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

Phasenbildungsprozesse und Phasenstabilitaten wurden im binaren System Li-C sowie in den ternaren Systemen Li-C-Si, Li-C-Sn und Li-Si-Sn untersucht. Im binaren Li-C-System lagen die Schwerpunkte der Untersuchungen auf der Charakterisierung der batterierelevanten Li-Graphit-Interkalationsphasen (Li-GICs) sowie auf der Untersuchung der thermodynamischen Stabilitat der in diesem System bekannten Phasen LiC6 und Li2C2. Mit Hilfe von Warmebehandlungsexperimenten 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 Gefugeuntersuchungen in Verbindung mit Rontgendiffraktometrie eingesetzt, um Li-GICs mit verschiedenen Li-Gehalten zu charakterisieren. Es wurde gezeigt, dass die Bildung der Li-GICs wahrend des Ein- und Ausbaus von Li nicht in allen Aspekten symmetrisch verlauft. Die Untersuchungen zeigten auserdem, dass die Phase LiC12 einen variablen Li-Gehalt aufweisen kann und somit nicht stochiometrisch ist. Die bislang komplett unbeschriebenen ternaren Systeme Li-Si-C, Li-Sn-C und Li-Si-Sn wurden mittels Warmebehandlungsexperimenten und dynamischer Differenzkalorimetrie hinsichtlich ihrer Phasengleichgewichte untersucht. Hierfur wurden gezielt bestimmte Zusammensetzungen ausgewahlt, welche mittels binarer Phasen aus den Randsystemen prazise eingestellt wurden. Die bei der Untersuchung der ternaren Systeme detektierten Phasen weichen deutlich von denen ab, die durch Extrapolation aus den binaren Randsystemen vorhergesagt werden. Im System Li-Si-C wurde ein Dreiphasengleichgewicht, welches die Phasen Li7Si3, Li2C2 und SiC enthalt, eindeutig identifiziert. Fur eine abschliesende Aussage uber die im thermodynamischen Gleichgewicht vorliegenden Phasen in den Systemen Li-Sn-C und Li-Sn-Si bedarf es einer weiteren, detaillierten Untersuchung. Ternare Phasen wurden in keinem der betrachteten Systeme beobachtet.