für die Eignung der Materialsysteme für Lithiumionenbatterien konnte erbracht werden. Die Batteriezelle lässt sich reversibel laden und entladen und zeigt eine Effizienz von 99%.

This work investigates the structural and electrical properties of polymer-based material compositions for lithium ion batteries. Thin films based on the non-coordinating copolymer P(VdF-HFP) were fabricated via doctor blade casting. For the implementation as electrolyte layer the addition of lithium salt (LiTfSI) and lithium conducting particles (Li7La3Zr2O12) yielded conductivities of up to 10-4 S/cm. The transport mechanism was investigated. For the application as cathode layers active LiFePO4-particles were embedded in the modified matrix. The combination of polymer-based electrolyte and cathode layer was assembled into a coin cell with lithium metal as anode. The prove of principle for the suitability of the combined material systems for lithium ion batteries was achieved. The battery cell showed reversible charging and discharging with an efficiency of 99%.