Sa mabilis na pag-unlad ng modernong teknolohiya, ang mga lithium metal solid-state na baterya, bilang isang mahusay at malinis na kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya, ay inilapat sa maraming larangan, mula sa mga portable na elektronikong aparato hanggang sa mga bagong sasakyang pang-enerhiya, at maging ang malalaking sistema ng pag-iimbak ng enerhiya. Ang pagganap ng mga baterya ng lithium ay lubos na nakadepende sa kalidad at katatagan ng kanilang mga panloob na materyales at sangkap, na lubhang sensitibo sa moisture at oxygen sa kapaligiran. Ang mga glove box ay may mahalagang papel sa pagbuo ng mga lithium batteries bilang isang device na makakapagbigay ng tumpak na kontrol sa isang kapaligirang walang tubig at oxygen.
Ang pagiging sensitibo ng mga materyales ng baterya ng lithium sa tubig at oxygen
Ang mga electrode material ng lithium batteries, tulad ng graphite material para sa negative electrode at lithium cobalt oxide, lithium iron phosphate, ternary materials (nickel cobalt manganese oxide, atbp.) para sa positive electrode, pati na rin ang mga electrolyte, ay sasailalim sa isang serye ng mga salungat na reaksyon kapag nakikipag-ugnayan sa tubig o oxygen. Maaaring mag-react ang moisture sa lithium metal o lithium salt upang makagawa ng mga substance gaya ng lithium hydroxide, na hindi lamang kumukonsumo sa aktibong pinagmumulan ng lithium ngunit maaari ring humantong sa pagkasira ng istruktura at pagkasira ng pagganap ng mga materyales ng electrode. Ang oxygen ay maaaring mag-oxidize ng mga materyales ng electrode, na nagbabago sa kanilang kemikal na komposisyon at mga katangian ng electrochemical, tulad ng pagbabago sa istruktura ng sala-sala ng mga positibong materyales sa elektrod, pagbabawas ng kanilang conductivity at kakayahan sa pagsasabog ng lithium ion. Bilang karagdagan, ang mga side reaction na dulot ng tubig at oxygen ay maaari ring magdulot ng mga gas, na humahantong sa pagtaas ng panloob na presyon ng baterya at nagdudulot ng panganib sa kaligtasan, na seryosong nakakaapekto sa mga pangunahing tagapagpahiwatig ng pagganap tulad ng kapasidad, buhay ng cycle, at kahusayan sa paglabas ng singil ng mga baterya ng lithium.
Paglalapat ng glove box sa paghahanda ng materyal ng elektrod
1. Pagproseso ng hilaw na materyal
Sa paunang yugto ng paghahanda ng materyal ng elektrod, ang iba't ibang mga hilaw na materyales tulad ng mga metal oxide powder, lithium salts, atbp. ay kailangang tumpak na timbangin at paunang tratuhin sa isang glove box. Dahil sa pagiging sensitibo ng mga hilaw na materyales na ito sa tubig at oxygen, ang anhydrous at oxygen free na kapaligiran ng glove box (karaniwan ay may moisture content na mas mababa sa 1ppm at oxygen content na mas mababa sa 1ppm) ay epektibong makakapigil sa mga hilaw na materyales na sumipsip ng moisture o ma-oxidized sa panahon ng proseso ng pagtimbang, na tinitiyak ang kadalisayan ng raw materials at ang accuracy ng ratio. Halimbawa, sa paghahanda ng lithium iron phosphate cathode materials, ang mga tumpak na ratio ng iron source, lithium source, at phosphorus source ay ang batayan para sa pagkuha ng mga high-performance na materyales, at ang mga glove box ay nagbibigay ng maaasahang mga garantiya para sa prosesong ito.
2. Paghahalo at sintering
Ang tinitimbang na mga hilaw na materyales ay hinahalo sa isang glove box, at ang iba't ibang mga hilaw na materyales ay pantay na pinaghalo gamit ang mga mekanikal na pamamaraan ng paghahalo tulad ng ball milling. Ang kasunod na proseso ng sintering ay karaniwang isinasagawa sa isang glove box o isang inert atmosphere furnace na konektado dito. Sa panahon ng proseso ng sintering, ang isang anhydrous at oxygen free na kapaligiran ay nakakatulong upang bumuo ng isang pare-parehong istraktura ng kristal at maiwasan ang pagbuo ng mga impurities. Halimbawa, para sa sintering ng mga ternary positive electrode na materyales, ang naaangkop na temperatura at kapaligiran sa kapaligiran sa isang glove box system ay maaaring pantay na maipamahagi ang mga elemento tulad ng nickel, cobalt, at manganese sa kristal na istraktura, na pagpapabuti ng electrochemical performance ng materyal.
Application ng glove box sa lithium battery assembly
1. Polar processing
Ang mga inihandang positibo at negatibong electrode sheet ay kailangang iproseso pa sa isang glove box bago ang pagpupulong, tulad ng patong na may pandikit, pagpapatuyo, at iba pang mga operasyon. Ang mga operasyong ito ay isinasagawa sa isang anhydrous at anaerobic na kapaligiran upang maiwasan ang kontaminasyon o oksihenasyon ng ibabaw ng elektrod, na tinitiyak ang flatness ng elektrod at pantay na pamamahagi ng mga aktibong sangkap. Halimbawa, ang polyvinylidene fluoride (PVDF) adhesive na pinahiran sa polarizer ay maaaring sumailalim sa hydrolysis sa pagkakaroon ng tubig at oxygen, na nakakaapekto sa pagganap ng pagbubuklod nito. Ang kapaligiran ng glove box ay epektibong iniiwasan ang problemang ito.
2. Proseso ng pagpupulong ng baterya
Ang pagpupulong ng mga baterya, kabilang ang proseso ng pag-assemble ng mga bahagi tulad ng mga positibo at negatibong electrodes, separator, at electrolytes sa mga cell ng baterya, ay kinumpleto lahat sa isang glove box. Pagkatapos i-stack o paikot-ikot ang polarizer at diaphragm sa idinisenyong pagkakasunud-sunod, mag-iniksyon ng tumpak na dami ng electrolyte sa glove box. Ang mga electrolyte ay karaniwang naglalaman ng mga lithium salt at mga organikong solvent, na lubhang sensitibo sa tubig at oxygen. Tinitiyak ng glove box na ang electrolyte ay hindi napupunta sa tubig at oxygen sa panahon ng proseso ng pag-iiniksyon, na pumipigil sa pagkabulok at pagkasira nito, sa gayon ay tinitiyak na ang baterya ay maaaring gumana nang normal at magkaroon ng mahusay na pagganap.
Application ng Glove Box sa Performance Testing ng Lithium Metal Solid State Baterya
Paghahanda ng mga sample ng pagsubok
Bago magsagawa ng mga pagsubok sa pagganap ng baterya, tulad ng mga pagsusuri sa pagsingil at paglabas, mga pagsusuri sa buhay ng ikot, mga pagsusuri sa pagganap ng rate, atbp., ang mga sample ng pagsubok ay kailangang i-package at ikonekta sa isang glove box. Para sa mga button o cylindrical na baterya, kinakailangan ding gumana sa isang glove box kapag sinusuri ang mga electrodes upang maiwasan ang oksihenasyon o kontaminasyon ng mga bahagi ng koneksyon at matiyak ang katumpakan at pagiging maaasahan ng data ng pagsubok.
Ang mga glove box ay may mahalagang papel sa iba't ibang aspeto ng lithium metal solid-state na pananaliksik at pag-unlad ng baterya, mula sa paghahanda ng materyal ng elektrod, pagpupulong ng baterya hanggang sa pagsubok sa pagganap. Nagbibigay ito ng lubos na matatag at nakokontrol na kapaligiran na walang tubig at oxygen para sa pagsasaliksik at pagpapaunlad ng mga baterya ng lithium, na epektibong umiiwas sa masamang epekto ng tubig at oxygen sa mga materyales at bahagi ng baterya ng lithium, na tinitiyak ang katumpakan at pagiging maaasahan ng proseso ng pananaliksik at pag-unlad.
