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]
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