November 2017

Für die Erforschung grundlegender Effekte der Lithiumionen-Batterie ist im wissenschaftlichen Alltag die Präparation von Modellsystemen ein wichtiges Instrument, um gezielt die Komplexität eines Systems auf die zu untersuchende Eigenschaft zu reduzieren. Die Präparation und Untersuchung von sehr dünnen und glatten Schichten der Elektrodenmaterialien beispielsweise erlauben es, Rückschlüsse über die Wechselwirkung mit dem Elektrolyten an ihrer Grenzfläche zu ziehen. Die Präparation dieser Schichten wird dabei von vielen verschiedenen Parametern beeinflusst. Im gezeigten Beispiel ist der Einfluss verschiedener Trägermaterialien (Substrate) auf die Morphologie und Textur der Schichten gezeigt.Diese bestehen aus LiNi0.5Mn1.5O4 und wurden jeweils durch spin-coating auf Silizium-Wafern bzw. auf platinbeschichtetem, Yttrium-dotierten Zirkoniumdioxid (YSZ/Pt) hergestellt. Dabei wird eine stöchiometrische Lösung der Metallsalze auf das rotierende Trägermaterial getropft und anschließend im Ofen auskristallisiert. Die Schichtdicke kann dabei über die Abscheidung mehrerer Lagen gesteuert werden. Die Probe auf dem Silizium-Wafer (a) und Querschnitt c)) haftet nur sehr schlecht und die entstandene Dünnschicht ist stark verspannt, was zu Rissen und Deformationen in der Dünnschicht führt. Auf YSZ/Pt (b) und Querschnitt d)) dagegen ist die Dünnschicht bei identischen Bedingungen stabil, und es lassen sich sogar die individuellen Beschichtungslagen im Querschnitt d) erkennen. Die Herstellungsbedingungen eines abzuscheidenden Materials müssen also individuell an das verwendete Trägermaterial angepasst werden. (Bild eingereicht von Patrick Schichtel.)