本發(fā)明涉及電極材料性能測(cè)試，特別是涉及一種電極材料微觀界面性能測(cè)試平臺(tái)及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、在從化石燃料向可持續(xù)能源的轉(zhuǎn)變中，電池因其高效儲(chǔ)存和釋放的特點(diǎn)，發(fā)揮著不可或缺的作用。目前，可充電鋰離子電池(lib)是信息行業(yè)的領(lǐng)先技術(shù)，涉及消費(fèi)電子、環(huán)保電網(wǎng)、航空航天和電動(dòng)汽車。硅基負(fù)極材料(合金型負(fù)極)由于能量密度高，是下一代鋰離子電池的理想負(fù)極材料。實(shí)際應(yīng)用中，為提升負(fù)極材料的導(dǎo)電性能，硅基負(fù)極會(huì)加入少量導(dǎo)電碳作為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，碳納米管是最常用的一類導(dǎo)電劑，具有本征sp2共價(jià)結(jié)構(gòu)所帶來的優(yōu)異導(dǎo)電及力學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，在鋰離子電池等儲(chǔ)能領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。碳納米管被認(rèn)為是硅基負(fù)極最理想的導(dǎo)電添加劑，具有以下優(yōu)勢(shì)：提供電子傳輸通路，利于電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行；形成柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，緩沖反應(yīng)過程中電極發(fā)生的巨大體積變化；提供力學(xué)骨架，有助于活性物質(zhì)的分散，加速離子運(yùn)輸。一維的管狀結(jié)構(gòu)既可以作為電極中的支撐骨架，也可以構(gòu)建優(yōu)越的長(zhǎng)程導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。碳納米管作為導(dǎo)電劑能大幅改善其性能。
2、但碳納米管做導(dǎo)電劑的鋰離子電池依舊存在體積膨脹大，sei不穩(wěn)定等問題。因此，從微觀層面探究不同種類的碳管對(duì)硅基負(fù)極的離子擴(kuò)散和循環(huán)等性能影響很有必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種電極材料微觀界面性能測(cè)試平臺(tái)及其應(yīng)用，本發(fā)明利用單根碳納米管與單顆粒搭建了測(cè)試平臺(tái)，為后續(xù)分析微觀層面復(fù)雜電化學(xué)界面的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)變化，分析微觀力學(xué)機(jī)制，包括材料的受力分析和穩(wěn)定性策略提供支持，并建立其與宏觀電化學(xué)性能的關(guān)系，從基礎(chǔ)理解、方法策略和宏觀應(yīng)用上為日后鋰電池硅基負(fù)極的應(yīng)用提供全新的思路。
2、具體
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
如下：
3、第一方面，本發(fā)明提供一種電極材料微觀界面性能測(cè)試平臺(tái)，包括單顆粒微型電池及密封腔；其中，
4、所述單顆粒微型電池由單顆粒微型電極、鋰源、電解質(zhì)及集流體組成；
5、所述單顆粒微型電極由碳納米管和單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)相互結(jié)合組成；
6、所述碳納米管為單根碳納米管，或由單根碳納米管組成的碳納米管管束；
7、所述單個(gè)顆粒結(jié)構(gòu)的組成為硅基活性物質(zhì)；
8、所述密封腔用于為所述測(cè)試平臺(tái)提供惰性氣體的測(cè)試環(huán)境。
9、可選地，所述單根碳納米管包括單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管，直徑大于1nm。
10、可選地，所述碳納米管管束的直徑為1nm-1000mm。
11、可選地，所述電解質(zhì)與所述單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)以界面接觸的形式結(jié)合；
12、所述電解質(zhì)與所述鋰源以界面接觸的形式結(jié)合。
13、可選地，所述電解質(zhì)為固態(tài)電解質(zhì)。
14、可選地，所述鋰源為鋰片或鋰合金。
15、可選地，所述集流體由第一探針和第二探針組成，所述第一探針用于對(duì)所述單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)進(jìn)行加電，所述第二探針用于對(duì)所述碳納米管進(jìn)行加電。
16、可選地，所述單根碳納米管懸空生長(zhǎng)于兩個(gè)跨縫硅片之間。
17、可選地，所述碳納米管和單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)相互結(jié)合組成，包括：所述懸空碳納米管包裹在單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)表面；或
18、所述單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)通過范德華力與所述懸空碳納米管緊密結(jié)合。
19、第二方面，本發(fā)明提供一種上述第一方面所述電極材料微觀界面性能測(cè)試平臺(tái)的應(yīng)用，所述應(yīng)用包括：
20、s1、利用探針操縱，將碳納米管包裹在單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)表面，或?qū)蝹€(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到碳納米管上，借助范德華力使兩者緊密結(jié)合，得到單顆粒微型電極；
21、s2、在惰性氣體的測(cè)試環(huán)境中，利用探針操縱，將鋰源和電解質(zhì)以界面接觸的形式結(jié)合，再將所述鋰源和電解質(zhì)固定在第一探針的針尖處，然后將固定有所述鋰源和電解質(zhì)的所述第一探針與組成所述單顆粒微型電極的單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)接觸；第二探針用于對(duì)碳納米管進(jìn)行加電，完成微型電池的組裝；
22、s3、對(duì)所述第一探針和第二探針加電，進(jìn)行充放電測(cè)試，同時(shí)采集所述碳納米管的拉曼光譜，實(shí)現(xiàn)單顆粒接觸狀態(tài)和碳納米管力學(xué)性能、單顆粒電池性能的原位表征。
23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
24、本發(fā)明提供一種電極材料微觀界面性能測(cè)試平臺(tái)，包括單顆粒微型電池及密封腔；其中，所述單顆粒微型電池由單顆粒微型電極、鋰源、電解質(zhì)及集流體組成；所述單顆粒微型電極由碳納米管和單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)相互結(jié)合組成；所述碳納米管為懸空生長(zhǎng)的單根碳納米管，或由單根碳納米管組成的碳納米管管束；所述單個(gè)顆粒結(jié)構(gòu)的組成為硅基活性物質(zhì)；所述密封腔用于為所述測(cè)試平臺(tái)提供惰性氣體的測(cè)試環(huán)境。本發(fā)明以微電極來測(cè)量反應(yīng)界面的局部信息，包括電學(xué)、力學(xué)等信號(hào)的原位表征和無損探測(cè)；本發(fā)明利用碳納米管與單顆粒搭建了測(cè)試平臺(tái)，為后續(xù)分析微觀層面復(fù)雜電化學(xué)界面的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)變化，分析微觀力學(xué)機(jī)制，包括材料的受力分析和穩(wěn)定性策略提供支持，并建立其與宏觀電化學(xué)性能的關(guān)系，從基礎(chǔ)理解、方法策略和宏觀應(yīng)用上為日后鋰電池硅基負(fù)極的應(yīng)用提供全新的思路。
25、本發(fā)明提供的電極材料微觀界面性能測(cè)試平臺(tái)，在用于導(dǎo)電劑與硅基負(fù)極活性材料在微觀角度界面間電學(xué)、力學(xué)等信號(hào)的無損探測(cè)時(shí)，利用探針操縱，將碳納米管包裹在單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)表面，或?qū)蝹€(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到懸空碳納米管上，借助范德華力使兩者緊密結(jié)合，得到單顆粒微型電極；在惰性氣體的測(cè)試環(huán)境中，利用探針操縱，將鋰源和電解質(zhì)以界面接觸的形式結(jié)合，再將所述鋰源和電解質(zhì)固定在第一探針上的針尖處，然后將固定有所述鋰源和電解質(zhì)的所述第一探針與，組成所述單顆粒微型電極的單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)接觸，用于對(duì)碳納米管進(jìn)行加電，完成微型電池的組裝；對(duì)所述第一探針和第二探針加電，進(jìn)行充放電測(cè)試，同時(shí)采集所述碳納米管的拉曼光譜，即可實(shí)現(xiàn)單顆粒接觸狀態(tài)和碳納米管力學(xué)性能、單顆粒電池性能的原位表征。
1.一種電極材料微觀界面性能測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，包括單顆粒微型電池及密封腔；其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述單根碳納米管包括單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管，直徑大于1nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述碳納米管管束的直徑為1nm-1000mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述單根碳納米管懸空生長(zhǎng)于兩個(gè)跨縫硅片之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述電解質(zhì)與所述單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)以界面接觸的形式結(jié)合；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述電解質(zhì)為固態(tài)電解質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述鋰源為鋰片或鋰合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述集流體由第一探針和第二探針組成，所述第一探針用于對(duì)所述單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)進(jìn)行加電，所述第二探針用于對(duì)所述碳納米管進(jìn)行加電。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述碳納米管和單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)相互結(jié)合組成，包括：所述碳納米管包裹在單個(gè)活性顆粒結(jié)構(gòu)表面；或
10.一種上述權(quán)利要求1-9任一所述電極材料微觀界面性能測(cè)試平臺(tái)的應(yīng)用，其特征在于，所述應(yīng)用包括：