LiSi - Lithium-Solid-Electrolyte Interfaces

Die gemeinsamen Arbeitsziele des DE – US Projektkonsortiums "LISI" sind der GVB bzw. dem Rahmenplan zu entnehmen. Die Teilziele der TUM (FRM II) sind im Nachfolgenden erläutert: Hauptgrund für die eingeschränkte Zyklenstabilität und Schnellladefähigkeit von Festkörperbatterien auf Lithiummetallbasis ist die Bildung instabiler Festelektrolytgrenzflächen auf Lithiummetalloberflächen, was zu großen ohmschen Widerständen führt, die den Transport von Lithiumionen erheblich beeinträchtigen. Zusätzlich verursachen die Volumenänderungen während des Zellbetriebs mechanische Kontaktverluste an diesen Grenzflächen sowie inhomogene Lithiummetallablagerungen. In diesem Projekt ist ein maßgeschneidertes Design und eine Modifikation derartiger interner Grenzflächen geplant, um die Grenzflächenwiderstände zu reduzieren und dadurch die Li-Ionen-Transporteigenschaften innerhalb der Elektrode sowie der Grenzflächen und Interphasen zu verbessern. Die Anwendung von zerstörungsfreien analytischen Neutronen- und Röntgentechniken ermöglicht es, die inneren Strukturen und lateralen Morphologien an den Grenzflächen zwischen Lithiummetall und Festelektrolyt vor und nach dem maßgeschneiderten Design und der Modifikation der Schnittstelle zu charakterisieren und zu verfolgen. Ebenso können Änderungen der Li-Dichteprofile innerhalb der aktiven Materialien und über die Grenzflächen hinweg untersucht werden um dabei große Oberflächenbereiche mit hoher Auflösung und statistischer Relevanz zu charakterisieren. Wir können die Entwicklung zur Verringerung inhomogener Lithiummetallablagerungen an Grenzflächen verfolgen und so den Materialdesignern Informationen zurückspiegeln. Unsere Neutronentechniken werden parallel weiterentwickelt und optimiert, um auch Änderungen der Li-Verteilung in den Zwischenschichten als Funktion der Beschichtung, der Temperatur oder der Zyklisierung mit räumlicher und zeitlicher Auflösung zu untersuchen.