Gezielte Optimierung und thermodynamische Charakterisierung von Lithium Siliciden und Lithiumeisenphosphat als Elektrodenmaterialien für Lithiumionen-Batterien - Kalorimetrische, kinetische und theoretische Untersuchungen zu den Beziehungen zwischen Reaktivität, Morphologie und Partikelgröße

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Kortus; Professor Dr. Florian Mertens
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 180078959

Die Zielstellung des interdisziplinären Projektes wird sich auch in der zweiten Antragsperiode auf die beiden bisher bearbeiteten Schwerpunkte konzentrieren. Diese waren, die Herausarbeitung und Implementierung der theoretischen Methoden zur Beschreibung potentieller Elektrodenmaterialien für Lithiumionenbatterien mittels Phasenfeld-Simulation unter Berücksichtigung des komplexen Zusammenspiels von chemischen Reaktionen, Transportprozessen, mechanischen Spannungen und elektrischen Feldern sowie die Bereitstellung der benötigen thermodynamischen und kinetischen Daten auf der Basis von kalorimetrischen und DFT basierten Untersuchungen, um eine realistische Beschreibung zweier grundsätzlich verschiedener Elektrodenmaterialien, Lithiumsilicide (Anode) und Lithiumeisenphosphat (Kathode), zu ermöglichen.Die Arbeit in der zweiten Projektperiode ist auf folgende Hauptarbeitspakete fokussiert: i) Der Untersuchung der morphologischen Eigenschaften der beiden Elektrodenmaterialien mittels Phasenfeld-Simulation unter Anwendung der in der ersten Antragsperiode entwickelten theoretischen Ansätze und Algorithmen für Einzelpartikel und deren Übertragung auf Nukleationsprozesse und Multipartikel-Systeme; ii) Die Ermittlung von thermodynamischen und kinetischen Daten mittels experimenteller und theoretischer Methoden, die während der ersten Antragsperiode noch nicht bereitgestellt werden konnten, insbesondere Oberflächen- bzw. Grenzflächenenergien und Bildungsenthalpien sowie iii) Die Untersuchung von unerwarteten Phasenumwandlungen, die in der ersten Antragsphase identifiziert wurden. Zusätzlich werden Trends der thermodynamischen Größen homologer olivinartiger Kathodenmaterialien bestimmt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1473: WeNDeLIB - Werkstoffe mit neuem Design für verbesserte Lithium-Ionen-Batterien
• Beteiligte Personen: Privatdozent Dr. Michael Fleck; Dr. Regina Hüttl; Dr. Jürgen Seidel