CN111089872A - 一种微孔锂电池隔膜截面制样方法 - Google Patents

一种微孔锂电池隔膜截面制样方法 Download PDF

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陈朝晖
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Abstract

本发明涉及一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、浸润液浸润隔膜：将膜置于加有浸润液的压力槽中，通过缓慢升压，将浸润液压入隔膜的孔内；升压结束后，以相同或者更低的降压速率将压力下调，确保浸润效果良好；步骤S2、液氮脆断：浸润完成后，将膜取出压力槽，将其迅速放入盛有液氮的容器中冷却一段时间，后用工具，在液氮中直接进行脆断操作；步骤S3、后处理：脆断完成后，等待液氮挥发，后将隔膜置于有导电胶带的样品台上，根据测试需要调至合适参数后，用扫描电子显微镜观察其截面形貌。本发明提供的微孔锂电池隔膜截面制样方法简单易行，效率高，能有效节省实验成本。

Description

一种微孔锂电池隔膜截面制样方法
技术领域
本发明涉及电镜横截面样品的制备技术领域，尤其涉及一种微孔锂电池隔膜截面制样方法。
背景技术
近年来，随着科技的进步及社会的发展，我国锂离子电池行业发展迅猛，给人们的生活带来了诸多方便。在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，其作用主要是隔离正负电极，并且保证在让电解质离子通过的同时又能避免两极上的活性物质直接接触而造成短路，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。
目前，锂电池隔膜一般使用高分子聚乙烯或者聚丙烯来制备，孔径大小一般为15nm至350nm左右。这些隔膜的孔径大小、隔膜表面微孔分布和形貌以及截面的形貌等直接决定着隔膜的性能，进而影响到电池能源转换效率和循环使用寿命。因此，利用场发射扫描电子显微镜对锂电池隔膜孔径大小、隔膜表面微孔分布和形貌以及截面的形貌等进行观察表征，是对锂电池隔膜进行质量控制的必要预见，是确保锂电池使用安全性和延长其使用寿命的关键环节之一。因此，对锂电池隔膜进行精准表面表征显得尤为重要。
在对锂电池隔膜进行近表层结构表征研究方面，电镜是不可缺少的工具，如何制备出适合于电镜观察的样品是关键技术之一。目前观察锂电池隔膜表面形貌的SEM设备较多，制样步骤和参数设定较为简单；但是对于锂电池隔膜截面样品的制备和观察还存在一些问题，目前锂电池隔膜样品通常是直接用剪刀剪后观察，端面的上下两个面会被挤压得几乎碰在一起，观察不到样品截面原本的形貌特征，从而无法进行工艺分析，而目前广泛应用的液氮脆断同样不适用于高分子量聚乙烯隔膜，现阶段的干湿法薄膜由于厚度较低，分子量较高，导致隔膜柔韧性强，即使长时间用大量液氮冷却，脆断时也还是会出现打弯的现象，不能制得有完整截面的隔膜样品。而市面上有的一些FIB分析仪器和超波切片仪器价格十分昂贵。
因此，开发一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，以实现锂电池隔膜的质量精准控制，预防锂电池工作安全事故的发生，延长锂电池循环使用寿命均具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，采用液氮脆断的原理，通过缓慢升压，将无气泡纯水或无水乙醇等液体压入隔膜的孔内(只需液体浸润性良好，凝固点较低，且不会与膜产生反应或者破坏膜本身的结构)，此时放入液氮中冷却一段时间后进行脆断，有效避免了因隔膜韧性过高导致的脆断失败。通过这种方法制取的锂电池隔膜截面样品通过SEM检测更加精准，能有效实现对锂电池隔膜的质量控制，具有较高的经济价值和社会价值。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、浸润液浸润隔膜：将膜置于加有浸润液的压力槽中，通过缓慢升压，将浸润液压入隔膜的孔内，在升压时，隔膜不出现有折叠，拉伸等操作，以免对隔膜的微观结构产生影响；升压结束后，以相同或者更低的降压速率将压力下调，确保浸润效果良好；
步骤S2、液氮脆断：浸润完成后，将膜取出压力槽，将其迅速放入盛有液氮的容器中冷却一段时间，后用工具，在液氮中直接进行脆断操作；
步骤S3、后处理：脆断完成后，等待液氮挥发，后将隔膜置于有导电胶带的样品台上，根据测试需要调至合适参数后，用扫描电子显微镜观察其截面形貌即可。
进一步的，所述升压方式为连续升压、间断升压中的一种。
较佳的，所述升压速率为1-20psi/s。
较佳的，所述间断升压具体为，升压3-5s，间断1-2s。
进一步的，所述浸润液为无气泡纯水、无水乙醇中的任意一种或两种按任意比例的混合。
进一步的，所述升压范围为0psi-2500psi。
进一步的，所述更低的降压速率为0.3-1si/s。
进一步的，所述一段时间为40-60s，优选为50s。
较佳的，所述工具为镊子。
本发明的另一个目的，在于提供一种根据所述微孔锂电池隔膜截面制样方法制备得到的用于电镜检测用微孔锂电池隔膜截面样品。
由于上述技术方案运用，本发明专利与现有技术相比具有下列优点：本发明提供的微孔锂电池隔膜截面制样方法，简单易行，效率高，能有效节省实验成本，无需购买FIB，超波切片，TEM等昂贵的仪器，并且在一定程度上节省了实验时间；解决了高分子量隔膜因韧性，厚度等原因造成难以脆断的问题；另外，其还能提升脆断效果，通过该方法脆断的隔膜截面效果相比单纯液氮更好且能解决单纯使用液氮无法脆断的一些高分子量的隔膜材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为直接用剪刀裁剪隔膜后的隔膜截面SEM照片；
图2为基于实施例1的方法制得的隔膜截面SEM照片。
具体实施方式
本发明涉及一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、浸润液浸润隔膜：将膜置于加有浸润液的压力槽中，通过缓慢升压，将浸润液压入隔膜的孔内，在升压时，隔膜不出现有折叠，拉伸等操作，以免对隔膜的微观结构产生影响；升压结束后，以相同或者更低的降压速率将压力下调，确保浸润效果良好；
步骤S2、液氮脆断：浸润完成后，将膜取出压力槽，将其迅速放入盛有液氮的容器中冷却一段时间，后用工具，在液氮中直接进行脆断操作；
步骤S3、后处理：脆断完成后，等待液氮挥发，后将隔膜置于有导电胶带的样品台上，根据测试需要调至合适参数后，用扫描电子显微镜观察其截面形貌即可。
进一步的，所述升压方式为连续升压、间断升压中的一种；所述升压速率为1-20psi/s；所述间断升压具体为，升压3-5s，间断1-2s；所述浸润液为无气泡纯水、无水乙醇中的任意一种或两种按任意比例的混合；所述升压范围为Opsi-2500psi；所述更低的降压速率为0.3-1si/s；所述一段时间为40-60s，优选为50s；所述工具为镊子。
本发明的另一个目的，在于提供一种根据所述微孔锂电池隔膜截面制样方法制备得到的用于电镜检测用微孔锂电池隔膜截面样品。
由于上述技术方案运用，本发明专利与现有技术相比具有下列优点：本发明提供的微孔锂电池隔膜截面制样方法，简单易行，效率高，能有效节省实验成本，无需购买FIB，超波切片，TEM等昂贵的仪器，并且在一定程度上节省了实验时间；解决了高分子量隔膜因韧性，厚度等原因造成难以脆断的问题；另外，其还能提升脆断效果，通过该方法脆断的隔膜截面效果相比单纯液氮更好且能解决单纯使用液氮无法脆断的一些高分子量的隔膜材料。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
本实例提供一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、浸润液浸润隔膜：将膜置于加有浸润液的压力槽中，通过缓慢升压，将浸润液压入隔膜的孔内，在升压时，隔膜不出现有折叠，拉伸等操作，以免对隔膜的微观结构产生影响；升压结束后，以相同或者更低的降压速率将压力下调，确保浸润效果良好；
步骤S2、液氮脆断：浸润完成后，将膜取出压力槽，将其迅速放入盛有液氮的容器中冷却一段时间，后用工具，在液氮中直接进行脆断操作；
步骤S3、后处理：脆断完成后，等待液氮挥发，后将隔膜置于有导电胶带的样品台上，根据测试需要调至合适参数后，用扫描电子显微镜观察其截面形貌即可。
所述升压方式为连续升压；所述升压速率为10psi/s；所述升压范围为0psi-2500psi；所述浸润液为无气泡纯水；所述更低的降压速率为0.3si/s；所述一段时间为40s；所述工具为镊子。
一种根据所述微孔锂电池隔膜截面制样方法制备得到的用于电镜检测用微孔锂电池隔膜截面样品。
实施例2
本实例提供一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，与实施例1基本相同，不同的是：所述升压方式为间断升压；所述升压速率为5psi/s；所述间断升压具体为，升压3s，间断1s；所述浸润液为无水乙醇；所述更低的降压速率为0.5si/s；所述一段时间为45s。
实施例3
本实例提供一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，与实施例1基本相同，不同的是：所述升压方式为连续升压；所述升压速率为13psi/s；所述浸润液为无气泡纯水、无水乙醇按质量比1：3混合而成；所述更低的降压速率为0.7si/s；所述一段时间为48s。
实施例4
本实例提供一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，与实施例1基本相同，不同的是：所述升压方式为间断升压；所述升压速率为15psi/s；所述间断升压具体为，升压4.5s，间断1.8s；所述浸润液为无气泡纯水、无水乙醇按质量比3∶5混合而成；所述更低的降压速率为0.8si/s；所述一段时间为58s。
实施例5
本实例提供一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，与实施例1基本相同，不同的是：所述升压方式为连续升压；所述升压速率为20psi/s；所述浸润液为无水乙醇；所述更低的降压速率为1si/s；所述一段时间为60s。
对比例
本实例提供一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，具体为直接用剪刀裁剪。
将本发明实施例1和对比例得到的样品进行SEM检测，图1为直接用剪刀裁剪隔膜后的隔膜截面SEM照片，可见端面上下层几乎被挤压在一起，无法准确观察，而其他部分形貌也遭到破坏。图2为本发明实施例1制得的隔膜截面SEM照片，能完整的观察到隔膜截面。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、浸润液浸润隔膜：将膜置于加有浸润液的压力槽中，通过缓慢升压，将浸润液压入隔膜的孔内，在升压时，隔膜不出现有折叠，拉伸等操作，以免对隔膜的微观结构产生影响；升压结束后，以相同或者更低的降压速率将压力下调，确保浸润效果良好；
步骤S2、液氮脆断：浸润完成后，将膜取出压力槽，将其迅速放入盛有液氮的容器中冷却一段时间，后用工具，在液氮中直接进行脆断操作；
步骤S3、后处理：脆断完成后，等待液氮挥发，后将隔膜置于有导电胶带的样品台上，根据测试需要调至合适参数后，用扫描电子显微镜观察其截面形貌即可。
2.根据权利要求1所述的一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，其特征在于，所述升压方式为连续升压、间断升压中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，其特征在于，所述升压速率为1-20psi/s。
4.根据权利要求2所述的一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，其特征在于，所述间断升压具体为，升压3-5s，间断1-2s。
5.根据权利要求1所述的一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，其特征在于，所述浸润液为无气泡纯水、无水乙醇中的任意一种或两种按任意比例的混合。
6.根据权利要求1所述的一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，其特征在于，所述升压范围为Opsi-2500psi。
7.根据权利要求1所述的一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，其特征在于，所述更低的降压速率为0.3-1si/s。
8.根据权利要求1所述的一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，其特征在于，所述一段时间为40-60s，优选为50s。
9.根据权利要求1所述的一种微孔锂电池隔膜截面制样方法，其特征在于，所述工具为镊子。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的微孔锂电池隔膜截面制样方法制备得到的用于电镜检测用微孔锂电池隔膜截面样品。
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