Lithiumhexafluorophosphat

Strukturformel
Allgemeines
Name	Lithiumhexafluorophosphat
Andere Namen	Lithium-phosphorhexafluorid; LHFP; LFP;
Summenformel	Li[PF6]
Kurzbeschreibung	weißer geruchloser Feststoff[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	244-334-7
ECHA-InfoCard	100.040.289
PubChem	23688915
Wikidata	Q2583808
Eigenschaften
Molare Masse	151,91 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,5 g·cm−3 (20 °C)[1]
Schmelzpunkt	200 °C[2]
Löslichkeit	löslich in Wasser[2]
Sicherheitshinweise
H- und P-Sätze	H: 301‐314‐372
	P: 260‐280‐301+330+331+310‐303+361+353‐304+340+310‐305+351+338 [1]
	Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Lithiumhexafluorophosphat ist eine anorganische Verbindung bestehend aus Lithium, genauer dem Kation Li⁺, und dem Hexafluorophosphat-Anion PF₆⁻, so dass die Summenformel LiPF₆ resultiert. LiPF₆ ist das Lithiumsalz der unbeständigen Hexafluorophosphorsäure. Das weiße, kristalline Pulver wird hauptsächlich in Elektrolyten in Lithiumbatterien und Lithiumakkumulatoren verwendet.[3] Für diese Anwendung ist LiPF₆ aufgrund seiner Eigenschaften insgesamt besser geeignet als eventuelle Alternativen, so dass es in fast allen Li-Zellen genutzt wird.[4]

LiPF₆ dient außerdem als Katalysator bei der Umsetzung von tertiären Alkoholen in Tetrahydropyran.[5]

Eigenschaften des Salzes und der Elektrolyte

Reines, festes Lithiumhexafluorophosphat ist beim Erhitzen bis 107 °C stabil.[6] Oberhalb dieser Temperatur beginnt es sich zu zersetzen.[6] Dabei entsteht festes Lithiumfluorid LiF und gasförmiges Phosphorpentafluorid PF₅:

{\ce {LiPF6 -> LiF + PF5 ^}}

,

Die Zersetzungsreaktion ist erst oberhalb von 160 °C so ausgeprägt, dass ein deutlicher Druckanstieg durch die Gasentwicklung auftritt, und erst oberhalb des Schmelzpunktes von 200 °C verläuft sie schnell.[7]

Bei Anwesenheit von Wasser, z. B. Luftfeuchtigkeit, ist das Produkt beim Erhitzen von LiPF₆ nicht PF₅, sondern Fluorwasserstoff HF und das Phosphoroxidfluorid POF₃:[6][8]

{\ce {LiPF6 + H2O -> LiF + 2HF ^ + POF3 ^}}

,

wobei die Zersetzungsreaktion bei niedrigerer Temperatur beginnt als in Abwesenheit von Wasser.[6]

Die elektrische Leitfähigkeit der Lösungen von LiPF₆ in aprotischen Lösungsmitteln ist – im Vergleich zu anderen Lithiumsalzen – außerordentlich hoch.[4] In Kohlensäureestergemischen (Lösungsmittel aus organischen Carbonaten) wie dem batterierelevanten Gemisch EC/DMC erhält man eine höhere Leitfähigkeit als in gleich konzentrierten Lösungen von Lithiumperchlorat oder Lithiumtetrafluorborat, z. B. 11,2 mS cm⁻¹ für eine einmolare Lösung von LiPF₆ in EC/DMC (50:50).[4] LiPF₆ ist nicht so giftig wie Lithiumhexafluoroarsenat(V) LiAsF₆. Außerdem bildet es in Lithiumionenakkumulatoren an Aluminiumfolien, die als Stromableiter benötigt werden, eine passivierende, AlF₃-haltige Schicht aus, so dass dort die Korrosion minimiert wird. Aufgrund der Kombination dieser Eigenschaften wird LiPF₆ in fast allen Lithiumionenakkumulatoren und Lithiumbatterien als Elektrolyt verwendet.[4] Die Konzentration der Elektrolytlösung ist dabei oft ungefähr ein mol/l, da bei einer weiteren Erhöhung der Konzentration die Leitfähigkeit wieder abnimmt.[4]

Siehe auch

andere anorganische Hexafluorophosphate mit einwertigem Kation:
Anwendungen für LiPF₆:
- Lithium-Ionen-Akkumulator
- Lithiumbatterie
  - Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie

Einzelnachweise

Eintrag zu Lithiumhexafluorophosphat(1-) in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Januar 2018. (JavaScript erforderlich)
Eintrag zu 3-Lithiumhexafluorophosphat bei ChemicalBook, abgerufen am 27. November 2013.
John B. Goodenough, Youngsik Kim: Challenges for Rechargeable Li Batteries. In: Chem. Mater., 2010, Band 22, S. 587–603. doi:10.1021/cm901452z.
Wesley A. Henderson: Electrolytes for lithium and lithium-ion batteries. Hrsg.: T. Richard Jow, Kang Xu, Oleg Borodin, Makoto Ue (= Modern Aspects of Electrochemistry. Nr. 58). Springer, 2014, ISBN 978-1-4939-0301-6, ISSN 2197-7941, Nonaqueous Elektrolytes: Advances in Lithium Salts, S. 5–26, doi:10.1007/978-1-4939-0302-3.
Hamada, N.; Tsuneo S.: Lithium Hexafluorophosphate-Catalyzed Efficient Tetrahydropyranylation of Tertiary Alcohols under Mild Reaction Conditions. In: Synlett. Nr. 10, 2004, S. 1802. doi:10.1055/s-2004-829550.
Hui Yang, Guorong V. Zhuang, Philip N. Ross Jr.: Thermal stability of LiPF₆ salt and Li-ion battery electrolytes containing LiPF₆. In: Journal of Power Sources. Band 161, Nr. 1. Elsevier, 20. Oktober 2006, S. 573–579, doi:10.1016/j.jpowsour.2006.03.058 (osti.gov).
Qingsong Wang, Jinhua Sun, Shouxiang Lu, Xiaolin Yao, Chunhua Chen: Study on the kinetics properties of lithium hexafluorophosphate thermal decomposition reaction. In: Solid State Ionics. Band 177, Nr. 1-2. Elsevier, 16. Januar 2006, S. 137–140, doi:10.1016/j.ssi.2005.09.046 (elsevier.com).
Xiang-Guo Teng, Fa-Qiang Li, Pei-Hua Ma, Qi-Du Ren, Shi-You Li: Study on thermal decomposition of lithium hexafluorophosphate by TG–FT-IR coupling method. In: Thermochimica Acta. Band 436, Nr. 1-2. Elsevier, 1. Oktober 2005, S. 30–34, doi:10.1016/j.tca.2005.07.004 (elsevier.com).

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[GESTIS-1] Eintrag zu Lithiumhexafluorophosphat(1-) in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Januar 2018. (JavaScript erforderlich)

[chembook-2] Eintrag zu 3-Lithiumhexafluorophosphat bei ChemicalBook, abgerufen am 27. November 2013.

[ChemMater-3] John B. Goodenough, Youngsik Kim: Challenges for Rechargeable Li Batteries. In: Chem. Mater., 2010, Band 22, S. 587–603. doi:10.1021/cm901452z.

[Jow2014-4] Wesley A. Henderson: Electrolytes for lithium and lithium-ion batteries. Hrsg.: T. Richard Jow, Kang Xu, Oleg Borodin, Makoto Ue (= Modern Aspects of Electrochemistry. Nr. 58). Springer, 2014, ISBN 978-1-4939-0301-6, ISSN 2197-7941, Nonaqueous Elektrolytes: Advances in Lithium Salts, S. 5–26, doi:10.1007/978-1-4939-0302-3.

[Synlett-5] Hamada, N.; Tsuneo S.: Lithium Hexafluorophosphate-Catalyzed Efficient Tetrahydropyranylation of Tertiary Alcohols under Mild Reaction Conditions. In: Synlett. Nr. 10, 2004, S. 1802. doi:10.1055/s-2004-829550.

[Yang2006-6] Hui Yang, Guorong V. Zhuang, Philip N. Ross Jr.: Thermal stability of LiPF₆ salt and Li-ion battery electrolytes containing LiPF₆. In: Journal of Power Sources. Band 161, Nr. 1. Elsevier, 20. Oktober 2006, S. 573–579, doi:10.1016/j.jpowsour.2006.03.058 (osti.gov).

[Wang2006-7] Qingsong Wang, Jinhua Sun, Shouxiang Lu, Xiaolin Yao, Chunhua Chen: Study on the kinetics properties of lithium hexafluorophosphate thermal decomposition reaction. In: Solid State Ionics. Band 177, Nr. 1-2. Elsevier, 16. Januar 2006, S. 137–140, doi:10.1016/j.ssi.2005.09.046 (elsevier.com).

[Teng2005-8] Xiang-Guo Teng, Fa-Qiang Li, Pei-Hua Ma, Qi-Du Ren, Shi-You Li: Study on thermal decomposition of lithium hexafluorophosphate by TG–FT-IR coupling method. In: Thermochimica Acta. Band 436, Nr. 1-2. Elsevier, 1. Oktober 2005, S. 30–34, doi:10.1016/j.tca.2005.07.004 (elsevier.com).