在锂电池的微观世界中,多孔碳材料正以独特的结构优势重塑能量存储的边界。其内部交织的纳米孔道如同立体交通网,为锂离子搭建出快速迁移的专用通道;高比表面积特性则像一座座"离子仓库",显著提升电极材料的载流能力。作为负极材料时,这种多级孔隙体系既能缓冲充放电带来的体积变化,又通过表面化学修饰形成稳定界面,使电池循环寿命实现质的飞跃。在锂硫正极领域,多孔碳构建的三维导电骨架不仅支撑起活性物质的高效利用,更能通过物理吸附和化学键合双重机制,有效抑制锂硫电池中的"穿梭效应"。随着材料设计与制备工艺的持续突破,这种兼具结构韧性与功能可调性的碳基材料,正在为高安全、长寿命、快充型锂电池的迭代注入核心动能。
在锂电池持续充放电的循环中,多孔碳材料需要承受电极反复膨胀/收缩带来的机械应力。单颗粒的抗压强度,恰似支撑微观结构的"承重梁"——若机械性能不足,孔道可能在循环中坍塌,导致锂离子传输路径中断、导电网络破坏,进而引发容量骤降甚至电池失效。通过精准调控孔隙率(如优化微孔与介孔比例)和碳骨架结晶度(如引入石墨化纳米域),可赋予材料"刚柔并济"的特性:既能维持高比表面积的储能优势,又能抵御电极组装时的碾压应力和长循环中的疲劳损伤。这一特性的突破,或将成为破解高镍正极膨胀难题、开发硅碳负极稳定体系的关键切口,为下一代高能量密度电池的工程化应用铺平道路。
为探究多孔碳的抗压性能,本次实验采用苏州利电的粉末压溃测试系统,对三款不同的多孔碳样品进行测试。

测试样品:多孔碳;
测试原理:挑选粒径在5-6μm的单个颗粒进行加压测试;
图1:三款多孔碳粉末样品耐压性能应力应变曲线&散点图
图2:样品压溃前后图片
由散点图可知,3款多孔碳粉末在压溃过程中表现出一定差异,且压溃力大小分布呈现为样品③ >样品②>样品①。颗粒在被压缩初期发生弹塑性形变,颗粒表现出一定的弹性行为。当颗粒被压缩到破碎时,我们称此时达到颗粒的压溃点,此时对应的应力值我们称为颗粒的压溃力,表示颗粒在该应力值情况下被压溃或者失效。此后,由于颗粒破碎释放了大部分的内应力,应力值迅速下降,直至压头将颗粒和载玻片压贴合。此时,相当于压头压到载玻片(基底),后端曲线又以一定规律上升。
测试多孔碳单颗粒压溃强度不仅是材料力学性能的基础研究手段,更是连接材料设计、工艺优化与实际应用的关键环节。通过这一指标,研究人员和工程师能够更全面地理解材料的失效边界,为高性能多孔碳的开发和应用提供科学依据。
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