[发明专利]一种用于扫描电镜拍摄硅基负极材料的定位处理方法

说明书

本发明公开了一种用于扫描电镜拍摄硅基负极材料的定位处理方法，首先在扫描电镜样品台上粘接双面导电胶带，然后将硅基负极材料的待扫描样品粘接于双面导电胶带的上表面，待扫描样品完全覆盖双面导电胶带，且双面导电胶带留有未粘接环形区域，最后在待扫描样品的边缘处固定导电式边缘封闭件，导电式边缘封闭件将待扫描样品的边缘部分进行封盖，且导电式边缘封闭件粘接于待扫描样品外周、双面导电胶带的未粘接环形区域上。本发明在不损伤待扫描样品本身，不影响待扫描样品自身表面形貌下得到清晰的扫描电镜图片，为分析硅基负极材料性能提供可靠的依据。

技术领域

本发明涉及锂离子电池硅基负极材料技术领域，具体是一种用于扫描电镜拍摄硅基负极材料的定位处理方法。

背景技术

负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素之一，不同的负极材料可以通过嵌入、合金化或转换反应实现储锂。目前商业化的负极材料主要有石墨(天然石墨和人造石墨)、无定形碳(软碳和硬碳)、钛酸锂及硅基材料(纳米硅碳材料、氧化亚硅和无定形硅合金)。石墨一直是可充电锂离子电池领域最重要的负极材料，目前依然占据着超过95％的市场份额。与其它嵌入式负极材料相比具有低成本、原材料来源丰富、低工作电位、高导电性、高Li+离子扩散性以及较小的脱嵌锂体积变化等优势，在中等能量密度应用领域取得了巨大的成功。鉴于碳材料具有优异的导电性、更负的氧化还原电位、适宜的储锂位点、丰富的原材料来源和低成本等特点，使其成为负极材料的主要选择，被认为是商业上最成功的的锂离子电池负极材料。但是碳基负极材料也存在低比容量和嵌锂倍率性能差，低工作电位易使锂离子在表面沉积形成枝晶引发安全隐患等缺陷。

目前商业化锂离子电池负极材料主要为石墨类碳负极材料，其理论比容量仅为372mAh/g(LiC6)，严重限制了锂离子电池的进一步发展。硅基材料是在研负极材料中理论比容量最高的研究体系，其形成的合金为LixSi(x＝0～4.4)，理论比容量高达为4200mAh/g，因其低嵌锂电位、低原子质量、高能量密度和在Li-Si合金中的高Li摩尔分数，被认为是碳负极材料的替代性产品。然而，硅负极由于其在嵌脱锂循环过程中具有严重的体积膨胀和收缩，造成材料结构的破坏和机械粉碎，从而导致电极表现出较差的循环性能。近年来，研究人员对硅基负极材料进行了大量的改性研究，取得了一定的进展。但其导电性较差，颗粒易碎的问题仍然存在，这严重影响其在扫描电镜下的成像。

扫描电镜成像技术是用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的二次电子、背散射电子等对样品表面或断口形貌进行观察和分析。它主要由电子光学系统以及显示系统组成，电子光学系统包括：电子枪，电磁透镜，光阑，扫描线圈和样品室等部件；显示系统包括：二次电子探头，背散射电子探测器，X-射线探测器以及显示屏。我们经常所使用的拍摄模式有：低电压加减速场、高电压背散射、高电压二次电子等。针对不同的样品以及所需要观察材料的目的可灵活使用不同的模式以达到最佳拍摄的效果。扫描电镜观察样品时，使用较高的加速电压(一般10kV以上)存在一些问题：电子束能量高，穿透样品较深，得到的不是样品真实的表面信息；对于不耐电子束的样品如有机材料损伤较大；对于导电性不好的样品，表面积累电荷造成荷电和样品漂移，严重影响观察，较高的加速电压提供的是相对内部的信息而非表面信息，反应不出真实的表面形貌。选择低的加速电压(一般1kV以下)，可以有效改善以上问题。低加速电压可以有效地减少对样品的损伤和荷电效应，对于不导电的样品可以直接观察，比如一些高分子微/纳米球在较高的加速电压下发生坍塌、损坏，而且表面荷电严重，放电现象明显，严重影响观察拍照，即使喷涂导电层也存在放电现象，而在低加速电压下能够保持其形态，而且没有明显的荷电现象。

目前使用扫描电镜拍摄硅基负极材料由于其本身导电性较差和颗粒体积易膨胀松散的问题均采用高电压二次电子的模式拍摄。而高电压二次电子模式下电子束有一定的穿透深度，并且分辨率较低对于表明细小的颗粒形貌拍摄不清楚。为研究硅基负极材料本身表面的形貌信息可以使用低电压加减速电压的模式来拍摄，但此模式下由于硅基负极材料导电性较差，样品表面容易积累电荷造成荷电和样品漂移，成像表现为出现严重的长条亮白色区域(见图4)，严重影响形貌观察。

发明内容