Atomistic origins of asymmetric charge-discharge kinetics in off-stoichiometric LiNiO$_2$
Notice bibliographique
Résumé
LiNiO$_2$ shows poor Li transport kinetics at the ends of charge and discharge in the first cycle, which significantly reduces its available capacity in practice. The atomistic origins of these kinetic limits have not been fully understood. Here, we examine Li transport in LiNiO$_2$ by first-principles-based kinetic Monte Carlo simulations where both long time scale and large length scale are achieved, enabling direct comparison with experiments. Our results reveal the rate-limiting steps at both ends of the voltage scan and distinguish the differences between charge and discharge at the same Li content. The asymmetric effects of excess Ni in the Li layer (Ni$_\textrm{Li}$) are also captured in our unified modelling framework. In the low voltage region, the first cycle capacity loss due to high overpotential at the end of discharge is reproduced without empirical input. While the Li concentration gradient is found responsible for the low overpotential during charge at this state of charge. Ni$_\textrm{Li}$ increases the overpotential of discharge but not charge because it only impedes Li diffusion in a particular range of Li concentration and does not change the equilibrium voltage profile. The trends from varying the amount of Ni$_\textrm{Li}$ and temperature agree with experiments. In the high voltage region, charge becomes the slower process. The bottleneck becomes moving a Li from the Li-rich phase (H2) into the Li-poor phase (H3), while the Li hopping barriers in both phases are relatively low. The roles of preexisting nucleation sites and Ni$_\textrm{Li}$ are discussed. These results provide new atomistic insights of the kinetic hindrances, paving the road to unleash the full potential of high-Ni layered oxide cathodes.
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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 | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
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 ».