Lithiumhexafluorophosphat

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 farblose, kristalline Pulver wird hauptsächlich in Elektrolyten in Lithiumbatterien und Lithiumakkumulatoren verwendet.^[4] Für diese Anwendung ist LiPF₆ aufgrund seiner Eigenschaften insgesamt besser geeignet als eventuelle Alternativen, so dass es in fast allen Li-Zellen genutzt wird.^[5]

Strukturformel
Allgemeines
Name	Lithiumhexafluorophosphat
Andere Namen	Lithium-phosphorhexafluorid LHFP LFP
Summenformel	Li[PF6]
Kurzbeschreibung	weißer geruchloser Feststoff[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 21324-40-3 EG-Nummer 244-334-7 ECHA-InfoCard 100.040.289 PubChem 23688915 Wikidata Q2583808
Eigenschaften
Molare Masse	151,91 g·mol−1
Aggregatzustand	fest[1]
Dichte	1,5 g·cm−3 (20 °C)[1]
Schmelzpunkt	200 °C[2]
Löslichkeit	hydrolysiert in Wasser[3]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[1] Gefahr H- und P-Sätze H: 301​‐​314​‐​372 P: 270​‐​280​‐​301+330+331​‐​303+361+353​‐​304+340​‐​305+351+338[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

LiPF₆ dient außerdem als Katalysator bei der Umsetzung von tertiären Alkoholen in Tetrahydropyran.^[6]

Eigenschaften des Salzes und der Elektrolyte

Reines, festes Lithiumhexafluorophosphat ist beim Erhitzen bis 107 °C stabil.^[7] Oberhalb dieser Temperatur beginnt es sich zu zersetzen.^[7] Dabei entsteht festes Lithiumfluorid LiF und gasförmiges Phosphorpentafluorid PF₅:

${\displaystyle {\ce {LiPF6 -> LiF + PF5 ^}}}$,

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.^[8]

Bei Anwesenheit von Wasser, z. B. Luftfeuchtigkeit, ist das Produkt beim Erhitzen von LiPF₆ nicht PF₅, sondern Fluorwasserstoff HF und das Phosphoroxidfluorid POF₃:^[7][9]

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

wobei die Zersetzungsreaktion bei niedrigerer Temperatur beginnt als in Abwesenheit von Wasser.^[7]

Die ionische Leitfähigkeit der Lösungen von LiPF₆ in aprotischen Lösungsmitteln ist – im Vergleich zu anderen Lithiumsalzen – außerordentlich hoch.^[5] 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).^[5] 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.^[5] Die Konzentration der Elektrolytlösung ist dabei oft ungefähr ein mol/l, da bei einer weiteren Erhöhung der Konzentration die Leitfähigkeit wieder abnimmt.^[5]

Siehe auch

• andere anorganische Hexafluorophosphate mit einwertigem Kation:
  • Ammoniumhexafluorophosphat
  • Natriumhexafluorophosphat
  • Kaliumhexafluorophosphat
  • Silberhexafluorophosphat
• Anwendungen für LiPF₆:
  • Lithium-Ionen-Akkumulator
  • Lithiumbatterie
    • Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie

Einzelnachweise

1. Eintrag zu Lithiumhexafluorophosphat(1-) in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 3. Januar 2023. (JavaScript erforderlich)
2. Datenblatt Lithium hexafluorophosphate bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 18. Juni 2023 (PDF).
3. Datenblatt Lithium hexafluorophosphate bei Alfa Aesar, abgerufen am 18. Juni 2023 (Seite nicht mehr abrufbar).
4. John B. Goodenough, Youngsik Kim: Challenges for Rechargeable Li Batteries. In: Chem. Mater., 2010, Band 22, S. 587–603. doi:10.1021/cm901452z.
5. Wesley A. Henderson: Nonaqueous Elektrolytes: Advances in Lithium Salts. In: T. Richard Jow, Kang Xu, Oleg Borodin, Makoto Ue (Hrsg.): Electrolytes for Lithium and Lithium-Ion Batteries (= Ralph E. White [Hrsg.]: Modern Aspects of Electrochemistry. Nr. 58). Springer, New York 2014, ISBN 978-1-4939-0301-6, Abschnitte 1.2 Electrolyte Salt Properties; 1.3 Established Salts; 1.5 Advanced Salts: Fluoroborates and -phosphates, S. 5–25, doi:10.1007/978-1-4939-0302-3 (englisch, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
6. 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 (englisch).
7. 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).
8. 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.
9. 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.