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2024-12-19 返回

手套箱在鋰離子電池研發中的作用

一、提供無水無氧環境

1、防止電極材料氧化和水解

鋰離子電池的電極材料（如鋰金屬、碳材料、過渡金屬氧化物等）對水和氧氣非常敏感。在空氣中，鋰金屬會迅速與氧氣和水發生反應，生成氫氧化鋰和氧化鋰等物質。例如，鋰金屬與水反應會產生氫氣，這不僅會消耗鋰，還可能帶來安全隱患。而在手套箱的無水無氧環境中，可以有效避免電極材料在合成、處理和組裝過程中發生氧化和水解反應。

對于正極材料，其中的過渡金屬元素在有水有氧的環境下，其化學狀態和晶體結構可能會發生改變，影響材料的電化學性能。手套箱內的惰性氣體（如氬氣或氮氣）氛圍能將氧氣和水分含量控制在極低水平（通常小于 1ppm）

，確保電極材料的穩定性和性能一致性。

2、保證電解液穩定性

鋰離子電池電解液通常是由鋰鹽）溶解在有機溶劑中組成。這些有機溶劑和鋰鹽都具有一定的化學活性，容易與水和氧氣發生反應。例如，LiPF?遇水會分解產生 HF（氫氟酸），HF會腐蝕電池電極材料和集流體，導致電池性能下降。

手套箱內的環境可以防止電解液在儲存、轉移和注入電池的過程中吸收水分或與氧氣反應，從而保證電解液的化學穩定性，確保其在電池中的正常功能，如離子傳輸和電化學窗口的維持。

二、確保電池組件組裝質量

1、清潔的組裝環境

在鋰離子電池組裝過程中，需要將正極、負極、隔膜等組件精確地組裝在一起。手套箱內的無塵環境可以避免灰塵、纖維等雜質進入電池組件之間。如果有雜質顆粒夾在電極和隔膜之間，可能會導致電池內部短路，降低電池的安全性和使用壽命。

2、精確的操作空間

手套箱的設計提供了一個便于操作的封閉空間，操作人員可以通過手套進行細致的電池組裝操作。手套的靈活性使得可以精準地放置電極片、隔膜等組件，并且可以方便地進行諸如焊接、注液等操作。

三、助力電池性能測試與研究

1、原位測試環境

手套箱為電池性能的原位測試提供了理想的條件。研究人員可以在手套箱內直接搭建電池測試系統，對電池進行充放電測試、電化學阻抗譜（EIS）測試等多種電化學測試。在原位測試過程中，由于手套箱內的環境穩定，可以準確地獲取電池在不同狀態下的性能參數，而不會受到外界水、氧等因素的干擾。

2、材料表征與研究

在鋰離子電池研發過程中，需要對電極材料、隔膜材料等進行各種表征分析，如 X 射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）等。手套箱可以與這些表征設備聯用，使得在材料制備后無需暴露在空氣中即可直接進行表征。

這樣可以避免材料在轉移過程中與空氣接觸而發生性質變化，從而獲取材料最真實的結構和形貌信息。例如，對于一些納米結構的電極材料，在空氣中可能會迅速氧化或者團聚，在手套箱內直接進行 SEM 觀察可以準確地看到材料的原始形貌，為材料的優化和電池性能的提升提供可靠的依據。