Корейский институт материаловедения и другие разрабатывают технологию сухих электродов без PTFE к 2026 году

Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа Корейского института материаловедения (KIMS, директор Чхве Чхольджин) в сотрудничестве с командой Инсона Хвана (Insung Hwang) из Корейского института электротехнологий (KERI) успешно разработала первую в Корее технологию производства сухих электродов на основе графитовых частиц с контролируемой формой. Эта технология позволяет производить высокопроизводительные аккумуляторы без использования политетрафторэтилена (PTFE), ключевого материала в традиционных процессах сухих электродов, что, как ожидается, увеличит запас хода электромобилей, сократит время зарядки и ускорит коммерциализацию экологически чистых производственных процессов для аккумуляторов следующего поколения.

С ростом спроса на электромобили и системы накопления энергии усиливается конкуренция в разработке аккумуляторов с более высокой плотностью энергии. Технология сухих электродов, благодаря сокращению использования органических растворителей и процессов сушки при производстве аккумуляторов, рассматривается как перспективный метод производства следующего поколения. Этот метод имеет значительные преимущества в снижении производственных затрат и выбросов углерода, однако большинство существующих процессов сухих электродов сильно зависят от политетрафторэтилена, что делает разработку альтернативных технологий ключевой задачей.

Политетрафторэтилен используется в качестве ключевого связующего для скрепления компонентов сухого электрода. Однако в среде отрицательного электрода он может вызывать снижение производительности, а экологические проблемы, связанные с фторсодержащими материалами, вызывают все большую озабоченность. Исследовательская группа успешно разработала сухой отрицательный электрод без политетрафторэтилена, применив широко используемую в производстве влажных электродов связующую систему CMC-SBR и перепроектировав структуру графитовых частиц.

Исследователи использовали процесс распылительной сушки для получения композитных графитовых частиц из суспензии, состоящей из графита, токопроводящей добавки и связующего. В процессе грануляции традиционные чешуйчатые графитовые частицы собираются в частицы со случайной ориентацией и изотропной внутренней структурой, в отличие от высокоориентированной структуры, обычно формируемой в традиционной обработке электродов. Такое изотропное расположение создает многоканальные пути транспорта ионов лития, уменьшая ограничения транспорта, вызванные ориентацией, и смягчая ухудшение характеристик, часто наблюдаемое в толстых сухих электродах при циклах заряда-разряда.

Результаты экспериментов показали, что разработанный сухой отрицательный электрод демонстрирует превосходные характеристики быстрой зарядки и долгосрочную циклическую стабильность по сравнению с традиционными отрицательными электродами на основе суспензии. Эта технология также улучшила характеристики диффузии ионов лития в условиях высокой плотности энергии, подтвердив ее потенциал для высокоемких аккумуляторов на основе архитектуры толстых электродов, обеспечивая технологическую основу для аккумуляторов с большим запасом хода и быстрой зарядкой.

Ожидается, что эта технология будет применяться в электромобилях, системах накопления энергии и аккумуляторах следующего поколения с высокой плотностью энергии. Благодаря использованию широко применяемой в промышленности связующей системы CMC-SBR, технология имеет преимущества для крупномасштабного производства и, как ожидается, позволит снизить производственные затраты и выбросы углерода за счет минимизации использования растворителей и процессов сушки.

Старший научный сотрудник Корейского института материаловедения Юн Джихи заявил, что эта технология предлагает новый подход, способный преодолеть ограничения традиционных процессов сухих электродов на основе политетрафторэтилена, и, как ожидается, будет высоко применима для аккумуляторов электромобилей следующего поколения, требующих высокой плотности энергии и быстрой зарядки.

Это исследование было поддержано институциональным исследовательским проектом Корейского института материаловедения, финансируемым Министерством науки и информационно-коммуникационных технологий, проектом творческих конвергентных исследований Национального совета по науке и технологиям, проектом разработки материалов и компонентов, а также проектом разработки механического и оборудования, финансируемым Министерством торговли, промышленности и энергетики. Результаты исследования были опубликованы онлайн 21 апреля 2026 года в журнале по накоплению энергии Energy Storage Materials (импакт-фактор: 20.2).