Основные направления развития аккумуляторных технологий: патентный взгляд

Общий обзор
Литий-ионные аккумуляторы
Примеры патентных документов
Натрий‑ионные аккумуляторы
Литий‑серные аккумуляторы
Переработка аккумуляторов
Перспективные направления развития
Заключение и выводы

В данной обзорной статье аккумуляторные технологии рассматриваются в первую очередь с точки зрения их патентования, которое, как известно, позволяет заблаговременно выявить основные направления и важные тенденции развития различных отраслей техники, ведь анализ патентных документов позволяет заглянуть за горизонт коммерческих продуктов и увидеть технологии, которые выйдут на рынок в ближайшем будущем, скажем, через 3-7 лет, или даже в более отдаленной перспективе, например, через 10-20 лет.

Общий обзор

Согласно сценарию устойчивого развития (СУР) Международного энергетического агентства (МЭА), к 2040 году ежегодно в энергетической системе потребуются аккумуляторы и другие виды накопителей электроэнергии на примерно 10000 ГВт·ч, по сравнению с примерно 200 ГВт·ч в 2020 г.¹, т.е. прогнозируется рост в 20 раз за 20 лет. Для решения этой задачи необходим значительный прогресс в поиске способов накопления электроэнергии в больших количествах и по цене, доступной для поставщиков и потребителей. При этом, по данным того же исследования¹, международная патентная активность в области накопителей электроэнергии росла с начала XXI века значительно быстрее, чем в целом по всем отраслям техники, что указывает на всплеск инноваций в этой технической области, возглавляемый литий-ионными аккумуляторными батареями. Так, например, во всем мире в 2000 году было опубликовано 1029 международных патентных семейств (IPF²), связанных с накоплением электроэнергии, по сравнению с более чем 7000 IPF в данной области техники в 2018 году, т.е. средний за 18 лет рост по этому показателю составил почти 7 раз, при этом, хотя устойчивая тенденция к росту наблюдалась уже с 2000 года, с 2005 года отмечается заметное ее ускорение с ежегодным темпом роста в 14% до 2018 года, по сравнению со средним темпом роста для всех областей техники всего лишь в 3,5%, т.е. в эти годы число международных патентных семейств на аккумуляторные технологии росло в 4 раза быстрее, чем в среднем по всем отраслям техники.

Если же обратиться от частного случая международных патентных семейств к более общей статистике по числу патентных семейств, то упомянутая выше тенденция к росту станет еще заметнее. Так, например, патентная активность в области аккумуляторных технологий, относящихся к подклассу H01M «Способы и устройства, например батареи, для непосредственного преобразования химической энергии в электрическую» Международной патентной классификации (МПК) и Совместной патентной классификации (СПК), выросла за последнее десятилетие (2015-2025 гг.) во всем мире более чем на 400%.

Согласно отчету «Battery Report 2025»³ (см. рисунок 1), за последние 10 лет патентная активность в области аккумуляторных технологий устойчиво растет. Как показано гистограммой в виде столбиков серого цвета с привязкой к левой оси ординат в левой основной части рисунка 1, общее число патентных публикаций по всем видам аккумуляторов увеличилось с примерно 40000 в 2015 году до примерно 143000 в 2025 году, т.е. чуть более чем в 3,5 раза. При этом числа патентных публикаций по отдельным конкретным видам аккумуляторов показаны на рисунке 1 кривыми разного цвета с привязкой к правой оси ординат, причем на левой основной части рисунка 1 четко видно, что среди них доминирует показанная кривой красного цвета технология литий‑ионных (Li-ion) аккумуляторов, по которой число патентных публикаций увеличилось с примерно 11250 в 2015 году до примерно 35625 в 2025 году, т.е. примерно в 3,2 раза, а это значит, что пока литий-ионные батареи по-прежнему остаются основным направлением инноваций во всем мире.

В то же время, как видно на левой основной части и на правой увеличенной части рисунка 1, показанная кривой фиолетового цвета технология натрий-ионных (Na-ion) аккумуляторов вышла недавно на второе место и демонстрирует быстрый рост числа патентных публикаций, причем особенно быстрый начиная с 2021 года: если ее рост с примерно 600 публикаций в 2015-ом до примерно 1700 публикаций в 2019-ом году составил около 2,8 раза за пять лет, то затем, после небольшого спада в 2020-ом году (вероятно, из-за пандемии коронавируса), он резко ускорился с примерно 1800 публикаций в 2021 году до примерно 10750 публикаций в 2025 году, т.е. в 6 раз за пять лет.

Третье место теперь занимает показанная кривой коричневого цвета технология проточных редокс-аккумуляторов (redox-flow batteries): ее патентование выросло с примерно 1000 публикаций в 2015-ом до примерно 1580 публикаций в 2019-ом году, т.е. в 1,58 раза за пять лет, а затем, опять же после небольшого спада в 2020-ом, ее рост тоже ускорился с примерно 1580 публикаций в 2021-ом до примерно 3000 публикаций в 2025 году, т.е. примерно в 2 раза за пять лет.

Вместе с тем, все более заметной становится показанная кривой синего цвета технология цинк-ионных (Zn-ion) аккумуляторов, патентование которой стремительно выросло с примерно 20 публикаций в 2015 году до примерно 1120 публикаций в 2025 году, т.е. примерно в 56 раз (!) за десять лет, и которая за счет такого рывка вышла на четвертое место в 2025 году, в первую очередь благодаря китайским заявителям – академическим и научно-исследовательским организациям. При этом уступила ей четвертое место и занимает сейчас почетное пятое место показанная кривой темно-зеленого цвета технология литий‑серных (Li-S) аккумуляторов, испытавшая значительный рост патентования с примерно 500 публикаций в 2015-ом до примерно 1200 публикаций в 2019-ом году, т.е. в 2,4 раза за пять лет, а затем, опять же после спада в 2020 и 2021 годах, вышедшая на довольно стабильный уровень чуть менее чем 1000 публикаций ежегодно с 2022 по 2025 годы, т.е. достигнув по сути насыщения. Наконец, другие перспективные и альтернативные химические системы демонстрируют в целом стабильный уровень подачи заявок из года в год, составляющий примерно 200-600 патентных заявок.

Если рассматривать самые последние глобальные тенденции развития аккумуляторных технологий в плане того, каким именно конструктивным элементам и особенностям аккумуляторных батарей посвящены патентные заявки, например, за последние два года, то мы увидим (см. рисунок 2), что наибольшее число патентных семейств (более 35000 в 2025 году) относится к изобретениям, касающимся систем управления батареями (BMS), а на втором и третьем местах – изобретения, относящиеся к конструктивным особенностям аккумуляторных модулей и аккумуляторных элементов, соответственно около 20000 и 15000 патентных семейств в 2025 г.

При этом по числу опубликованных в 2025 году патентных заявок по отношению к 2024-му году отмечается ускоренное развитие токоотводов (+14%), связующих и электролитов (по +13%), сепараторов (+9%), BMS и аккумуляторных элементов (по +7%), причем изобретения в области электролитов в основном охватывают усовершенствованные составы жидких электролитов для достижения более высокого рабочего электрического напряжения и лучшей стабильности, а также твердые электролиты, а изобретения в области аккумуляторных элементов касаются их состава, архитектуры и способов производства. Напротив, число заявок, относящихся к вторичной переработке аккумуляторов, демонстрирует незначительный спад (-6%), несколько больший спад (-14%) – по анодным материалам, а самый значительный спад (-28%) – по катодным материалам, что, вероятно, свидетельствует о достижении насыщения в исследованиях и разработках по этой тематике, в то время как число заявок на термоматериалы остается практически стабильным (-1%).

Если рассматривать географический аспект патентования аккумуляторных технологий в общем, то по данным Всемирной организации интеллектуальной собственности (ВОИС или WIPO) и Европейского патентного ведомства (ЕПВ или EPO), безусловное лидерство в патентовании этих технологий за последнее десятилетие принадлежит странам Азии, таким как Китай, Япония, Южная Корея, за которыми с некоторым отрывом идут США и Европа.

Обращаясь к конкретному примеру США, в качестве наглядной иллюстрации быстрого увеличения патентной активности в области аккумуляторных технологий можно сослаться на появившийся в самом начале 2026 года статистический обзор IFI наиболее быстрорастущих технологических областей, подготовленный на основании анализа числа заявок на патент США, опубликованных за 2021-2025 годы.

Следует отметить, что представленные там данные основаны именно на заявках на патент США, поданных в Ведомство по патентам и товарным знакам США (USPTO) и опубликованных им, а не на уже выданных им патентах США. Дело в том, что заявки на патенты являются более точным индикатором будущих технологий из-за довольно длительного промежутка времени между подачей заявки и выдачей по ней патента, который может зачастую составлять несколько лет.

Заявки на патенты публикуются спустя 18 месяцев с даты их подачи, поэтому они служат более актуальным показателем того, куда движутся будущие технологии.

В указанном обзоре IFI особенно интересен перечень десяти самых быстрорастущих технологий за 2025 год, поскольку технологии в нем тематически тесно связаны, причем пять из десяти самых быстрорастущих технологий в том году относятся к электрохимии, в частности, к аккумуляторным батареям и электролитическим процессам. При этом среди наиболее крупных и быстрорастущих сейчас видов аккумуляторных технологий, относящихся к подклассу H01M СПК, выделяются следующие (см. таблицу 1):

Из таблицы 1 явно видно, что наиболее быстрорастущей является рубрика H01M 50/00, включающая гибридные элементы и продемонстрировавшая среднегодовой рост на 18,2% (см. также рисунок 3). Гибридные элементы сочетают в себе различные типы электрохимических технологий, такие как, например, аккумуляторы и конденсаторы, что делает такой гибридный накопитель энергии обладающим более высокими плотностью энергии и скоростями заряда и разряда. Эта рубрика сосредоточена на неактивных частях гибридных элементов: корпусах, уплотнениях, разъемах и других составляющих, обеспе- чивающих их функционирование (включая их конструирование и изготовление).

Из рисунка 4 видно, что безусловным лидером в этой технологической области, имея 4060 заявок в указанной патентной рубрике H01M 50/00 за рассматриваемый пятилетний период, является компания LG Energy Solution – лидер в области литийионных аккумуляторов. Более того, компания LG позиционирует себя как обладательница крупнейшего в мире портфеля связанных с аккумуляторами патентов, насчитывающего более 80000 патентов⁴. При этом также наблюдается явное доминирование компаний из Южной Кореи – LG Energy Solution Ltd и Samsung SDI company Ltd, за которыми следует основанная в Китае компания Contemporary Amperex Technology (CATL) и японская корпорация Toyota Motor Corporation.

Вместе с тем, общая картина патентной активности меняется и географически постепенно смещается: сейчас Китай лидирует по объему заявок как в традиционных литий-ионных (Li‑ion) технологиях, так и в быстро развивающихся технологиях натрий-ионных (Na‑ion) аккумуляторов, перспективных технологиях твердотельных аккумуляторов, способах вторичной переработки аккумуляторных батарей. Крупные игроки (CATL, BYD, LG Energy Solution, Samsung SDI, Toyota и др.) параллельно наращивают свои патентные портфели по электрохимии, производству и системной интеграции (см. таблицы 2 и 3).

Литий-ионные аккумуляторы

Теперь более подробно рассмотрим доминирующую сейчас в мире технологию литий‑ионных (Li-ion) аккумуляторов. Глобальная патентная активность по этой технологии за последние два года распределяется следующим образом (см. рисунок 5):

Обозначения, использованные на рисунке 5, расшифровываются так:
Cathode – активные катодные материалы;
Anode – активные анодные материалы;
NMC – литий-никель-марганец-кобальт-оксидный аккумулятор, являющийся разновидностью литий-ионного аккумулятора, в котором катод изготовлен из оксида никеля, марганца, кобальта и лития (LiNixMnyCozO2);
LFP – литий-железо-фосфатный аккумулятор, являющийся разновидностью литий-ионного аккумулятора, в котором катод изготовлен из фосфата железа-лития (LiFePO4);
LCO – литий-кобальт-оксидный аккумулятор, являющийся разновидностью литий-ионного аккумулятора, в котором катод изготовлениз оксида кобальта-лития (LiCoO2);
LMFP – литий-марганец-железо-фосфатный аккумулятор, являющийся разновидностью литийионного аккумулятора, в котором катод изготовлен из легированного марганцем фосфата железа-лития LiMnxFe1-xPO4;
LMO – литий-марганец-оксидный аккумулятор, являющийся разновидностью литий-ионного аккумулятора, в котором катод изготовлен из оксида марганца-лития (LiMn2O4);
NCA – литий-никель-кобальт-алюминий-оксидный аккумулятор, являющийся разновидностью литий-ионного аккумулятора, в котором катод изготовлен из оксида никеля, кобальта, алюминия и лития (LiNiCoAlO2);
LNMO – литий-никель-марганец-оксидный аккумулятор, являющийся разновидностью литий-ионного аккумулятора, в котором катод изготовлен из оксида никеля, марганца и лития (LiNi0,5Mn1,5O4);
Li-metal – литий-металлический аккумулятор, являющийся разновидностью литий-ионного аккумулятора, в котором анод изготовлен из металлического лития (Li);
Si-based – литий-ионный аккумулятор с кремниевым анодом, в котором анод изготовлен на основе кремния (Si);
LTO – литий-титанатный аккумулятор, являющийся разновидностью литий-ионного аккумулятора, в котором анод изготовлен из пентатитаната лития (Li4Ti5O12);
SSB – твердотельный литий-ионный аккумулятор (от англ. solid-state battery), в котором качестве электролита использован твердый электролит, вместо жидкого или гелевого полимерного электролита в обычных аккумуляторах.

Как видно на рисунке 5, в 2025 году патентование технологий литий-ионных аккумуляторов демонстрирует растущий интерес к передовым материалам. Так, в 2025 году наибольшее число заявок приходилось на твердотельные аккумуляторы: около 6000 патентных семейств, а также в пятерку лидеров входят литий-металлические, NMC-, LFP-аккумуляторы и аккумуляторы с кремниевым анодом соответственно с примерно 4880, 4160, 3800 и 3675 патентными семействами. При этом по сравнению с 2024 годом в 2025 году увеличилось количество патентных заявок на передовые технологии, такие как твердотельные аккумуляторы (с 3840 до 6000, рост в 1,56 раза за один лишь год), LFP-аккумуляторы (с 2900 до 3800, рост в 1,31 раза), LMFP-аккумуляторы (с 1400 до 1880, рост в 1,34 раза), аккумуляторы с кремниевым анодом (с 3400 до 3675, рост в 1,08 раза), NMC-аккумуляторы (с 3880 до 4160, рост в 1,07 раза) и литий-металлические аккумуляторы (с 4740 до 4880, рост в 1,03 раза), в то время как патентование прочих материалов остается на стабильном уровне или немного снижается. Следует также отметить, что внимание к разным активным электродным материалам различается в зависимости от страны, особенно в отношении оксидов лития и фосфатов лития, причем в Китае и Индии наблюдается их сбалансированное соотношение 50:50, в то время как в большинстве других стран доля заявок на активные материалы на основе оксидов превышает 75%.

Патенты по твердотельным литий‑ионным аккумуляторам – один из самых быстрорастущих сегментов, при этом основными мотивами их усовершенствования являются повышение безопасности за счет отказа от жидких электролитов, повышение энергоемкости и адаптация к существующим производственным процессам.

Патентный анализ показывает несколько ключевых векторов развития твердотельных аккумуляторов:

• улучшение интерфейсов и межфазных слоев (покрытия катодов/анодов, буферные слои, подавление дендритов);
• разработка высокопроводящих твердых электролитов (сульфидных, оксидных, галогенидных, полимерных, композитных и др.);
• усовершенствование архитектуры ячеек и масштабирование с помощью специальных способов производства (многослойные ячейки, процессы ко‑экструзии);
• совмещение в одном материале ионной проводимости по ионам Li и Na (гибридные сиcтемы твердых электролитов);
• комбинирование кремниевых или кремниево-оловянных анодов с твердыми электролитами и специальной архитектурой.

Примеры патентных документов

Интересный пример недавнего патентного документа – это публикация заявки на патент США под №US20250105344A1 от 27.03.2025 г. на имя Microsoft Technology Licensing LLC (US), где описан твердотельный аккумулятор с электролитом NaxLi3-xYCl₆ (0Другой пример технического решения многоцелевого назначения приведен в публикации международной заявки на патент под №WO2022159137A1 от 28.07.2022 г. на имя Florida International University FIU (US), где описывается аккумулятор с твердым электролитом на основе сложных сульфидов лития и платиновых металлов (например, сульфида палладия-лития (LPS), сульфида платины-лития, сульфида родия-лития, сульфида осмия-лития, сульфида рутения-лития, а также сульфида серебра-лития и сульфида кобальта-лития), способы их синтеза, формирования пленок и применения в батареях, которые могут быть литий-ионными (Li-ion), литий-воздушными (Liair) или литий-серными (Li-S).

Еще одним показательным примером патентного документа является заявка на патент США, опубликованная 06.02.2025 г. под №US20250046878A1 на имя University of Utah Research Foundation (US) под названием «Electrolytes for Fast-Charging and Low-Temperature Lithium Ion Batteries», где описан Li-ионный аккумулятор с графитовым анодом и катодом, включающим LiFePO₄, NMC и др., и жидким электролитом на основе растворителя из однокислородных линейных простых эфиров и растворенной в нем литиевой соли, которая содержит связь S-F, что влияет на стабильность и свойства межфазного слоя и одновременно обеспечивает возможность быстрой зарядки и работу при низких температурах. В целом, анализ патентных документов показывает, что обеспечение быстрой зарядки и работы при низких температурах достигается главным образом через электрохимию электролита и интерфейса.

С точки зрения конструкции ячеек интересны, например, устройства, раскрытые в международной заявке на патент, опубликованной 22.08.2024 г. под № WO2024173390A2 на имя Graphenix Development Inc. (US), в которой описывается Li-ионный аккумулятор с твердым электролитом и анодом, имеющим множество разнесенных сегментов слоя накопления лития (Si, Sn, Ge ≥ 40 атом.%), промежутки между которыми заполнены твердым электролитом (SSE), что снижает механические напряжения и улучшает перенос заряда. Другой похожий пример – международная заявка на патент, опубликованная 03.07.2025 г. под № WO2025145155A1 на имя того же заявителя Graphenix Development Inc. (US) – описывает пористый слой накопления лития (Si, Sn, Ge ≥ 40 атом.%) с модифицирующим слоем, улучшающим проводимость и контакт с твердым электролитом.

Кремний обладает чрезвычайно высокой теоретической емкостью в ~4200 мА·ч/г, т.е. примерно в 10 раз выше теоретической емкости графита в качестве анода для литийионных аккумуляторов, но при этом испытывает сильное объемное расширение до 300% при зарядке в ходе взаимодействия с литием (литирования), поэтому в патентных документах ищут компромисс между емкостью и стабильностью кремниевого анода.

Ключевые технические направления усовершенствования литий-ионных аккумуляторов с кремниевыми анодами заключаются в следующем:

• увеличение энергоемкости за счет анодов с повышенной долей кремния (Si) или практически полной заменой графита на кремний;
• улучшение циклического ресурса и безопасности аккумуляторов за счет:
  • специальных электролитов и добавок к ним,
  • оптимизации состава промежуточных твердоэлектролитных фаз, также называемых межфазным интерфейсом (SEI);
• решение проблем кремниевых анодов в виде большого объемного расширения, разрушения SEI и потери контакта путем:
  • частичного литирования анода,
  • структурирования кремниевого слоя,
  • применения композитных Si‑C анодов,
  • использование специальных добавок в электролит и др.

Современные обзоры показывают, что переход к высококремниевым анодам невозможен без продуманного дизайна электролита и слоя межфазного интерфейса (SEI). Так, в обзоре «High‑Safety Lithium‑Ion Batteries with Silicon‑Based Anodes Enabled by Electrolyte Design» от 2023 г.⁵ обсуждается, как именно электролит влияет на тепловой разгон в литий-ионных батареях (LIB) с анодом на основе кремния (Si) и какие подходы позволяют повысить их безопасность.

Ключевые идеи этого обзора:

• подробно анализируется механизм теплового разгона, в том числе специфические пути реакций для систем «Si‑ый анод – жидкий электролит»;
• обобщаются стратегии повышения безопасности через:
  • формирование термостабильного SEI,
  • использование негорючих или трудногорючих жидких электролитов или твердого электролита и высокостабильныхсолей лития,
  • снижение перекрестного повреждения электродов («electrode crosstalk»).

Еще два недавних обобщающих обзора по кремниевым анодам показывают, насколько активно развивается это направление: в «Research progress of silicon‑based anode materials for lithium‑ion batteries» от 2025 г.⁶ подчеркивается, что Si‑ые аноды уже вышли на статус «ключевого» направления для следующего поколения LIB, но по‑прежнему страдают от сильного объемного расширения, низкой проводимости, низкой начальной кулоновской эффективности и нестабильного SEI; а в «Si‑based Anode Lithium‑Ion Batteries: A Comprehensive Review of Recent Progress» от 2023  г.⁷ детально разбирается морфология кремниевых анодов с наноразмерными частицами Si и пористыми структурами Si, композитами Si-C и подходы к проектированию композитных анодов, смягчающих механические напряжения и деградацию.

При этом в патентных документах внимание зачастую тоже направлено на борьбу с расширением кремния и на то, чтобы максимально использовать выгоды традиционной архитектуры Li-ионных аккумуляторов, поэтому компании патентуют, например, замену графита на кремний и новые способы производства.

В качестве лишь одного примера патентных документов по литий-ионной технологии с кремниевым анодом можно привести патент США № US11050055B2 от 29.06.2021 г. на имя Wacker Chemie AG (DE), в котором запатентован Li-ионный аккумулятор с кремниевым анодом и электролитом, содержащим неорганические соли (нитраты, нитриты, фосфаты, карбонаты), при этом кремниевый анод в полностью заряженном состоянии только частично литирован, причем эта комбинация уменьшает разрушение SEI и анода, что снижает механическую деградацию и повышает срок службы аккумулятора.

Натрий‑ионные аккумуляторы

Из-за удорожания и дефицита лития, используемого во всех литий-ионных аккумуляторах, а также никеля, кобальта и марганца, используемых в большинстве современных литий-ионных аккумуляторов, в последнее время фокус смещается на натрий – элемент, запасы которого на Земле практически безграничны. Так, например, как уже обсуждалось выше, после 2021 года наблюдается резкий рост патентной активности в отношении натрий‑ионных (Na-ion) аккумуляторов, особенно в Китае, где лидируют компании CATL и BYD.

Внимание в патентных документах сосредоточено, в частности, на разработке новых катодных материалов (к примеру, на основе слоистых оксидов), новых анодных материалов, например, из так называемого «твердого углерода», или «неграфитируемого углерода» (от англ. hard carbon), который, в отличие от графита, не образует правильной слоистой структуры при нагревании и который в основном используется в качестве анодов для натрий-ионных аккумуляторов, так как ион натрия крупнее иона лития и не может интеркалироваться в обычный графит, а также на электролитах, обеспечивающих стабильную работу при низких температурах.

В качестве примера интересного патентного документа можно привести патент США № US11196046B2 от 07.12.2021 г. на имя Contemporary Amperex Technology Company Ltd (CATL, CN), в котором описаны активный материал положительного электрода и способ его получения, натрий-ионный аккумулятор и содержащее его устройство, причем активный материал положительного электрода удовлетворяет химической формуле Na0,67MnxAyBzO2±δ, в которой A выбран из одного или более из Co, Ni и Cr, B выбран из одного или более из Mg, Al, Ca, Ti, Cu, Zn и Ba, 0,60, x+y+z=1, 0≤δ≤0,1.

Значительное внимание также уделяется твердотельным натрий-ионным батареям и системам, по которым вышел целый ряд обзоров, например, «Sodiumion Batteries 2024-2034: Technology, Players, Markets, and Forecasts»⁸ и «Advancements in Solid‑State Sodium‑Based Batteries»⁹, причем последний препринт – один из свежих, от 2025 года, и в нем подчеркивается, что замена жидкого электролита твердым повышает безопасность и экологичность натрий-ионных аккумуляторов, и при этом ключевой вызов – получение твердого электролита с высокой ионной проводимостью по натрию и достаточной стабильностью. Обзорные работы по твердотельным Na‑ионным батареям показывают, что галогенидные и оксидные электролиты рассматриваются как наиболее перспективные с точки зрения баланса проводимости и стабильности, и что особое внимание уделяется интерфейсу электрод/электролит и методам уменьшения межфазного сопротивления. Кроме того, в обзорах по перспективным системам энергосбережения подчеркивается, что Na‑ионные батареи могут рассматриваться как дополнение к Li‑ионным для сетевого накопления энергии и ряда других применений, где критичны стоимость и доступность сырья.

Литий‑серные аккумуляторы

По сравнению с существующими литий-ионными аккумуляторами, твердотельные литий-серные аккумуляторы (от англ. solidstate lithium-sulfur batteries, SSLSB) обещают значительно повышенную плотность энергии и улучшенную безопасность, что делает их привлекательными для применения в таких областях, как электромобили, беспилотные летательные аппараты (БПЛА) и носимые устройства. Так, например, в обзоре «Assessing the practical feasibility of solidstate lithium-sulfur batteries», Communications Materials (A Nature Portfolio journal), 2025, 6:211¹⁰ рассматривается не только традиционный материалоцентрический подход, но и анализируется практическая осуществимость применения SSLSB, при этом особое внимание уделяется проблемам и соответствующим стратегиям их решения.

В этом обзоре также рассматривается патентная ситуация и прогресс в индустриализации SSLSB.

Литий‑серные аккумуляторы демонстрируют рост патентной активности за последнее десятилетие. На уровне патентных портфелей лидируют Китай и США, а также крупные компании (CATL, Sion Power, PolyPlus, Lyten) и ведущие университеты.

Характерным примером патентного подхода к литий‑серным системам является заявка на патент США, опубликованная 11.04.2024 г. с № US2024120479A1, на имя LG Energy Solution Ltd (KR) под названием «Lithium-sulfur battery with improved energy density and power», где описана оптимизированная архитектура катода и электролита (специальные соли и растворители), позволяющая одновременно повысить плотность энергии и мощность, а также другая заявка на патент США того же заявителя, опубликованная 30.05.2024 г. с № US20240178438A1, под названием «Lithium-sulfur battery with improved lifetime performance», в которой описан литий-серный аккумулятор со сложным многокомпонентным электролитом на основе фторированных простых эфиров и положительным электродом с активным материалом, содержащим серу и углеродный материал, что позволяет использовать 80% или более теоретической разрядной емкости серы и существенно улучшить циклируемость батареи.

Переработка аккумуляторов

Анализ патентной литературы и последних обзорных статей по переработке литий‑ионных батарей показывают смещение фокуса от классического подхода «пиро‑ / гидрометаллургия» к комбинированным и «прямым» методам с восстановлением катодного материала. Вместе с тем, обзор 2025 года «A review of construction and sustainable recycling strategies of lithium-ion batteries¹¹ показывает, что гидрометаллургия в текущей технологической и экономической реальности остается наиболее жизнеспособным вариантом, обеспечивая 80-95% извлечения металлов и лучшее сочетание энергоэффективности и экологических показателей, но одновременно подчеркивает быстрое развитие методов прямой переработки (электрохимического повторного литирования, разделения с помощью растворителей), позволяющих восстанавливать катоды (NMC, LFP) с сохранением >95% кристаллической структуры и уменьшением энергозатрат на 50-70% по сравнению с плавкой.

Другой обзор 2025 года «Environmental Impacts of Pyroand Hydrometallurgical Recycling for Lithium‑Ion Batteries – A Review»¹² приводит количественное сравнение экологического следа различных схем переработки, и в нем показано, что:

• чисто гидрометаллургическая переработка никель-кобальт-марганцевых (NMC) батарей позволяет снизить суммарный углеродный след производства аккумуляторов примерно на 39% (-25,5 кг CO₂‑экв/кВт·ч);
• комбинированная пиро‑гидрометаллургическая схема дает около 27% снижения, но остается привлекательной с точки зрения масштабируемости и зрелости технологии.

Вместе с тем, в обзорной статье «Recycling of sodium-ion batteries» 2023 года¹³ обобщается состав материалов натрий-ионных аккумуляторов (от англ. Sodium-ion batteries (SIB)), обсуждаются стратегии переработки и связанные с этим проблемы и перспективы переработки SIB. Там показано, что экономический барьер для рециклинга SIB намного выше из‑за меньшей стоимости извлекаемых металлов, хотя инфраструктурные и экологические задачи схожи с рециклингом LIB. Это подчеркивает важность учета переработки уже на стадии патентования новых Na‑ионных систем, как это делается, например, в патентах на твердые электролиты для SIB.

При этом в последнее время резко растет число патентных документов по переработке и повторному использованию материалов аккумуляторов. Так, например, в заявке на европейский патент, опубликованной 11.10.2023 г. с № EP4257710A1, на имя Niocycle Teknoloji Tic San AS Kocaeli (TR) под названием «Lithium-ion battery recycling method» описывается высокоэффективный и экологичный способ переработки Li-ионных аккумуляторов с диагностикой и разборкой модулей, удалением связующего между анодной и катодной фольгами и последующим гидрометаллургическим извлечением активных катодных материалов (NMC, NCA и др.). Другой пример: в целом ряде публикаций международных заявок на патент с №№ WO2022268792A1, WO2022268797A1 и WO2024042189A1 на имя HC Starck Tungsten GmbH (DE) и WO2023208436A1 на имя Duesenfeld GmbH (DE) описаны различные перспективные способы гидрометаллургической переработки Li-ионных аккумуляторов. Еще одним примером может служить публикация заявки на патент США № US20240367977A1 от 07.11.2024 на имя Bayerische Motoren Werke AG (BMW, DE), где описан способ переработки катодного материала и сульфидного твердого электролита из твердотельных Li-батарей с использованием апротонного растворителя для растворения твердого электролита и последующего разделения компонентов.

Перспективные направления развития

Анализ патентной активности и современных обзоров позволяет выделить несколько направлений, в которых ожидается наибольший прорыв в аккумуляторных технологиях:

1. литий‑ионные аккумуляторы с высококремниевыми анодами и с продуманным дизайном электролита и интерфейса, для которых промышленность активно ищет выгодные сочетания структурированного и/или частичного литиированного анода, безопасного электролита и стабильного SEI, позволяющие использовать высочайшую теоретическую емкость Si без деградации анода;
2. литий‑ионные и натрий‑ионные батареи с высокопроводящими твердыми электролитами и прочие твердотельные системы, ведь именно комбинация высокой ионной проводимости, стабильности интерфейса и безопасности делает твердые электролиты одним из ключевых направлений на горизонте 10-15 лет;
3. аккумуляторные технологии с особыми электролитами, в частности, с электролитами для быстрой зарядки и работы в экстремальных условиях, а также с двухионной проводимостью, например, проводящими по ионам и Li, и Na, показывают, что уже сейчас закладывается технологическая база для масштабирования и комбинирования Li-ионных и Na‑ионных технологий, их адаптации к различным условиям зарядки и эксплуатации;
4. перспективная технология цинк-ионных (Zn-ion) аккумуляторов, демонстрирующая наиболее стремительный рост патентования за последнее десятилетие;
5. гибридные элементы, сочетающие в себе различные типы электрохимических технологий, например, аккумуляторные и конденсаторные;
6. интегрированные подходы к переработке аккумуляторов, отражающие переход от разрозненных решений к комплексным технологическим линиям, в которых объединены диагностика, разборка, измельчение, удаление вспомогательных материалов, гидрометаллургические операции и выделение отдельных компонентов, минимизация выбросов.

Заключение и выводы

Данный обзор подтверждает смещение фокуса от пошаговых улучшений к системным изменениям архитектуры отдельных ячеек, аккумуляторов и аккумуляторных батарей в целом.

На первый план выходят полностью твердотельные аккумуляторы с высокопроводящими твердыми электролитами, высококремниевыми анодами и гибридными (Li/Na) материалами, а патентуемые технические решения все чаще описывают не отдельный материал, а комплексную электрохимическую систему с управляемым интерфейсом.

Во всех направлениях развития критической становится роль активного электродного материала, электролита и межфазного слоя (SEI), причем именно химический состав и структура SEI определяют циклический ресурс, скорость зарядки и безопасность аккумуляторов, тогда как электродные материалы все чаще рассматриваются в связке с интерфейсными решениями.

Твердотельные натрий‑ионные системы воспринимаются не как далекая альтернатива, а как логическое продолжение развития существующих технологий, что указывает на высокую вероятность коммерциализации таких систем в среднесрочной перспективе. Большее количество патентных заявок посвящается изобретениям, касающимся систем управления батареями (BMS), что свидетельствует о достижении уже достаточно высокой степени зрелости систем материалов, используемых в самих батареях.

Производственные процессы трансформируются в сторону методов глубокой переработки, что подтверждается взрывным ростом числа патентов в классе экологичного производства. Переработка и «второй жизненный цикл» аккумуляторов становятся равноправным направлением инноваций, поскольку технические решения в этой области позволяют рационально использовать ценные цветные металлы и сократить углеродный след.

Системный подход – от материалов до инфраструктуры – становится ключевым требованием к будущим разработкам, а высокая энергоемкость и безопасность аккумуляторов, возможность их переработки и интеграции в энергосистему больше не могут рассматриваться изолированно, и поэтому все чаще описываются решения, учитывающие весь жизненный цикл батарей от синтеза материалов до утилизации.

Таким образом, можно сказать, что эра монополии классических литий-ионных аккумуляторов с жидким электролитом подходит к концу, причем рынок фрагментируется: для бюджетных электромобилей, общественного электротранспорта (например, электробусов) и стационарных накопителей энергии фокус смещен в сторону LFP-технологии и натрий-ионных аккумуляторов из-за максимального снижения стоимости; а для премиальных электромобилей и авиации активно патентуются твердотельные батареи и аккумуляторы с кремниевыми анодами с максимальной плотностью энергии, при этом компании, владеющие фундаментальными патентами в рассматриваемых областях (такие как CATL, Toyota, LG, Tesla и другие), будут определять архитектуру мировой энергетики в ближайшие 10-20 лет.

1. «Innovation in batteries and electricity storage» – исследование на основе патентных данных, выполненное Европейским патентным ведомством (EPO) и опубликованное в сентябре 2020 г.
2. Общее понятие «патентное семейство» (PF) охватывает одно изобретение и включает одну или более патентных заявок, поданных в одно или более патентных ведомств мира. Частный термин «международное патентное семейство» (IPF) охватывает одно изобретение и включает несколько взаимосвязанных патентных заявок, поданных в несколько патентных ведомств разных стран мира. Число IPF является более надежным показателем изобретательской активности, поскольку обеспечивает определенную степень контроля качества, представляя только те изобретения, ценность которых изобретатели или заявители считают достаточной для обращения за получением патентной охраны сразу в нескольких странах.
3. Годовой отчет от Volta Foundation под названием «Battery Report 2025», опубликованный в 2026 году. Источник: патентный поиск был проведен в декабре 2025 года компанией KnowMade с использованием ключевых слов и рубрик МПК/СПК (H01M, H02J-007) в базе данных Orbit (Questel), которая предоставляет более 100 миллионов патентных документов из 100 патентных ведомств (США, Япония, Европа, Китай, Корея и др.).
4. https://news.lgensol.com/companyoverview/fast-facts/
5. Kangjia Hu et al., High‑Safety Lithium‑Ion Batteries with Silicon‑Based Anodes Enabled by Electrolyte Design // Chemistry Asian Journal. – December 14, 2023. – DOI: 10.1002/asia.202300820
6. henjun Zhang et al., Research progress of silicon‑based anode materials for lithium‑ion batteries // (RSC Adv., 2025, 15, 10731; open access). – URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11973552/.
7. Yifei Li et al., Si‑based Anode Lithium‑Ion Batteries: A Comprehensive Review of Recent Progress // ACS Materials Letters. – October 8, 2023. – 5(10). DOI: 10.1021/acsmaterialslett.3c00253.
8. Sodium-ion Batteries 2024-2034: Technology, Players, Markets, and Forecasts, URL: https://www.idtechex.com/en/research-report/sodium-ion-batteries/978.
9. Arianna Massaro et al., Advancements in Solid‑State Sodium‑Based Batteries // arXiv. – 2025. – arXiv:2505.04391. – URL: https://arxiv.org/pdf/2505.04391.pdf.
10. Ganyu Wang, Xiaoyu Luo, Wenlong Sun & Jingsheng Cai, Assessing the practical feasibility of solid-state lithium-sulfur batteries, Communications Materials, (A Nature Portfolio journal), 2025, 6:211.
11. Phuoc-Anh Le, A review of construction and sustainable recycling strategies of lithium-ion batteries // RSC Advances. – 2025, 15, 35687. – DOI: 10.1039/d5ra04471e. – URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2025/ra/d5ra04471e.
12. Luca Stegemanna, Moritz Gutscha, Environmental Impacts of Pyro‑ and Hydrometallurgical Recycling for Lithium‑Ion Batteries – A Review // Journal of Business Chemistry. Vol. 22, Iss.1, February 2025. – DOI: 10.17879/43998523309.
13. Zhao X., Kang F., Recycling of sodium-ion batteries // Nature Reviews Materials, volume 8, page s623–634 (2023).