六氟磷酸锂，何方神圣？

六氟磷酸锂被喻为氟化工产业“皇冠上的明珠”。六氟磷酸锂的质量决定着锂离子电池充放电性能、使用寿命和安全性。锂离子电池中应用最广泛的锂离子电池电解质是六氟磷酸锂（LiPF₆），该物质具有在电解液中易于解离、提高电解液电导率、合成工艺简单等一系列优点，可在电极材料表面形成SEI膜，抑制集流体腐蚀。虽然其热稳定性差，受热易分解。目前，LiPF₆在锂离子电池电解质中占有主要地位。

一、六氟磷酸锂特性

1.1基本结构特性

高纯LiPF₆是一种白色晶体或粉末，相对分子质量为151.91，相对密度为1.50，熔点 200℃。LiPF₆晶体具有三方对称性，其空间点群为R3-HR(148)，如下图所示. 从其晶体结构可以看出，每6个F原子围绕1个P原子形成1个六配位的八面体，八面体与锂离子在不同层。LiPF₆潮解性很强，与空气中的微量水发生反应生成HF等，易溶于水、乙醚、低浓度甲醇、碳酸酯类等有机溶剂。

图LiPF₆晶体结构示意图

         （图片来源：赵永锋等：高纯六氟磷酸锂晶体产业化制备工艺研究进展）

1.2热稳定性

LiPF₆的热稳定性比其它锂盐差，60℃下可少量分解为LiF和PF₅，加热至约 180℃开始大量分解，在干燥N₂中160℃下开始分解，电解液中的LiPF₆比固体LiPF₆热分解温度高。

1.3电化学特性

目前用作锂离子电池电解液的锂盐主要分为无机锂盐(LiClO₄, LiPF₆, LiAsF₆和 LiBF₄)和有机锂盐[LiCF₃SO₃和 LiN(SO₂CF₃)₂及其衍生物]，还有一些新型杂多酸锂盐(LiAlCl₄, LiSCN 和 LiTaF₆)。

无机锂盐是目前应用最广的电解质，电导率 LiAsF₆≥LiPF₆>LiClO₄>LiBF₄，电化学稳定性LiClO₄>LiAsF₆>LiPF₆>LiBF₄>LiCF₃SO₃>LiAlCl₄，热稳定性LiAsF₆>LiBF₄>LiPF₆ ，耐氧化性LiAsF₆ ≥ LiPF₆ ≥LiBF₄>LiClO₄。LiPF₆整体综合性能最优，具有环境友好、钝化正极集流体阻止电极腐蚀、利于在负极上形成 SEI 膜、电化学稳定窗口较宽等优点。因此，LiPF₆是现阶段及可预见的未来最具应用价值的电解质锂盐。

二、六氟磷酸锂合成方法

2.1气固反应法

气固法是以卤化锂提供锂源，以五氯化磷（或五氧化二磷、偏磷酸、红磷或白磷等）提供磷源，先制得中间体五氟化磷（PF₅）气体，然后将PF₅气体通入盛有氟化锂固体的密闭容器中，使两者在高温高压下反应生成LiPF₆，其合成的反应方程式为：PF5+LiF→LiPF6 。

其优点是工艺简单、操作步骤少。缺点是该反应需要在密闭容器内，惰性气体保护下，在较高的温度和压力下进行，对设备的密封性要求较高；该反应为气固反应，受传质过程影响，反应只在LiF固体表面进行，这严重影响反应的转化率，生成的LiPF₆ 与大量未反应的LiF固体混合在一起，这为后续的纯化、结晶、干燥等单元操作带来极大的困难，很难生成高纯度 LiPF₆ 产品。

2.2氟化氢溶剂法（AHF 法）

HF溶剂法是先将 LiF 溶解在氢氟酸溶剂中，然后与五氟化磷反应，制备六氟磷酸锂产品。具体工艺如下：先将氟化锂溶解在氢氟酸溶剂中，得到氟化氢锂溶液，然后，将五氟化磷气体通入到氟化氢锂溶液中，反应，冷却结晶，过滤，干燥得到高纯 LiPF₆产品。该工艺简单，原料来源广泛，反应过程容易控制，产品纯度高，是现在广泛采用的一种工艺路线。

反应方程式: PCl₅+5HF+LiF → LiPF₆+5HCl 。

HF溶剂法具有反应原料易得、反应时间短、原料转化率高等一系列优点，是许多六氟磷酸锂生产厂家普遍采用的合成工艺。但是该工艺同样存在着对设备要求高、反应过程较危险等缺点，需要进一步进行优化。

2.3有机溶剂法

有机溶剂法是将固体LiF溶于有机溶剂中制得LiF有机悬浮液，然后向其中缓慢通入高纯度的PF₅气体，反应得到LiPF₆直接溶解于有机溶剂中，这些有机溶剂大多为应用于锂离子电池电解液的溶剂，常用的有机溶剂包括碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸丙烯酯（PC）等。

该方法的优点是反应过程中未使用具有高腐蚀性的HF，对设备防腐蚀要求降低，有利于安全生产；反应物充分接触，反应转化率高。缺点是反应速度慢，且反应过程中PF5会与有机溶剂反应引入大量杂质；有机溶剂与LiPF₆会形成复合物，使产品溶剂的脱除十分困难。

2.4络合法

络合法又称有机溶剂分散法，是将反应原料分散于有机溶剂中形成悬浮态体系使反应连续进行，该工艺制备的LiPF₆与有机溶剂易形成络合物，再进行纯化处理。以乙腈为络合剂为例，将固体LiF溶于乙腈，缓慢通入PF₅气体，在一定温度下反应得到Li(CH₃CN)₄PF₆，再通过减压的方法挥发除掉CH₃CN后得到LiPF₆。

反应方程式为：PF₅+LiF+4CH₃CN→Li(CH₃CN)₄PF₆→LiPF₆ 。

络合法在反应过程中未使用HF，对反应容器防腐蚀要求降低，操作相对安全；反应迅速，所生成的LiPF₆纯度较高；但反应过程中PF₅与有机溶剂反应引入杂质。此外，有机溶剂与LiPF₆会形成复合物，难以甚至不能分离出LiPF₆晶体，限制LiPF₆的实际应用。

2.5离子交换法

离子交换法又称转化法，是一种利用含锂化合物与六氟磷酸盐（XPF₆，其中 X=Na⁺，K⁺，NH⁴⁺等） 在有机溶剂中发生离子交换反应制备 LiPF₆的方法。

反应方程式为：XPF₆+Li+→LiPF₆+X 

该方法的优点为：反应可在较低温度下进行，且反应过程中无 HF，PF₅等强腐蚀性原料，对设备防腐蚀要求低，是一种较为安全绿色的工艺。缺点：由于原料中的 XPF₆往往过量，所制得的 LiPF₆纯度不高，含有未反应的六氟磷酸盐杂质，必须对产品进行进一步纯化；XPF₆中的X可能会与有机溶剂发生副反应，生成难以去除的醇类杂质；生产原料贵，生产成本高且原料易吸水潮解，难以实现大型生产，目前还处于实验室研究阶段。

2.6其他方法

南昌大学郑典模等以六氟磷酸和吡啶为原料反应生成吡啶六氟磷酸，再以吡啶六氟磷酸和碳酸锂为原料反应制备吡啶六氟磷酸锂，最后将吡啶六氟磷酸锂在真空条件下分解得到电池级 LiPF6。

谭云东采用氯化锂（LiCl）和五氯化磷（PCl₅）在有机溶剂中常温常压下反应后，蒸发有机溶剂制得LiPF₆，而后以LiPF₆和无水HF为原料，在-40℃~-20℃下反应，结晶、分离、干燥，制备LiPF6。

甘肃立焘新能源科技发展有限公司缪世伟等采用氟化钙作为氟源，以有机溶剂作为溶剂，制备过程中避免使用HF，使制备过程以及产物更加安全，得到LiPF₆ 直接冷冻结晶干燥即可得到高纯度的LiPF₆，不需要借助任何溶剂。

虽然这些方法在实验室中已经取得了一些进展，但仍面临很多问题，距离工业化生产还有一定距离。

三、六氟磷酸锂的市场前景

《汽车产业中长期发展规划》及《节能与新能源汽车技术路线图》指出，到 2020~2025年，我国要迈入世界汽车强国行列，实现新能源汽车全产业链发展。2025年目标：新能源汽车销量将占总销量20%以上，新能源汽车保有量达2000万辆以上；2030年目标：新能源汽车将占汽车总销量40%以上，新能源汽车保有量超8000万辆。同时，我国的电动车需求市场非常大。巨大的电动车带动了锂离子电池的发展与需求，作为重要的电解质六氟磷酸锂也随之水涨船高。

整体来讲，六氟磷酸锂的价格走强，一方面是需求端的带动，终端新能源汽车市场恢复超预期，对产业链上下游原材料需求带动明显。乘联会发布的4月份新能源汽车零售销量为16.3万辆，同比更是大幅增长192.8%。另一方面，由于六氟磷酸锂自身的生产和扩产周期长，叠加环保评估等手续，供给端缺口明显。其次，一季度国内六氟磷酸锂累计出口量同比33%，六氟磷酸锂出口的景气度也加剧了紧张局面。

目前，六氟磷酸锂行业库存处于近三年来同期最低水平，考虑下游新能源汽车产销数据依然良好，六氟磷酸锂供需偏紧的格局或将延续。但是，我国企业由于在氟化工领域具有较强的专业技术及人才储备，长远来看（排除原材料的影响），六氟磷酸锂各生产企业之间较量的只能是生产成本和产品质量。

四、小结

新能源是全球发展的方向，锂离子电池是新能源的一个重要方面。随着技术的发展，锂离子电池也在不断进步，未来5年将会有一个大的发展，锂离子电池产量将达到约800 GW·h/a，需求电解液将达到约90万t/a，消耗六氟磷酸锂将达到约10万t/a。 

预计在未来几年内，传统氟化氢法仍将是六氟磷酸锂产品的主流制备工艺路线。如何通过工艺深度优化及供应链深度协作尽可能提升产品质量、降低产品生产成本仍然是今后考虑的一个重点。尽管目前有不少企业在研发甚至推出新型锂盐以提高电池的特性，但是现在还不足以撼动六氟磷酸锂的地位或者完全替代六氟磷酸锂。

参考来源：

孙新华等：锂离子电池电解质六氟磷酸锂市场分析

杨鹏举等：高品质六氟磷酸锂合成工艺研究进展

赵永锋等：高纯六氟磷酸锂晶体产业化制备工艺研究进展

李文明：六氟磷酸锂合成工艺研究进展

东方财富网：电解液关键原料价格大涨140% 创4年新高！概念股名单出炉

长江商报：六氟磷酸锂价格持续上涨 六氟磷酸锂概念股迎来风口

注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！

本文地址：http://www.libattery.net/news/details343.html