Einfluss der Kathoden-Mikrogeometrie auf das elektrochemische Verhalten der Li-Ionen Zelle

Abstract

Da die Erforschung von neuen Batteriesystemen für den stetig wachsenden Energiebedarf der Gesellschaft dringend notwendig ist, wurden im Zuge des Projekts "Simpore" und somit während dieser Arbeit eine Elektrolytlösung und ein Kathodenmaterial elektrochemisch charakterisiert. Die Elektrolytlösung bestand dabei aus einer 1:1-Mischung Ethylencarbonat und Dimethylcarbonat, sowie aus dem Leitsalz LiPF6 (Lithium-Hexafluorophosphat). Für dessen Charakterisierung wurden alle wesentlichen elektrochemischen Größen mit unterschiedlichsten Methoden ermittelt. Dabei wurden unter anderem die Leitfähigkeit, Überführung, Viskosität und der Dissoziationsgrad bestimmt. Bei dem Kathodenmaterial handelte es sich um Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2 (NMC). Hierbei wurden zwei unterschiedlich hergestellte Materialien untersucht. Des Weiteren sollte bei der Charakterisierung des Materials auf strukturelle Einflüsse auf die elektrochemische Leistung geachtet werden, da diese auch unterschiedlich vorbehandelt wurden. Für das NMC wurden die wichtigsten elektrochemischen Größen mit unterschiedlichsten Methoden bestimmt. Es wurden außerdem Daten wie Partikel und Porengröße der einzelnen Elektrodenkomponenten, sowie wichtige kinetische Daten wie die Austauschstromdichte, die spezifische Kapazität oder der Diffusionskoeffizient des Lithiums erhoben. Zuletzt wurde noch ein Vergleich zwischen den Leistungen der unterschiedlichen Materialien und deren Mikrogeometrie angestellt.

In the frame of this work one electrode material and one electrolyte system was eletrochemically characterized to supply data for simulation. The electrolyte system was a 1:1 mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate with LiPF6 as a supporting electrolyte. The following parameter were measured: conductivity, transference number, viscosity and degree of dissociation. Cathode material was Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2 (NMC). Two differently manufactored materials were investigated. Together with the most important electrochemical parameter like specific capacity, exchange current density and diffusion kinetics, mechanical and structural data were collected.