С быстрым развитием современных технологий литий-металлические твердотельные батареи как эффективное и экологически чистое устройство хранения энергии стали применяться во многих областях: от портативных электронных устройств до новых энергетических транспортных средств и даже крупномасштабных систем хранения энергии. Производительность литиевых батарей во многом зависит от качества и стабильности их внутренних материалов и компонентов, которые чрезвычайно чувствительны к влаге и кислороду окружающей среды. Перчаточные боксы играют решающую роль в разработке литиевых батарей как устройства, которое может обеспечить точный контроль над средой, свободной от воды и кислорода.
Чувствительность материалов литиевых батарей к воде и кислороду
Материалы электродов литиевых батарей, такие как графитовый материал для отрицательного электрода и оксид лития-кобальта, фосфат лития-железа, тройные материалы (никель-кобальт-марганец-оксид и т. д.) для положительного электрода, а также электролиты, подвергаются ряду побочных реакций при контакте с водой или кислородом. Влага может вступать в реакцию с металлическим литием или солью лития с образованием таких веществ, как гидроксид лития, который не только расходует активный источник лития, но также может привести к структурным повреждениям и ухудшению характеристик материалов электродов. Кислород может окислять материалы электродов, изменяя их химический состав и электрохимические свойства, например, изменяя структуру решетки материалов положительных электродов, снижая их проводимость и способность к диффузии ионов лития. Кроме того, побочные реакции, вызванные водой и кислородом, также могут выделять газы, что приводит к увеличению внутреннего давления батареи и представляет угрозу безопасности, серьезно влияя на ключевые показатели производительности, такие как емкость, срок службы и эффективность заряда-разряда литиевых батарей.
Применение перчаточного бокса при подготовке электродного материала
1. Переработка сырья
На начальном этапе подготовки электродного материала различное сырье, такое как порошки оксидов металлов, соли лития и т. д., необходимо точно взвесить и предварительно обработать в перчаточном боксе. Благодаря чувствительности этого сырья к воде и кислороду безводная и бескислородная среда перчаточного бокса (обычно с содержанием влаги менее 1 ppm и содержанием кислорода менее 1 ppm) может эффективно предотвращать поглощение влаги или окисление сырья в процессе взвешивания, обеспечивая чистоту сырья и точность стехиометрического соотношения. Например, при приготовлении катодных материалов из литий-железо-фосфата точные соотношения источника железа, источника лития и источника фосфора являются основой для получения высокоэффективных материалов, а перчаточные боксы обеспечивают надежные гарантии для этого процесса.
2. Смешивание и спекание
Взвешенное сырье смешивается в перчаточном боксе, а различное сырье равномерно смешивается с использованием методов механического смешивания, таких как шаровая мельница. Последующий процесс спекания обычно проводят в перчаточном боксе или подключенной к нему печи с инертной атмосферой. В процессе спекания безводная и бескислородная среда помогает сформировать однородную кристаллическую структуру и избежать образования примесей. Например, при спекании материалов тройных положительных электродов соответствующая температура и атмосфера в системе перчаточных боксов могут равномерно распределить такие элементы, как никель, кобальт и марганец, в кристаллической структуре, улучшая электрохимические характеристики материала.
Применение перчаточного ящика при сборке литиевых батарей
1. Полярная обработка
Подготовленные листы положительных и отрицательных электродов перед сборкой необходимо подвергнуть дальнейшей обработке в перчаточном боксе, например, покрытию клеем, сушке и другим операциям. Эти операции проводятся в безводной и анаэробной среде для предотвращения загрязнения или окисления поверхности электрода, обеспечения плоскостности электрода и равномерного распределения активных веществ. Например, клей из поливинилиденфторида (ПВДФ), нанесенный на поляризатор, может подвергаться гидролизу в присутствии воды и кислорода, что влияет на его характеристики сцепления. Перчаточный ящик эффективно позволяет избежать этой проблемы.
2. Процесс сборки батареи
Сборка аккумуляторов, включая процесс сборки таких компонентов, как положительные и отрицательные электроды, сепараторы и электролиты в аккумуляторные элементы, выполняется в перчаточном боксе. После установки или намотки поляризатора и диафрагмы в заданном порядке введите точное количество электролита в перчаточный ящик. Электролиты обычно содержат соли лития и органические растворители, которые чрезвычайно чувствительны к воде и кислороду. Перчаточный ящик гарантирует, что электролит не вступит в контакт с водой и кислородом во время процесса впрыска, предотвращая его разложение и порчу, тем самым гарантируя нормальную работу аккумулятора и его хорошую производительность.
Применение перчаточного бокса при тестировании производительности литий-металлических твердотельных батарей
Подготовка тестовых образцов
Перед проведением испытаний производительности аккумулятора, таких как испытания на зарядку и разрядку, испытания на срок службы, испытания на производительность и т. д., тестовые образцы необходимо упаковать и соединить в перчаточном боксе. Для кнопочных или цилиндрических аккумуляторов при проверке электродов также необходимо работать в перчаточном боксе, чтобы предотвратить окисление или загрязнение соединительных деталей и обеспечить точность и достоверность данных испытаний.
Перчаточные ящики играют важную роль в различных аспектах Исследования и разработки твердотельных литий-металлических аккумуляторов , от подготовки материала электродов, сборки аккумуляторов до тестирования производительности. Он обеспечивает высокостабильную и контролируемую атмосферу, свободную от воды и кислорода, для исследований и разработок литиевых батарей, эффективно избегая неблагоприятного воздействия воды и кислорода на материалы и компоненты литиевых батарей, обеспечивая точность и надежность процесса исследований и разработок.
