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2.3 Kathodenmaterialien

Die Aktivmasse der Kathode besteht einem lithiumlegiertem Material. In ihr werden während des Entladens die für die Leistungsbereitstellung benötigten Lithiumatome eingelagert.

Es gibt derzeit eine Fülle von Kathodenmaterialien, welche in Entwicklung sind, bzw. sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien befinden. Die nachfolgenden Kapitel beschäftigen sich mit den heute relevanten und in der Praxis eingesetzten Kathodenmaterialen, welche Lithium-Metalloxide (als Einmetalloxid oder Metallgemischoxid) sind, oder ein Lithium-Metallphosphat. Alle derzeit beforschten Kathodenmaterialien detailliert zu beschreiben, würde den Rahmen für lediglich Interessierte vollständig sprengen. Daher beschränke ich mich auf die wichtigsten Materialien, welche in der Praxis auch eingesetzt werden.

Für die Einlagerung (Interkalation) der Lithiumatome im Kathodenmaterial unterscheidet die Chemie drei wesentlich unterschiedliche Strukturen, so sind:

  • in Metalloxiden (Rein- oder Mischsysteme) sind die Lithiumatome in sog. Layern (Schichten) zwischen Molekülen des Metalloxidgitters eingelagert.

Abb: Schichtförmige Einlagerung, wie z.B. für LiCoO2, Quelle: nature materials

  • in  Spinellen sind sie in den Freiräumen der Gitterstruktur eingelagert.

Abb.: Einlagerung in einem Spinell, wie z. B. für LiMn2O4, Quelle: nature materials

 

  • in den Olivinen (vgl. 2.3.5) ergfolgt die Einlagerung oktaederförmig zu den Sauerstoffatomen (grau)

Abb: Einlagerung in einer Olivinstruktur, wie z. B. bei Lithiumeisenphosphat, Quelle: nature materials