In dieser Arbeit untersuchen wir zwei Modelle, die das Laden und Entladen einer Lithium-Ionen Batterie beschreiben. Beide Modelle spiegeln eine Hysterese in dem Spannungs-Ladungs-Verlauf wider. Wir skizzieren den Modellierungsprozess von einem diskreten vielteilchen Modell sowie einem kontinuierlichen vielteilchen Modell. Das erste führt zu einer axiomatischen Beschreibung der Evolution makroskopischer Größen, während das zweite in eine nichtlineare Fokker-Planck Gleichung mündet. Wir zeigen die Existenz und Eindeutigkeit von Lösungen der nichtlinearen Fokker-Planck Gleichung und untersuchen deren qualitative Eigenschaften. Wir benutzen Interpolationsräume und Halbgruppen sektorieller Operatoren um den semilinearen Charakter der partiellen Differentialgleichung auszunutzen. Um globale Existenz zu erhalten, schätzen wir die Dissipation einer mit dem Modell verknüpften Energie ab. Diese Energie ist verwandt mit der L-log-L Norm, welche wir mithilfe einer Gagliardo-Nirenberg Ungleichung zu der L^2 Norm in Verbindung setzen können. Die notwendigen und hinreichenden Bedingungen zur globalen Existenz von Lösungen sind aus physikalischer Sicht plausibel. Der Ladezustand der Batterie muss innerhalb der Werte Voll und Leer sein. In numerischen Experimenten untersuchen wir das qualitative Verhalten von Lösungen. Wir zeigen die Konvergenz der numerischen Lösungen zu den exakten Lösungen. Dafür nutzen wir ähnliche Techniken wie bei der lokalen Existenztheorie. Wir beobachten die Tendenz von Lösungen sich um bestimmte Punkte zu konzentrieren. Unterstützt durch die formale Asymptotik zeigt dies für eine bestimmte Wahl von Parameter-Skalierungen, dass Lösungen gegen Dirac-Maße konvergieren. In diesem Grenzverhalten wird das System durch die Evolution von makroskopischen Größen beschrieben, welche wir auch in dem diskreten vielteilchen Modell wiederfinden. In diesen makroskopischen Größen lässt sich eine Hysterese beobachten. / We discuss two models which describe the charging and discharging of a lithium-ion battery and especially the hysteretical behaviour therein. We give an overview on the modelling process for a discrete many particle model and a continuous many particle model. The former results in an axiomatic description of macroscopic quantities while the latter gives a nonlinear Fokker-Planck equation. The nonlinear Fokker-Planck equation is analysed with respect to existence and uniqueness of solutions as well as qualitative behaviour of solutions. The nonlinearity in this partial differential equation stems from a coefficient which depends on the solution first non-local and second in a higher order. We use interpolation spaces and semigroups generated from sectorial operators to show the existence and uniqueness of solutions locally in time. The global existence in time relies on estimates for the dissipation of an energy. The suitable energy is related to the L-log-L norm and so a Gagliardo-Nirenberg inequality is needed to connect this back to L^2 estimates. It turns out that the conditions for global in time existence of solutions are physical reasonable. One needs that the loading state of the battery shall stay between totally empty and totally full. In numerical experiments we investigate the qualitative behaviour of solutions to the nonlinear Fokker-Planck equation. We are able to show convergence of the numerical solutions to the exact solution. We observe that solutions tend to concentrate at certain points. Supported by results from formal asymptotic expansions, we document the limiting behaviour in a certain scaling of the appearing parameters, which is the formation of Dirac measures. The evolution of the global quantities, which we observe in numerical simulations, is the same as what results from the discrete many particle model and one observes hysteretic behaviour in macroscopic quantities.

Electrical energy is used at approximately the rate of 15 Terawatts world-wide. Generating this much energy has become a primary concern for all nations. There are many ways of generating energy among which the most commonly used are non-renewable and will extinct much sooner than expected. Very active research is going on both to increase the use of renewable energy sources and to use the available energy with more efficiency. Among these sources, solar energy is being considered as the most abundant and has received high attention. The mobile phone has become one of the basic needs of modern life, with almost every human being having one.Individually a mobile phone consumes little power but collectively this becomes very large. This consideration motivated the research undertaken in this masters thesis. The objective of this thesis is to design a model for solar power based charging circuits for mobile phone using Simulink(R). This thesis explains a design procedure of solar power based mobile charger circuit using Simulink(R) which includes the models for the photo-voltaic array, maximum power point tracker, pulse width modulator, DC-DC converter and a battery. The first part of the thesis concentrates on electron level behavior of a solar cell, its structure and its electrical model.The second part is to design an array of solar cells to generate the desired output. Finally, the third part is to design a DC-DC converter which can stabilize and provide the required input to the battery with the help of the maximum power point tracker and pulse width modulation. The obtained DC-DC converter is adjustable to meet the requirements of the battery. This design is aimed at charging a lithium ion battery with nominal voltage of 3.7 V, which can be taken as baseline to charge different types of batteries with different nominal voltages.

In dieser Arbeit wird das mechanische Recycling von Lithium-Ionen-Batterien unter Anwendung des an der TU Bergakademie Freiberg entwickelten Verfahrens untersucht. Ziel ist es, das Recyclingverhalten zu verbessern, da das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien im Zusammenhang mit der zunehmenden Elektrifizierung des Verkehrssektors immer wichtiger wird. Um die von der EU geforderten Verwertungsquoten, zu erreichen, ist es notwendig, Recyclingprozesse robust zu gestalten. Das mechanische Recycling stellt in Kombination mit der Hydrometallurgie eine vielversprechende Option zur Erreichung dieser Ziele dar, insbesondere angesichts der Rolle, die es bei dem Aufschluss der Lithium-Ionen-Batterie, einer komplexen Materialverbindung, spielt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Interaktion zwischen Maschine und Material, wobei der Sortierung und Analyse der Produkte sowie den Auswirkungen unterschiedlicher Batterietypen oder Entladestufen auf den Prozess besondere Aufmerksamkeit gewidmet wird. Im Rahmen der Modellierung und Simulation wird der Zick-Zack-Sichter im Hinblick auf seine Trennleistung und die verwendeten Materialien, nämlich die Stromsammlerfolien der Batterie, untersucht. Darüber hinaus werden Fallstudien vorgestellt, die die zunehmende Komplexität des zu recycelnden Materials im mechanischen Recycling verdeutlichen. Die Robustheit des Prozesses wird unter Berücksichtigung verschiedener Batterietypen und Entladestufen untersucht. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Qualität der Schwarzmasse, die erzielten Rückgewinnungsraten, die Herkunft der Verunreinigungen sowie das Sortier- und Freisetzungsverhalten gelegt. Folglich werden die Partikelgröße, die Produktzusammensetzung, die spezifische Energie, die Sinkgeschwindigkeitsverteilungen und die Analyse der Schwarzmasse (chemisch und optisch) untersucht, um die Ergebnisse mit den von der EU geforderten Rückgewinnungsraten zu vergleichen. Ausblickend wird angeführt, dass die Absiebung der Separatorfolie anstelle der Windsichtung die Robustheit des mechanischen Recyclings erhöht. Abschließend werden neue Forschungsansätze für das mechanische Recycling vorgestellt.:1. Motivation 2. Outline 3. State of the art: Lithium-Ion batteries 3.1 Composition and design 3.2 Hazards potential of Lithium-ion batteries 3.3 Recycling of Lithium-Ion Batteries 3.3.1 Process combinations of Lithium-Ion Battery recycling and their application in industry 3.3.2 Discharge 3.3.3 Mechanical processing 3.3.3.1 Comminution 3.3.3.2 Material separation 4. Materials and Methods 4.1 Material 4.2 Methodology 4.2.1 Recycling procedure 4.2.2 Analysis Methods 4.2.3 Definition of core parameters 5. Conclusion and Outlook References Publications Appendix / This thesis investigates the mechanical recycling of Lithium-Ion Batteries (LIB), applying the process developed by TU Bergakademie Freiberg. The objective is to enhance the recycling behaviour, given the growing importance of lithium-ion battery recycling in the context of the increasing electrification of the transport sector. It is necessary to design recycling processes in a robust way in order to achieve the recovery rates required by the EU, as published in July 2023. The mechanical recycling process, when used in combination with hydrometallurgical treatment represents a promising option for achieving these goals, particularly given its role in liberating the components of LIB, a complex material compound. The focus is on the interaction between the machine and the material, with particular attention paid to the sorting and analysis of products, as well as the impact of varying battery types or discharge levels on the process. In the context of modelling and simulation, the Zig Zag air classifier is investigated with regard to its separation efficiency and the feed material, namely the current collector foils of the battery. Furthermore, case studies are presented, which illustrate the increasing complexity of the material to be recycled in the mechanical recycling process. The robustness of the process is investigated by considering different battery types and discharge levels. In this context, particular attention is paid to the quality of the black mass, the recovery rates achieved, the origin of the impurities, and the sorting and liberation behaviour. Consequently, the particle size, product composition, specific energy consumption, settling velocity distributions and black mass analysis (chemical and optical) are investigated in order to compare the results to the recovery rates requested by the EU. Looking ahead, it is stated that screening off the separator foil instead of air classification enhances the robustness of the mechanical recycling process. Finally, new research approaches for mechanical recycling are presented.:1. Motivation 2. Outline 3. State of the art: Lithium-Ion batteries 3.1 Composition and design 3.2 Hazards potential of Lithium-ion batteries 3.3 Recycling of Lithium-Ion Batteries 3.3.1 Process combinations of Lithium-Ion Battery recycling and their application in industry 3.3.2 Discharge 3.3.3 Mechanical processing 3.3.3.1 Comminution 3.3.3.2 Material separation 4. Materials and Methods 4.1 Material 4.2 Methodology 4.2.1 Recycling procedure 4.2.2 Analysis Methods 4.2.3 Definition of core parameters 5. Conclusion and Outlook References Publications Appendix

Die Menschheit steht vor der großen Herausforderung der Energieversorgung des 21. Jahrhundert. Nirgendwo ist diese noch dringlicher geworden als im Bereich der Energiespeicherung und Umwandlung. Konventionelle Energie kommt hauptsächlich aus fossilen Brennstoffen, die auf der Erde nur begrenzt vorhanden sind, und hat zu einer starken Belastung der Umwelt geführt. Zusätzlich nimmt der Energieverbrauch weiter zu, insbesondere durch die rasante Verbreitung von Fahrzeugen und verschiedener Kundenelektronik wie PCs und Mobiltelefone. Alternative Energiequellen sollten vor einer Energiekrise entwickelt werden. Die Gewinnung erneuerbarer Energie aus Sonne und Wind sind auf jeden Fall sehr wichtig, aber diese Energien sind oft nicht gleichmäßig und andauernd vorhanden. Energiespeichervorrichtungen sind daher von großer Bedeutung, weil sie für eine Stabilisierung der umgewandelten Energie sorgen. Darüber hinaus ist es eine enttäuschende Tatsache, dass der Akku eines Smartphones jeglichen Herstellers heute gerade einen Tag lang ausreicht, und die Nutzer einen zusätzlichen Akku zur Hand haben müssen. Die tragbare Elektronik benötigt dringend Hochleistungsenergiespeicher mit höherer Energiedichte. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit beinhaltet Lithium-Ionen-Batterien unter Verwendung von einzelnen aufgerollten Siliziumstrukturen als Anoden, die durch nanotechnologische Methoden hergestellt werden. Eine Lab-on-Chip-Plattform wird für die Untersuchung der elektrochemischen Kinetik, der elektrischen Eigenschaften und die von dem Lithium verursachten strukturellen Veränderungen von einzelnen Siliziumrohrchen als Anoden in einer Lithium-Ionen-Batterie vorgestellt. In dem zweiten Teil wird ein neues Design und die Herstellung von flexiblen on-Chip, Festkörper Mikrosuperkondensatoren auf Basis von MnOx/Au-Multischichten vorgestellt, die mit aktueller Mikroelektronik kompatibel sind. Der Mikrosuperkondensator erzielt eine maximale Energiedichte von 1,75 mW h cm-3 und eine maximale Leistungsdichte von 3,44 W cm-3. Weiterhin wird ein flexibler und faserartig verwebter Superkondensator mit einem Cu-Draht als Substrat vorgestellt. Diese Dissertation wurde im Rahmen des Forschungsprojekts GRK 1215 "Rolled-up Nanotechnologie für on-Chip Energiespeicherung" 2010-2013, finanziell unterstützt von der International Research Training Group (IRTG), und dem PAKT Projekt "Elektrochemische Energiespeicherung in autonomen Systemen, no. 49004401" 2013-2014, angefertigt. Das Ziel der Projekte war die Entwicklung von fortschrittlichen Energiespeichermaterialien für die nächste Generation von Akkus und von flexiblen Superkondensatoren, um das Problem der Energiespeicherung zu addressieren. Hier bedanke ich mich sehr, dass IRTG mir die Möglichkeit angebotet hat, die Forschung in Deutschland stattzufinden. / Human beings are facing the grand energy challenge in the 21st century. Nowhere has this become more urgent than in the area of energy storage and conversion. Conventional energy is based on fossil fuels which are limited on the earth, and has caused extensive environmental pollutions. Additionally, the consumptions of energy are still increasing, especially with the rapid proliferation of vehicles and various consumer electronics like PCs and cell phones. We cannot rely on the earth’s limited legacy forever. Alternative energy resources should be developed before an energy crisis. The developments of renewable conversion energy from solar and wind are very important but these energies are often not even and continuous. Therefore, energy storage devices are of significant importance since they are the one stabilizing the converted energy. In addition, it is a disappointing fact that nowadays a smart phone, no matter of which brand, runs out of power in one day, and users have to carry an extra mobile power pack. Portable electronics demands urgently high-performance energy storage devices with higher energy density. The first part of this work involves lithium-ion micro-batteries utilizing single silicon rolled-up tubes as anodes, which are fabricated by the rolled-up nanotechnology approach. A lab-on-chip electrochemical device platform is presented for probing the electrochemical kinetics, electrical properties and lithium-driven structural changes of a single silicon rolled-up tube as an anode in lithium ion batteries. The second part introduces the new design and fabrication of on chip, all solid-state and flexible micro-supercapacitors based on MnOx/Au multilayers, which are compatible with current microelectronics. The micro-supercapacitor exhibits a maximum energy density of 1.75 mW h cm-3 and a maximum power density of 3.44 W cm-3. Furthermore, a flexible and weavable fiber-like supercapacitor is also demonstrated using Cu wire as substrate. This dissertation was written based on the research project supported by the International Research Training Group (IRTG) GRK 1215 "Rolled-up nanotech for on-chip energy storage" from the year 2010 to 2013 and PAKT project "Electrochemical energy storage in autonomous systems, no. 49004401" from 2013 to 2014. The aim of the projects was to design advanced energy storage materials for next-generation rechargeable batteries and flexible supercapacitors in order to address the energy issue. Here, I am deeply indebted to IRTG for giving me an opportunity to carry out the research project in Germany. September 2014, IFW Dresden, Germany Wenping Si

In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese von neuartigen Zinn(II)alkoxiden, deren Potential für die Zwillingspolymerisation und die Darstellung von zinnhaltigen organisch-anorganischen Nanokompositen beschrieben. Partielle Hydrolyse der Zinn(II)alkoxide führt zur Bildung von fünf- und sechskernigen Zinnoxidoclustern, die eine gute Löslichkeit in organischen polaren Lösungsmitteln besitzen. Eine Nachbehandlung der durch Zwillingspolymerisation erhaltenen Hybridmaterialien unter reduzierenden Bedingungen (Ar/H2) liefert Nanokomposite bestehend aus Zinnnanopartikeln eingebettet in eine Kohlenstoff/Siliziumdioxid-Matrix. Weiterhin werden verschiedene metallhaltige Additive wie z.B. Carboxylate in der Zwillingspolymerisation verwendet und deren Eignung zur Darstellung von zinnhaltigen Nanokompositen sowie zur Legierungsbildung mit Zinn im Nanokomposit untersucht. Mit ausgewählten Materialien werden elektrochemische Messungen durchgeführt, wobei deren potentieller Einsatz als Anodenmaterial für Lithiumionen-Batterien geprüft wird (Kooperation BASF SE, Research Performance Materials GMV/P). Die Charakterisierung der neu synthetisierten Verbindungen und Nanokomposite erfolgt unter anderem mittels Einkristallröntgenstrukturanalyse, Röntgenpulverdiffraktometrie, NMR-Spektroskopie, Infrarotspektroskopie, Elektronenmikroskopie sowie thermischen Analysemethoden

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von unterschiedlichen nanostrukturierten Hybridmaterialien ausgehend von nur einem Monomer. Dabei wird ein neuartiges Monomer vorgestellt, welches in einem Prozessschritt ein Hybridmaterial bestehend aus drei Polymeren bilden kann. Dies erweitert das Konzept der Zwillingspolymerisation, bei der zwei Polymere aus einem Monomer erhalten werden. Aus diesem Grund wurde der Überbegriff „Mehrlingspolymerisation“ für die Synthese von zwei oder mehr Polymeren aus nur einem Monomer eingeführt. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der gezielten Beschichtung verschiedener Partikeloberflächen mit nanostrukturierten Hybridmaterialien mittels Zwillingspolymerisation. Dabei wird der Einfluss der Oberfläche auf die Polymerisation verschiedener Zwillingsmonomere untersucht. Durch Nachbehandlung sind daraus poröse Kompositmaterialien zugänglich. Je nach Beständigkeit der Substrate sind diese in den Nachbehandlungsschritten stabil oder werden entfernt und dienen nur als Template zur Strukturierung der porösen Materialien. Es wurden unterschiedliche poröse Kohlenstoffe und Kohlenstoffkompositmaterialien hergestellt und charakterisiert. Ausgewählte Materialien wurden mit Schwefel verschmolzen und in Lithium-Schwefel-Zellen untersucht (Kooperation Dr. S. Choudhury, Leibniz-Institut für neue Materialien Saarbrücken). Die Charakterisierung der Proben erfolgte unter anderem mithilfe der Festkörper-NMR-Spektroskopie, Elektronenmikroskopie, dynamischen Differenzkalorimetrie, Röntgenpulver-diffraktometrie, Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie, Thermogravimetrie und Stickstoffsorption.

Les véhicules hybrides se démocratisent avec une utilisation croissante des éléments de stockage à base de lithium-ion. Dans ce contexte d'exploitation, le type d'usage est atypique et dépend fortement des stratégies de répartition des énergies au sein du véhicule. Parmi les hybridations, la catégorie "mild hybrid" conserve la motorisation thermique pour l'autonomie qu'elle apporte, et lui adjoint une machine électrique associée à un élément de stockage réversible, afin de permettre une récupération de l'énergie cinétique du véhicule. L'objet de ces travaux porte sur la mise en place d'algorithmes destinés à la détermination des états de charge (SoC), de santé (SoH) et de fonction (SoF) de chacune des cellules qui compose un pack batterie lithium-ion. Ces fonctionnalités sont implantées dans un système de gestion dénommé BMS pour Battery Management System. Dans un souci de réduction des coûts de production, nos travaux s'attachent à limiter la puissance de calcul et les moyens de mesure nécessaires à la détermination de ces états. À partir de mesures effectuées lors d'une utilisation de la batterie dans une application "mild hybrid", les méthodes développées permettent la détermination des états, ainsi que d'une partie des paramètres internes aux cellules. Cette utilisation est caractérisée par de forts courants et un maintien de l'état de charge autour de 50 %, ceci afin de maximiser la disponibilité de la batterie et d'en minimiser le vieillissement. L'utilisation d'observateurs et de méthodes en boucle ouverte, à partir d'une modélisation simplifiée de cellule, nous permet d'obtenir des résultats satisfaisants avec une puissance de calcul réduite / Hybrid vehicles are developing with increasing use of energy storage elements based on lithium-ion battery. In this context, the use of battery is atypical and highly dependent on energy allocation strategies within the vehicle. Among these vehicles, the mild hybrid category retains heat engine for the autonomy that offer and adds to it an electric machine associated with a reversible storage system, to allow the kinetic energy recovery of the vehicle. The object of this work involves the development of algorithms for determining the states of charge (SoC) and health (SoH) and function (SoF) of each cell that compose a lithium-ion battery pack. These features are implemented in a Battery Management System (BMS) for industrial production. In order to reduce production costs, our work attempts to limit the computing power and the measuring sensors necessary for these states determination. From battery measurements in a "mild hybrid" use, developed methods allow the states determination, as well as some of the internal parameters of cells. This application is characterized by high currents and maintaining a SoC of around 50%, in order to maximize the availability of the battery and to minimize aging. The use of observers and estimators, using a simplified model cell, allows us to achieve satisfactory results with a reduced computing power

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Bei einem entwickelten Verfahren zur mechanischen Aufbereitung von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) aus Elektrofahrzeugen fallen zwei, hauptsächlich aus den Elektrodenbestandteilen bestehenden, Feinfraktionen (FF) an. Typischerweise erfolgt eine Rückgewinnung der enthaltenen Wertstoffe Co, Ni und Cu derzeit über eine kombinierte pyro- und hydrometallurgische Aufbereitung. Dabei dient der pyrometallurgische Schritt der Abtrennung von Stoffen, welche bei der hydrometallurgischen Aufbereitung störend wirken. Durch eine mechanische Aufbereitung der FF wurde alternativ zu dem pyrometallurgischen Schritt versucht, die in der FF enthaltenen Wertstoffe anzureichern sowie ebenfalls die Störstoffe für eine hydrometallurgische Aufbereitung abzutrennen. Dazu wurden verschiedene trockene Sortierprozesse herangezogen und auf ihre Eignung hin untersucht. Mit Hilfe der Ergebnisse wurde ein Verfahrensfließbild für die Aufbereitung der FF entworfen und testweise durchlaufen. Zusätzlich zu den Sortierversuchen wurden eine Materialcharakterisierung durchgeführt, die Aufschlussverhältnisse (visuelle Einschätzung, Bestimmung Aufschlussgrad) sowie die Aufschlusszerkleinerung der FF untersucht. Als Aufgabegut diente eine Co-, Ni-, Mn- haltige FF, welche nach der 1. Zerkleinerung und Klassierung im entworfenen Verfahrensfließbild zur Aufbereitung der LIBs aus Elektrofahrzeugen gewonnen wurde. Zur Anreicherung der Wertstoffe Co, Ni innerhalb des Aktivmaterials (AM) und Cu sowie zur Reduzierung der Störstoffgehalte von Al und Kohlenstoff in bestimmten Produkten haben sich die Siebklassierung, die Magnetscheidung, die Gegenstromsortierung sowie als nasser Dichtesortierprozess die Schwimm-Sink-Sortierung als geeignet herausgestellt. Als resultierendes technologisches Aufbereitungsverfahren haben sich aus den Ergebnissen eine Siebklassierung bei x = 200 µm und x = 800 µm mit einer nachgeschalteten Magnetscheidung oder Gegenstromsortierung für die Klasse 0,2…0,8 mm ergeben, woraus 4 Produkte resultieren. Beim testweisen Durchlaufen des resultierenden Verfahrensfließbildes hat sich zudem herausgestellt, dass in Abhängigkeit von der FF bzw. deren Kenngrößen auf die Magnetscheidung bzw. Gegenstromsortierung verzichtet werden kann. Insgesamt wird zur Aufwands- und Kostenminimierung eine Vereinheitlichung der aufzubereitenden FF empfohlen. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens (inklusive Pyro- und Hydrometallurgie) wird stark durch die dynamische Entwicklung der Batterietechnologie, insbesondere der enthaltenen erlösbringenden Komponente Kobalt, und des Marktes (Verkaufsraten und Lebensdauer der LIBs) beeinflusst. Die notwendige kontinuierliche Anpassung des bestehenden Verfahrensfließbildes aufgrund der schnellen Weiterentwicklung chemischer LIB-Regime ist zudem nicht vermeidbar. Generelle Unterschiede in den FF (chemische Zusammensetzung, PGV) können auf verschiedene LIB-Typen (unterschiedliche AMs), deren Vorgeschichte (Alterungszustand, Lagerung, …) sowie die Zerkleinerungsbedingungen zurückgeführt werden. Mit Hilfe einer Bilanzierung wurden die Gehalte des gesamten AM in den FF zwischen c = 33,2 ± 3,4 Ma.-% und c = 54,9 ± 5,7 Ma.-% ermittelt. Mit Hilfe der untersuchten Methoden wurde in keinem Produkt der maximale Anreicherungsfaktor für die AMs erreicht, so dass lediglich eine Voranreicherung bezüglich dieser (und auch der anderen Komponenten) erzielt wurde. Betrachtungen zu den Verbindungs- und Aufschlussverhältnissen in der FF führten zu dem Ergebnis, dass sowohl die Anodenbeschichtung noch mit der Kupferfolie als auch die Kathodenbeschichtung mit der Aluminiumfolie im Verbund vorliegen können. Bezüglich der AMs wird ein Aufschluss im Partikelgrößenbereich größer der Primär- und Sekundärpartikelgröße (> 1 bis 20 µm) ausgeschlossen. Es konnte ein maximaler Aufschlussgrad von A = 37,9 % für eine der untersuchten Feinfraktionen bestimmt werden. Zur Zerkleinerung der Partikel in der Feinfraktion eignen sich eine Zerkleinerung in der einer Fliehkraftmühle bzw. mittels Ultraschallbeanspruchung.

Li-ion thin film battery technology has attracted much attention in recent years due to its highest need in portable electronic devices. Development of new materials for lithium ion battery (LIB) is very crucial for enhancement of the performance. LIB can supply higher energy density because Lithium is the most electropositive (-3.04V vs. standard hydrogen electrode) and lightest metal (M=6.94 g/mole). LIBs show many advantages over other kind of batteries such as, high energy density, high power density, long cycle life, no memory effect etc. The major work presented in this thesis is on the development of nanostructured materials for anode of Li-ion battery. It involves the synthesis and analysis of grapheme nanosheet (GNS) and its performance as anode material in Li ion battery. We studied the synthesis of GNS over different substrates and performed the anode studies. The morphology of GNS has great impact on Li storage capacity. Tin and Tin oxide nanostructures have been embedded in the GNS matrix and their electrochemical performance has been studied. Chapter 1 gives the brief introduction about the Li ion batteries (LIBs), working and background. Also the relative advantages and characterization of different electrode materials used in LIBs are discussed. Chapter 2 discusses various experimental techniques that are used to synthesize the electrode materials and characterize them. Chapter3 presents the detailed synthesis of graphene nanosheet (GNS) through electron cyclotron resonance (ECR) microwave plasma enhanced chemical vapor deposition (ECR PECVD) method. Various substrates such as metallic (copper, Ni and Pt coated copper) and insulating (Si, amorphous SiC and Quartz) were used for deposition of GNS. Morphology, structure and chemical bonding were analyzed using SEM, TEM, Raman, XRD and XPS techniques. GNS is a unique allotrope of carbon, which forms highly porous and vertically aligned graphene sheets, which consist of many layers of graphene. The morphology of GNS varies with substrate. Chapter 4 deals with the electrochemical studies of GNS films. The anode studies of GNS over various substrates for Li thin film batteries provides better discharge capacity. Conventional Li-ion batteries that rely on a graphite anode have a limitation in the capacity (372 mAh/g). We could show that the morphology of GNS has great effect in the electrochemical performance and exceeds the capacity limitation of graphite. Among the electrodes PtGNS shown as high discharge capacity of ~730 mAh/g compare to CuGNS (590 mAh/g) and NiGNS (508 mAh/g) for the first cycle at a current density of 23 µA/cm2. Electrochemical impedance spectroscopy provides the various cell parameters of the electrodes. Chapter 5 gives the anodic studies of Tin (Sn) nanoparticles decorated over GNS matrix. Sn nanoparticles of 20 to 100nm in size uniformly distributed over the GNS matrix provides a discharge capacity of ~1500 mAh/g mAh/g for as deposited and ~950 mAh/g for annealed Sn@GNS composites, respectively. The cyclic voltammogram (CV) also shows the lithiation and delithiation process on GNS and Sn particles. Chapter 6 discusses the synthesis of Tinoxide@GNS composite and the details of characterization of the electrode. SnO and SnO2 phases of Tin oxide nanostructures differing in morphologies were embedded in the GNS matrix. The anode studies of the electrode shows a discharge capacity of ~1400 mAh/g for SnO phase (platelet morphology) and ~950 mAh/g for SnO2 phase (nanoparticle morphology). The SnO phase also exhibits a good coulumbic efficiency of ~95%. Chapter 7 describes the use of SnO2 nanowire attached to the side walls of the GNS matrix. A discharge capacity of ~1340 mAh/g was obtained. The one dimensional wire attached to the side walls of GNS film and increases the surface area of active material for Li diffusion. Discharge capacity obtained was about 1335 mAhg-1 and the columbic efficiency of ~86% after the 50th cycle. The research work carried out as part of this thesis, and the results have summarized in chapter 8.