Machine-Learning-Accelerated Development of High-Nickel NCM Cathodes via Multivariable Co-optimization

阴极 可扩展性 过程(计算) 多元微积分 工艺工程 Boosting(机器学习) 过程开发 材料科学 电池(电) 迭代和增量开发 工作(物理) 纳米技术 工艺优化 计算机科学 制造工艺 开发(拓扑) 生化工程 机械工程 实验设计 梯度升压 在制品
作者
Seon Hwa Lee,Insoo Ye,Changhwan Lee,Jieun Kim,Sang Cheol Nam,Inchul Park
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (11): 5414-5421
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c02723
摘要

This study presents a machine-learning-based active-learning framework for optimizing high-nickel NCM cathode materials using a large-scale industrial dataset. Drawing from 3,019 pilot-scale experiments accumulated over two years, we utilized 706 high-quality samples for model development, capturing rich process variability under real manufacturing conditions. The framework was tested on a commercially important high-nickel NCM (LiNixCoyMn1-x-yO2, x ≥ 80%) cathode material containing 94% Ni, for which only a severely limited dataset of 18 samples was available. Using a Gradient Boosting model and iterative active learning, we achieved a discharge capacity of 228.3 mAh/g with only 38 experiments─reducing experimental effort by 94% compared to traditional methods. The model successfully leveraged human design biases to guide exploration beyond expert heuristics, discovering nonintuitive yet effective process conditions. By harnessing large, historically fragmented datasets, this work demonstrates a scalable approach for accelerating battery materials optimization in industrial environments.
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