Forschende des IFW Dresden haben gemeinsam mit Partnern einen neuen Ansatz für die Herstellung von Lithium-haltigen Dünnschichten entwickelt. Diese Materialien sind vielversprechend für den Einsatz in künftigen Batteriegenerationen, da sie die Lebensdauer und Sicherheit von Energiespeichern verbessern können.

Lithium spielt eine zentrale Rolle in modernen Energiespeichern. Für viele Anwendungen sind ultradünne, exakt kontrollierte Lithium-haltige Schichten entscheidend, etwa als Schutzlagen auf Kathoden oder als Komponenten fester Elektrolyte. Derart dünne Schichten werden üblicherweise mittels spezieller Verfahren wie beispielsweise der Atomlagenabscheidung (engl. Atomic Layer Deposition, ALD) hergestellt, bei der durch Verdampfung und chemische Reaktion ultradünne Schichten auf einem Substrat entstehen. Doch genau hier lag bislang ein Problem: Geeignete chemische Vorstufen von Lithium für die Dünnschichtherstellung, die sogenannten Precursor, sind rar, weil gängige Verbindungen des Materials leicht zu größeren Molekülclustern aggregieren. Sie verdampfen dadurch schlechter und reagieren unkontrolliert.

Mononuklearer Lithium-Komplex: Flüchtig und dennoch thermisch stabil

Ein Team um Forschende des IFW Dresden hat nun einen neuen Weg aufgezeigt. In der aktuellen Arbeit entwickelten die Wissenschaftler*innen einen mononuklearen Lithium-Komplex, der gleichzeitig flüchtig und thermisch stabil ist – eine ungewöhnliche Kombination in der Lithiumchemie. Der Schlüssel liegt in einem speziellen Liganden aus der Carben-Chemie: Ein N-heterocyclisches Carben (NHC) „schirmt“ das Lithium so ab, dass es als einzelnes Molekül vorliegt und sich nicht mehr zusammenlagert. Dadurch verbessert sich die Verdampfbarkeit deutlich, und der Precursor wird hochgradig ALD-tauglich.

Im Proof-of-Concept wurden mit der neuen Vorstufe Lithium-Silikat-Dünnschichten per ALD hergestellt. Die Filme zeigen ein sauberes, kontrolliertes Wachstum und enthalten keine ungewollten Liganden-Rückstände. Damit gelingt ein neuartiger stabiler ALD-Zugang zu einem Lithium-Material, das für Batterietechnologien hochrelevant ist.

Die Studie schafft zudem eine neue Basis in der Technologie, weil sie den ersten NHC-stabilisierten ALD-Precursor für ein Alkalimetall beschreibt. Der neue Precursor zeigt ein neues Prinzip, wie auch andere Elemente, die zur Clusterung neigen, durch gezieltes Ligandendesign für Dünnschichtprozesse nutzbar gemacht werden können. 

Die Ergebnisse wurden in der Angewandten Chemie International Edition veröffentlicht und als Hot Paper hervorgehoben.

Originalpublikation:
Angew. Chem. Int. Ed. (2025)
DOI https://doi.org/10.1002/anie.202513066

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