Ziel dieser Dissertation ist es, ein tieferes Verständnis für die Reaktionsschichten zwischen metallischem Lithium und lithiumionenleitenden Festelektrolyten zu erlangen und das Konzept der Opferschichten zur Passivierung der Lithium|Festlektrolyt Grenzfläche zu erläutern und anhand praktischer Beispiele zu belegen. Zunächst werden die Lithium|Festlektrolyt Grenzfläche und die an ihr auftretenden Phänomene diskutiert. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Bildung der Reaktionsschicht zwischen Lithium und dem Elektrolyten. Diese Bildung erfolgt sowohl in Batterien mit flüssigem Elektrolyten als auch in Batterien mit Festelektrolyten. Beide Systeme werden ausführlich erläutert und die Unterschiede zwischen diesen Fällen werden analysiert. Eine folgende Literaturzusammenfassung zeigt, mit welchen Materialien und Methoden in der Forschung versucht wird, die Grenzfläche zu stabilisieren und in wieweit sie die Zielsetzung erreichen, bzw. wo sie versagen. Ausgehend davon wird diskutiert, über welche Eigenschaften eine Grenzfläche verfügen muss, damit sie den Elektrolyten vor Zersetzung in Kontakt mit Lithium bewahrt. Da davon ausgegangen wird, dass nur die wenigsten Festelektrolyte über die intrinsische Eigenschaft verfügen, eine stabile Grenzfläche zu Lithiummetall auszubilden, wird der neu entwickelte Opferschichtmechanismus zur Stabilisierung der Grenzfläche erläutert. Es wird aufgezeigt, welche Aufgaben diese Opferschichten erfüllen müssen und welche Materialien in Frage kommen. Der Experimentalteil dieser Arbeit beschäftigt sich schließlich mit der Erzeugung dünner Schichten verschiedener Opferschichtmaterialien und der Herstellung der Testbatterien, sowie der verwendeten Nachweismethoden. Die Idee des Opferschichtmechanismus leitet sich aus der Untersuchung von LiPON ab, einem Festelektrolyten, der eine passivierende Reaktionsschicht in Kontakt mit Lithium bildet. Mittels Röntgen photoelektronenspektroskopischer (XPS) Messungen wird die Bildung dieser Reaktionsschicht untersucht und sowohl ihre Zusammensetzung als auch ihre Dicke wird in Abhängigkeit der Elektrolytstöchiometrie experimentell ermittelt. Diese Untersuchungen geben Aufschluss darüber, wie eine Reaktionsschicht beschaffen sein muss, um eine passivierende Wirkung zu entfalten. Als zweites Material wird in dieser Arbeit Triphosphorpentanitrid (P3N5) eingesetzt. Aufgrund seiner Zusammensetzung sollte dieses Material in der Lage sein, in Kontakt mit Lithium eine Reaktionsschicht zu bilden, die die gleichen positiven Eigenschaften aufweist wie im Falle von LiPON . Der Spannungsabfall über die Reaktionsschicht sollte jedoch kleiner sein. Die Reaktionsschicht von P3N5 und Lithium sollte eine bessere ionische Leitfähigkeit besitzen, da im Gegensatz zu LiPON kein schlecht leitfähiges Lithiumoxid Li2O gebildet wird. Zunächst muss jedoch die Gültigkeit des Opferschichtmechanismus für P3N5 nachgewiesen werden, wobei diese Untersuchungen zum Vergleich sowohl mit dem pulverförmigen Ausgangsmaterial als auch mit hergestellten Dünnfilmen durchgeführt werden. Mittels struktureller und elektrochemischer Messungen wird dann gezeigt, wie sich diese Opferschichten auf die Zelleigenschaften und die Lithium|Elektrolyt Grenzfläche auswirken. Dazu werden sowohl symmetrische Li|LPS|Li Feststoffzellen gebaut, als auch Vollzellen des Typs NCM:LPS|LPS|P3N5|Li. Abschließend folgt ein Ausblick auf weitere Maßnahmen zum Schutz der Grenzfläche. Diese reichen von einer Verbesserung der Schichtqualität der in dieser Arbeit verwendeten Materialien über weitere Vorschläge für Opferschichten bis hin zu Multischichtsystemen.Der Anhang dieser Arbeit umfasst neben einer ausführlichen Diskussion der Kenndaten herkömmlicher Lithiumionenbatterien, mit denen sich Feststoffbatterien werden messen müssen, zusätzliche Daten, die für das Verständnis der Argumentation förderlich sind. Dazu gehören zusätzliche Signale aus den XPS Messungen von LiPON und P3N5, als auch die Vergleichsmessungen des P3N5 Pulvers, aber auch Untersuchungsergebnisse weiterer möglicher Schutzschichtmaterialien.
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