(Digital Presentation) Particle Size and Transition-Metal Chemistry Determine the Impact of Li-Excess on Disordered Rock-Salt Li-Ion Cathode Materials
Notice bibliographique
Résumé
The development of Co-free Li-excess disordered rock-salt (DRX) cathodes (e.g., Li1.2Mn0.4Ti0.4O2) for Li-ion batteries and interpretation through the percolation theory of Li diffusion have directed researchers to consider “Li-excess” (x > 1.1 in Li x TM 2-x O 2 ; TM = transition metal) as being essential to achieving high performance [1]. While the percolation theory provided an important insight into Li-transport in DRX materials, it leaves a critical impression that those DRXs without Li-excess will not deliver high capacity and thus are unsuitable as Li-ion cathode materials. However, the majority of DRX materials are made into pulverized nanoparticles whose small particle sizes (diameter < 150 nm) should render Li transport easy to achieve even with slow intrinsic Li diffusivity, making us question if Li-excess is necessary for designing DRX cathodes [2]. Moreover, the introduction of Li-excess requires a high degree of oxygen redox (along with TM-redox) in the materials to store electrons during cycling, leading to various O-redox-related side reactions (e.g., O-loss) that trigger fast capacity/voltage loss. In this presentation, we show that Li-excess is not necessary for some DRX-cathodes demonstrated by Li1.05Mn0.90Nb0.05O2 (M90) and Li1.20Mn0.60Nb0.20O2 (M60), which both deliver high capacity (>250 mAh/g) regardless of their Li-excess level [3]. By contextualizing this finding within the broader space of DRX materials and confirming with DFT calculations, we reveal that the percolation effect is not crucial at the nanoparticle scale, which most DRX materials developed so far have assumed by having the pulverized nanoparticle morphology [2]. Instead, Li-excess is required to decrease the charging voltage of certain DRX cathodes, which otherwise would experience difficulties in charging due to their very high TM-redox potential. Our findings show the double roles of Li-excess – modifying the cathode voltage and improving Li diffusion – that must be simultaneously considered to understand the necessity of Li-excess for high-capacity DRX cathodes. [1] J. Lee & G. Ceder et al., Science 343, 519-522 (2014) [2] H. Li & J. Lee et al., Joule 6, 53-91 (2022) [3] J. Lee & J. Li et al., Adv. Energy Mater., 2100204 (2021)
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,279 | 0,036 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».