石墨/氧化硅（Gr/SiO）负极半电池的组装必须在氩气气氛手套箱中进行，因为核心组件与环境空气在化学上不兼容。 特别是，用作对电极的锂金属和有机电解质对湿气和氧气高度敏感。即使短暂暴露在标准大气中，也会引发快速降解，从而损害整个电池。
受控的氩气环境不仅仅是预防措施；它是有效数据的先决条件。将氧气和湿气含量维持在1 ppm以下是防止锂氧化和关键电解质盐水解的唯一方法。
关键材料的脆弱性
锂金属的敏感性
半电池组装通常使用锂金属片作为对电极/参比电极。锂具有高反应性；暴露在氧气中几乎会立即氧化。
电解质的不稳定性
这些电池中有机电解质通常包含特定的盐和添加剂，例如LiPF6和FEC（氟代乙烯碳酸酯）。这些化合物是吸湿性的，并且在有水存在的情况下化学性质不稳定。
氩气环境的作用
为了减轻这些风险，组装过程需要惰性气氛。氩气手套箱旨在严格控制环境，通常将湿气和氧气含量维持在1 ppm以下。
暴露的化学后果
锂源的氧化
如果锂金属片暴露在氧气中，表面会形成一层电阻层。该层会阻碍离子流动并破坏电池的电化学窗口。
电解质的水解
当含有LiPF6的电解质接触到湿气时，它们会发生水解。这种化学反应会分解盐，改变电解质的组成，并可能产生腐蚀电池组件的酸性副产物。
形成过程的中断
初始循环或形成过程对于稳定Gr/SiO负极至关重要。湿气或氧气引入的杂质会导致寄生反应，使循环数据不可靠。
风险和常见陷阱
“痕量”危险
不要低估微小泄漏的影响。即使是痕量的湿气（高于1 ppm）也可能引发足够的水解，从而影响长期循环结果。
电解质储存
虽然手套箱保护了组装过程，但电解质也必须储存在惰性环境中。在手套箱外打开电解质瓶，即使只是一瞬间，也会毁掉溶液。
传感器依赖
您必须信任您的手套箱传感器，但也要对其进行验证。如果氧气或湿气传感器漂移，您可能在不知情的情况下在受损的大气中组装电池。
确保数据完整性
为确保您的Gr/SiO半电池产生准确且可重复的结果，请遵守以下规定：
- 如果您的主要关注点是电池稳定性： 在暴露任何锂金属之前，请验证您的手套箱气氛是否严格维持在氧气和湿气均低于1 ppm。
- 如果您的主要关注点是电解质性能： 确保所有有机溶剂和盐，特别是含有LiPF6的盐，仅在惰性氩气环境中打开和处理，以防止水解。
半电池组装的成功取决于绝对排除环境变量。
摘要表：
| 因素 | 敏感度级别 | 暴露的影响 | 手套箱内的目标 |
|---|---|---|---|
| 锂金属 | 极高 | 快速氧化/表面电阻层 | 氧气 < 1 ppm |
| LiPF6电解质 | 高 | 水解和酸形成 | 湿气 < 1 ppm |
| SiO负极数据 | 高 | 寄生反应/不可靠的循环 | 惰性气氛 |
| 气氛 | 关键 | 电化学窗口的降解 | 99.999% 氩气 |
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参考文献
- A. Rock, Alice Hoffmann. Improving Gr/SiO Negative Electrode Formulations: Effect of Active Material, Binders, and Single‐Walled Carbon Nanotubes. DOI: 10.1002/batt.202400764
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
