Bildung und Stabilität von Phasen aus Li, Sn, Si und C

Phasenbildungsprozesse und Phasenstabilitäten wurden im binären System Li-C sowie in den ternären Systemen Li-C-Si, Li-C-Sn und Li-Si-Sn untersucht. Im binären Li-C-System lagen die Schwerpunkte der Untersuchungen auf der Charakterisierung der batterierelevanten Li-Graphit-Interkalationsphasen (Li-GICs) sowie auf der Untersuchung der thermodynamischen Stabilität der in diesem System bekannten Phasen LiC6 und Li2C2. Mit Hilfe von Wärmebehandlungsexperimenten und dynamischer Differenzkalorimetrie konnte gezeigt werden, dass die Phase Li2C2 thermodynamisch stabil ist, wohingegen es sich bei der Li-Graphit-Interkalationsphase LiC6 um eine metastabile Phase handelt. Erstmals wurden Gefügeuntersuchungen in Verbindung mit Röntgendiffraktometrie eingesetzt, um Li-GICs mit verschiedenen Li-Gehalten zu charakterisieren. Es wurde gezeigt, dass die Bildung der Li-GICs während des Ein- und Ausbaus von Li nicht in allen Aspekten symmetrisch verläuft. Die Untersuchungen zeigten außerdem, dass die Phase LiC12 einen variablen Li-Gehalt aufweisen kann und somit nicht stöchiometrisch ist. Die bislang komplett unbeschriebenen ternären Systeme Li-Si-C, Li-Sn-C und Li-Si-Sn wurden mittels Wärmebehandlungsexperimenten und dynamischer Differenzkalorimetrie hinsichtlich ihrer Phasengleichgewichte untersucht. Hierfür wurden gezielt bestimmte Zusammensetzungen ausgewählt, welche mittels binärer Phasen aus den Randsystemen präzise eingestellt wurden. Die bei der Untersuchung der ternären Systeme detektierten Phasen weichen deutlich von denen ab, die durch Extrapolation aus den binären Randsystemen vorhergesagt werden. Im System Li-Si-C wurde ein Dreiphasengleichgewicht, welches die Phasen Li7Si3, Li2C2 und SiC enthält, eindeutig identifiziert. Für eine abschließende Aussage über die im thermodynamischen Gleichgewicht vorliegenden Phasen in den Systemen Li-Sn-C und Li-Sn-Si bedarf es einer weiteren, detaillierten Untersuchung. Ternäre Phasen wurden in keinem der betrachteten Systeme beobachtet.