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Lithiumhexafluorophosphat

chemische Verbindung

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]

Strukturformel
Strukturformel von Lithiumhexafluorophosphat.
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

Dichte

1,5 g·cm−3 (20 °C)[1]

Schmelzpunkt

200 °C[2]

Löslichkeit

löslich in Wasser[2]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
06 – Giftig oder sehr giftig 05 – Ätzend 08 – Gesundheitsgefährdend

Gefahr

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.

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

Eigenschaften des Salzes und der ElektrolyteBearbeiten

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:

 ,

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]

 ,

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 einen 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 einmolar, da bei einer weiteren Erhöhung der Konzentration die Leitfähigkeit wieder abnimmt.[4]

Siehe auchBearbeiten

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. a b c d Eintrag zu Lithiumhexafluorophosphat(1-) in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Januar 2018 (JavaScript erforderlich).
  2. a b Eintrag zu 3-Lithiumhexafluorophosphat bei ChemicalBook, abgerufen am 27. November 2013.
  3. John B. Goodenough, Youngsik Kim: Challenges for Rechargeable Li Batteries. In: Chem. Mater., 2010, Band 22, S. 587–603. doi:10.1021/cm901452z.
  4. a b c d e 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.
  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.
  6. a b c d 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).
  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).
  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).