高镍活性材料对标准环境条件具有极高的化学敏感性，因此需要严格控制气氛。必须使用氩气气氛下的精密手套箱，将水和氧的含量维持在 1 ppm 以下，以防止湿气和二氧化碳与正极反应形成表面杂质，如残留的锂盐。
核心现实 使用受控的氩气环境不仅仅是安全预防措施；它是科学基准。没有它，表面残留物的快速形成和电解液的分解将使电化学性能数据无效，因为你实际上是在测量环境污染，而不是材料的固有特性。
降解的化学原理
对湿气和二氧化碳的敏感性
高镍正极在环境空气中热力学不稳定。
暴露于湿气或二氧化碳时，这些材料会立即发生表面反应。这种暴露会导致颗粒表面形成残留的锂盐（如碳酸锂或氢氧化锂）。
表面阻抗的风险
这些残留盐充当绝缘层。
该层增加了界面阻抗，阻碍了循环过程中的锂离子扩散。如果在没有手套箱的情况下组装电池，由此产生的性能不佳通常会被误诊为材料故障，而不是工艺故障。
带电状态下的脆弱性
如果处理的是脱锂（充电）材料，风险会显著增加。
如关于 NCA 电极的补充数据所示，充电的高镍材料具有高度化学活性。在此状态下，它们与环境污染物反应更剧烈，加速表面降解和结构坍塌。
保护电化学系统
防止电解液分解
正极材料并非唯一面临风险的组件。
标准电解液和锂盐（如 LiTFSI）在有水分的情况下会迅速分解。精密手套箱可防止在测试开始前就已损坏电解液的水解反应。
安全与锂负极
大多数测试电池（如纽扣电池）使用锂金属对电极。
锂箔具有极高的反应性，会与氧气和湿气发生剧烈反应。带有循环净化系统的氩气环境可确保操作安全，并防止负极表面钝化。
数据完整性与固有分析
消除环境变量
测试的主要目标是确定材料和分散过程的固有特性。
如果环境不受控制，外部变量（湿度波动）将与工艺变量无法区分。<1 ppm 的气氛可确保收集到的数据反映电池的实际化学性质，而不是实验室的天气。
确保可重复性
科学有效性依赖于重复结果的能力。
通过使用工业级惰性环境（通常将水平推至 0.1 ppm 以下），研究人员可以确保热稳定性研究和循环寿命数据在不同批次和时间段内保持一致。
常见的陷阱要避免
“惰性”的幻觉
仅仅用氩气填充箱子是不够的。
如果没有主动净化系统来去除渗透的氧气和湿气，静态氩气箱最终会与外界空气达到平衡。你必须依赖连续循环净化来维持 <1 ppm 的标准。
样品转移污染
手套箱是安全的，但转移过程是一个薄弱环节。
材料在从烘箱转移到手套箱前室的短暂过程中可能会降解。需要严格的转移协议来确保“清洁链”不被中断。
为您的目标做出正确的选择
在配置您的组装过程时，请根据您的具体数据要求来调整您的设备标准：
- 如果您的主要关注点是基础研究：目标是使用 <0.1 ppm 湿气/氧气的工业级环境，以表征材料化学的绝对固有极限。
- 如果您的主要关注点是标准质量控制：确保您的系统维持严格的 <1 ppm 基线，以防止由残留盐形成或电解液分解引起的假阴性。
- 如果您的主要关注点是安全：优先考虑循环净化，以中和组装过程中锂金属负极的剧烈反应性。
大气层的精度直接等同于数据的精度。
总结表：
| 因素 | 环境暴露的影响 | 氩气手套箱（<1 ppm）的好处 |
|---|---|---|
| 高镍正极 | 形成 Li2CO3/LiOH 残留盐 | 保持原始表面以进行离子扩散 |
| 界面阻抗 | 由于绝缘表面层而增加 | 最小化阻抗以获得准确的性能 |
| 电解液 (LiTFSI) | 水解和快速分解 | 防止化学变质和副反应 |
| 锂负极 | 剧烈反应和表面钝化 | 确保操作安全和负极稳定性 |
| 数据质量 | 环境变量导致的高噪声 | 确保可重复的、固有的材料数据 |
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参考文献
- Tim Grenda, Arno Kwade. Impact of Dissolver Setup on the Performance of Nickel‐Rich Active Material Cathodes for Lithium Ion Batteries. DOI: 10.1002/ente.202500331
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
