CN116565160A - 单颗粒电极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单颗粒电极，包括：微电极，包括金属探针以及绝缘层，所述绝缘层包覆于所述金属探针的外壁，并使所述金属探针的尖端露出；活性颗粒，与所述尖端电连接。采用金属探针作为微电极的基体，绝缘层包覆在金属探针的外壁后，金属探针的尖端直接裸露出绝缘层，无需进行打磨与切割即可，这样，微电极的尖端可以直接连接活性颗粒，进而可以直接使用活性颗粒进行电化学实验，避免对探针进行切割与打磨，提高单颗粒电极的制备效率，降低制作成本，便于制备成型。
Description
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，特别是涉及一种单颗粒电极。
背景技术
在锂电池多孔电极模型中，活性物质颗粒(正极如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料、富锂锰基等，负极如石墨、氧化亚硅、钛酸锂等)表面的反应速率常数/交换电流密度及其内部的锂离子扩散系数是两个重要的动力学参数，其准确性一定程度上决定了电池模型的精度。另外，反应速率常数/交换电流密度与锂离子扩散系数也是评价活性物质材料动力学性能的重要指标，其准确性与评价结果可信度高度关联。
目前动力学参数测量多以多孔电极(纽扣电池、软包电池等)或薄膜电极为对象进行测试，多重因素导致测量结果与材料真实动力学参数之间存在差异：①多孔电极结构复杂，除了活性物质颗粒外，还包括导电剂、粘结剂等非活性物质，同时内部存在填充电解液的孔隙，因此动力学测试结果是不同材料各自动力学过程的混合结果，不能反映单一材料性能；②活性物质颗粒存在粒径分布，且导电剂等非活性物质附着在颗粒表面，难以估算多孔电极的活性比表面积；③多孔电极存在迂曲度，过慢的液相传输阻力影响活性物质颗粒的动力学参数测量；④薄膜电极与实际活性物质颗粒相比晶格取向性更明显，与实际情况不符。
综合来看，剥离非活性物质及孔隙的影响，直接对单个颗粒进行电化学测试是获取材料动力学参数的最优方案。单颗粒电极技术便是一种对单个锂离子电池材料颗粒进行电化学测试的实验方法，该方法能够有效地去除多孔电极中的助剂以及多孔结构的影响，更为直接地反映电池材料的本征特性。
通常单颗粒电极的技术路线有两种，包括接触式电极和集成式电极。接触式电极是将活性物质颗粒分散在玻璃盘上，并均浸没在含有电解液的培养皿中。借助光学显微镜观察，通过操作臂移动微集流体与活性物质颗粒实现电接触而组装成单颗粒电极。该技术路线成本低，可以实现光学原位观察，但由于实验体系开放，无法使用易挥发不稳定的电解液；实验在手套箱中进行，温度难以控制；集流体与单颗粒的连接不稳定，难以用于循环老化研究；实验成功率较低。
集成式电极则是在FIB-SEM(聚焦离子束扫描电镜)微操作系统中，通过铂、钨或碳等物质的沉积将单颗粒与金属探针焊接在一起，然后将单颗粒电极从FIB-SEM中取出，进行后续的电化学测试。该技术路线能够脱离手套箱的限制，实验体系封闭，可以实现精确控温，并能使用易挥发不稳定的电解液；金属探针的尖端锥角为7-10°，有潜力用于小尺寸的单颗粒；同时，物质沉积的连接方式保证了金属探针与单颗粒的连接稳定。但是该方案的成本较高，实施难度也大。
目前，单颗粒电极主要采用的是第二种技术路线，即采用集成式电极作为传导电子的集流体。该单颗粒电极中的探针是全包覆的探针结构。探针针尖部分被绝缘物质完全包覆，需要在制备完成后利用聚焦离子束或者离子研磨器进行加工，将针尖处的绝缘物质去除后，漏出小部分金属以与针尖的单颗粒实现电连接。但是，去除针尖处的绝缘物质时，需要在制备完成后对其进行研磨或切割，增加了单颗粒微电极的制作成本和制作时间，而且，操作过程繁琐，在加工处理过程中极易断裂，制备过程难度较大。
发明内容
基于此，有必要针对目前微电极制备过程复杂、难度大以及成本高问题，提供一种能够简化制备过程、降低制备难度、提高制备效率的单颗粒电极。
一种单颗粒电极，其特征在于，包括：
微电极，包括金属探针以及绝缘层，所述绝缘层包覆于所述金属探针的外壁，并使所述金属探针的尖端露出；
活性颗粒，与所述尖端电连接。
在其中一个实施例中，所述金属探针包括探针主体以及针尖，所述针尖设置于所述探针主体的一端，所述针尖呈锥形设置，并朝向远离所述探针主体的一端形成所述尖端，所述绝缘层包覆部分所述针尖与所述探针主体。
在其中一个实施例中，所述针尖露出所述绝缘层的长度尺寸小于10微米；
所述绝缘层包覆所述金属探针的长度大于500微米。
在其中一个实施例中，所述针尖包括第一尖部与第二尖部，所述第二尖部的一端与所述第一尖部的一端连接，所述第二尖部的另一端与所述探针主体连接，所述绝缘层包覆所述第二尖部，所述第一尖部露出所述绝缘层。
在其中一个实施例中，所述探针主体还包括包覆段以及连接段，所述包覆段的一端与所述连接段连接，所述包覆段的另一端连接所述针尖，所述包覆段被所述绝缘层包覆，所述连接段用于外接电路。
在其中一个实施例中，所述绝缘层包括第一绝缘段与第二绝缘段，所述第一绝缘段包覆于所述针尖，所述第二绝缘段包覆于所述探针主体，所述第一绝缘段与所述第二绝缘段连接；
所述第一绝缘段的厚度与所述第二绝缘段的厚度相等，或者，所述第一绝缘段的厚度大于所述第二绝缘段的厚度。
在其中一个实施例中，所述金属探针的尖端通过粘接物质与所述活性颗粒电连接。
在其中一个实施例中，所述粘接物质包括无机导电粘接剂，注射装置将所述无机导电粘接剂注射于所述活性颗粒与所述金属探针的尖端之间。
在其中一个实施例中，所述粘接物质包括金属粘接剂或非金属粘接剂，所述金属粘接剂或所述非金属粘接剂沉积连接所述活性颗粒与所述金属探针的尖端；
所述金属粘接剂包括铂或钨，所述非金属粘接剂包括碳。
在其中一个实施例中，所述金属探针采用钨、钨钢合金或铍铜合金制成。
采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：
本发明的单颗粒电极中，微电极的绝缘层包覆于金属探针的外侧，使得金属探针的尖端露出，这样，微电极可以使用金属探针露出绝缘层的针尖可以电连接活性颗粒，以形成单颗粒电极，便于后期将进行电化学实验。而且，绝缘层包覆金属探针后，可以直接使得金属探针的尖端露出，不会存在全部包覆金属探针的情况，进而无需进行切割打磨操作。
该单颗粒电极，采用金属探针作为微电极的基体，绝缘层包覆在金属探针的外壁后，金属探针的尖端直接裸露出绝缘层，无需进行打磨与切割即可，这样，微电极的尖端可以直接连接活性颗粒，进而可以直接使用活性颗粒进行电化学实验，避免对探针进行切割与打磨，提高单颗粒电极的制备效率，降低制作成本，便于制备成型。
附图说明
图1为本发明第一实施例的单颗粒电极的结构示意图；
图2为图1所示的单颗粒电极中微电极的示意图；
图3为本发明第二实施例的单颗粒电极的结构示意图；
图4为图3所示的单颗粒电极中微电极的示意图。
其中：A、单颗粒电极；10、微电极；100、金属探针；110、探针主体；111、包覆段；112、连接段；120、针尖；121、第一尖部；122、第二尖部；200、绝缘层；30、活性颗粒；40、粘接物质。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
参见图1至图4，本发明提供一种单颗粒电极A。该单颗粒电极A用于进行电化学反应。单颗粒电极A能够对单个锂离子电池材料颗粒进行电化学测试的实验方法，该方法能够有效地去除多孔电极中的助剂以及多孔结构的影响，更为直接地反映电池材料的本征特性，从而便于对锂电池动力学参数获取、锂电池活性物质材料动力学性能评价。
可以理解的，目前单颗粒电极中的探针是全包覆的探针结构。探针针尖部分被绝缘物质完全包覆，需要在制备完成后利用聚焦离子束或者离子研磨器进行加工，将针尖处的绝缘物质去除后，漏出小部分金属以与针尖的单颗粒实现电连接。但是，去除针尖处的绝缘物质时，需要在制备完成后对其进行研磨或切割，增加了单颗粒微电极的制作成本和制作时间，而且，操作过程繁琐，在加工处理过程中极易断裂，制备过程难度较大。
为此，本发明提供一种新型的单颗粒电极A。该单颗粒电极A采用金属探针100作为基体，使得其尖端可以直接连接活性颗粒30，进而可以直接使用活性颗粒30进行电化学实验，避免对探针进行切割与打磨，提高单颗粒电极A的制备效率，降低制作成本，便于制备成型。以下介绍单颗粒电极A一实施例的具体结构。
参见图1至图4，在一实施例中，单颗粒电极A包括微电极10以及活性颗粒30。微电极10包括金属探针100以及绝缘层200，所述绝缘层200包覆于所述金属探针100的外壁，并使所述金属探针100的尖端露出。活性颗粒30与所述尖端电连接。
该微电极10为单颗粒电极A的主体结构，微电极10具有尖端，微电极10的尖端裸露出金属，该微电极10的尖端连接活性颗粒30，以形成单颗粒电极A。这样，可以通过尖端连接活性的微电极10进行电化学实验，以满足电化学实验需求。通常，微电极10连接活性颗粒30进行电化学实验时，可以获得活性颗粒30表面的反应速率常数/交换电流密度及其内部的锂离子扩散系数，从而对锂电池的动力学参数、活性物质材料的动力学评价进行研究，从而评估电池模型的精度。
可以理解的，这里的活性颗粒30主要是指：正极如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料、富锂锰基等，负极如石墨、氧化亚硅、钛酸锂等。活性颗粒30的类型可以根据实际测试需求进行选择，而且，关于单颗粒电极A及其进行电化学实验的过程为现有技术，在此不再赘述。关于微电极10的尖端如何连接活性物质的过程在后文提及，此处先介绍微电极10的具体结构，以便于连接活性颗粒30。
微电极10的尖端裸露金属时，主要通过绝缘层200包覆金属探针100，使得金属探针100的尖端露出绝缘层200实现。具体的，微电极10采用金属探针100作为基体，并在金属探针100的外壁包覆绝缘层200，形成微电极10的结构。金属探针100自带尖端，包覆绝缘层200后，金属探针100的尖端是露出绝缘层200的，此时，无需对金属探针100的端部进行切割打磨，可以直接使用金属探针100的尖端连接活性颗粒30，进而进行电化学实验，降低加工难度与加工成本，提高单颗粒电极A的制备效率。也就是说，本发明的单颗粒电极A中，连接活性颗粒30的微电极10是采用金属探针100制备的，金属探针100的尖端露出绝缘层200，可以直接连接活性颗粒30。
上述实施例的单颗粒电极A，采用金属探针100作为微电极10的基体，绝缘层200包覆在金属探针100的外壁后，金属探针100的尖端直接裸露出绝缘层200，无需进行打磨与切割即可，这样，微电极10的尖端可以直接连接活性颗粒30，进而可以直接使用活性颗粒30进行电化学实验，避免对探针进行切割与打磨，提高单颗粒电极A的制备效率，降低制作成本，便于制备成型。
参见图1至图4，在一实施例中，所述金属探针100包括探针主体110以及针尖120，所述针尖120设置于所述探针主体110的一端，所述针尖120呈锥形设置，并朝向远离所述探针主体110的一端形成所述尖端，所述绝缘层200包覆部分所述针尖120与所述探针主体110。
探针主体110的一端与针尖120的一端连接，探针主体110的另一端朝向远离针尖120的方向延伸，而且，探针主体110呈圆柱形设置，针尖120呈锥形设置，并在针尖120的另一端形成尖端，以便于连接活性颗粒30，从而便于微电极10进行电化学实验。
绝缘层200包覆在金属探针100后，绝缘层200部分包覆探针主体110，部分包覆针尖120。也就是说，绝缘层200设置在探针主体110与针尖120的连接处，并且，绝缘层200包覆部分探针主体110的外壁，包覆部分针尖120的外壁。这样绝缘层200包覆金属探针100后，针尖120会有一部分露出绝缘层200，即针尖120的尖端会露出绝缘层200。如此，金属探针100的端部会有小部分的金属露出绝缘层200，以便于连接活性颗粒30。
参见图1和图2，微电极10可以采用提拉涂膜法制备。采用提拉涂膜法制备微电极10时，将金属探针100沿竖直方向安装在提拉涂膜设备，控制提拉涂膜设备带动金属探针100插入到包覆液中，使得金属探针100的外壁与包覆液充分接触。随后，提拉涂膜设备提拉金属探针100，使得金属探针100从包覆液中拔出。此时，一部分的包覆液会附着在金属探针100的外壁，在表面张力与重力作用下，包覆液会在针尖120处形成液滴，并使得金属探针100的针尖120的端部露出。然后，将金属探针100静置以去除金属探针100外壁的大部分溶剂。将包覆好的金属探针100放置到温箱中，温箱进行加热，使得温箱中的温度升至包覆液的玻璃化温度以上，以对包覆液进行加热，加热一段时间后，去除所有溶剂，并使得包覆液转变成玻璃态的绝缘层200，得到更加均一、更光滑且粘附性更好的绝缘层200。此时，绝缘层200准确的包覆在金属探针100的外侧，形成微电极10，该微电极10可以进行电化学实验。
参见图3和图4，微电极10还可采用喷涂法或加热拉伸法进行制备。采用喷涂法在金属探针100的外壁形成绝缘层200时，在金属探针100的喷涂部分涂覆喷涂溶液，使得喷涂溶液不会涂覆在金属探针100的无需喷涂部分。这样，喷涂溶液后期形成绝缘层200后，金属探针100的针尖120会露出绝缘层200，便于微电极10后期进行电化学实验。金属探针100在涂覆喷涂溶液时，转动金属探针100，使得喷涂装置如喷枪等将喷涂溶液均匀的涂覆于金属探针100的喷涂部分的外壁。这样，当喷涂溶液形成绝缘层200后，能够保证绝缘层200的厚度均匀，保证绝缘层200的质量，从而保证绝缘层200的效果。金属探针100喷涂完成后，将金属探针100进行干燥处理，使得金属探针100外壁的喷涂溶液挥发，以在金属探针100的外壁形成绝缘层200。
采用加热拉伸法在金属探针100的外壁形成绝缘层200时，将金属探针100放置到绝缘套管中，对绝缘套管进行加热，并且，保证加热的位置对应金属探针100的针尖120，以使得绝缘套管受热后软化。拉动绝缘套管远离金属探针100的一端，并使得绝缘套管朝向远离金属探针100的方向移动，使得绝缘套管在金属探针100的针尖120处发生断裂，从而使得金属探针100的针尖120露出。此时，金属探针100的针尖120处露出微电极10，金属探针100的其余部分被剩余的绝缘套管包覆，形成绝缘层200，进而绝缘层200粘接在金属探针100的外壁形成微电极10，该微电极10可进行电化学实验。
可选地，针尖120的直径尺寸从与探针主体110连接的一端到远离探针主体110的一端逐渐减小。这样能够避免在探针主体110与针尖120的连接处形成台阶结构，保证金属探针100的结构强度。
参见图1至图4，在一实施例中，针尖120包括第一尖部121与第二尖部122，第二尖部122的一端与第一尖部121的一端连接，第二尖部122的另一端与探针主体110连接。绝缘层200包覆第二尖部122，第一尖部121露出绝缘层200。
为了更好的说明绝缘层200对针尖120的包覆，以及金属探针100的一小部分露出绝缘层200，此处将针尖120分成两部分，分别为第一尖部121与第二尖部122，第二尖部122连接第一尖部121与探针主体110。第一尖部121呈锥形设置，其为金属探针100的尖端，第二尖部122呈圆台形设置，以过渡连接探针主体110与第一尖部121。
绝缘层200包覆部分针尖120后，绝缘层200是包覆针尖120的第二尖部122的，第一尖部121露出绝缘层200。这样能够实现金属探针100的端部的一小部分金属露出绝缘层200，即第一尖部121为金属探针100露出绝缘成的一小部分金属，满足后期电化学实验的需求。
可选地，第一尖部121、第二尖部122以及探针主体110为一体结构。也就是说，金属探针100为一体结构，以保证金属探针100的结构强度。
参见图1至图4，在一实施例中，所述探针主体110还包括包覆段111以及连接段112，所述包覆段111的一端与所述连接段112连接，所述包覆段111的另一端连接所述针尖120，所述包覆段111被所述绝缘层200包覆，所述连接段112用于外接电路。
绝缘层200是部分包覆探针主体110的，并且，绝缘层200在靠近针尖120的部分包覆探针主体110，使得金属探针100远离针尖120的端部露出绝缘层200，不被绝缘层200包覆。可以理解的，金属探针100包覆绝缘层200制成微电极10后，金属探针100远离针尖120的端部需要露出绝缘层200，以连接外接电路，满足电化学实验的需求。
为此，本发明的微电极10，将探针主体110分成两部分，分别为包覆段111与连接段112，包覆段111连接针尖120与连接段112。绝缘层200包覆部分探针主体110时，绝缘层200是包覆于包覆段111的外壁的，连接段112不被绝缘层200包覆，而是露出绝缘层200的。这样，金属探针100通过连接段112连接外接电路，以满足电化学实验的需求。
在一实施例中，所述绝缘层200包括第一绝缘段与第二绝缘段，所述第一绝缘段包覆于所述针尖120，所述第二绝缘段包覆于所述探针主体110，所述第一绝缘段与所述第二绝缘段连接。第一绝缘段包覆在针尖120的第二尖部122，第二绝缘段包覆在探针主体110的包覆段111，针尖120的第一尖部121露出绝缘层200。第一绝缘段与第二绝缘段连接，形成整体的绝缘层200，以包覆在金属探针100的外壁。
参见图1和图2，在本发明的第一实施例中，绝缘层200采用提拉涂膜法包覆金属探针100时，所述第一绝缘段的厚度大于所述第二绝缘段的厚度。即第一绝缘段的外径尺寸大于第二绝缘段的外径尺寸。绝缘层200为类似从大到小的水滴状的结构形式。通过提拉涂膜法对包覆液进行处理，使得包覆液在金属探针100的外壁形成类似水滴状结构形式的绝缘层200，以满足金属探针100的绝缘需求。当然，绝缘层200形成类似水滴状的结构后，也可通过人工方式对绝缘层200的形状进行调整，以满足绝缘需求。
参见图3和图4，在本发明的第二实施例中，绝缘层200采用加热拉伸法或喷涂法包覆于金属探针100时，所述第一绝缘段的厚度与所述第二绝缘段的厚度相等。也就是说，绝缘层200的厚度是均匀分布的，以保证绝缘层200的绝缘效果，满足金属探针100的绝缘需求。
参见图1至图4，在一实施例中，所述针尖120露出所述绝缘层200的长度尺寸L1小于10微米。通过扫描电子显微镜或光学显微镜的作用下，可以观察到针尖120露出绝缘层200的尺寸。也就是说，针尖120的第一尖部121的长度尺寸L1要小于10微米。可以理解的，针尖120的裸露长度L1的长度越小，绝缘层200对金属探针100100的绝缘性能就越好，能够更好的满足微电极10的电化学实验需求。可选地，第一尖部121的长度尺寸0微米＜L1＜10微米。
在一实施例中，所述绝缘层200包覆所述金属探针100的长度大于500微米。也就是说，绝缘层200覆盖金属探针100的整体长度要大于500微米。即针尖120的第二尖部122的长度与探针主体110的包覆段111的长度之和L2要大于500微米，以保证金属探针100形成微电极10后的电化学实验需求。而且，L1与L2的长度之和要小于金属探针100100的总长度，以使得金属探针100通过连接段112连接外接电路。
参见图1至图4，在一实施例中，所述金属探针100的尖端通过粘接物质40与所述活性颗粒30电连接。也就是说，金属探针100的尖端与活性颗粒30连接时，是通过粘接物质40实现的，粘接物质40连接在金属探针100与活性颗粒30之间，保证金属探针100与活性颗粒30连接的可靠性，进而避免单颗粒电极A进行电化学实验时，活性颗粒30从微电极10的尖端脱落，保证电化学实现的可靠性。可以理解的，不同粘接物质40连接活性颗粒30与金属探针100的尖端的形式不同，微电极10与活性物质之间的连接可以采用电子束或离子束沉积方法、可以采用显微毛细管注射方法、可以直接吸附于电子束或离子束沉积方法、可以采用飞秒激光方法等等，在此不一一赘述。
在一实施例中，所述粘接物质40包括无机导电粘接剂，注射装置将所述无机导电粘接剂注射于所述活性颗粒30与所述金属探针100的尖端之间。当粘接物质40为无机导电粘接剂时，可以采用显微毛细管注射的方法连接微电极10与活性颗粒30。具体的，注射装置将无机导电粘接剂注射在微电极10的尖端与活性颗粒30之间，使得无机导电粘接剂连接微电极10与活性颗粒30。
值得说明的是，无机导电粘结剂的制备过程与一般锂离子电池浆料的制备过程相同，即将粘结剂、导电剂以及溶剂(一般为NMP，N-甲基吡咯烷酮)混合后得到。可选地，无机导电粘接剂中的配比——粘结剂：导电剂：溶剂的质量比例为5：5：90。当然，在本发明的其他实施方式中，无机导电粘接剂还可采用其他配比或材料制成，在此不再赘述。
在一实施例中，所述粘接物质40包括金属粘接剂或非金属粘接剂，所述金属粘接剂或所述非金属粘接剂沉积连接所述活性颗粒30与所述金属探针100的尖端。
可选地，粘接物质40为金属粘接剂时，可以采用直接吸附于电子束或离子束沉积的方法采用金属粘接剂连接微电极10与活性颗粒30。利用光学显微镜，通过微纳手控制微电极10导电活性颗粒30的表面，利用微电极10与活性颗粒30之间的静电吸附作用吸取活性颗粒30，使得微电极10的尖端吸附活性颗粒30。将吸附有活性颗粒30的微电极10转移到FIB/SEM(聚焦离子束扫描电镜)中，利用电子束或离子束沉积金属粘接剂，以连接金属探针100与活性颗粒30，完成单颗粒电极A的制备。可选地，所述金属粘接剂包括铂或钨等金属元素。
可选地，粘接物质40还可为非金属粘接剂，可以直接采用飞秒激光的方式使得非金属粘接剂连接微电极10与活性颗粒30。在光学显微镜的观察下，利用微纳手控制微电极10到达活性颗粒30的表面。利用飞秒激光对微电极10的尖端进行加热，待金属熔化后关闭激光器，即可完成单颗粒电极A的制备。除了金属熔化外，微电极10与活性颗粒30的连接处涂覆非金属粘接剂等材料，以保证微电极10与活性颗粒30连接的可靠性。此时，调整飞秒激光的功率以适应粘接剂材料的熔点即可。可选地，所述非金属粘接剂包括碳等非金属元素。
在一实施例中，金属探针100采用易加工硬质金属制成。可选地，所述金属探针100采用钨、钨钢合金或铍铜合金等制成，以保证金属探针100的强度。
本发明的单颗粒电极A，利用微电极10的针尖120连接活性颗粒30进行电化学测试，所采用的微电极10无需进行切割与打磨，提高了单颗粒电极A的制备效率。该单颗粒电极A能够对单个锂离子电池材料颗粒进行电化学测试的实验方法，该方法能够有效地去除多孔电极中的助剂以及多孔结构的影响，更为直接地反映电池材料的本征特性，从而便于对锂电池动力学参数获取、锂电池活性物质材料动力学性能评价。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种单颗粒电极，其特征在于，包括：
微电极，包括金属探针以及绝缘层，所述绝缘层包覆于所述金属探针的外壁，并使所述金属探针的尖端露出；
活性颗粒，与所述尖端电连接。
2.根据权利要求1所述的单颗粒电极，其特征在于，所述金属探针包括探针主体以及针尖，所述针尖设置于所述探针主体的一端，所述针尖呈锥形设置，并朝向远离所述探针主体的一端形成所述尖端，所述绝缘层包覆部分所述针尖与所述探针主体。
3.根据权利要求2所述的单颗粒电极，其特征在于，所述针尖露出所述绝缘层的长度尺寸小于10微米；
所述绝缘层包覆所述金属探针的长度大于500微米。
4.根据权利要求2所述的单颗粒电极，其特征在于，所述针尖包括第一尖部与第二尖部，所述第二尖部的一端与所述第一尖部的一端连接，所述第二尖部的另一端与所述探针主体连接，所述绝缘层包覆所述第二尖部，所述第一尖部露出所述绝缘层。
5.根据权利要求2所述的单颗粒电极，其特征在于，所述探针主体还包括包覆段以及连接段，所述包覆段的一端与所述连接段连接，所述包覆段的另一端连接所述针尖，所述包覆段被所述绝缘层包覆，所述连接段用于外接电路。
6.根据权利要求2所述的单颗粒电极，其特征在于，所述绝缘层包括第一绝缘段与第二绝缘段，所述第一绝缘段包覆于所述针尖，所述第二绝缘段包覆于所述探针主体，所述第一绝缘段与所述第二绝缘段连接；
所述第一绝缘段的厚度与所述第二绝缘段的厚度相等，或者，所述第一绝缘段的厚度大于所述第二绝缘段的厚度。
7.根据权利要求1至6任一项所述的单颗粒电极，其特征在于，所述金属探针的尖端通过粘接物质与所述活性颗粒电连接。
8.根据权利要求7所述的单颗粒电极，其特征在于，所述粘接物质包括无机导电粘接剂，注射装置将所述无机导电粘接剂注射于所述活性颗粒与所述金属探针的尖端之间。
9.根据权利要求7所述的单颗粒电极，其特征在于，所述粘接物质包括金属粘接剂或非金属粘接剂，所述金属粘接剂或所述非金属粘接剂沉积连接所述活性颗粒与所述金属探针的尖端；
所述金属粘接剂包括铂或钨，所述非金属粘接剂包括碳。
10.根据权利要求1至6任一项所述的单颗粒电极，其特征在于，所述金属探针采用钨、钨钢合金或铍铜合金制成。
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