Dengan pesatnya perkembangan teknologi modern, baterai lithium metal solid-state, sebagai perangkat penyimpanan energi yang efisien dan bersih, telah diterapkan di banyak bidang, mulai dari perangkat elektronik portabel hingga kendaraan energi baru, dan bahkan sistem penyimpanan energi skala besar. Kinerja baterai litium sangat bergantung pada kualitas dan stabilitas bahan dan komponen internalnya, yang sangat sensitif terhadap kelembapan dan oksigen di lingkungan. Kotak sarung tangan memainkan peran penting dalam pengembangan baterai lithium sebagai perangkat yang dapat memberikan kontrol yang tepat terhadap lingkungan bebas air dan oksigen.
Sensitivitas bahan baterai litium terhadap air dan oksigen
Bahan elektroda baterai litium, seperti bahan grafit untuk elektroda negatif dan litium kobalt oksida, litium besi fosfat, bahan terner (nikel kobalt mangan oksida, dll.) untuk elektroda positif, serta elektrolit, akan mengalami serangkaian reaksi merugikan jika terkena air atau oksigen. Kelembapan dapat bereaksi dengan logam litium atau garam litium untuk menghasilkan zat seperti litium hidroksida, yang tidak hanya menghabiskan sumber litium aktif namun juga dapat menyebabkan kerusakan struktural dan penurunan kinerja bahan elektroda. Oksigen dapat mengoksidasi bahan elektroda, mengubah komposisi kimia dan sifat elektrokimia, seperti mengubah struktur kisi bahan elektroda positif, mengurangi konduktivitas dan kemampuan difusi ion litium. Selain itu, reaksi samping yang disebabkan oleh air dan oksigen juga dapat menghasilkan gas, yang menyebabkan peningkatan tekanan internal baterai dan menimbulkan bahaya keselamatan, sehingga sangat memengaruhi indikator kinerja utama seperti kapasitas, masa pakai, dan efisiensi pelepasan muatan baterai litium.
Penerapan glove box dalam preparasi bahan elektroda
1. Pengolahan bahan baku
Pada tahap awal persiapan bahan elektroda, berbagai bahan mentah seperti bubuk oksida logam, garam litium, dll. perlu ditimbang secara akurat dan diolah terlebih dahulu dalam kotak sarung tangan. Karena sensitivitas bahan mentah ini terhadap air dan oksigen, lingkungan kotak sarung tangan anhidrat dan bebas oksigen (biasanya dengan kadar air kurang dari 1ppm dan kandungan oksigen kurang dari 1ppm) dapat secara efektif mencegah bahan mentah menyerap kelembapan atau teroksidasi selama proses penimbangan, memastikan kemurnian bahan mentah dan keakuratan rasio stoikiometri. Misalnya, dalam pembuatan bahan katoda litium besi fosfat, rasio akurat sumber besi, sumber litium, dan sumber fosfor merupakan dasar untuk memperoleh bahan berkinerja tinggi, dan kotak sarung tangan memberikan jaminan yang dapat diandalkan untuk proses ini.
2. Pencampuran dan sintering
Bahan mentah yang ditimbang dicampur dalam kotak sarung tangan, dan bahan mentah yang berbeda dicampur secara merata menggunakan metode pencampuran mekanis seperti ball milling. Proses sintering selanjutnya biasanya dilakukan di dalam glove box atau tungku atmosfer inert yang terhubung dengannya. Selama proses sintering, lingkungan anhidrat dan bebas oksigen membantu membentuk struktur kristal yang seragam dan menghindari pembentukan pengotor. Misalnya, untuk sintering material elektroda positif terner, suhu dan lingkungan atmosfer yang sesuai dalam sistem kotak sarung tangan dapat mendistribusikan elemen seperti nikel, kobalt, dan mangan secara merata dalam struktur kristal, sehingga meningkatkan kinerja elektrokimia material.
Penerapan kotak sarung tangan dalam perakitan baterai lithium
1. Pemrosesan kutub
Lembaran elektroda positif dan negatif yang telah disiapkan perlu diproses lebih lanjut dalam kotak sarung tangan sebelum perakitan, seperti pelapisan dengan perekat, pengeringan, dan operasi lainnya. Operasi ini dilakukan dalam lingkungan anhidrat dan anaerobik untuk mencegah kontaminasi atau oksidasi permukaan elektroda, memastikan kerataan elektroda dan distribusi zat aktif yang seragam. Misalnya, perekat polivinilidena fluorida (PVDF) yang dilapisi pada polarizer dapat mengalami hidrolisis dengan adanya air dan oksigen, sehingga mempengaruhi kinerja ikatannya. Lingkungan kotak sarung tangan secara efektif menghindari masalah ini.
2. Proses perakitan baterai
Perakitan baterai, termasuk proses perakitan komponen seperti elektroda positif dan negatif, pemisah, dan elektrolit menjadi sel baterai, semuanya diselesaikan dalam sebuah glove box. Setelah menumpuk atau memutar polarizer dan diafragma sesuai urutan yang dirancang, masukkan elektrolit dalam jumlah yang tepat ke dalam kotak sarung tangan. Elektrolit umumnya mengandung garam litium dan pelarut organik, yang sangat sensitif terhadap air dan oksigen. Kotak sarung tangan memastikan elektrolit tidak bersentuhan dengan air dan oksigen selama proses injeksi, mencegah penguraian dan kerusakan, sehingga memastikan baterai dapat bekerja normal dan memiliki kinerja yang baik.
Penerapan Kotak Sarung Tangan dalam Pengujian Kinerja Baterai Lithium Metal Solid State
Persiapan sampel uji
Sebelum melakukan uji kinerja baterai, seperti uji pengisian dan pengosongan, uji siklus hidup, uji kinerja laju, dll., sampel uji harus dikemas dan dihubungkan dalam kotak sarung tangan. Untuk baterai kancing atau silinder, pengoperasiannya juga perlu dilakukan di dalam kotak sarung tangan saat menguji elektroda untuk mencegah oksidasi atau kontaminasi pada bagian sambungan dan memastikan keakuratan dan keandalan data pengujian.
Kotak sarung tangan memegang peranan penting dalam berbagai aspek penelitian dan pengembangan baterai solid-state logam lithium , mulai dari persiapan bahan elektroda, perakitan baterai hingga pengujian kinerja. Ini memberikan atmosfer yang sangat stabil dan terkendali, bebas air dan oksigen untuk penelitian dan pengembangan baterai litium, secara efektif menghindari efek buruk air dan oksigen pada bahan dan komponen baterai litium, memastikan keakuratan dan keandalan proses penelitian dan pengembangan.
