加州大學(xué)圣地亞哥分校工程師聯(lián)合豐田北美研究院，成功開發(fā)出一種用于鋰離子電池的新型無氟粘結(jié)劑。該材料可溶于水，能替代傳統(tǒng)含氟粘結(jié)劑，在維持電芯性能的前提下，顯著降低電池制造過程中的有毒溶劑使用量、能耗及廢棄物排放。相關(guān)成果已發(fā)表于《自然·通訊》。

傳統(tǒng)鋰離子電池通常采用含氟粘結(jié)劑以確保電極均勻涂覆、高附著力及長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。然而，這類材料在生產(chǎn)中需依賴有毒溶劑溶解，并需大型烘干爐蒸發(fā)溶劑，后續(xù)還需額外步驟回收純化，推高了成本與環(huán)境負(fù)擔(dān)。此外，含氟殘留物也使廢舊電池回收變得復(fù)雜，常需高溫或強(qiáng)腐蝕性化學(xué)品處理，產(chǎn)生危險(xiǎn)副產(chǎn)物并污染回收材料。

為應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)將兩種廣泛使用的聚合物結(jié)合：聚丙烯酸負(fù)責(zé)混合均勻性與柔韌性，羧甲基纖維素（源自植物）提供強(qiáng)度與粘附力。研究人員先將其溶于水中，再加入天然存在于柑橘中的檸檬酸進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)，形成由多種化學(xué)鍵構(gòu)成的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)，其強(qiáng)度、柔韌性與穩(wěn)定性均與傳統(tǒng)含氟粘結(jié)劑相當(dāng)。

測(cè)試表明，使用該粘結(jié)劑制造的電池初始性能與傳統(tǒng)產(chǎn)品一致，并在數(shù)百至數(shù)千次充放電循環(huán)后仍保持容量。該材料兼容多種電極體系，包括磷酸鐵鋰（LFP）正極、富鎳正極以及石墨和硅負(fù)極。在回收實(shí)驗(yàn)中，只需將拆解后的電極浸入水中即可使粘結(jié)劑溶解，實(shí)現(xiàn)涂層與金屬箔的干凈分離且無殘留。回收的電極材料經(jīng)直接再生工藝處理后，制成的新電池性能與使用傳統(tǒng)含氟粘結(jié)劑的回收材料相當(dāng)。

目前，研究團(tuán)隊(duì)正致力于將該粘結(jié)劑的生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大至商業(yè)化制造水平，并針對(duì)不同電池化學(xué)體系進(jìn)行優(yōu)化以提升綜合性能。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人鄭陳教授表示，計(jì)劃通過與工業(yè)界合作伙伴共同推進(jìn)該材料的商業(yè)化落地。此項(xiàng)研究獲得了ECS豐田青年研究員獎(jiǎng)學(xué)金的支持。

資料來源：SMARTGRIDSINFO；原文發(fā)布日期：2026-10-19。本文為資料編譯。