Unraveling the Dynamic Correlations between Transition Metal Migration and the Oxygen Dimer Formation in the Highly Delithiated LixCoO2 Cathode

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作者
Taiping Hu,Fuzhi Dai,Guobing Zhou,Xiaoxu Wang,Shenzhen Xu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (15): 3677-3684 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.3c00506
摘要

The voltage-window expansion can increase the practical capacity of LixCoO2 cathodes, but it would lead to serious structural degradations and oxygen release induced by transition metal (TM) migration. Therefore, it is crucial to understand the dynamic correlations between the TM migration and the oxygen dimer formation. Here, machine-learning-potential-assisted molecular dynamics simulations combined with enhanced sampling techniques are performed to resolve the above question using a representative CoO2 model. Our results show that the occurrence of the Co migration exhibits local characteristics. The formation of the Co vacancy cluster is necessary for the oxygen dimer generation. The introduction of the Ti dopant can significantly increase the kinetic barrier of the Co ion migration and thus effectively suppress the formation of the Co vacancy cluster. Our work reveals atomic-scale dynamic correlations between the TM migration and the oxygen sublattice's instability and provides insights about the dopant's promotion of the structural stability.
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