Synthese des Olivinphosphats LiMnPO$_{4}$ und Untersuchung des elektrochemischen Mechanismus zum Ein- und Ausbau von Lithium

Das Olivinphosphat LiMnPO4 wurde mit drei verschiedenen Syntheseverfahren dargestellt: dem Polyol-Verfahren, dem Sol-Gel-Prozess und der Festkörperrektion. Die Produkte wurden mittels Röntgenbeugung (XRD) und Rasterelektronenmikroskopie (REM) charakterisiert. Für die Sol-Gel-Synthese wurde ein Reaktionsmechanismus zur Bildung von LiMnPO4 auf Grundlage einer Hochtemperatur-XRD-Messung hergeleitet. Die Produkte aus den Synthesen wurden elektrochemisch untersucht und eine geeignete Aufarbeitung ermittelt. Neben der spezifischen Kapazität wurde für das Kathodenmaterial aus der Sol-Gel-Synthese die Ratenfähigkeit, die Zyklenfestigkeit und die Zyklierbarkeit bei erhöhten Temperaturen bestimmt. ... mehrAußerdem wurde der elektrochemische Mechanismus zum Ein- und Ausbau von Lithium untersucht. Dazu wurden in situ und ex situ XRD-Messungen durchgeführt. Das Kathodenmaterial wurde bezüglich einer partiellen Amorphisierung und einer Jahn-Teller Verzerrung untersucht. Die lokale Umgebung von Lithium und Phosphor in den ex situ Proben wurde mit Hilfe von magic angle spinning (MAS) Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) analysiert. Die Ergebnisse wurden durch magnetische Messungen und Untersuchungen zur thermischen Stabilität von MnPO4 ergänzt.

Olivine-type lithium manganese phosphate LiMnPO4 was synthesized via three different synthesis routes: the polyol method, the sol-gel synthesis and the solid-state reaction. The products were characterized by X-ray diffraction (XRD) and electron microscopy (SEM). Furthermore, the structural evolution of the material after the sol-gel synthesis was investigated by high temperature XRD measurements. Based on these data, a reaction mechanism was derived for the formation of LiMnPO4. The electrochemical behavior of the products were analyzed in half-cells against lithium as anode. ... mehrFor the sol-gel synthesized material the specific capacity, rate capability and cycling stability was determined. In addition, the cycling behavior was investigated at elevated temperature. The electrochemical process of the extraction and insertion of lithium was evaluated by in situ and ex situ XRD measurements. The partial amorphization of the cathode material and the Jahn-Teller distortion were discussed. Furthermore, the local structure of lithium and phosphor in the ex situ samples were investigated by magic angle spinning (MAS) nuclear magnetic resonance (NMR). Magnetic measurements and the analysis of the thermal stability of MnPO4 completed the results.