一种新型聚合物共混物能让电池电极在水中分离，同时在反复充电过程中保持性能。

加州大学圣迭戈分校和丰田北美研究所的研究人员开发出一种无氟黏结剂，可使锂离子电池更易于制造和回收，同时不损害性能。

这种新型黏结剂在电池生产过程中使用水而非有毒溶剂。

它还能让有价值的电极材料仅通过浸泡在水中即可回收，无需使用强腐蚀性化学品或高温处理来去除黏结剂。

在实验室测试中，使用这种新材料制造的电池初始性能与传统锂离子电池相当，并且在经历数百至数千次充电循环后，容量保持时间更长。

随着锂离子电池需求持续增长，这项研究为减少制造废弃物、降低能耗和回收成本提供了一条潜在途径。

替代有毒电池成分

黏结剂是类似胶水的材料，负责将电极颗粒粘合在一起，并将其附着在电池内部的薄金属箔上。

尽管黏结剂在电池重量中占比很小，但它们在制造、耐用性和回收方面发挥着重要作用。

传统锂离子电池通常使用含氟黏结剂，因为它们具有强粘附性，并能在反复充放电过程中保持稳定。

然而，这些材料在制造过程中需要使用有毒溶剂。

随后还要用大型烘箱干燥电极，并经过额外工序回收和提纯溶剂。

“这些额外步骤显著增加了电池制造的成本和能耗，也加重了环境影响，”该研究第一作者、加州大学圣迭戈分校博士后研究员林娇（音译）说。

这些黏结剂在回收过程中也会带来问题，因为它们会留下残留物，需要高温或腐蚀性化学品才能去除。

为应对这些挑战，研究人员将两种廉价聚合物结合起来：提供柔韧性的聚丙烯酸，以及一种植物来源、可提高强度和粘附性的羧甲基纤维素。

研究人员先将这些聚合物溶于水，然后加入柠檬酸，使其通过化学方式连接成增强网络。

这种结构赋予黏结剂与传统含氟材料竞争所需的强度、稳定性和柔韧性。

水简化电池回收

研究人员用多种电极材料测试了这种黏结剂，包括磷酸铁锂和富镍正极，以及石墨和硅负极。

使用这种新型黏结剂制造的电池，其初始性能与传统电池相当。

在一些测试中，它们在经历数百至数千次充电循环后还表现出更好的容量保持率。

随后，研究团队研究了这种材料是否能简化电池回收。

研究人员没有使用高温或腐蚀性化学品，而是拆解电池，并将电极浸泡在水中。

黏结剂溶解后，电极涂层能够干净地从金属箔上分离，且不留残留物。

研究人员通过直接回收工艺再生了回收的电极材料，并用其制造新电池。

回收电池的性能与使用传统含氟黏结剂回收材料制造的电池相当。

研究人员现在计划针对不同电池化学体系优化这种黏结剂，并扩大生产规模以用于商业制造。

他们还在与行业伙伴探索商业化。

该研究发表在《自然·通讯》上。

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