一种应用于透射电镜样品杆基于电池材料研究的微电池结构制造技术

一种应用于透射电镜样品杆基于电池材料研究的微电池结构，属于材料研究和电子显微镜领域。将研究材料(纳米颗粒)作为正极。将铜板，负极，隔膜，正极依次放置到封装外壳里，盖上实验电路板，并使用封装螺钉锁紧。完成电池的安装。在封装外壳的底部，使用力矩扳手，调整合适的力矩，锁紧压力调节螺钉。完成微电池的组装。将微电池安装到特定透射电镜样品杆上，将样品杆插入到透射电镜，用线缆连接电化学工作站。打开电子束，调整适当的放大倍数，找到要观察的样品区域，设置电化学工作站参数，进行原位电学实验，获取相关图片。获取相关图片。获取相关图片。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于透射电镜样品杆基于电池材料研究的微电池结构


[0001]本专利技术涉及一种应用于透射电镜样品杆基于电池材料研究的微电池结构。是将电池的负极、电解液、隔膜、正极封装成一个微型电池，该电池可以安装在透射电镜样品杆上。从而实现，应用透射电镜研究相关电池材料在真实的充放电过程中，基于纳米尺度，原位的研究材料在电场和液体环境工况下循环充放电的结构转变机理。属于材料研究和电子显微镜领域。

技术介绍

[0002]原位透射电子显微镜(In
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situ TEM)技术因可实时观察电池工作时电极材料的结构动态变化过程并获得原子层次的表面结构信息，而成为科研工作者解析电池结构非常重要的表征手段。现今发展的原位透射电子显微镜微电池装置，虽然可以外加电场让电池运行，但在组装液体电池时，需要将电池材料置于芯片上，电池的正极，负极，对电极均蚀刻在芯片上，然后通入电解液。然而这种封装方式并不符合实际电池的组装，因此，现有的实验体系不能客观的反映电池真实的充放电工况。因此亟需发展一种按照实际液态电池的工作情况进行封装的微电池装置，进而在电场和液体环境下研究电池材料工况下的结构变化，探究实际液态电池材料失效机理。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是设计一种应用于透射电镜样品杆基于电池材料研究的微电池结构。该微电池整体厚度为10毫米，可满足各类透射电镜的极靴要求。且符合透射电镜成像要求，并且可以模拟真实的电池环境。降低原位实验环境对于透射电镜损伤的风险。
[0004]使用过程：在干燥间或真空手套箱(通常是无水环境)中，将电池的负极、电解液、隔膜、正极、实验电路板、微电池壳封装成一个微型电池，如图1所示。将微型电池安装在样品杆上，然后将样品杆插入透射电镜中，样品杆的后端留有电气接口，与电化学工作站相连。电化学工作站可以提供相应的电化学充放电测试。从而实现应用透射电镜，在电场和液体环境下研究电池材料工况下的结构变化，探究电池材料失效机理，为优化电池材料提供新方法，新思路。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0006]一种应用于透射电镜样品杆基于电池材料研究的微电池结构，该微电池包括封装外壳、铜板、负极、
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隔膜、正极、实验电路板，隔膜上附有电解液，将活性颗粒包覆在内；
[0007]将铜板、负极、
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隔膜、正极依次放置在封装外壳，扣上实验电路板，并通过封装螺钉将其安装在一起；
[0008]所述的封装外壳一端设有压力调节螺钉，压力调节螺钉贯通封装外壳直接作用在铜板上，调节压力调节螺钉，通过作用在铜板上的力，依次将负极、隔膜、正极压紧。
[0009]进一步的，所述的封装外壳中部设有向内凹进的容纳空间，所述的铜板、负极、隔
膜、正极设置在该容纳空间内。
[0010]进一步的，所述的实验电路板和封装外壳通过封装螺钉将铜板、负极、
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隔膜、正极封装在封装外壳中部设有的容纳空间内，封装螺钉从实验电路板一端安装在封装外壳上。
[0011]进一步的，实验电路板正反面分别设有正面电极和背面电极，正面电极与背面电极导通，电路板上的正面电极与透射电镜样品杆电气接口组件上的钨针接触。
[0012]进一步的，所述的压力调节螺钉设有4个，成正方形均布在封装外壳内的铜板位置。
[0013]本专利技术的创新点在于：
[0014]1)设计了一种满足透射电镜使用要求的微电池，使电池的研究从宏观拓展到微观。为使用透射电镜，在纳米尺度下，研究电池材料的结构机理提供一种新工具。
[0015]2)该结构完全不同于现有的原位液体杆，现有的原位液体杆，需要将电池材料置于芯片上，电池的正极，负极，对极均蚀刻在芯片上，然后通入电解液。此电池封装方式不符合实际电池的组装，因此，现有的实验体系不能客观的反应电池真实的充放电工况。此专利技术，则是按照实际的电池使用，进行封装，能更好的反应实际使用工况。
[0016]3)该微电池的压力可调节，电池正负极在受到不同压力下，所表现出的性能是不同的，因此实现压力的可调节，对于电池材料的研究尤为重要。
[0017]4)现有的原位液体杆均要使用两组芯片来实现电池的封装，且芯片造价昂贵，均为耗材，不能重复使用。致使实验成本过高。且在电池封装过程中，芯片上的SiN薄膜极易破损，造成真空泄漏，实验难度极高。此专利技术的实验电路板，封装外壳，均可以重复使用，且造价低廉，封装容易。
[0018]5)对于固体材料的研究，现有的原位液体杆，则需要使用FIB(Focused Ion beam)设备将材料焊接到芯片上，操作难度大，制样成本过高。此专利技术则只需要将固体材料包覆到隔膜上即可，大幅度的降低了制样成本，且操作简便。
[0019]6)该专利技术采用了模块化设计，可以根据不同透射电镜型号，进行匹配。同时不限于电池材料的研究。
附图说明
[0020]图1微电池总装图；
[0021]图2微电池爆炸图；
[0022]图3特定透射电镜样品杆；
[0023]图4样品杆TIP端图；
[0024]图5实验电路板正面图；
[0025]图6实验电路板背面图；
[0026]图中：1—微电池；2—压力调节螺钉；3—封装外壳；4—铜板；5—负极；6—隔膜；7—正极；8—封装螺钉；9—实验电路板；10—特定透射电镜样品杆11—安装螺钉；12—电气接口组件；13—实验电路板正面电极；14—实验电路板反面电极。
具体实施方式
[0027]下面结合说明书附图对该专利技术作进一步详细描述：
[0028]本专利技术一种应用于透射电镜样品杆基于电池材料研究的微电池结构，如图1，图2所示。该微电池由压力调节螺钉2；封装外壳3；铜板4；负极5；隔膜6；正极7；封装螺钉8；实验电路板9组成。隔膜6上附有
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电解液，可将活性颗粒包覆在内。
[0029]本专利技术将研究材料(纳米颗粒)作为正极。将铜4板，负极5，隔膜6，正极7依次放置到封装外壳里3，盖上实验电路板9，并使用封装螺钉8锁紧将其安装在一起，完成电池的安装。最后安装压力调节螺钉2，在封装外壳3的底部，使用力矩扳手，调整合适的力矩，锁紧压力调节螺钉2。完成微电池的组装。
[0030]本专利技术压力调节螺钉2设置在封装外壳3上，并贯通封装外壳3直接作用在铜板4上，调节压力调节螺钉2，通过作用在铜板4上的力，依次将负极5、隔膜6、正极7压紧。本专利技术通过力矩扳手调节压力调节螺钉2，可以获得不同的实验压力，这对于实验尤为重要。
[0031]将微电池安装到特定特定透射电镜样品杆10上，如图3、图4所示。在特定透射电镜样品杆10的TIP端设有安装螺钉11和电气接口组件12，安装时，松开安装螺钉11，电气接口组件12会向上抬起，将微电池1置于特定透射电镜样品杆10的座上，拧紧安装螺钉11，完成安装。实验电路板9的正反面均有电极，正面设有与电气接口组件12钨针接触的实验本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于透射电镜样品杆基于电池材料研究的微电池结构，其特征是：该微电池包括封装外壳(3)、铜板(4)、负极(5)、隔膜(6)、正极(7)、实验电路板(9)，隔膜(6)上附电解液，可将活性颗粒包覆在内；将铜板(4)、负极(5)、隔膜(6)、正极(7)依次放置在封装外壳(3)，扣上实验电路板(9)，并通过封装螺钉(8)将其安装在一起；所述的封装外壳(3)一端设有压力调节螺钉(2)，压力调节螺钉(2)贯通封装外壳(3)直接作用在铜板(4)上，调节压力调节螺钉(2)，通过作用在铜板(4)上的力，依次将负极(5)、隔膜(6)、正极(7)压紧。2.根据权利要求1所述的应用于透射电镜样品杆基于电池材料研究的微电池结构，其特征是：所述的封装外壳(3)中部设有向内凹进的容纳空间，所述的铜板(4)、负极(5)、隔膜(6)、正极(...

【专利技术属性】
技术研发人员：章炜，黄雪，田晶，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：