Effect of morphology and functionalization on the electrochemical properties of oxide anode materials for lithium-ion batteries
Description
In the present thesis, potential anode materials for lithium-ion batteries are studied with respect to their physical and electrochemical properties. The focus is on the relationship between particle size, morphology, functionalization and electrochemical properties. In this context, the intercalation material LiVO, the conversion-based transition metal oxides MoO, VO, CoFeO and MnO as well as ZnO as a representative of the alloy-forming materials were investigated. The physical characterization of the pristine as well as electrochemically cycled materials was performed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and magnetization measurements. The electrochemical measurement methods used were cyclic voltammetry and galvanostatic cycling. In total, the presented results show, that the electrochemical properties of anode materials can be improved significantly by morphological modification and realising carbon composites. In the case of LiVO and MoO smaller particles exhibit higher electrochemical activities. The pseudo-capacitive charge storage observed for hierarchically structured VO/C microspheres allows good performance even at high charge rates. In the case of the composites with hollow carbon spheres and nanotubes, the contributions of the transition metal oxides lead to higher specific capacities. Moreover, encapsulation of CoFeO in carbon nanotubes proves to be a successful strategy to counteract the negative effects of conversion processes on cycling stability.
Availability note (English)
Also available from: http://dx.doi.org/10.11588/heidok.00030978Abstract (German)
In der vorliegenden Arbeit werden potenzielle Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien hinsichtlich ihrer physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften untersucht. Dabei im Vordergrund steht der Zusammenhang von Partikelgröße, Morphologie, Funktionalisierung und elektrochemischen Eigenschaften. In diesem Kontext wurden das Interkalationsmaterial LiVO, die konversionsbasierten Übergangmetalloxide MoO, VO, CoFeO und MnO sowie ZnO als Vertreter der legierungsbildenden Materialien untersucht. Die physikalische Charakterisierung der Ausgangsmaterialien und elektrochemisch zyklierter Proben erfolgte mittels Röntgendiffraktometrie, Rasterelektronenmikroskopie und Magnetisierungsmessungen. Als elektrochemische Messmethoden kamen die zyklische Voltammetrie und galvanostatische Zyklierung zum Einsatz. Die vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass durch morphologische Modifikation sowie den Verbund mit Kohlenstoff Einfluss die elektrochemischen Eigenschaften signifikant verbessert werden können. So weisen im Fall von LiVO und MoO kleinere Partikel höhere elektrochemische Aktivitäten auf. Die pseudo-kapazitive Ladungsspeicherung, die für hierarchisch strukturierte VO/C-Mikrosphären beobachtet wird, erlaubt auch bei hohen Laderaten eine gute Leistung. Im Fall der Komposite mit Kohlenstoffhohlkugeln und -nanoröhren führen die Beiträge der Übergangsmetalloxide zu höheren spezifischen Kapazitäten. Zudem erweist sich die Einkapselung von CoFeO in Kohlenstoffnanoröhren als erfolgreiche Strategie, um den negativen Auswirkungen der Konversionsprozesse auf die Zyklenstabilität entgegenzuwirken.Files
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- Original title (German)
- Einfluss von Morphologie und Funktionalisierung auf die elektrochemischen Eigenschaften von oxidischen Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien
Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 199 p.
- Report number
- INIS-DE--3633
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 53099052
- Subject category
- S37: INORGANIC, ORGANIC, PHYSICAL AND ANALYTICAL CHEMISTRY; S25: ENERGY STORAGE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ANODES; CARBON; COBALT OXIDES; ENCAPSULATION; IRON OXIDES; LITHIUM ION BATTERIES; LITHIUM OXIDES; MAGNETIZATION; MANGANESE OXIDES; MICROSPHERES; MOLYBDENUM OXIDES; MORPHOLOGY; NANOTUBES; PARTICLE SIZE; SCANNING ELECTRON MICROSCOPY; VANADIUM OXIDES; VOLTAMETRY; X-RAY DIFFRACTION; ZINC OXIDES
- Descriptors DEC
- ALKALI METAL COMPOUNDS; CHALCOGENIDES; COBALT COMPOUNDS; COHERENT SCATTERING; DIFFRACTION; ELECTRIC BATTERIES; ELECTROCHEMICAL CELLS; ELECTRODES; ELECTRON MICROSCOPY; ELEMENTS; ENERGY STORAGE SYSTEMS; ENERGY SYSTEMS; IRON COMPOUNDS; LITHIUM COMPOUNDS; MANGANESE COMPOUNDS; MICROSCOPY; MOLYBDENUM COMPOUNDS; NANOSTRUCTURES; NONMETALS; OXIDES; OXYGEN COMPOUNDS; REFRACTORY METAL COMPOUNDS; SCATTERING; SIZE; TRANSITION ELEMENT COMPOUNDS; VANADIUM COMPOUNDS; ZINC COMPOUNDS