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. Für diese Anwendung ist LiPF₆ aufgrund seiner Eigenschaften insgesamt besser geeignet als eventuelle Alternativen, so dass es in fast allen Li-Zellen genutzt wird.

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

Eigenschaften des Salzes und der Elektrolyte

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

$\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{F}{\phantom{A}}_6⟶\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}+\mathrm{P}\mathrm{F}{\phantom{A}}_5\uparrow$,

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.

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

$\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{F}{\phantom{A}}_6+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}+2\mathrm{H}\mathrm{F}\uparrow +\mathrm{P}\mathrm{O}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3\uparrow$,

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

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

Siehe auch

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