疲劳模式测试石墨单颗粒的回弹量_苏州利电新能检测设备有限公司

疲劳模式测试石墨单颗粒的回弹量

利电 2025-07-25 | 阅读：113

01、前言

石墨是锂离子电池负极材料的核心成分，其独特的层状结构为锂离子的嵌入与脱出提供了稳定通道。作为最成熟的商业化负极材料，石墨凭借高导电性、低膨胀率和优异循环稳定性，成为动力电池领域的主流选择。石墨的层间距和晶体取向直接影响电池容量及倍率性能，目前通过球形化、表面包覆等改性工艺可进一步提升其综合性能。尽管硅基材料等新型负极不断涌现，但石墨凭借成熟的产业链、较低成本及稳定的电化学表现，仍在中高端锂电池中占据主导地位。随着快充技术的发展，改性石墨材料正持续优化以适应更高能量密度需求。

多次加压测试石墨的回弹量，旨在评估其在反复充放电过程中体积膨胀与收缩的结构稳定性。锂离子嵌入会引发石墨层间膨胀，而脱出后若无法有效回弹，可能导致颗粒破碎、导电网络断裂，加速容量衰减。通过加压-释放循环模拟实际工况，可量化材料抗形变能力，优化改性工艺（如表面包覆、孔隙调控），提升电极结构致密性，减少界面副反应。这对延长电池循环寿命、改善快充耐受性及保障高能量密度体系的安全性具有重要指导意义。

为探究石墨的回弹性能，本次实验采用苏州利电的PMNS-100粉末压溃测试系统，对一款石墨进行循环5圈的疲劳测试。

02、测试方案

①测试样品：石墨；

②测试原理：施加小于该款石墨样品压溃力的压力进行重复加压卸压；通过传感器采集到的位移数据以及压力数据计算颗粒回弹量。

03、测试结果分析

图1：石墨疲劳模式下的时间-位移与时间-压力曲线图

图2：每圈循环下石墨样品压缩与反弹量

由上图可知道，石墨颗粒在限定上限压力的疲劳模式下，每圈压入深度相对于上一圈越来越小，初次压入时，层间滑移主导，导致较大塑性变形和压入深度。随着循环次数增加，层间逐渐压实，滑移阻力增大，结构更紧密，因此，相同载荷下后续压入深度减小。每圈反弹量也相对于上一圈越来越小，反复加载导致能量通过层间摩擦和微裂纹扩展耗散。随着疲劳损伤累积（如微裂纹或局部剥离），材料弹性储能能力下降，卸载时弹性恢复（反弹量）逐渐减弱。

04、结论

石墨单颗粒在疲劳模式下的回弹量直接反映了其在锂离子反复嵌入/脱出过程中的结构稳定性，对锂电池的循环寿命和安全性具有重要意义。高回弹量表明石墨颗粒能有效缓冲体积膨胀带来的应力，减少微裂纹生成和固体电解质界面膜的破裂，从而抑制活性材料脱落和电解液持续分解。这种特性可显著提升电池的库仑效率和容量保持率，尤其在快充和低温场景下，通过优化石墨层间结构与复合材料的协同作用，能够平衡能量密度与耐久性矛盾，为下一代高稳定锂电池的设计提供关键理论支撑。