[發明專利]一種鋰離子電池嵌鋰態負極電鏡樣品的制備及觀測方法

有效

• 申請號: 201510075492.5
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104730292B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 李慧芳;高華文
• 申請（專利權）人: 天津力神電池股份有限公司
• 主分類號: G01Q30/20
• 分類號: G01Q30/20
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司12107
• 代理人: 韓新城

技術領域

本發明具體涉及一種鋰離子電池嵌鋰態負極電鏡樣品的制備及觀測方法。

背景技術

鋰離子電池作為綠色環保能源被廣泛推廣和應用，尤其是近幾年新能源電動車的示范運營及在全國范圍內的推廣，使鋰離子電池行業的發展又上了一個新的臺階。隨著市場需求的擴大，以及在電池能量、功率、使用溫度等性能要求上的提升，對鋰離子電池材料的開發及應用研究已成為鋰離子電池當前發展中的熱點問題。

在材料合成開發及應用研究中，必不可少的需要對材料形貌進行觀測，目前主要應用掃描電子顯微鏡來完成，掃描電子顯微鏡輔以能譜，可以實現對樣品的二次電子成像、背散射電子成像以及化學組成和分布的觀測。

4Li+O₂＝2Li₂O (1)

6Li+N₂＝2Li₃N (2)

2Li+2H₂O＝2LiOH+H₂↑ (3)

目前，掃描電子顯微鏡在鋰離子電池研究領域，主要用于對材料的初始形貌分析，以及不同脫鋰態下的正極材料的觀測，而對于目前使用最廣的石墨類的負極材料，由于鋰的高活潑性，嵌鋰態負極極易與空氣組分發生副反應，如反應式(1)(2)(3)，而使其表面組分發生變化，因此很難實現對嵌鋰態負極真實形貌的觀測。隨著儀器行業的發展，目前已經有商業化的電鏡附件，可以實現對嵌鋰態負極樣品的轉移和操作，但其價格比較昂貴，對于老設備的改造也需要一定的經費支持。申請號為201410187073.6的發明專利“一種掃描電鏡專用電池測試密封盒”和申請號為201410134539.6的發明專利“一種原位同步觀測和分析鋰離子電池電極反應的方法”提供了一種掃描電鏡專用的電池測試密封盒，但是該發明中的方法因為要從電鏡外面實現對升降臺的操控，必將涉及到對設備的改造。

發明內容

本發明的目的在于解決上述的技術問題而提供一種簡易的的鋰離子電池嵌鋰態負極電鏡樣品的制備及觀測方法，無需對設備進行改造即可實現對嵌鋰態負極電鏡樣品的制備和觀測。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋰離子電池嵌鋰態負極電鏡樣品的制備及觀測方法，包括以下步驟：

第一步：在手套箱內惰性氣氛保護下，將待觀測樣品取樣并用導電碳膠帶粘貼在掃描電鏡樣品臺上，取一可密封盒體作為轉移容器，將所述掃描電鏡樣品臺放在該轉移容器內蓋緊后用封口膜在接口部位纏繞做密封防護處理；

第二步：采用惰性保護氣體吹掃裝置對掃描電鏡的樣品室的內部進行移動式吹掃，使該樣品室內的空氣被由所述惰性保護氣體吹掃裝置吹出的脫水脫氧的惰性氣體充分完全置換；

第三步：將所述惰性保護氣體吹掃裝置的吹掃管的管口對準所述樣品室內的樣品臺固定并保持繼續吹掃的前提下，在所述掃描電鏡的樣品室內將自所述手套箱內取出的所述轉移容器打開，將粘貼有待觀測樣品的掃描電鏡樣品臺取出并固定在所述樣品室內，將掃描電鏡樣品室關上，對掃描電鏡抽真空；

第四步：掃描電鏡抽真空完成后，將惰性保護氣體關閉，待掃描電鏡狀態顯示掃描準備就緒后，開始對待觀測樣品進行電鏡觀測。

所述樣品臺為銅質樣品臺。

所述惰性氣體的氣流量為0.1MPa。

所述封口膜采用parafilm封口膜。

通過取新鮮的鋰片置于所述樣品室內，觀測所述鋰片表面是否發生變色，如果所述鋰片不變色即表明樣品室內的空氣已被充分置換為所述脫水脫氧的惰性氣體。

所述惰性保護氣體為氬氣，所述惰性保護氣氛為氬氣保護氣氛。

所述惰性保護氣體吹掃裝置包括一充有高壓惰性氣體的高壓氣瓶，所述高壓氣瓶通過減壓閥連接脫水脫氧管，所述脫水脫氧管的另一端連接直接向所述樣品室的內部吹入所述惰性氣體的吹掃管。

本發明提供的方法操作簡單，安全可靠，且樣品制備過程所使用的物品均為實驗室常規用品，無需額外購買附件，亦無需對掃描電鏡進行改造，即可實現對嵌鋰態負極的電鏡觀測，從而為荷電態鋰離子電池負極材料的研究提供簡單可靠的樣品制備和觀測方法。

附圖說明

圖1所示為本發明方法觀測到的未循環電池滿電態負極電鏡形貌圖；

圖2所示為本發明方法觀測到的循環失效電池滿電態負極電鏡形貌圖。

具體實施方式

下面，結合實例對本發明的實質性特點和優勢作進一步的說明，但本發明并不局限于所列的實施例。