Thermodynamik von Kobaltoxid-Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien und ihr Elektrochemisches Verhalten

Konversionselektroden weisen im Vergleich zu den inzwischen oft in Lithium-Ionen-Batterien (LIB) verwendeten Interkalationselektroden sehr hohe spezifische Kapazitäten auf. In dieser Arbeit wird versucht, durch einen thermodynamischen Ansatz neue Erkenntnisse über den Reaktionsmechanismus und die Zusammenhänge zwischen elektrochemischen und thermodynamischen Eigenschaften der Konversionselektroden im Materialsystem Li-Co-O zu erlangen. Hierfür wurden thermodynamische Beschreibungen mit Hilfe der CALPHAD-Methode entwickelt. Durch die Zusammenhänge zwischen der elektrochemischen Gleichgewichtsspannung und dem chemischen Potential ist es mit der thermodynamischen Beschreibung möglich, Gleichgewichtsspannungen und Titrationskurven der Elektroden gegen Lithium zu berechnen und vorherzusagen. ... mehrWeiterhin lassen sich durch thermodynamisch-elektrochemische Berechnungen mögliche Reaktionspfade und eventuell auftretende Verbindungen einfach identifizieren. Die Ergebnisse aus den thermodynamischen Berechnungen werden weiterhin mit experimentellen elektrochemischen Daten verglichen und diskutiert.

Conversion electrodes offer high specific capacities compared to intercalaction electrodes, which are currently widly used in lithium-ion batteries (LIB). A thermodynamic approach was employed in this work to investigate the reaction mechanism as well as the connection between the thermodynamics and electrochemistry of conversion electrodes in the material system Li-Co-O. For this purpose, thermodynamic descriptions were developed using the CALPHAD-method. Thermodynamic descriptions of multi-component systems can be used to predict electrochemical properties, such as reversible open-circuit voltages and titration curves. ... mehrAdditionally, possible reaction paths and eventually formed compounds can be identified easily. Furthermore, the results from the thermodynamic calculations are compared to experimental electrochemical data.