使用硫化物电解质组装全固态电池需要在严格控制的惰性环境下进行，因为其化学性质极其敏感。您必须使用高精度手套箱，将氧气和湿气浓度维持在百万分之一 (ppm) 以下。没有这种保护，像 LPSCl 这样的材料在接触到空气后会迅速分解，导致材料立即失效并带来严重的安全隐患。
手套箱的必要性不仅仅是为了保持电池性能；它是一项关键的安全要求。即使是痕量的空气湿气也会引发硫化物电解质不可逆的水解反应，破坏离子电导率并产生有毒气体。
降解的化学原理
水解反应
硫化物固态电解质，特别是 LPSCl，对湿气有很强的亲和力。
暴露在空气中时，它们会立即与水蒸气发生反应。这会引发水解反应，从化学上改变电解质的结构。
离子电导率的损失
硫化物电解质的主要优势在于其高离子电导率。
然而，暴露在空气中形成的分解产物导电性能很差。这种降解会在材料内部形成一个电阻屏障，极大地降低电池传输离子的能力，并可能导致电池失效。
关键安全隐患
有毒气体的产生
空气暴露最直接的危险是释放硫化氢 (H2S)。
该气体是电解质与湿气反应的直接副产物。H2S 剧毒、腐蚀性强且易燃，如果组装过程不在密封环境中进行，将对实验室人员构成严重的健康风险。
防止氧化降解
除了湿气，这些材料对氧气也很敏感。
高纯度氩气环境可防止氧化降解，氧化降解会损害材料的结构完整性。保持这种完整性对于维持固态电池运行所需的机械接触至关重要。
贯穿整个生命周期的保护
从合成到封装
保护的需求是持续的，不仅仅是在最终组装期间。
每一步——包括称量前驱体、混合、研磨和压制——都必须在手套箱内进行。惰性链中的任何中断都可能引入在电池后期表现为故障的缺陷。
保护阳极界面
大多数全固态电池使用锂金属阳极，锂金属阳极也具有高度反应性。
手套箱可保护锂金属免于与空气形成钝化层（氧化物/氢氧化物）。这确保了阳极和硫化物电解质之间存在一个清洁的界面，这是稳定固态电解质界面 (SEI) 的先决条件。
应避免的常见陷阱
仅依赖“洁净室”
虽然洁净室可以降低湿度，但它们很少能达到硫化物所需的低于 1 ppm 的水平。
仅依赖洁净室通常会导致电解质缓慢而隐蔽的降解，从而导致数据不一致和循环寿命差。
传感器漂移
手套箱的好坏取决于其监测系统。
氧气和湿气传感器可能会随时间漂移或饱和。如果读数显示为 0.5 ppm，但由于传感器故障，实际环境为 10 ppm，那么您的 LPSCl 批次可能会在您不知情的情况下受到损害。
为您的目标做出正确的选择
为确保您的固态电池项目取得成功，请根据您的具体目标调整您的环境控制：
- 如果您的主要关注点是人员安全：确保您的手套箱配备有主动压力监测和泄漏检测功能，以控制有毒 H2S 的产生。
- 如果您的主要关注点是最大化性能：将大气含量严格控制在 0.1 ppm 以下，以保持 LPSCl 的原始离子电导率。
- 如果您的主要关注点是工艺一致性：实施一项协议，使材料从合成那一刻起直到电池完全封装，都永远不离开氩气环境。
严格控制环境，因为对于硫化物电解质而言，大气实际上是一种化学试剂。
总结表：
| 因素 | 空气暴露（O2/H2O）的影响 | LPSCl 稳定性的要求 |
|---|---|---|
| 化学稳定性 | 不可逆的水解和分解 | < 1 ppm O2 和 H2O 水平 |
| 离子电导率 | 由于电阻屏障导致快速下降 | 高纯度氩气环境 |
| 安全风险 | 产生有毒硫化氢 (H2S) | 密封环境 |
| 阳极界面 | 锂钝化（氧化物/氢氧化物） | 清洁、无湿气的接触 |
| 材料完整性 | 氧化结构降解 | 连续的惰性链处理 |
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参考文献
- Beatriz M. Gomes, Maria Helena Braga. All-solid-state lithium batteries with NMC<sub>955</sub> cathodes: PVDF-free formulation with SBR and capacity recovery insights. DOI: 10.20517/energymater.2024.297
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
