Влияние алюминия на потенциометрическое определение фтора в чёрной массе отработанных литий-ионных аккумуляторов
DOI:
https://doi.org/10.15328/cb2026_166Ключевые слова:
литий-ионные аккумуляторы, чёрная масса, фтор, фторид-селективный электрод, прямая потенциометрия, щелочное сплавление, ПВДФ, LiPF6, рециклингАннотация
Фтор является значимым компонентом чёрной массы отработанных литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) и присутствует в составе остаточных электролитных солей, продуктов их превращений, фторсодержащих добавок и полимерного связующего поливинилиденфторида (ПВДФ). Различная химическая природа этих компонентов осложняет количественное определение фтора в промышленной чёрной массе. В настоящей работе исследована возможность раздельной оценки водоэкстрагируемой и остаточной, неэкстрагируемой водой фракций фтора методом прямой потенциометрии с фторид-селективным электродом. Для анализа промышленной чёрной массы, содержащей смесь катодных материалов с преобладанием типа NCA (LiNi1−x−yCoxAlyO2), применяли водное и кислотное выщелачивание, а также прямое щелочное сплавление в смеси NaOH–KOH. Содержание водоэкстрагируемой фракции фтора составило (2,33 ± 0,06) мас.%. Вместе с тем кислотное выщелачивание и прямое щелочное сплавление исходной чёрной массы приводили к занижению определяемого содержания фтора, что указывало на матричное влияние алюминия на стадиях пробоподготовки. На модельном образце чистого ПВДФ показано, что щелочное сплавление обеспечивает эффективный перевод ковалентно связанного фтора в форму, доступную для потенциометрического определения. Установлено, что критическим фактором является переход Al в раствор с его последующим осаждением при корректировке pH, сопровождающимся частичным выведением фторида из определяемой растворённой формы. Водоэкстрагируемая фракция фтора может быть определена прямой потенциометрией с хорошей повторяемостью, тогда как количественная оценка неэкстрагируемой водой фракции после щелочного разложения существенно осложняется Al-индуцированной потерей фторида при нейтрализации. Выявленное влияние алюминия, присутствующего в реальной чёрной массе как в составе катодного материала, так и в виде металлических примесей, необходимо учитывать при разработке аналитических протоколов определения фтора в чёрной массе ЛИА.
Библиографические ссылки
1 Giza K, Pospiech B, Gęga J (2023) Energies 16:5777. https://doi.org/10.3390/en16155777
2 Zhao Q, Hu L, Li W, Liu C, Jiang M, Shi J (2020) Frontiers in Chemistry 8:807. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00807
3 Chen Z, Liu F, Liao B, Zhang T, Chen F, Wang J, Liao C, Xu S (2025) Inorganics 13:369. https://doi.org/10.3390/inorganics13110369
4 Siwak P, Leshchynsky V, Strumban E, Pantea M, Garbiec D, Maev R (2024) Metals 14:1466. https://doi.org/10.3390/met14121466
5 Zhao Y, Wen Y, Yang Y, Xu S (2025) Recovery of fluorine-containing resources from spent lithium-ion batteries as high-value products. SSRN Preprint. https://doi.org/10.2139/ssrn.5211603
6 Wang B, Yin Y, Deng H, Zhu H, Li G, He W (2025) Separation and Purification Technology 358:130283. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.130283
7 Siame MC, Ahmed HM, Andersson A, Sundqvist-Öqvist L (2026) ACS Sustainable Chemistry & Engineering 14:1952-1963. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5c10344
8 Kuzuhara S, Yamada Y, Igarashi A, Fujiwara K, Terakado O, Kasuya R (2024) Journal of Material Cycles and Waste Management 26:2696-2705. https://doi.org/10.1007/s10163-024-01991-x
9 European Parliament and Council (2023) Regulation (EU) 2023/1542 of the European Parliament and of the Council of 12 July 2023 concerning batteries and waste batteries, amending Directive 2008/98/EC and Regulation (EU) 2019/1020 and repealing Directive 2006/66/EC.
10 GB/T 45203-2024. Recycled black mass for lithium ion battery, Beijing, China, 2024. (In Chinese)
11 Aliyev A, Gray D, Bedrossian S, Azimi G (2025) Waste Management 207:115136. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2025.115136
12 Wang M, Tan Q, Liu L, Li J (2019) ACS Sustainable Chemistry & Engineering 7:12799-12806. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b01546
13 Morita Y, Saito Y, Kumagai S, Kameda T, Shiratori T, Yoshioka T (2024) Journal of Material Cycles and Waste Management 26:669-678. https://doi.org/10.1007/s10163-023-01749-x
14 Yahyavi H, Kaykhaii M, Mirmoghaddam M (2016) Critical Reviews in Analytical Chemistry 46:106-121. https://doi.org/10.1080/10408347.2014.985814
15 Vo PHN, Vogel C, Clark SM, Bishop DP, Droas M, Partyka-Jankowska E, Förster MW, Adam C, Strezov V, Nguyen HTM (2026) Journal of Hazardous Materials 509:141978. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.141978
16 Heidler M, Kessen D, Hesper JM, Winter M, Wiemers-Meyer S, Nowak S (2026) Determination of the total fluorine content and quantification of the PVdF binder amount in lithium ion battery materials by combustion ion chromatography. SSRN Preprint. https://doi.org/10.2139/ssrn.6736050
17 Frant MS, Ross JW (1966) Science 154:1553-1555. https://doi.org/10.1126/science.154.3756.1553
18 Frant MS, Ross JW (1968) Analytical Chemistry 40:1169-1171. https://doi.org/10.1021/ac60263a005
19 Wilken A, Kraft V, Girod S, Winter M, Nowak S (2016) Analytical Methods 8:6932-6940. https://doi.org/10.1039/C6AY02264B
20 Borjigin S, Ashimura Y, Yoshioka T, Mizoguchi T (2009) Analytical Sciences 25:1437-1443. https://doi.org/10.2116/analsci.25.1437
21 Izmeritelnaya Tekhnika LLC. Ion-selective electrode ELIS-131F. Data sheet GRBA.418422.015-11 PS [Elektrod ionoselektivnyi ELIS-131F. Pasport GRBA.418422.015-11 PS], Moscow, Russia. (In Russian)
22 Qadir MR, Bruckard WJ, Chen M (2025) Minerals Engineering 234:109703. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2025.109703
23 Ruxton GD (2006) Behavioral Ecology 17:688-690. https://doi.org/10.1093/beheco/ark016
24 Delacre M, Lakens D, Leys C (2017) International Review of Social Psychology 30:92-101. https://doi.org/10.5334/irsp.82
25 Rumble JR (ed) (2023) CRC Handbook of Chemistry and Physics, 104th edition. CRC Press, USA. ISBN: 978-1-032-42520-7
26 Hesper JM, Weigel S, Hintemann JH, Minář J, Winter M, Wiemers-Meyer S, Nowak S (2025) ChemSusChem 18:e202501158. https://doi.org/10.1002/cssc.202501158
27 Gebeyehu KB, Chen L, Fan L, Chao Y, Zhu W (2025) Journal of Environmental Chemical Engineering 13:116174. https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.116174
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 М. Сейілбек, А. Танаш, C. Усков, А. Тажибаева, Т. Кан, Ф. Мальчик
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License (CC BY-NC-ND 4.0), которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
