Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего и Toyota Research Institute разработали связующее для литий-ионных батарей без фтора и токсичного органического растворителя N-метил-2-пирролидона. В статье, опубликованной 9 октября 2026 года в Nature Communications, исследователи показали, что электродное покрытие можно отделить от алюминиевой и медной фольги водой, а извлечённые материалы затем использовать для сборки новых батарей.

Полимерная сетка держит электрод, пока не встретит воду

Связующее смешивают с порошком активного материала. Получившуюся массу наносят на тонкую металлическую фольгу, которая служит токосъёмником внутри батареи. В распространённых конструкциях для этого часто используют поливинилиденфторид, или PVDF. Он прочно удерживает покрытие, но требует растворения в N-метил-2-пирролидоне и последующей сушки. При переработке PVDF может оставлять фторсодержащие остатки.

Новая формула состоит из полиакриловой кислоты и карбоксиметилцеллюлозы, сшитых лимонной кислотой. Связи между полимерными цепями придают покрытию прочность во время работы батареи. В воде эта сеть разрушается, поэтому активный материал отделяется от металлической основы без заметных остатков связующего.

В описанном модельном процессе электроды помещали в воду примерно при 50 °C и умеренно перемешивали. Покрытие отделялось от алюминиевой и медной фольги. Представим условную батарею с порошковым слоем на алюминиевом листе. При использовании обычного связующего переработчику пришлось бы подбирать органический растворитель или более жёсткую тепловую обработку. С новой формулой вода ослабляет полимерную сетку, и порошок можно снять отдельно от фольги. Это упрощает разделение, но не превращает переработку в одно замачивание.

В модельном процессе положительный электрод на основе литий-железо-фосфата после отделения дополнительно восстанавливали. Материал подвергали твёрдофазному восстановлению лития при 650 °C в атмосфере аргона в течение 10 часов. Затем восстановленные материалы использовали для сборки новых элементов.

По сообщению Калифорнийского университета в Сан-Диего, такие батареи показали характеристики на уровне элементов, собранных из материалов, извлечённых из батарей с обычным фторсодержащим связующим. Авторы также сообщают, что формула подходит для разных материалов положительных и отрицательных электродов.

Что именно показала работа

Связующее решает две связанные задачи. На производстве его можно перерабатывать в воде, не используя N-метил-2-пирролидон. При разборке батареи тот же материал позволяет отделить активное покрытие от фольги без фторсодержащего остатка. После этого извлечённым порошкам всё равно нужна отдельная обработка, чтобы восстановить их состав и электрохимические свойства.

Результаты относятся к исследованным составам и лабораторным испытаниям, а не ко всем литий-ионным батареям. Промышленное масштабирование связующего авторы называют следующим этапом. Поэтому работа показывает работоспособность подхода в проверенных системах, но ещё не подтверждает готовность технологии к массовой переработке. Подробный разбор подобных результатов можно оформить в формате научной статьи, однако такая публикация не заменяет независимую оценку промышленного процесса.

Схема отделения электродного покрытия от металлической фольги водой и последующего восстановления материалов

Фото: Alexei_other / Pixabay