Untersuchung von Anoden/Elektrolyt-Grenzflächen (Solid Electrolyte Interphase, SEI) zur Verbesserung der Zyklenstabilität und Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien:
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Veröffentlicht: |
Stuttgart
2018
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adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
KURZFASSUNG XI
ABSTRACT XIII
SYMBOL- UND ABKUERZUNGSVERZEICHNIS XV
1 EINLEITUNG 2
2 GRUNDLAGEN 4
2.1 ELEKTROCHEMIE UND THERMODYNAMIK
.......................................................... 4
2.2
LITHIUM-IONEN-BATTERIEN................................................................................
7
2.2.1 FUNKTIONSPRINZIP
...............................................................................
7
2.2.2 STAND DER WISSENSCHAFT
...................................................................
8
2.3 EINFLUSS DER
ANODEN/ELEKTROLYT-GRENZFLAECHE..............................................
11
2.4 ZYKLISCHE VOLTAMMETRIE
...............................................................................
12
2.5 ELEKTROCHEMISCHE IMPEDANZSPEKTROSKOPIE
................................................. 13
2.5.1 ERSATZSCHALTBILD
...............................................................................
14
2.5.2 VERTEILUNG DER RELAXATIONSZEITEN
.................................................... 15
2.6 FOURIERTRANSFORMIERTE INFRAROTSPEKTROSKOPIE
.............................................. 17
2.7
RAMANSPEKTROSKOPIE......................................................................................
17
2.8 REFLEKTOMETRIE
...............................................................................................
18
2.9 ROENTGENPHOTOELEKTRONENSPEKTROSKOPIE
....................................................... 20
2.10 RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE
......................................................................
20
2.11 MIKROQUARZWAAGE
.........................................................................................
21
3 CHARAKTERISIERUNG DER CHEMISCHEN ZUSAMMENSETZUNG 24
3.1 EXPERIMENTELLES
............................................................................................
25
3.2 MORPHOLOGIE DER GRAPHITANODEN
................................................................
30
3.3 EX RAMANSPEKTROSKOPIE
......................................................................
30
3.4 IN SZFAZ-RAMANSPEKTROSKOPIE
.........................................................................
32
3.5 FOURIERTRANSFORMIERTE INFRAROT SPEKTROSKOPIE ( F T I R )
.................................. 35
3.6 ROENTGENPHOTOELEKTRONENSPEKTROSKOPIE (XPS)
........................................... 38
3.7 FAZIT
..............................................................................................................
40
4 CHARAKTERISIERUNG PHYSIKALISCHER EIGENSCHAFTEN 42
4.1 EXPERIMENTELLES
............................................................................................
43
4.2 ROENTGENREFLEKTOMETRIE ( X R )
..........................................................................
46
4.3 NEUTRONENREFLEKTOMETRIE (NR)
.................................................................... 48
4.4 ELEKTROCHEMISCHE MIKROQUARZWAAGE (EQCM)
...........................................
52
4.5 FAZIT
...............................................................................................................
58
5 CHARAKTERISIERUNG DES ELEKTROCHEMISCHEN VERHALTENS 60
5.1 EXPERIMENTELLES
............................................................................................
60
5.2 BERECHNUNG DER VERTEILUNG DER RELAXATIONSZEITEN
.....................................
61
5.3 ELEKTROCHEMISCHE IMPEDANZSPEKTROSKOPIE ( E I S )
........................................
62
5.4 TEMPERATURABHAENGIGES V E RH A LTE N
................................................................. 65
5.5 FAZIT
...............................................................................................................
69
6 UNTERSUCHUNG ALTERNATIVER ANODENMATERIALIEN 70
6.1 EXPERIMENTELLES
............................................................................................
71
6.2 SILIZIUM
ANODEN................................................................................................
73
6.2.1 XPS-CHARAKTERISIERUNG AN SI-ANODEN
...........................................
73
6.2.2 ELEKTROCHEMISCHE IMPEDANZSPEKTROSKOPIE AN SI-ANODEN
............
75
6.3 LITHIUMTITANATANODEN
...................................................................................
77
6.3.1 XPS-CHARAKTERISIERUNG AN L T O -A NODEN
........................................
78
6.3.2 ELEKTROCHEMISCHE IMPEDANZSPEKTROSKOPIE AN LTO-ANODEN .... 80
6.4 FAZIT
...............................................................................................................
81
7 LANGZEITWACHSTUM DER SEI 82
7.1 EXPERIMENTELLES
............................................................................................
82
7.2 ALTERUNG IN K
NOPFZELLEN................................................................................
84
7.3
NEUTRONENREFLEKTOMETRIEMESSUNGEN..............................................................
86
7.4 BESCHREIBUNG DES MODELLS
.............................................................................
88
7.5 ERGEBNISSE DER S IM U LA TIO N
.............................................................................
91
7.6 FAZIT
...............................................................................................................
96
8 ZUSAMMENFASSUNG 98
9 AUSBLICK 102
A ANHANG 104
A.L AUSWERTUNG DER RAMANSPEKTREN
...................................................................
104
A.2 FITWERTE DER IMPEDANZSPEKTREN AN GRAPHIT
.................................................106
A.3 PARAMETER FUER DIE AUSWERTUNG DER REFLEKTOMETRIEMESSUNGEN
.....................
111
A.4 FITERGEBNISSE DER ROENTGENREFLEKTOMETRIEMESSUNGEN
.....................................111
A.5 ERGAENZENDE MESSUNGEN ZU DEN NEUTRONENREFLEKTOMETRIEMESSUNGEN . . .
112
A.6 ERGAENZUNGEN ZU DEN IMPEDANZSPEKTREN AN G RAP H ITAN O D EN
........................
116
A.7 IMPEDANZSPEKTREN IM ZWEI-ELEKTRODEN-AUFBAU
..........................................
116
A.8 FITWERTE DER NEUTRONENMESSUNG ZUM SEI-WACHSTUM
.................................
119
A.9 PARAMTER FUER DIE S IM
ULATION............................................................................
122
LITERATURVERZEICHNIS 124
VEROEFFENTLICHUNGEN 135
|
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