Zinnnanopartikel als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien - Einfluss der morphologischen und Oberflächeneigenschaften auf die elektrochemische Performanz

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Joanna Kolny-Olesiak, seit 1/2019; Professor Dr. Martin Winter
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280592434

Im Rahmen dieses Projektes sollen Anodensysteme untersucht werden, deren Aktivmaterial auf nanoskaligen Zinnpartikeln beruht. Diese besitzen ein hohes Anwendungspotenzial in Lithium-Ionen Batterien, da Zinn eine hohe Lithium-Speicher-Kapazität zeigt, aus der sich eine hohe spezifische Energie ergibt. Allerdings weisen Zinnanoden bisher nur eine geringe Zyklenstabilität auf. Um ihre elektrochemischen Kenndaten zu verbessern muss das Verhalten der beteiligten Materialien besser verstanden werden. Wenig ist z. B. über die Abhängigkeit des Lithium-Speichermechanismus von Partikeleigenschaften, wie Morphologie und Oberfläche bekannt. Auch die Bildung und der Aufbau der SEI auf der Oberfläche der Zinnelektrode, sowie die damit im Zusammenhang stehenden Ursachen des Kontaktverlustes des Anodenmaterials zum Leitruß und/oder Stromsammler müssen noch studiert werden. Im Fokus des Projektes steht zum einen das gezielte Nanopartikeldesign in Bezug auf Größe und Form sowie die Optimierung der Oberflächenbenetzung mithilfe von Polymeren (Ligandenhülle), sowie zum anderen die Korrelation der morphologischen Eigenschaften und der Oberflächenbeschaffenheit der Partikel mit dem elektrochemischen Verhalten. In diesem Projekt sollen eine optimierte Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung für eine hohe spezifische Kapazität bei gleichzeitiger Zyklenstabilität gefunden werden. Hierzu soll die Elektrodenpräparation bzgl. Dispergiermethoden, Bindermaterial und Zusammensetzung optimal auf die Partikeleigenschaften abgestimmt werden. Des Weiteren soll grundlegend auf bisher nicht ausreichend beantwortete Fragestellungen eingegangen werden, im Besonderen auf die Wechselwirkung des Polymerbinders mit der Partikeloberfläche sowie deren Auswirkungen auf die elektrochemischen Eigenschaften wie reversible und irreversible Kapazitäten, SEI-Bildung und Kapazitätserhaltung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Martin Knipper, bis 12/2018