Ni-rikkaat Li-pohjaiset kerrostuneet Ni-, Co- ja Mn- (NCM)-materiaalit ovat osoittaneet viime vuosina olevansa erittäin lupaavia positiivisina elektrodimateriaaleina Li-ioni-akkuihin. Tämä on ilmeistä, sillä sähköajoneuvojen akkuja kehittävät yritykset kaupallistavat parhaillaan näitä materiaaleja. Huolimatta LiNiαCoβMnγO2-järjestelmistä tehdystä huomattavasta tutkimuksesta meillä ei ole vielä täydellistä atomitason ymmärrystä näistä materiaaleista. Tässä työssä tutkimme LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2:n (NCM-523) kationista järjestäytymistä, termodynamiikkaa ja diffuusiokinetiikkaa. Aluksi osoitamme, että kationinen järjestäytyminen voidaan ennustaa käyttämällä edullisia atomistisia simulaatioita sen sijaan, että käytettäisiin kalliita ensimmäisen periaatteen menetelmiä. Tämän jälkeen tutkimme NCM-523:n sähkökemiallisia, termodynaamisia ja kineettisiä ominaisuuksia käyttämällä tiheysfunktionaaliteoriaa (DFT). Tuloksemme osoittavat, että on tärkeää sisällyttää dispersiokorjaukset tavanomaisiin ensimmäisten periaatteiden funktioihin, jotta kerroksellisten katodimateriaalien hilaparametrit voidaan ennustaa oikein. Osoitamme myös, että laskentaprotokollan huolellinen valinta on olennaisen tärkeää, jotta voidaan toistaa kokeelliset interkalaatiopotentiaalin kehityssuunnat, jotka havaittiin LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2-elektrodeissa. Elektronirakenteen analyysi vahvistaa Ni:n aktiivisen roolin sähkökemiallisessa redox-prosessissa. Lisäksi vahvistamme kokeellisen havainnon, jonka mukaan tämä materiaali pysyy täydellisen delitioinnin jälkeen O3-faasissa, toisin kuin LiCoO2 ja NCM-333. Lopuksi tutkimme eri reittejä Li-ionin diffuusiolle NCM-523:ssa ja määrittelemme ensisijaisen diffuusiokanavan ensimmäisten periaatteiden simulaatioiden perusteella. Mielenkiintoista on havaita, että Li-ionien diffuusioeste NCM-523:ssa on matalampi kuin LiCoO2:ssa.