Chemische Gasphasenabscheidung (PE-MOCVD) von kationensubstituierten Übergangsmetalloxidschichten Li(Co1xNix)1-yMyO2 (M=Mg, Al) für Interkalationskathoden: Struktur, elektronische Struktur und elektrochemische Kenngrößen

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfram Jaegermann
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2006
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5434086

Lithiumhaltige Übergangsmetalloxide werden als Kathodenmaterialien für Lithiumionenbatterien bereits erforscht und verwendet. Dabei sind LiMn2O4, LiCoO2 und LiNiO2 aufgrund ihrer hohen Zellenspannngen von ca. 4 Volt bezüglich einer Lithiumanode von technologischer Relevanz. Jedes Material besitzt besondere Vorzüge, aber auch signifikante Einschränkungen. Es liegt daher nahe durch die Präparation von Mischoxiden und kationensubstituierten Materialien die positiven Eigenschaften der Materialien zu kombinieren. Hierbei konnten aufgrund struktureller Stabilisierung erhöhte Zyklenstabilität und Batteriespannungen beobachtet werden. Die meisten Studien charakterisieren Volumenmaterialien mit strukturempfindlichen oder elektrochemischen Methoden. Systematische Untersuchungen zur Herstellung substituierter Dünnschichtmaterialien für Mikrobatterien sowie zur Elektronenstruktur und den damit verbundenen Eigenschaften wie Batteriespannung, Kapazität und Reversibilität sind bisher nicht dokumentiert. Im Rahmen dieses Projekts sollen daher in der ersten Phase partiell kationensubstituierte Oxide der Form Li(Co1-x,Nix)1-yMyO2 (M = Mg, Al) präpariert und hinsichtlich ihrer Eigenschaften als Kathodenmaterialien untersucht werden. Die Präparation soll als Dünnschichtmaterial unter Verwendung metallorganischer Prekursoren durch Plasmaangeregte chemische Gasphasenabscheidung erfolgen, da mit dieser Methode die Variation der Stöchiometrie leicht realisierbar erscheint. Als spezielle Charakterisierungsmethode steht ein In-situ-Batterieaufbau zur Photoelektronenspektroskopischen Untersuchung der chemischenn Zusammensetzung und der elektronischen Struktur als Funktion des Ladezustandes zur Verfügung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Ultrahochvakuumkammer für die Abscheidung dünner Schichten
• Gerätegruppe: 0920 Atom- und Molekularstrahl-Apparaturen
• Beteiligte Person: Dr. Andreas Thißen