Lithiumhexafluorophosphat
| Strukturformel | ||||||||||||||||
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| Allgemeines | ||||||||||||||||
| Name | Lithiumhexafluorophosphat | |||||||||||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel | Li[PF6] | |||||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
weißer geruchloser Feststoff[1] | |||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | ||||||||||||||||
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| 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 | ||||||||||||||||
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| Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). | ||||||||||||||||
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]
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:
- ,
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]
- ,
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:
- Anwendungen für LiPF6:
Einzelnachweise
- ↑ a b c d e Eintrag zu Lithiumhexafluorophosphat(1-) in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 3. Januar 2023. (JavaScript erforderlich)
- ↑ Datenblatt Lithium hexafluorophosphate bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 18. Juni 2023 (PDF).
- ↑ Datenblatt Lithium hexafluorophosphate bei Alfa Aesar, abgerufen am 18. Juni 2023 (Seite nicht mehr abrufbar).
- ↑ John B. Goodenough, Youngsik Kim: Challenges for Rechargeable Li Batteries. In: Chem. Mater., 2010, Band 22, S. 587–603. doi:10.1021/cm901452z.
- ↑ a b c d e 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).
- ↑ 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).
- ↑ 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).
- ↑ 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.
- ↑ 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.