Präparation und Charakterisierung von „LiPON“ Feststoffelektrolyt-Dünnschichten und deren Grenzflächen

In der vorliegenden Arbeit wurde der Lithiumionen-Feststoffelektrolyt „LiPON“ mittels Kathodenzerstäubung als Dünnschicht hergestellt und eingehend mit oberflächenphysikalischen Messmethoden, wie beispielsweise Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), charakterisiert. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Grenzflächenbildung des Elektrolyten zu den Elektrodenmaterialien LiCoO2 und Lithium. Hierzu wurden die jeweiligen Grenzflächen durch den Einsatz von in-situ XPS auf auftretende chemische Reaktionen und auf ihre elektronische Bandanpassung hin untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass die chemische Struktur nahe der Grenzfläche in beiden Fällen gegenüber dem Volumen verändert ist. Des Weiteren wurden aufbauend auf der Halbzelle LiCoO2/LiPON Dünnschichtbatterien mit verschiedenen Anoden und Schutzschichten hergestellt und elektrochemisch mittels Lade-/Entladekurven, sowieso Zyklovoltammogrammen charakterisiert. Es wurde festgestellt, dass, für die Herstellung von funktionalen Zellen, die Verkapselung gegen die Atmosphäre essentiell ist. Außerdem wurden LiPON-Schichten mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung hergestellt und charakterisiert

Präparation und Charakterisierung von „LiPON“ Feststoffelektrolyt-Dünnschichten und deren Grenzflächen

In der vorliegenden Arbeit wurde der Lithiumionen-Feststoffelektrolyt „LiPON“ mittels Kathodenzerstäubung als Dünnschicht hergestellt und eingehend mit oberflächenphysikalischen Messmethoden, wie beispielsweise Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), charakterisiert. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Grenzflächenbildung des Elektrolyten zu den Elektrodenmaterialien LiCoO2 und Lithium. Hierzu wurden die jeweiligen Grenzflächen durch den Einsatz von in-situ XPS auf auftretende chemische Reaktionen und auf ihre elektronische Bandanpassung hin untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass die chemische Struktur nahe der Grenzfläche in beiden Fällen gegenüber dem Volumen verändert ist. Des Weiteren wurden aufbauend auf der Halbzelle LiCoO2/LiPON Dünnschichtbatterien mit verschiedenen Anoden und Schutzschichten hergestellt und elektrochemisch mittels Lade-/Entladekurven, sowieso Zyklovoltammogrammen charakterisiert. Es wurde festgestellt, dass, für die Herstellung von funktionalen Zellen, die Verkapselung gegen die Atmosphäre essentiell ist. Außerdem wurden LiPON-Schichten mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung hergestellt und charakterisiert

Interface reactions between LiPON and lithium studied by in-situ X-ray photoemission

Abstract Lithium phosphorus oxynitride (LiPON) is an amorphous solid lithium ion conductor commonly used in all solid state thin film batteries (TFBs) with LiCoO2 as cathode- and lithium as anode-material. {TFBs} exceed conventional Li ion batteries with respect to lifetime and safety but may suffer from high ion transfer resistances and interface reactions between the electrodes and the electrolyte. In this contribution we study interface layer formation between LiPON and metallic lithium using an in-situ X-ray photoemission spectroscopy (XPS) surface science approach

Surface and Interface Analysis of LiCoO2 and LiPON Thin Films by Photoemission: Implications for Li-Ion Batteries

Abstract Thin film technology is applied in different fields of Li-ion battery research and development, such as the fabrication of thin film cells and model electrodes. Data obtained by surface and interface analysis of thin films provides important insights into fundamental processes such as charge compensation mechanism or interface formation. In this overview, we present the analysis of LiCoO2 and LiPON thin films using photoemission. It includes data obtained directly after preparation, after exposure to molecular species and/or after electrode-electrolyte interface formation. Information both on electronic structure and surface chemistry of the films is deduced from core level spectra, valence band spectra, Fermi level position and work function. Next to PES analysis of our films, we address composition, structure and functionality in more general terms in relation to literature.</jats:p

Determination of the valence band structure of an alkali phosphorus oxynitride glass: A synchrotron XPS study on LiPON

Lithium phosphorus oxynitride (LiPON) is a solid state electrolyte commonly used in thin film batteries (TFBs). Advanced TFBs face the issue of detrimental electrode–electrolyte interlayer formation, related to the electronic structure of the interface. In this contribution, we study the valence band structure of LiPON using resonant photoemission and synchrotron photoemission with variable excitation energies. The identification of different valence band features is done according to the known valence band features of meta- and orthophosphates. Additionally we compare our results with partial density of states simulations from literature. We find that the valence band structure is similar to the known metaphosphates with an additional contribution of nitrogen states at the top of the valence band. From the results we conclude that synchrotron X-ray photoemission (XPS) is a useful tool to study the valence band structure of nitridated alkali phosphate glasses