分析系统、分析方法、计算机程序产品和样本保持器技术方案

本发明专利技术涉及一种分析系统(1)、一种分析方法以及一种样本保持器(301)，其使得可以借助于粒子束系统(100)分析电池(2)，特别是借助于该粒子束系统(100)记录该电池(2)的图像，同时该电池(2)布置在该粒子束系统(100)的真空腔室(111)中并且在该真空腔室(111)中根据多个不同的参数值集进行操纵。举例来说，将该电池(2)保持在预定温度，对该电池(2)施加预定压力，并且使该电池(2)根据加载方案充电和放电，并且同时，借助于该粒子束系统(100)来记录该电池(2)的图像。电池(2)的图像。电池(2)的图像。

【技术实现步骤摘要】
分析系统、分析方法、计算机程序产品和样本保持器


[0001]本专利技术涉及用于操纵和分析物体(特别是电池)的分析系统、分析方法、计算机程序产品和样本保持器。

技术介绍

[0002]电池是电能的储存装置。可充电电池用于许多
电池技术进一步发展的恒定目标是增大电池的能量密度和寿命。
[0003]一种有前途的电池技术是固态电池，其中电极和电解质两者都由固体组成。为了进一步发展固态电池的电池技术，需要了解在电池中进行的过程。然而，常规的分析系统和分析方法无法在电池通过充电或放电加载期间在微观水平上分析电池中的过程。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的是为在电池加载期间分析电池提供改进的可能性。
[0005]上述目的借助于下文所述来实现。在下文中定义了有利的发展。
[0006]本专利技术的第一方面涉及一种分析系统。该分析系统包括粒子束显微镜，该粒子束显微镜具有真空腔室和至少一个检测器，该至少一个检测器用于检测带电粒子的粒子束与布置在该真空腔室中的样本之间相互作用的相互作用产物，所述粒子束由该粒子束显微镜产生；以及用于在该真空腔室中保持和操纵该样本的样本操纵器。该样本操纵器被设计为使得该粒子束可以撞击在由该样本操纵器保持在该真空腔室中的该样本上。该样本操纵器包括加载装置、压力调节装置和温度调节装置。该加载装置被配置为对由该样本操纵器保持在该真空腔室中的该样本进行充电和/或放电。该压力调节装置被配置为对由该样本操纵器保持在该真空腔室中的该样本施加可调节的机械压力。该温度调节装置被配置为对由该样本操纵器保持在该真空腔室中的该样本的温度进行可变调节。
[0007]例如，该粒子束显微镜是扫描电子显微镜或扫描离子显微镜。
[0008]例如，该样本是电池。电池包括电极和电解质。电池可以是固态电池，也可以是不同电池类型的电池。固态电池的电极和电解质由固体组成。该电池可以是一次电池或二次电池。一次电池是不可充电电池。二次电池是可充电电池。
[0009]该检测器被配置为例如检测由该粒子束显微镜产生的该粒子束中在该样本处背散射的粒子(例如背散射的电子或离子)或二次粒子(例如二次电子或二次离子)或辐射(例如x射线束)。
[0010]该样本操纵器被配置为通过该样本操纵器根据参数值集作用在该样本上而将该样本带到预定的可变可调节状态。该参数值集包括用于该样本的多个不同参数的参数值。
[0011]可由该样本操纵器操纵的该样本的一个参数是通过该样本的充电和/或放电对该样本的加载。在该样本的充电期间，充电电流(电流)被供应给该样本并被该样本吸收。在二次电池的情况下，该充电电流在该样本中引起化学反应，其结果是，由该充电电流供应的电能永久地存储在该样本中。在该样本的放电期间执行相反的过程。这意味着，由于化学反
应，存储在该样本中的电能以放电电流(电流)的形式被该样本释放。该样本操纵器被配置为根据用于调节加载装置的参数值通过该加载装置对该样本进行充电和/或放电来操纵该样本的加载。该加载装置被配置为根据用于调节该加载装置的参数值向该样本供应充电电流，或者从该样本中吸取放电电流。该加载装置的细节将在下面进一步描述。
[0012]可由该样本操纵器操纵的该样本的另一参数是施加在该样本上的机械压力。当压力施加在该样本上时，力作用在该样本上。举例来说，该力可以经由该样本的电极施加在该样本上。该样本操纵器被配置为根据用于调节该压力调节装置的参数值借助于该压力调节装置施加要施加在该样本上的压力。该压力调节装置的细节将在下面进一步描述。
[0013]可由该样本操纵器操纵的该样本的另一参数是该样本的温度。该样本操纵器被配置为根据用于调节温度调节装置的参数值借助于该温度调节装置调节该样本的温度。该温度调节装置可以被配置为冷却该样本。此外或替代地，该温度调节装置可以被配置为加热该样本。该温度调节装置的细节将在下面进一步描述。
[0014]该样本操纵器被设计为使得可以在该粒子束显微镜的真空腔室中(同时)执行上述样本操纵，同时将由该粒子束显微镜产生的粒子束引导到该样本上，并检测作为结果产生的相互作用产物。相应地，根据第一方面的分析系统使得可以操纵该样本并在操纵期间或在操纵状态下借助于检测相互作用产物对其进行分析。相应地，根据第一方面的分析系统使得可以用电池上的加载、温度和压力的参数执行预定的测试程序，并且可以在该测试程序的执行期间借助于该粒子束显微镜观察该电池。
[0015]根据一个实施例，该加载装置被配置为以至少1/h、优选至少3/h、更优选至少5/h、更优选至少10/h的C因子对该样本进行充电和/或放电。C因子的单位为“每小时”[1/h]。C因子代表标准化为电池额定容量的充电或放电电流的电流强度。当对额定容量为3/h Ah(安培小时)的电池进行充电时，给定C因子为3，该充电电流的电流强度为3/h x 3Ah＝9A(安培)。当此电池以5/h的C因子放电时，该放电电流的电流强度为5/h x 3Ah＝15A。
[0016]根据一个实施例，该加载装置包括电极端子，这些电极端子通过与该样本的表面电极接触而可电连接到该样本的表面电极，并且这些电极端子可电连接到该加载装置的驱动器装置。表面电极表示布置在该样本的表面处的电极。在电池的情况下，这些表面电极表示位于该电池的表面的电池电极。为了能够借助于该加载装置对该样本进行充电和放电，需要在该样本的表面电极与该加载装置的驱动器装置之间建立电连接。为此目的，该样本操纵器具有可以与该样本的表面电极接触的电极端子。此外，这些电极端子可例如借助于电线电连接到该加载装置的驱动器装置。因此，这些电极端子是用于将该样本的表面电极电连接到该加载装置的驱动器装置的接口。
[0017]根据一个实施例，该加载装置的驱动器装置包括电流源和/或电流吸收器；并且该加载装置还包括将这些电极端子连接到该电流源和/或该电流吸收器的电线。该电流源用于提供充电电流，该充电电流经由该加载装置的电线和这些电极端子供应给该样本。该电流吸收器用于消耗放电电流，该放电电流经由该加载装置的电线和这些电极端子从该样本中吸取。
[0018]根据一个实施例，该加载装置的电线穿过该粒子束显微镜的真空腔室的壁。这意味着，即使当该真空腔室关闭时，这些电线也从该真空腔室的内部引到该真空腔室的外部。在此实施例中，该驱动器装置可以布置在该粒子束显微镜的真空腔室的外部。
[0019]根据一个实施例，该压力调节装置包括用于与该样本的第一表面部分接触的第一板、用于与该样本的第二表面部分接触的第二板、以及被配置为使该第一板和该第二板朝向和背离彼此移动的驱动器。该压力调节装置借助于将该样本布置在该第一板与该第二板之间对该样本施加压力，并且在此布置中，通过该驱动器使该第一板和该第二板朝向彼此移动。在这种情况下，该第一板与该样本的第一表面部分(例如该样本的表面电极)接触，并且该第二板与该样本的第二表面部分(例如该样本的另一个表面电极)接触。该压力调节装置由此可以将该样本保持在该第一板与该第二板之间，并对该样本施加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分析系统(1)，包括：粒子束显微镜(100)，该粒子束显微镜具有真空腔室(111)和至少一个检测器(117)，该至少一个检测器用于检测带电粒子的粒子束(102)与布置在该真空腔室(111)中的样本(2)之间相互作用的相互作用产物(5)，所述粒子束由该粒子束显微镜(100)产生；以及样本操纵器(300)，该样本操纵器用于在该真空腔室(111)中保持和操纵该样本(2)，其中，该样本操纵器(300)被设计为使得该粒子束(102)能够撞击在由该样本操纵器(300)保持在该真空腔室(111)中的该样本(2)上；并且其中，该样本操纵器(300)包括：加载装置(310)，该加载装置被配置为对由该样本操纵器(300)保持在该真空腔室(111)中的该样本(2)进行充电和/或放电；压力调节装置(320)，该压力调节装置被配置为对由该样本操纵器(300)保持在该真空腔室(111)中的该样本(2)施加可调节的机械压力；以及温度调节装置(330)，该温度调节装置被配置为对由该样本操纵器(300)保持在该真空腔室(111)中的该样本(2)的温度进行可变调节。2.根据权利要求1所述的分析系统(1)，其中，该加载装置(310)被配置为以至少1/h、优选至少3/h、更优选至少5/h、更优选至少10/h的C因子对该样本(2)进行充电和/或放电。3.根据权利要求1或2所述的分析系统(1)，其中，该加载装置(310)包括：电极端子(313)，这些电极端子通过与该样本(2)的表面电极(2a，2b)接触而可电连接到该样本(2)的表面电极(2a，2b)，并且这些电极端子可电连接到该加载装置(310)的驱动器装置(311)。4.根据权利要求3所述的分析系统(1)，其中，该驱动器装置(311)包括电流源(314)和/或电流吸收器(315)；并且其中，该加载装置(310)还包括将这些电极端子(313)连接到该电流源(314)和/或该电流吸收器(315)的电线(312)。5.根据权利要求4所述的分析系统(1)，其中，该加载装置(310)的电线(312)穿过该真空腔室(111)的腔室壁(113)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的分析系统(1)，其中，该压力调节装置(320)包括：第一板(321)，该第一板用于与该样本(2)的第一表面部分接触，第二板(322)，该第二板用于与该样本(2)的第二表面部分接触，以及驱动器(323)，该驱动器被配置为使该第一板(321)和该第二板(322)朝向和背离彼此移动。7.根据权利要求6所述的分析系统(1)，其中，当由该样本操纵器(300)保持的该样本(2)布置在该真空腔室(111)中时，该驱动器(323)布置在该真空腔室(111)中。8.根据权利要求1至7中任一项所述的分析系统(1)，其中，该压力调节装置(320)被配置为对该样本(2)施加至少10MPa、优选至少50MPa、更优选至少100MPa的压力。9.根据权利要求1至8中任一项所述的分析系统(1)，其中，该温度调节装置(330)被配置为加热和/或冷却该样本(2)。10.根据权利要求1至9中任一项所述的分析系统(1)，其中，该温度调节装置(330)被配置为通过调节与该样本(2)接触的导热体的温度来间接地改变该样本(2)的温度。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的分析系统(1)，其中，该温度调节装置(330)包括电热元件(331)，该电热元件被配置为对由该样本操纵器(300)保持在该真空腔室(111)中的该样本(2)的温度进行可变调节。12.根据权利要求1至11中任一项所述的分析系统(1)，其中，该至少一个检测器(117)包括：用于检测背散射电子的检测器和/或用于检测二次电子的检测器和/或用于检测背散射离子的检测器和/或用于检测二次离子的检测器和/或用于检测辐射的检测器。13.根据权利要求1至12中任一项所述的分析系统(1)，还包括：控制器(109)，该控制器被配置为控制该粒子束显微镜(100)和该样本操纵器(300)。14.根据权利要求13所述的分析系统，其中，该控制器(109)被配置为执行根据权利要求15至25中任一项所述的分析方法。15.一种用于分析样本...

【专利技术属性】
技术研发人员：B林恩，
申请(专利权)人：卡尔蔡司显微镜有限责任公司，
类型：发明
国别省市：