Synthese des Olivinphosphats LiMnPO$_{4}$ und Untersuchung des elektrochemischen Mechanismus zum Ein- und Ausbau von Lithium

Abstract

Das Olivinphosphat LiMnPO4 wurde mit drei verschiedenen Syntheseverfahren dargestellt: dem Polyol-Verfahren, dem Sol-Gel-Prozess und der Festkörperrektion. Die Produkte wurden mittels Röntgenbeugung (XRD) und Rasterelektronenmikroskopie (REM) charakterisiert. Für die Sol-Gel-Synthese wurde ein Reaktionsmechanismus zur Bildung von LiMnPO4 auf Grundlage einer Hochtemperatur-XRD-Messung hergeleitet. Die Produkte aus den Synthesen wurden elektrochemisch untersucht und eine geeignete Aufarbeitung ermittelt. Neben der spezifischen Kapazität wurde für das Kathodenmaterial aus der Sol-Gel-Synthese die Ratenfähigkeit, die Zyklenfestigkeit und die Zyklierbarkeit bei erhöhten Temperaturen bestimmt. Außerdem wurde der elektrochemische Mechanismus zum Ein- und Ausbau von Lithium untersucht. Dazu wurden in situ und ex situ XRD-Messungen durchgeführt. Das Kathodenmaterial wurde bezüglich einer partiellen Amorphisierung und einer Jahn-Teller Verzerrung untersucht. Die lokale Umgebung von Lithium und Phosphor in den ex situ Proben wurde mit Hilfe von magic angle spinning (MAS) Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) analysiert. Die Ergebnisse wurden durch magnetische Messungen und Untersuchungen zur thermischen Stabilität von MnPO4 ergänzt