Die elektrochemische Abscheidung von Silicium ist eine aussichtsreiche Alternative zu den derzeitigen energieintensiven Herstellungsverfahren. Bisher ist der Reduktionsprozess jedoch kaum verstanden und die Schichten weisen starke Kohlenstoff- und Sauerstoffverunreinigungen auf. Für den Einsatz als hochkapazitive Anoden in Lithium-Ionen-Batterien ist deshalb die Anpassung der Schichteigenschaften und chemischen Zusammensetzung erforderlich. Diese Parameter werden durch das verwendete Substrat, die Stabilität des Elektrolyten und dem angelegten Potential beeinflusst. Daher wird in dieser Arbeit die Reduktion von SiCl4 in diversen aprotischen Medien, u.a. 1-Butyl-1-methylpyrrolidinium Bis(trifluoromethylsulfonyl)imid ([BMP][TFSI]) und Sulfolan (SL), untersucht. Als Hauptanalysewerkzeug dient dabei die elektrochemische Quarzkristallmikrowaage mit Dissipationsüberwachung. Die morphologische und chemische Charakterisierung erfolgt mittels Rasterelektronenmikroskopie bzw. Röntgenphotoelektronenspektroskopie. Die Ergebnisse zeigen unabhängig von Substrat und Potential eine starke Zersetzung von [BMP][TFSI] während der Abscheidung. Die Menge an Si(0) unterscheidet sich jedoch auf den einzelnen Substraten und reicht von 18,1 at.% (Glaskohlenstoff - GC) bis 7,5 at.% (Ni). Im Gegensatz dazu wird die Reduktion von SiCl4 auf den Metallelektroden in SL bei niedrigen Potentialen kaum durch die Nebenreaktionen beeinträchtigt, wodurch doppelt so hohe Anteile an Si(0) in den Schichten erreicht werden. Auf GC verhindert die Zersetzung von SL eine erfolgreiche Abscheidung von Si. In beiden Elektrolyten nehmen Rauheit und Viskoelastizität des Si mit zunehmender Abscheidezeit (t>1h) zu. Das (De-)Lithiierungsverhalten der Schichten wird mittels galvanostatischer Zyklisierung in EC/DMC (1:1, v/v) - LiPF6 Elektrolyten bei verschiedenen spezifischen Strömen untersucht. Die Daten zeigen eine schnelle Abnahme der Kapazität aufgrund der hohen Volumenexpansion während der Legierungsbildung. Durch Verwendung eines porösen Kupfer-Stromabnehmers konnten die Zyklenstabilität, Ratenfähigkeit und Coulomb-Effizienz von aus SL abgeschiedenem Si jedoch deutlich verbessert werden. Selbst nach 1200 Zyklen besitzt das Material noch eine Kapazität von ca. 1,5 Ah/g. Darüber hinaus konnten keine Risse in der Schicht festgestellt werden, was die hohe Stabilität der Elektrode belegt.
The electrodeposition of silicon is a promising alternative to the current highly energy consuming production methods. However, the reduction process is barely understood, and the deposits are contaminated with carbon and oxygen. For the application of this material as high-capacity anodes in lithium-ion batteries, the precise adjustment of the layer properties and chemical composition is required. These parameters are influenced by the used substrate, the stability of the electrolyte and the applied potential. Therefore, this work investigates the reduction of SiCl4 in different aprotic media (i.e. 1-butyl-1-methyl bis(trifluoromethylsulfonyl)imide - [BMP][TFSI], and sulfolane - SL) using the electrochemical quartz crystal microbalance with dissipation monitoring as main analytical tool for the deposition process. The morphological and chemical characterization is accomplished by scanning electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), respectively. The results show a strong decomposition of [BMP][TFSI] during the electroreduction of SiCl4 independent of the substrate and applied potential. However, the amount of elemental Si differentiates on the single substrates from high at glassy carbon (18.1 at.%) to low at nickel (7.5 at.%). In contrast, the deposition at the metallic electrodes in SL is less impaired by the side reactions at low potentials. XPS analyses reveal double the amount of Si(0) in the layers compared to those from [BMP][TFSI]. On the contrary, on glassy carbon a successful reduction is prevented by the decomposition of SL. In both electrolytes, the roughness and viscoelasticity of Si increase with increasing deposition time (t>1h). The lithiation and delithiation behavior of the Si deposits in EC/DMC (1:1, v/v) - LiPF6 electrolyte is investigated by galvanostatic cycling at different specific currents. The data display a fast degradation in capacity due to the high volume expansion during lithiation. By using a porous copper current collector, the cycling stability, rate capability and coulombic efficiency of Si obtained from SL could be clearly improved. Even after 1200 cycles the anode still has a capacity of about 1.5 Ah/g. In addition, no cracks could be detected in the active material after cycling, confirming the high stability of this electrode.