组装LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) 扣式电池需要在严格控制的惰性环境中进行，以防止大气中的水分和氧气引起的灾难性化学降解。充满高纯度氩气（Ar）的实验室手套箱对于将这些含量维持在1 ppm以下至关重要，从而确保高压正极材料和电解液系统的稳定性。
使用手套箱的主要驱动因素是防止电解液水解。环境中的水分会引发基于LiPF6的电解液分解成酸性物质，这些物质会化学攻击LNMO正极与电解液之间的关键界面，从而损害测试数据和安全性。
环境控制的关键作用
防止电解液水解
标准的锂离子电解液通常使用六氟磷酸锂（LiPF6）。这种盐在暴露于空气时化学性质不稳定。
即使是微量的水分也会导致LiPF6发生水解。这种反应会分解盐并产生有害的酸性物质，例如氢氟酸（HF）。
保护正极界面
LNMO是一种高压正极材料。其性能在很大程度上取决于其表面以及与电解液共享的界面的稳定性。
当水分进入系统并产生酸性副产物时，这些酸会攻击界面。具体而言，这会降解保护涂层（如LALZO）的化学稳定性，导致电池化学体系迅速失效。
确保负极完整性
虽然LNMO是正极，但扣式电池组装通常涉及锂金属负极。
金属锂具有高度反应性。暴露于氧气或水分会导致立即氧化，形成阻碍离子流动的钝化层。氩气气氛可以防止这种情况发生，确保负极保持纯净和导电。
应避免的常见陷阱
“微量水分”陷阱
一个常见的误解是，“低湿度”的室内空气足以进行短暂的组装。这是不正确的。
即使暴露在湿度适中的空气中几秒钟，也足以引入足够的水分来引发水解链式反应。手套箱必须将水分和氧气含量严格控制在1 ppm以下（对于最高精度通常低于0.1 ppm），以保证有效性。
数据可靠性问题
没有惰性环境，电化学测试结果将毫无意义。
由水分引起的降解伪影可能模仿材料本身的失效。这使得无法区分LNMO材料的真实性能与因环境污染造成的性能损失。
为您的目标做出正确选择
为了确保您的实验设置产生有效的结果，请根据您的具体目标调整组装程序：
- 如果您的主要重点是基础材料研究：确保您的手套箱循环系统将氧气和水分含量始终维持在0.1 ppm以下，以消除所有副反应。
- 如果您的主要重点是评估电解液添加剂：优先考虑超干燥环境，以防止形成HF酸，HF酸会化学改变或抵消您添加剂的效果。
严格遵守惰性组装规程，您就可以将数据从潜在的伪影转变为电化学现实的真实反映。
总结表：
| 潜在污染物 | 对LNMO扣式电池的影响 | 缓解策略 |
|---|---|---|
| 水分 (H2O) | 引发LiPF6水解，产生HF酸，并破坏LALZO涂层。 | 在充氩气的手套箱中维持H2O含量低于1 ppm。 |
| 氧气 (O2) | 快速氧化锂金属负极，形成具有电阻的钝化层。 | 通过气体纯化将O2含量维持在1 ppm以下。 |
| 空气 | 引入掩盖材料真实电化学性能的伪影。 | 仅在惰性气氛中组装和密封电池。 |
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参考文献
- Jong‐Won Lim, Kyung‐Won Park. Enhanced Electrochemical Stability of Solid‐State Electrolyte‐Coated High‐Voltage <scp>L</scp>i<scp>N</scp>i<sub>0.5</sub><scp>M</scp>n<sub>1.5</sub><scp>O</scp><sub>4</sub> Cathodes in Li‐Ion Batteries. DOI: 10.1002/eem2.70025
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
