Funktionalisierte Silizium-Kohlenstoff-Komposite und vernetzte Bindersysteme für Anoden in Lithium-Ionen-Batterien

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Das derzeit in kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien verwendete Anodenmaterial Graphit kann die steigenden Anforderungen in mobilen Anwendungen aufgrund seiner moderaten theoretischen Kapazität und zunehmender Sicherheitsrisiken nicht mehr erfüllen. Silizium hat sich als eines der vielversprechendsten Anodenmaterialien herausgestellt, da es die zehnfache theoretische Kapazität bietet und ein geeignetes Arbeitspotential aufweist. Allerdings führt die starke Volumenausdehnung während der Lithiierung zu einem Verlust der Elektrodenintegrität, Pulverisierung des Aktivmaterials und schnellem Versagen der Elektrode. In dieser Dissertation wurde das Konzept eines Si@C-Kern-Hülle-Komposits untersucht und der Einfluss unterschiedlicher Si-Oberflächen auf die strukturellen und elektrochemischen Eigenschaften analysiert. Zudem wurde eine Anode mit einem hohen Si-Anteil von 60 % auf Basis eines neuen Si@C-Kern-Hülle-Komposits synthetisiert und evaluiert. Die Entwicklung neuartiger Bindersysteme ist ebenfalls ein Forschungsschwerpunkt, um Silizium als Anodenmaterial kommerziell nutzbar zu machen. Ein vernetztes Bindersystem für Silizium/Graphit-Kompositanoden wurde entwickelt, das die spezifische Kapazität und Coulomb-Effizienz der Anode im Vergleich zu Referenzsystemen signifikant erhöhen konnte.