锂离子半电池的组装必须在充满高纯度氩气的手套箱中进行，以将高活性材料与周围大气隔离。金属锂和有机电解质在空气中化学性质不稳定；即使暴露于微量的湿气或氧气，也会引发快速降解、危险反应以及形成电阻性钝化层，从而破坏电化学性能。
核心要点 手套箱不仅仅是一个储存容器；它是一个基本的化学控制工具。通过将氧气和湿气含量保持在 0.5 ppm 以下，它可以防止电极-电解质界面的损坏，确保后续测试数据反映材料真实的内在性质，而不是污染的副作用。
惰性环境的关键作用
金属锂的敏感性
锂金属，用作半电池的负极，对大气极其敏感。暴露于氧气后，它会迅速氧化，在表面形成一层电阻膜。
暴露于湿气时，锂会发生剧烈反应。即使是微量的水蒸气也会导致钝化层的形成，该钝化层在电学上绝缘材料，阻碍电池运行所需的离子流动。
防止电解质降解
电池的液体成分同样脆弱。有机电解质，特别是含有LiPF6（六氟磷酸锂）或LiTFSI等盐的电解质，容易发生水解。
当这些盐遇到湿气时，它们会分解。这种分解会改变电解质的化学成分，降低其离子电导率，并常常产生酸性副产物，这些副产物会腐蚀电池的其他组件。
保护负极材料
除了锂箔本身，先进的负极材料，如SiOx（氧化硅）或固态组件，也需要完全隔离。
手套箱中的大气保护了这些材料的化学活性。这确保了负极、正极和电解质之间的界面保持纯净，从而在第一次循环中精确形成固态电解质界面（SEI）。
痕量杂质的风险
“无声”的故障模式
一种常见的误解是“密封”环境就足够了。主要参考资料指出，含量通常必须保持在0.5 ppm 以下。
如果湿气或氧气含量即使略有升高（例如，达到 10 ppm），故障可能不会立即是灾难性的或可见的。相反，它表现为数据不一致：库仑效率降低，循环稳定性差，或电压意外下降。
界面干扰
在半电池中，对电极是金属锂。如果手套箱大气受到污染，会在锂参比电极上形成一层氧化膜。
这层膜会给电池增加未定义的电阻。当您进行电化学测试时，您不再仅仅测试您的活性材料；您是在测试您的材料加上一层腐蚀。这使得结果在科学上无效。
为您的目标做出正确的选择
无论您是进行基础研究还是质量控制，组装环境的完整性都决定了您结果的价值。
- 如果您的主要重点是基础研究：您必须使用手套箱（<0.5 ppm）来确保观察到的性能指标，如比容量，是材料固有的，而不是表面污染的产物。
- 如果您的主要重点是安全：您必须使用手套箱，以防止金属锂与大气湿气接触时发生的剧烈放热反应。
- 如果您的主要重点是长期稳定性：您必须使用手套箱，以防止电解质水解，这会导致电池化学性质随时间持续降解。
严格遵守高纯度氩气环境是保证锂离子半电池数据可重复性、准确性和安全性的唯一方法。
总结表：
| 因素 | 大气风险 | 对电池性能的影响 |
|---|---|---|
| 金属锂 | 快速氧化和湿气反应 | 形成电阻性钝化层；离子流动受阻 |
| 电解质 (LiPF6) | 水解和盐分解 | 导电性降低和腐蚀性酸性副产物生成 |
| 纯度水平 | 痕量氧气/湿气 (>0.5 ppm) | 数据不一致，循环稳定性差，效率降低 |
| 安全 | 与湿气的放热反应 | 火灾或剧烈化学降解的风险 |
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参考文献
- Seunghyeok Jang, Jae‐Hun Kim. SiOx-Based Anode Materials with High Si Content Achieved Through Uniform Nano-Si Dispersion for Li-Ion Batteries. DOI: 10.3390/ma18143272
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
