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不同多孔碳材料的抗壓性能對比

利電 2025-04-21 | 閱讀：176

01、前言

在鋰電池的微觀世界中，多孔碳材料正以獨特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢重塑能量存儲的邊界。其內(nèi)部交織的納米孔道如同立體交通網(wǎng)，為鋰離子搭建出快速遷移的專用通道；高比表面積特性則像一座座"離子倉庫"，顯著提升電極材料的載流能力。作為負極材料時，這種多級孔隙體系既能緩沖充放電帶來的體積變化，又通過表面化學(xué)修飾形成穩(wěn)定界面，使電池循環(huán)壽命實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。在鋰硫正極領(lǐng)域，多孔碳構(gòu)建的三維導(dǎo)電骨架不僅支撐起活性物質(zhì)的高效利用，更能通過物理吸附和化學(xué)鍵合雙重機制，有效抑制鋰硫電池中的"穿梭效應(yīng)"。隨著材料設(shè)計與制備工藝的持續(xù)突破，這種兼具結(jié)構(gòu)韌性與功能可調(diào)性的碳基材料，正在為高安全、長壽命、快充型鋰電池的迭代注入核心動能。

在鋰電池持續(xù)充放電的循環(huán)中，多孔碳材料需要承受電極反復(fù)膨脹/收縮帶來的機械應(yīng)力。單顆粒的抗壓強度，恰似支撐微觀結(jié)構(gòu)的"承重梁"——若機械性能不足，孔道可能在循環(huán)中坍塌，導(dǎo)致鋰離子傳輸路徑中斷、導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)破壞，進而引發(fā)容量驟降甚至電池失效。通過精準調(diào)控孔隙率（如優(yōu)化微孔與介孔比例）和碳骨架結(jié)晶度（如引入石墨化納米域），可賦予材料"剛?cè)岵?quot;的特性：既能維持高比表面積的儲能優(yōu)勢，又能抵御電極組裝時的碾壓應(yīng)力和長循環(huán)中的疲勞損傷。這一特性的突破，或?qū)⒊蔀槠平飧哝囌龢O膨脹難題、開發(fā)硅碳負極穩(wěn)定體系的關(guān)鍵切口，為下一代高能量密度電池的工程化應(yīng)用鋪平道路。

為探究多孔碳的抗壓性能，本次實驗采用蘇州利電的粉末壓潰測試系統(tǒng)，對三款不同的多孔碳樣品進行測試。

02、測試方案

測試樣品：多孔碳；

測試原理：挑選粒徑在5-6μm的單個顆粒進行加壓測試；

03、測試結(jié)果分析

圖1：三款多孔碳粉末樣品耐壓性能應(yīng)力應(yīng)變曲線&散點圖

圖2：樣品壓潰前后圖片

由散點圖可知，3款多孔碳粉末在壓潰過程中表現(xiàn)出一定差異，且壓潰力大小分布呈現(xiàn)為樣品③ >樣品②>樣品①。顆粒在被壓縮初期發(fā)生彈塑性形變，顆粒表現(xiàn)出一定的彈性行為。當顆粒被壓縮到破碎時，我們稱此時達到顆粒的壓潰點，此時對應(yīng)的應(yīng)力值我們稱為顆粒的壓潰力，表示顆粒在該應(yīng)力值情況下被壓潰或者失效。此后，由于顆粒破碎釋放了大部分的內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)力值迅速下降，直至壓頭將顆粒和載玻片壓貼合。此時，相當于壓頭壓到載玻片（基底），后端曲線又以一定規(guī)律上升。

04、結(jié)論

測試多孔碳單顆粒壓潰強度不僅是材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)研究手段，更是連接材料設(shè)計、工藝優(yōu)化與實際應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過這一指標，研究人員和工程師能夠更全面地理解材料的失效邊界，為高性能多孔碳的開發(fā)和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

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