Fluorination of cathode active materials
Abstract: Die vorliegende Arbeit wurde in Kooperation mit der BASF SE und im internationalen Elektrochemie-Netzwerk der BASF SE erstellt. Das Thema dieser Arbeit behandelt die Fluorierung von Kathodenmaterialien (CAM) mit anschließenden elektrochemischen Untersuchungen im oben benannten Netzwerk. Um dies zu erreichen, wurde ein Fluor (F2) Labor aufgebaut. Die unbehandelten sowie die behandelten NCM CAMs wurden durch IC, ICP-MS, F-Ion selektive Elektrode, IR, DRIFTS, Raman, TGA, TGA-MS, DTA, pXRD, 7Li und 19F-MAS-NMR, SEM, EDX, XPS, Klopfdichte, Leitfähigkeit, und elektrochemische Messungen untersucht.
HE-NCM, NCM 811 und NCM 851005 CAMs besitzen eine sehr große Oberfläche, welche mit basischen Bestandteilen (SBC) überzogen sind (z.B.: LiOH, Li2CO3 und Li2O). Diese Bestandteile beeinflussen die Batterieleistung negativ. Um diese SBC Schicht zu minimieren, bestenfalls zu eliminieren, wurden die oben benannten CAMs mit Fluorgas behandelt. Fluor ist ein kleines, hoch reaktives Molekül, welches jede Pore des CAMs erreicht. Bei der Reaktion des SBC mit F2 entsteht ein amorpher LiF Film. Kleinste Fluorkonzentrationen (ca. 0.5 wt-%) können die Batterieeffizienz steigern. Höhere Fluorkonzentrationen führen zur Bildung von Metallfluoriden (O/F Substitution). Diese Metallfluoride können die elektrische und ionische Leitfähigkeit des Materials verbessern oder verschlechtern, abhängig von der Art des Materials sowie der eingesetzten Fluorkonzentration
Abstract: The work in this dissertation was carried out in cooperation with BASF SE and with the international BASF SE electrochemistry network. The purpose was to surface fluorinate cathode active materials (CAMs) and then test their electrochemical performance. To accomplish this, I built and maintained a specialized and rare fluorine laboratory to successfully surface fluorinate CAMs with highly reactive elementary fluorine gas (F2). The (non-) fluorinated NCM CAMs were characterized using a series of methods including IC, ICP-MS, F-ion selective electrode, IR spectroscopy, DRIFTS, Raman spectroscopy, TGA, TGA-MS, DTA, pXRD, 7Li and 19F-MAS-NMR, SEM, EDX, XPS, tap density, and via electrochemical methods.
Since fluorine gas is very small, and can therefore reach every pore in the cathode material. We found that it was a very efficient method to modify the NCM CAM (including HE-NCM, NCM 811, and NCM 851005) surfaces and consequently improve its performance in a lithium ion battery (LIB). Treatment with F2 at low pressures and room temperature resulted in the minimization or elimination of the high soluble base content (SBC) formed from LiOH, Li2CO3, or Li2O into amorphous LiF. A relatively low concentration of fluorine (approximately 0.5 wt-%) was sufficient, while higher concentrations led to the formation of metal fluorides (via an O/F substitution). While the metal fluorides may improve the electrical and the ionic conductivity of the materials, they may also prove detrimental to the system
- Location
-
Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
- Extent
-
Online-Ressource
- Language
-
Englisch
- Notes
-
Universität Freiburg, Dissertation, 2020
- Keyword
-
Materials
Fluorination
Batterie
Chemie
Elektrochemie
- Event
-
Veröffentlichung
- (where)
-
Freiburg
- (who)
-
Universität
- (when)
-
2020
- Creator
- DOI
-
10.6094/UNIFR/166836
- URN
-
urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1668368
- Rights
-
Kein Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
- Last update
-
25.03.2025, 1:48 PM CET
Data provider
Deutsche Nationalbibliothek. If you have any questions about the object, please contact the data provider.
Associated
Time of origin
- 2020
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