具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明实施例提供的一种用于原位电化学扫描电镜观测的样品台的原位测试功能不仅可以实现对锂枝晶在特定充放电条件下的生长行为的测试，也可以通用于其他全固态锂电池微观形貌的原位观测，如锂和固态电解质的界面形态、界面稳定性、电池失效机制和电解质裂纹扩展等，上述原位观测对于锂电池的研究、明确电池各部分微观形貌和电池性能之间的实际关联有着极大的促进作用，可以为全固态锂电池的研究提供重要实验支撑。

本发明实施例提供的一种用于原位电化学扫描电镜观测的样品台包含了气氛保护、电化学、温度调控和压力监测四大功能模块；其中，气氛保护模块主要用于对样品中诸如锂、镁等活泼金属进行保护；电化学模块主要用于使样品在进行充放电循环的同时可以观测微观形貌；温度调控模块主要用于控制样品或其反应环境的温度；压力监测模块主要用于监测样品内部压力值的变化；该样品台适用于全固态电池，包括含有活泼金属的全固态锂电池等。

本发明实施例提供了一种用于原位电化学扫描电镜观测的样品台主要实现如下目的：a保护电池，保证电池在安装过程正负极不受到损伤，整个过程电池处于保护气氛的保护，避免被氧化；b充放电循环，样品台有不同的端口分别连接真空环境下的样品正负极和大气环境下的充放电装置；c压力传感，在进行充放电过程、微观结构观测的同时，监控电池内部压力的变化；d触片集流，对电池实现良好的集流效果；e温度控制，可在室温-100℃对电池温度进行调控。

请参阅图1-图6，本发明实施例提供了一种用于原位电化学扫描电镜观测的样品台，主要包括电池安装和气氛保护两部分，该样品台的顶部和底部外观图如图1和图2所示，主要展示的是原位电池安装部分的结构，该电池安装部分主要包括样品固定组件，样品固定组件包括两相对设置支撑板1,2，固态电池被夹持安装在两个支撑板中间，两个支撑板能够保证电池正负极与电解质之间保持良好的接触；以及，该两个支撑板1,2的可以是铜板，铜片的面积和电池正负极面积相当，可以实现均匀的压力和良好的集流效果；比焊点或者点式集流效果更好；同时，该支撑板1,2还作为良好的集流体还可以起到集流的作用；具体的，该两个支撑板可以设置在一安装支架上，该安装支架可以包括两个相对设置的密封板，该支撑板和电池被设置在两个密封板之间，且该密封板能够与收容腔体密封配合。

具体的，样品台主体内设置有一能够与外界环境连通的收容腔体，该样品固定组件活动设置在该收容腔体内，且在样品固定组件与收容腔体之间围合形成一气仓，该气仓内预储有保护气体(例如氩气等惰性气体)，该保护气体能够通过一单向气阀5排出；具体的，所述样品固定组件能够在外力的驱使下活动于第一工位和第二工位，当所述样品固定组件位于第一工位时，所述样品被封装在所述气仓内，而当所述样品固定组件位于第二工位时，所述样品暴露在所述气仓外部。

具体的，在样品固定组件和收容腔体之间还设置有一密封圈11，该密封圈与收容腔体之间密封配合，以保证气仓内部的密闭性；具体的，该单向气阀5可以设置在样品台主体上，或者，可以设置在样品固定组件或密封圈上。

具体的，在样品固定组件和收容腔体之间还设置有两个弹簧10。

具体的，在手套箱内将样品固定安装于两个支撑板1，2之间，两个支撑板上分别设置有正极支撑集流片、负极支撑集流片，该步骤既完成了电池安装，又完成了正负极导通和集流作用，将电池在保护气体气氛中安装至样品固定组件的两个支撑板之间后，在手套箱内氩气气氛下，将样品固定组件连同电池推进气仓，此时，弹簧10被压缩，气仓内的气体由单向气阀5排出，由于样品台外部气氛为氩气，气仓内部气体排放殆尽，进而在样品固定组件的两侧产生气压差，在气压差的作用下产生的压力或推力大于弹簧所提供的弹力，进而使得样品固定组件和电池被封装在气仓内，即便把样品台拿出手套箱暴露在空气中，电池在气仓内也无法接触到外部的气体，进而可以防止电池被氧化。

具体的，该样品台被放置于扫描电镜设备的样品仓内后，将样品仓内抽至真空状态，此时样品固定组件两侧的气压趋向一致，弹簧所提供的弹力大于由于气压差产生的压力或推力，弹簧逐渐恢复到舒张状态，此时，电池连通样品固定组件被由气仓内推出，进而被暴露在真空中，以便于进行后续的观测。

扫描电镜一种新型的电子光学仪器，它具有制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大等特点，数十年来，扫描电镜已广泛地应用在生物学、医学、冶金学等学科的领域中，促进了各有关学科的发展。

扫描电镜主要包括真空系统、电子束系统以及成像系统。电子束系统由电子枪和电磁透镜两部分组成，主要用于产生一束能量分布极窄的、电子能量确定的电子束用以扫描成象。

电子枪:用于产生电子，主要有两大类，共三种，一类是利用场致发射效应产生电子，称为场致发射电子枪，这种电子枪极其昂贵，在十万美元以上，且需要小于10-10torr的极高真空，但它具有至少1000小时以上的寿命，且不需要电磁透镜系统，另一类则是利用热发射效应产生电子，有钨枪和六硼化镧枪两种；钨枪寿命在30～100小时之间，价格便宜，但成象不如其他两种明亮，常作为廉价或标准扫描电镜配置。六硼化镧枪寿命介于场致发射电子枪与钨枪之间，为200～1000小时，价格约为钨枪的十倍，图像比钨枪明亮5～10倍，需要略高于钨枪的真空，一般在10-7torr以上，但比钨枪容易产生过度饱和和热激发问题，电磁透镜:热发射电子需要电磁透镜来成束，所以在用热发射电子枪的扫描电镜上，电磁透镜必不可少，通常会装配两组；汇聚透镜:顾名思义，汇聚透镜用汇聚电子束，装配在真空柱中，位于电子枪之下。通常不止一个，并有一组汇聚光圈与之相配。但汇聚透镜仅仅用于汇聚电子束，与成象会焦无关。物镜:物镜为真空柱中最下方的一个电磁透镜，它负责将电子束的焦点汇聚到样品表面。

电子经过一系列电磁透镜成束后，打到样品上与样品相互作用，会产生次级电子、背散射电子、欧革电子以及X射线等一系列信号，所以需要不同的探测器譬如次级电子探测器、X射线能谱分析仪等来区分这些信号以获得所需要的信息，虽然X射线信号不能用于成象，但习惯上，仍然将X射线分析系统划分到成象系统中。

当然，还可以将该弹簧替换为电驱动机构，但是电驱动不可避免的会有电磁干扰，影响后期SEM观测，因此优选为弹簧等弹性部件。

具体的，在固态电池与至少一个支撑板之间还设置有压力监测部件6，例如压力传感器；该压力监测部件可以在进行充放电过程、微观结构观测的同时实时监控电池在充放电的过程中内部压力的变化情况。

具体的，该样品固定组件上还设置有温控组件，该温控组件至少用于调节样品反应环境的温度，进而实现对电池在不同温度下充放电循环性能的检测；具体的，该温控组件可以在室温-100℃范围内对电池的温度进行调控；具体的，该温控组件还包括温度传感器6，该温度传感器用于监测电池和/或电池周围环境的温度。

具体的，该样品台主体上还设置安装定位结构，所述安装定位结构包括契合槽7和定位销8，其中，该安装定位结构主要用于将样品台稳固安装在扫描电镜上，当然，可以根据扫描电镜的具体型号相应配备定置的安装转接头。

具体的，用于对电池进行充放电的正极、负极、压力监测组件和温控组件四种信号的传输线被集成在同一个PIC接口上，当电池完成安装，并在扫描电镜原始样品台上固定好之后，将样品台的PIC接口端与扫描电镜通电法兰上的PIC端口相连接，至此完成真空环境一端的通讯连接。

具体的，扫描电镜通电法兰的另外一侧PIC端口与外部充放电装置(电化学工作站、电池测试系统等)相连，至此，完成整个导电通路的循环，进而可以进行电化学-SEM原位测试。

实施例1

提供样品电池，所述样品电池以锂片作为电池的正负极，以本发明实施例提供的一种用于原位电化学扫描电镜观测的样品台，在60℃、0.1mA恒流充电条件下，对电池进行SEM原位观测形貌变化，充电0h、2.5h、5h、10h、20h、30h、44h后的电池形貌的SEM图分别如图7-图13所示。

本发明实施例提供了一种用于原位电化学扫描电镜观测的样品台，能够将固态电池安装在样品台主体中，实现对电池中活泼金属的气氛保护，并可以实现在特定温度下充放电过程的同时进电池内部压力变化的监控，以及扫描电子显微镜观测其微观结构的变化，实现电化学-SEM原位实时观测。

应当理解，上述实施例仅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。