Бесфторное связующее литий-ионных батарей отделяется водой

Подробно

Что именно разработали в UC San Diego?

Статья «Fluorine-free polymer binder enables circular manufacturing and recycling of lithium-ion batteries» вышла в Nature Communications 9 октября 2026 года. Рукопись поступила в редакцию 7 ноября 2025 года, принята 20 сентября 2026 года. Издатель пока помечает публикацию как раннюю версию принятой рецензируемой статьи: у неё уже есть постоянный DOI, но до окончательной версии текст ещё могут отредактировать.

Работой руководили профессор UC San Diego Чжэн Чэнь (Zheng Chen) и Джон Малдун (John Muldoon) из Toyota Research Institute of North America. Первый автор - постдокторант группы Чэня Цзяо Линь (Jiao Lin). Среди соавторов есть также исследователи Университета штата Аризона.

Связующее - это компонент электрода, который скрепляет частицы активного материала между собой и удерживает покрытие на токосъёмной фольге. В новой разработке фтора нет: она состоит из полиакриловой кислоты и карбоксиметилцеллюлозы, сшитых лимонной кислотой. В конференционных материалах оно обозначено как PCC. По описанию авторов, сеть водородных, ковалентных и ионных связей обеспечивает сцепление покрытия с фольгой, а также стойкость к окислению и нагреву.

Чем новое связующее отличается от PVDF и NMP?

Основной контрольный материал в исследовании - обычное связующее из поливинилиденфторида (PVDF). При изготовлении электродов его обрабатывают с применением органического растворителя N-метил-2-пирролидона (NMP). Для нового связующего полимеры при приготовлении электродной смеси растворяли в воде.

Первый автор работы объясняет, почему важно отказаться от растворителя:

«Дополнительные этапы удаления и очистки растворителя существенно увеличивают стоимость, энергопотребление и экологический след производства аккумуляторов», - Цзяо Линь, UC San Diego (перевод близко к оригиналу).

Проблему фторсодержащих связующих Чжэн Чэнь описывает так: их устойчивость полезна в работе аккумулятора, однако

«та же устойчивость значительно затрудняет переработку» (перевод близко к оригиналу).

Как новое связующее показало себя в испытаниях?

Положительные электроды из литий-железо-фосфата (LFP) с новым связующим показали начальную ёмкость на уровне электродов с PVDF и лучшую устойчивость при циклировании. Университет сообщает о сохранении ёмкости после сотен и тысяч циклов, но не приводит единого числа для всех конфигураций.

Связующее проверили с LFP-катодами и катодами с высоким содержанием никеля, а также с графитовыми и кремниевыми анодами. Это список протестированных материалов. Из него не следует, что все сочетания дали одинаковый результат: точных процентов удержания ёмкости для каждой химии в аннотации и пресс-релизе нет.

Как отделить электроды аккумулятора от фольги водой?

В опыте по переработке исследователи сначала разобрали аккумуляторы, затем замочили извлечённые электроды в воде. Покрытие отделилось от металлической фольги. Полученные активные материалы восстановили методами прямой переработки и использовали в новых аккумуляторах.

По данным аннотации, так удалось извлечь материалы и положительных, и отрицательных электродов без фторсодержащего остатка от связующего. Характеристики восстановленных материалов достигли уровня исходных.

Важное уточнение: водой отделяли покрытие уже извлечённых электродов. Из результатов не следует, что целый аккумулятор можно безопасно переработать простым замачиванием или что в нём совсем нет фтора: связующее - лишь один из компонентов ячейки.

Снижает ли разработка энергозатраты и выбросы?

По заявлению авторов, проведённый ими анализ жизненного цикла показал значительное снижение энергозатрат и выбросов при переработке по сравнению с аккумуляторами на PVDF. Это расчётная оценка самих исследователей, а не измерения на действующем предприятии. Величину снижения в аннотации статьи и сообщении университета не указали.

Почему фтор мешает переработке аккумуляторов?

Группа Чэня давно занимается прямой переработкой аккумуляторов. В декабре 2022 года UC San Diego сообщил о гранте Министерства энергетики США на 10 млн долларов для продвижения переработки батарей. Разработанный в рамках этого направления процесс PRIME предусматривает отделение связующего, углеродных добавок и фольги от активного материала катода.

В апреле 2025 года группа с участием исследователей UC San Diego показала в Advanced Energy Materials, что остатки PVDF и образующийся при переработке фторид лития могут ухудшать восстановление отработанных LFP-катодов. Этим и объясняется интерес к тому, чтобы убрать фтор уже на этапе изготовления электрода.

Новая работа - не первая попытка такого рода. В мае 2024 года другая научная группа опубликовала в том же журнале исследование перерабатываемых бесфторных связующих для катодов на водной основе.

Когда связующее может появиться в серийных аккумуляторах?

Сроков нет. Промышленный выпуск связующего, его применение в серийных батареях, цена и объёмы производства не объявлены. Следующими шагами университет называет масштабирование производства связующего, адаптацию к разным химическим составам аккумуляторов и работу с промышленными партнёрами над коммерциализацией.

Цзяо Линь и Чжэн Чэнь сообщили, что причастны к патентной заявке на эту технологию. Исследование поддержано стипендией ECS Toyota Young Investigator Fellowship. В программе весенней конференции Materials Research Society (MRS) в Гонолулу на 28 апреля 2026 года был заявлен доклад Чэня о связующем PCC с теми же ключевыми результатами.

Независимых экспертных оценок опубликованной статьи к моменту подготовки материала найти не удалось.