Hexafluorophosphate de lithium
| Hexafluorophosphate de lithium | |
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| Structure de l'hexafluorophosphate de lithium | |
| Identification | |
|---|---|
| Nom UICPA | hexafluorophosphate de lithium |
| No CAS | |
| No ECHA | 100.040.289 |
| No CE | 244-334-7 |
| PubChem | 23688915 |
| ChEBI | 172376 |
| SMILES | |
| InChI | |
| Apparence | Poudre blanche inodore soluble dans l'eau[1] |
| Propriétés chimiques | |
| Formule | LiPF6 |
| Masse molaire[2] | 151,905 ± 0,002 g/mol F 75,04 %, Li 4,57 %, P 20,39 %, |
| Propriétés physiques | |
| T° fusion | 200 °C[1] (décomposition) |
| Solubilité | soluble dans l'eau[1] à 20 °C |
| Masse volumique | 1,5 g·cm-3[1] à 20 °C |
| Précautions | |
| SGH[1] | |
   Danger |
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| NFPA 704[3] | |
| Transport[1] | |
| Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire. | |
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L'hexafluorophosphate de lithium est un composé chimique de formule LiPF6. C'est le sel d'acide hexafluorophosphorique et d'hydroxyde de lithium. Il se présente comme une poudre blanche inodore soluble dans l'eau, où il se dissocie en cations de lithium Li+ et anions hexafluorophosphate PF6−. Ses propriétés font de ce matériau un très bon électrolyte pour piles au lithium et accumulateurs lithium-ion[4], au point qu'on le retrouve dans presque tous les composants au lithium[5]. Il peut également être employé comme catalyseur dans la conversion des alcools tertiaires en tétrahydropyrane[6]. On le produit en faisant réagir du pentachlorure de phosphore PCl5 avec du fluorure de lithium LiF et du fluorure d'hydrogène HF[7],[8] :
L'hexafluorophosphate de lithium pur solide est stable jusqu'à 107 °C, température au-dessus de laquelle il commence à se décomposer[9] en fluorure de lithium LiF et pentafluorure de phosphore PF5, ce dernier étant gazeux :
L'accélération de la réaction au-dessus de 160 °C conduit à une augmentation significative de la pression en raison de l'accumulation de PF5, la décomposition étant rapide à partir de 200 °C[10].
En présence d'eau, par exemple d'humidité, LiPF6 ne libère pas de PF5 mais s'hydrolyse dès 70 °C[11] en fluorure d'hydrogène HF et fluorure de phosphoryle POF3[9],[12], tous deux gazeux :
Dans les accumulateurs lithium-ion, l'hexafluorophosphate de lithium réagit avec le carbonate de lithium Li2CO3, réaction catalysée par de petites quantités de fluorure d'hydrogène[13] :
La conductivité électrique des solutions d'hexafluorophosphate de lithium dans les solvants aprotiques est considérablement plus élevée que celle d'autres sels de lithium[5]. Dans les esters de carbonate (solvants de carbonates organiques) tels que le mélange EC / DMC pour batteries (carbonate d'éthylène (CH2O)2CO / carbonate de diméthyle (CH3O)2CO), la conductivité obtenue est plus élevée que dans des solutions de même concentration de perchlorate de lithium LiClO4 ou de tétrafluoroborate de lithium LiBF4, par exemple 11,2 mS/cm pour une solution molaire de LiPF6 dans de l'EC/DMC 50:50[5].
Le LiPF6 est moins toxique que l'hexafluoroarséniate de lithium (de) LiAsF6. De plus, il forme dans les accumulateurs lithium-ion une couche de passivation contenant du fluorure d'aluminium AlF3 sur les couches d'aluminium des collecteurs de courant, ce qui limite leur corrosion. La concentration de solution d'électrolyte est généralement molaire, car la conductivité décroît lorsque la concentration s'écarte de cet optimum[5].
Notes et références
[modifier | modifier le code]- Entrée « Lithium hexafluorophosphate » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 31 décembre 2021 (JavaScript nécessaire)
- Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- « Fiche du composé Lithium hexafluorophosphate, 98% », sur Alfa Aesar (consulté le ).
- (en) John B. Goodenough et Youngsik Kim, « Challenges for Rechargeable Li Batteries », Chemistry of Materials, vol. 22, no 3, , p. 587-603 (DOI 10.1021/cm901452z, lire en ligne)
- (en) T. Richard Jow, Kang Xu, Oleg Borodin, Makoto Ue, « Nonaqueous Elektrolytes: Advances in Lithium Salts », Electrolytes for lithium and lithium-ion batteries, Springer, 2014, p. 5-26. (ISBN 978-1-4939-0301-6)
- (en) Nao Hamada et Tsuneo Sato, « Lithium Hexafluorophosphate-Catalyzed Efficient Tetrahydropyranylation of Tertiary Alcohols under Mild Reaction Conditions », Synlett, vol. 10, , p. 1802-1804 (DOI 10.1055/s-2004-829550, lire en ligne)
- (en) J.B. Dunn, L. Gaines, M. Barnes, J. Sullivan et M. Wang, « Material and Energy Flows in the Materials Production, Assembly, and End-of-Life Stages of the Automotive Lithium-Ion Battery Life Cycle » [PDF], sur greet.es.anl.gov, Laboratoire national d'Argonne, (consulté le ), p. 28.
- (en) Brian O’Leary, « High-Volume Manufacturing of LiPF6, A Critical Lithium-ion Battery Material » [PDF], sur energy.gov, Département de l'Énergie des États-Unis, (consulté le ), p. 5.
- (en) Hui Yang, Guorong V. Zhuang et Philip N. Ross Jr., « Thermal stability of LiPF6 salt and Li-ion battery electrolytes containing LiPF6 », Journal of Power Sources, vol. 161, no 1, , p. 573-579 (DOI 10.1016/j.jpowsour.2006.03.058, Bibcode 2006JPS...161..573Y, lire en ligne)
- (en) Qingsong Wang, Jinhua Sun, Shouxiang Lu, Xiaolin Yao et Chunhua Chen, « Study on the kinetics properties of lithium hexafluorophosphate thermal decomposition reaction », Solid State Ionics, vol. 177, nos 1-2, , p. 137-140 (DOI 10.1016/j.ssi.2005.09.046, lire en ligne)
- (en) Kang Xu, « Nonaqueous Liquid Electrolytes for Lithium-Based Rechargeable Batteries », Chemical Reviews, vol. 104, no 10, , p. 4303-4418 (PMID 15669157, DOI 10.1021/cr030203g, lire en ligne)
- (en) Xiang-Guo Teng, Fa-Qiang Li, Pei-Hua Ma, Qi-Du Ren et Shi-You Li, « Study on thermal decomposition of lithium hexafluorophosphate by TG–FT-IR coupling method », Thermochimica Acta, vol. 436, nos 1-2, , p. 30-34 (DOI 10.1016/j.tca.2005.07.004, lire en ligne)
- (en) Yujing Bi, Tao Wang, Meng Liu, Rui Du, Wenchao Yang, Zixuan Liu, Zhe Peng, Yang Liu, Deyu Wang et Xueliang Sun, « Stability of Li2CO3 in cathode of lithium ion battery and its influence on electrochemical performance », RSC Advances, vol. 6, no 23, , p. 19233-19237 (DOI 10.1039/C6RA00648E, lire en ligne)
