使用低杨氏模量的炭黑-粘合剂域（CBD）的主要优势在于其能够作为复合正极内部的坚固机械缓冲器。通过使用柔性材料——特别是杨氏模量在0.1 GPa左右的材料——CBD能够有效地吸收电池运行过程中产生的内部物理应力，从而保护电池的结构完整性。
低模量CBD在固态电池结构中充当关键的减震器。它能够适应活性材料和负极的动态体积变化，防止通常会降低电池性能的颗粒碎裂和电解质开裂。
应力缓解的力学原理
在固态电池中，内部压力和体积变化是重大挑战。具有高柔韧性（低刚度）的CBD通过两种特定机制来解决这些问题。
吸收体积收缩
在锂脱嵌过程中，NCM（镍钴锰）等活性颗粒会发生体积收缩。刚性粘合剂在此收缩过程中会脱落，产生空隙。
然而，低模量CBD会弯曲以适应尺寸的减小。这确保了尽管活性材料发生物理收缩，结构网络仍保持完整。
抵消挤压应力
同时，锂负极在运行过程中会膨胀，对正极侧施加“挤压应力”。
由于CBD在机械上是柔性的，它会压缩以吸收这种外部压力。这种缓冲作用可防止应力破坏性地传递到其他组件。
防止灾难性故障
使用0.1 GPa模量材料的最终目标是阻止导致宏观故障的微观损伤。
阻止颗粒碎裂
当应力未被吸收时，活性颗粒本身会在负载下断裂。
通过耗散机械能，CBD可以保持NCM颗粒的完整性。这维持了电子和离子传输所需的连续通路。
保护固体电解质
也许最关键的是，内部应力是固体电解质层内裂纹的主要原因。
CBD作为缓冲器的能力可以降低电解质上的应变。这可以防止裂纹的形成，否则裂纹会导致电池短路或阻碍离子流动。
理解权衡
虽然主要参考资料强调了低模量粘合剂的优点，但了解替代方案（高刚度粘合剂）的风险很重要。
刚性界面的风险
如果粘合剂具有较高的杨氏模量，则缺乏在应力下变形所需的顺应性。
刚性粘合剂不会吸收体积变化，而是将应力施加到活性颗粒或电解质界面上。这会导致低模量CBD旨在防止的那种碎裂和开裂。
根据您的目标做出正确的选择
选择正确的粘合剂模量是基于您试图缓解的具体失效模式的战略决策。
- 如果您的主要重点是延长循环寿命：优先选择低模量CBD（约0.1 GPa），以防止导致容量随时间下降的累积机械损伤。
- 如果您的主要重点是机械稳定性：使用低模量CBD来防止由于锂负极不可避免的膨胀引起的电解质开裂。
通过集成柔性CBD，您可以将正极从易碎组件转变为能够承受电化学循环的物理严酷性的弹性系统。
总结表：
| 特征 | 低模量CBD（约0.1 GPa） | 刚性/高模量CBD |
|---|---|---|
| 机械作用 | 柔性缓冲器/减震器 | 脆性界面/应力传递器 |
| 体积收缩 | 适应NCM收缩 | 导致脱落和空隙 |
| 挤压应力 | 压缩以吸收负极膨胀 | 将应力传递给颗粒/电解质 |
| 结构影响 | 防止电解质开裂 | 导致碎裂和短路 |
| 主要优点 | 延长循环寿命和耐用性 | 高初始刚度（不稳定） |
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参考文献
- M.K. Han, Chunhao Yuan. Understanding the Electrochemical–Mechanical Coupled Volume Variation of All-Solid-State Lithium Metal Batteries. DOI: 10.1115/1.4069379
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
