Br‐dotiertes Li4Ti5O12 und Verbund-TiO2-Anoden für Li‐Ionen-Batterien: Synchrotron-Röntgen- und in situ Neutronenbeugungsstudien

Zusammenfassung: Synchrotron-Röntgenbeugungsdaten wurden verwendet, um die Phasenreinheit zu bestimmen und die Kristallstruktur der Li4Ti5O12‐xBrx-Elektrodenmaterialien (wobei die synthetischen chemischen Eingaben x = 0,05, 0,10, 0,20, 0,30 sind) neu zu bewerten. Ein Maximum von x′ = 0,12 Br, wobei x′ der rietveldbereinigte Wert ist, kann in die Kristallstruktur substituiert werden, wobei mindestens 2% Rutil-TiO2 als Zweitphase gebildet werden. Höhere Br-Konzentrationen induzierten die Bildung einer dritten, vermutlich Br-reichen, Phase. Diese Materialien fungieren als Verbundanoden, die Mischungen aus TiO2, Li4Ti5O12‐xBrx und einer Br-reichen dritten, unbekannten Phase enthalten. Die geringen Mengen der Sekundärphasen in Kombination mit Li4Ti5O12‐xBrx, wobei x′ ∼ 0,1, wurden als optimal in Bezug auf elektrochemische Eigenschaften festgestellt, während größere Mengen der Sekundärphasen zur Verschlechterung der Leistung beitrugen. In situ Neutronenbeugung eines kompositen Anatase-TiO2/Li4Ti5O12-Anoden innerhalb einer maßgefertigten Batterie wurde verwendet, um die elektrochemische Funktion der TiO2-Komponente zu bestimmen. Die Li4Ti5O12-Komponente wurde bei niedrigeren Spannungen (1,5 V) im Vergleich zu TiO2 (1,7 V) als elektrochemisch aktiv befunden. Dies ermöglichte es, die Li-Einlagerung/-Entnahme durch die Wahl des Spannungsbereichs in beiden Komponenten dieses Verbundmaterials oder nur in der Anatase-TiO2-Phase zu steuern. Die Verwendung von Verbundmaterialien kann die Entwicklung von Multikomponenten-Elektroden erleichtern, in denen verschiedene aktive Materialien zyklisch verwendet werden können, um die Leistungsabgabe zu steuern.