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Modeling Oxygen Loss and Phase Transformation in Ni-Rich Cathode Materials: Impact of Electrode Microstructure

Both, Svenja und Hein, Simon und Danner, Timo und Latz, Arnulf (2025) Modeling Oxygen Loss and Phase Transformation in Ni-Rich Cathode Materials: Impact of Electrode Microstructure. Batteries & Supercaps. Wiley. ISSN 2566-6223.

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Kurzfassung

Nickel-Manganese-Cobalt (NMC) oxides are widely used as cathode materials in lithium-ion batteries. While increasing the nickel content increases the available capacity in a given voltage window, it also reduces the structural stability of the material when cycled to high cutoff voltages. Oxygen release from the crystal structure as well as a layered-to-rocksalt phase transformation of the layered oxide material cause capacity loss and impedance rise. In this work, we propose a continuum approach to model oxygen release and the associated phase transformation using a 1+1D model informed by atomistic simulations to predict the thickness of reconstructed active material over time. An efficient interface model allows us to combine this approach with 3D microstructure-resolved simulations in order to study the effect of a resistive layer on a real cathode microstructure. This novel workflow enables us to investigate the effect of individual electrode properties on the phase transformation and guide future electrode design.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220369/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Modeling Oxygen Loss and Phase Transformation in Ni-Rich Cathode Materials: Impact of Electrode Microstructure
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Both, Svenjasvenja.both (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0000-0748-304X199037297
Hein, Simonsimon.hein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6728-9983NICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Februar 2025
Erschienen in:Batteries & Supercaps
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Verlag:Wiley
ISSN:2566-6223
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Mikrostruktur-aufgelöste Simulation, Lithium-Ionen Batterien, Kathoden, Degradation
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Both, Svenja
Hinterlegt am:08 Dez 2025 15:24
Letzte Änderung:08 Dez 2025 15:24

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