Neue Untersuchungen zur Synthese und Strukturchemie von polynären Lithium- und Silber-Übergangsmetallphosphaten

Abstract

Bei der Suche nach neuen, leistungsfähigen Kathodenmaterialien für Lithiumionenbatterien wurden im Rahmen dieser Arbeit umfangreiche Gleichgewichtsuntersuchungen in den Viertstoffsystemen Li /<i>M</i> / P / O (<i>M</i>: Cr, Mn) durchgeführt. Hierbei wurden erstmalig die Phosphate LiCr^II₄(PO₄)₃, NaCr^II₄(PO₄)₃, Li₅Cr^II₂Cr^III(PO₄)₄, monoklines Li₃Cr₂(PO₄)₃, Cr^II₅Cr^III₂ (P₂O₇)₄ und LiMn^II₂P₃O₁₀ erhalten. Über deren Synthese, kristallographische Charakterisierung sowie deren spektroskopische und magnetische Eigenschaften berichtet die vorliegende ArbeitDie Gleichgewichtsuntersuchungen im System Li / Cr / P / O führten zur Aufklärung zahlreicher Phasenbeziehungen. So wurden statt der kristallchemisch naheliegenden Verbindungen „LiCrPO&₄ldquo; und „Li₂CrP₂O₇“ die Koexistenzgebiete LiCr₄(PO₄)₃ / Li₅Cr₃(PO₄)₄ / Cr₂O₃ / CrP und Li₉Cr₃(P₂O₇)₃(PO₄)₂ / Li₃Cr₂(PO₄)₃ / LiCrP₂O₇ / CrP beobachtet.<br /> Im System Li / Mn / P / O wurde ebenfalls die Koexistenz einiger Gleichgewichtsphasen aufgeklärt, wie die von Lithium-orthophosphat und Lithium-mangan(II)-orthophosphat sowie von Lithium-metaphosphat und Mangan(III)-metaphosphat.<br /> Im Weiteren wurde das De-interkalationsverhalten von Silber-mangan-phosphaten mit der Möglichkeit zur Darstellung metastabiler Phosphate mit Mangan in Oxidationsstufen höher als 3+ untersucht. Hierbei wurde das Vierstoffsystem Ag / Mn / P / O mit Mn(II) und Mn(III) näher betrachtet. Die Reaktionsbedingungen wurden an jene der Experimente in den entsprechenden Lithiumenthaltenden Systemen angepasst. Im Rahmen der Gleichgewichtsuntersuchungen wurden zwei neue Pyrophosphate AgMnP₂O₇ und Ag_1,6Mn₃(P₂O₇)₂ gefunden und charakterisiert.