一种使用透射电镜精确观测碳包覆磷酸铁锂材料的方法与流程

本申请涉及分析检测领域，尤其涉及一种使用透射电镜精确观测碳包覆磷酸铁锂材料的方法。

背景技术：

1、磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料的一种，在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性和较长的循环寿命；但是磷酸铁锂也存在导电性差、离子扩散率低的缺点。为提高磷酸铁锂材料的导电性，在颗粒表面包覆无定形碳是最为普遍的解决方案。不同厂家生产的碳包覆磷酸铁锂性能区别很大，主要原因就是碳包覆的有效性、均匀性以及包覆层厚度的不同。

2、目前，对磷酸铁锂晶体材料表面无定形碳包覆(lifepo4/c)情况的评价，主要是通过测材料中碳元素的含量来衡量，但是这种方法存在局限性，只能判断材料中无定形碳的总量(含游离碳和lifepo4表面的包覆碳)，无法提供对评价磷酸铁锂材料导电性更有价值的相关信息(lifepo4表面碳包覆有效性、碳包覆均匀性及碳包覆层厚度)。理论上，通过透射电子显微镜对纳米材料lifepo4/c无定形碳包覆情况进行显微表征，可精确观察、测量磷酸铁锂晶体表面无定形碳的包覆有效性、均匀性以及测量包覆层的厚度。实际情况中，无定型碳包覆层通常具有以下两个特征：(1)碳膜不具备晶体结构，呈现无定形状态；(2)碳膜厚度非常薄，一般在5纳米左右。对于由轻元素碳原子组成的非晶超薄样品，动力学散射效应非常微弱，显示出的图像衬度也极微弱，以致在透射电镜常规观察实验中无论是直接肉眼观察还是ccd拍摄都会出现lifepo4/c中碳包覆层界限不清晰甚至碳层不可见的情况，最终导致观察实验无法顺利开展。目前，透射电子显微镜观测lifepo4/c中碳包覆层，通常采用以下实验方案：首先用超声分散法将lifepo4/c分散到碳支持膜或微栅膜上制成透射电镜可观测样品，其次通过调整透射电镜的状态、增加物镜光阑、调整聚焦状态、降低加速电压的方法提升图像衬度。其结果是，一方面并不能获得lifepo4/c中碳包覆层的真实厚度，另一方面对超薄无定型碳膜的衬度提升效果不佳，同时还会造成图像分辨率降低的不良结果。

3、除了lifepo4/c无定型碳包覆材料之外，其它的表面包覆的纳米粒子材料的观测均存在类似的问题。

4、综上述，有必要探索一种能清晰观察到碳包覆磷酸铁锂的表面包覆层，继而能精确评价其包覆有效性、均匀性、厚度情况的实验方法。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种使用透射电镜精确观测碳包覆磷酸铁锂材料的方法，以解决上述问题。

2、为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：

3、一种使用透射电镜精确观测碳包覆磷酸铁锂材料的方法，包括：

4、将g1胶中的resin-g1与hardener-g1以及碳包覆磷酸铁锂材料样品混合，搅拌得到碳包覆磷酸铁锂材料复合胶体；

5、将所述碳包覆磷酸铁锂材料复合胶体压制、固化成为复合胶体薄膜，然后依次进行机械减薄和双面离子减薄，直至中心穿孔，得到观测样品；

6、将所述观测样品置于透射电子显微镜中，连续倾转所述观测样品，并对观测样品的形貌进行实时观察，根据所述观测样品的包覆层衬度最佳的原则，最终确定适宜的倾转角为：使电子束沿着碳包覆磷酸铁锂低指数晶带轴入射的角度；

7、调整透射电子显微镜拍摄状态、参数和聚焦状态，然后观测得到相应结果。

8、优选地，所述resin-g1与所述hardener-g1的体积比为1：(0.5-1.5)。

9、优选地，所述碳包覆磷酸铁锂材料样品的体积与所述resin-g1和所述hardener-g1的总体积之比为(1-2)：1。

10、优选地，所述压制包括：

11、将所述碳包覆磷酸铁锂材料复合胶体置于两片硫酸纸之间形成三明治的构造，均匀的对所述构造施以压力，将所述碳包覆磷酸铁锂材料复合胶体压成微米级厚度的所述薄膜。

12、优选地，所述薄膜的厚度为100-200μm。

13、优选地，所述固化的时间为24-48小时。

14、优选地，所述机械减薄包括：

15、将所述复合胶体薄膜采用砂纸磨抛至30-50μm。

16、优选地，所述连续倾转包括：

17、将电子束在所述观测样品的表面会聚成纳米束，将电镜模式切换到diff模式下，以清晰的观察到所述观测样品的菊池花样；

18、根据所述菊池花样的分布走向特征，倾转所述观测样品，所观察到的菊池花样随之发生实时变化，直至该倾转角度下电子束正好沿着碳包覆磷酸铁锂的低指晶带轴入射(如[100]、[001]、[010]、[110]、[111])。

19、优选地，所述调整透射电子显微镜拍摄状态、参数和聚焦状态包括：

20、调整电压中心、一五合轴、聚光镜像散、物镜像散；

21、在不同物镜光阑级数下对形貌衬度进行对比分析，根据所述观测样品的包覆层的衬度最佳的原则确定适宜的物镜光阑级数；

22、在不同的图像聚焦状态下对所述观测样品进行观察和拍摄，根据拍摄结果以所述观测样品的包覆层的衬度最佳为原则确定适宜的聚焦状态；

23、根据碳包覆层的厚度及衬度特征确定放大倍数。

24、与现有技术相比，本申请的有益效果包括：

25、本申请提供的使用透射电镜精确观碳包覆磷酸铁锂材料的方法，采用树脂包埋法制备出的透射电镜样品相比常规超声分散制样法制备的透射电镜样品能更有效的保障tem实验中获得磷酸铁锂碳包覆层的真实厚度；样品经过机械预减薄以及离子减薄步骤后已被成功的切削成去顶去底的标准截面样品，显然这种截面样品呈现出以被包覆物磷酸铁锂为核心、以超薄包覆物无定型碳为外壳界面分明的结构，因此在透射电镜实验中，电子束穿透样品成像不再出现衬度叠加的问题，可清晰确切的观察到磷酸铁锂晶体与无定型碳包覆层的界面，从而能精准量取超薄包覆层的厚度；连续倾转观测样品，使样品的特定晶体学取向平行于电子束的入射方向，能达到大幅提升无定型包覆层图像衬度的目的，有利于清晰准确的观察并记录包覆层的包覆有效性、均匀性和真厚度。

1.一种使用透射电镜精确观测碳包覆磷酸铁锂材料的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的使用透射电镜精确观测碳包覆磷酸铁锂材料的方法，其特征在于，所述resin-g1与所述hardener-g1的体积比为1：(0.5-1.5)。

3.根据权利要求1所述的使用透射电镜精确观测碳包覆磷酸铁锂材料的方法，其特征在于，所述碳包覆磷酸铁锂材料样品的体积与所述resin-g1和所述hardener-g1的总体积之比为(1-2)：1。

4.根据权利要求1所述的使用透射电镜精确观测碳包覆磷酸铁锂材料的方法，其特征在于，所述压制包括：

5.根据权利要求4所述的使用透射电镜精确观测碳包覆磷酸铁锂材料的方法，其特征在于，所述薄膜的厚度为100-200μm。

6.根据权利要求1所述的使用透射电镜精确观测碳包覆磷酸铁锂材料的方法，其特征在于，所述固化的时间为24-48小时。

7.根据权利要求1所述的使用透射电镜精确观测碳包覆磷酸铁锂材料的方法，其特征在于，所述机械减薄包括：

8.根据权利要求1所述的使用透射电镜精确观测碳包覆磷酸铁锂材料的方法，其特征在于，所述连续倾转包括：

9.根据权利要求1-8任一项所述的使用透射电镜精确观测碳包覆磷酸铁锂材料的方法，其特征在于，所述调整透射电子显微镜拍摄状态、参数和聚焦状态包括：