Lasergestützte Modifikation von Lithiummanganoxid und Lithiumnickelmangankobaltoxid

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Das Ziel dieser Untersuchungen war die Entwicklung von Laserprozessen zur Strukturierung von Dünnschicht- und Dickschichtelektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Zellen. Es wurden Laserstrukturierungskonzepte und Wärmebehandlungsverfahren entwickelt, um Mikrostrukturen in Lithiummanganoxid-Dünnschichten einzubringen und eine batterieaktive Phase einzustellen. Die modifizierten Dünnschichtkathoden wurden hinsichtlich ihres elektrochemischen Verhaltens sowie nach elektrochemischer Zyklisierung charakterisiert. Die Laserstrukturierungsprozesse wurden auf gegossene Dickschichtelektroden wie Lithiummanganoxid-Kathoden, Lithiumnickelmangankobaltoxid-Kathoden und Graphit-Anoden übertragen. Hierzu wurde Infrarot-Faserlaserstrahlung eingesetzt. Ziel hierbei war die Einstellung von Mikrokanalstrukturen mit hohem Aspektverhältnis, die zum einen hochstromfähig sind und zum anderen Oberflächen aufweisen, die den Flüssigelektrolyten schnell aufnehmen. Der Prozess des thermischen Abtragens wurde in Betracht gezogen und Phasenänderungen in lasermodifizierten Partikelrandschichten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Elektrolytbenetzung auf planar und vertikal angeordneten lasermodifizierten Elektrodenflächen einsetzt. Die elektrochemische Zyklisierfähigkeit von Zellen mit laserstrukturierten Elektroden bei hohen C-Raten wurde in Abhängigkeit der Elektrolytbefüllmethode untersucht. Mit der Laserprozessierung steht eine Technologie zur Verfügung, um zukünftig neue Elektroden- und Zellarchitekturen mit verbesserter Elektrolytbenetzung und verbesserten Lithium-Ionen-Diffusionseigenschaften zu entwerfen, wobei neue Fertigungstechnologien zukünftig die Produktionskosten auf Zelllevel reduzieren könnten.