Hexafluorophosphate de lithium

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] :

PCl₅ + LiF + 5 HF ⟶ LiPF₆ + 5 HCl.

Hexafluorophosphate de lithium
Structure de l'hexafluorophosphate de lithium
Identification
Nom UICPA	hexafluorophosphate de lithium
No CAS	21324-40-3
No ECHA	100.040.289
No CE	244-334-7
PubChem	23688915
ChEBI	172376
SMILES	[Li+].F[P-](F)(F)(F)(F)F PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/F6P.Li/c1-7(2,3,4,5)6;/q-1;+1 Std. InChIKey : AXPLOJNSKRXQPA-UHFFFAOYSA-N
Apparence	Poudre blanche inodore soluble dans l'eau[1]
Propriétés chimiques
Formule	F6LiPLiPF6
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 H301, H314, H372, P260, P280, P301+P330+P331+P310, P303+P361+P353, P304+P340+P310 et P305+P351+P338 H301 : Toxique en cas d'ingestion H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires H372 : Risque avéré d'effets graves pour les organes (indiquer tous les organes affectés, s'ils sont connus) à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) P260 : Ne pas respirer les poussières/fumées/gaz/brouillards/vapeurs/aérosols. P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P301+P330+P331+P310 : En cas d'ingestion : rincer la bouche. NE PAS faire vomir. Appeler immédiatement un CENTRE ANTIPOISON/ un médecin. P303+P361+P353 : En cas de contact avec la peau (ou les cheveux) : enlever immédiatement les vêtements contaminés. Rincer la peau à l’eau/se doucher. P304+P340+P310 : En cas d'inhalation : transporter la victime à l’extérieur et la maintenir au repos dans une position où elle peut confortablement respirer. Appeler immédiatement un CENTRE ANTIPOISON/un médecin. P305+P351+P338 : En cas de contact avec les yeux : rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes. Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer.
NFPA 704[3]
0 3 0
Transport[1]
886 2923 Code Kemler : 886 : matière très corrosive et toxique Numéro ONU : 2923 : SOLIDE CORROSIF, TOXIQUE, N.S.A. Classe : 8 Étiquettes : 8 : Matières corrosives 6.1 : Matières toxiques Emballage : Groupe d'emballage I : matières très dangereuses ;
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

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 :

LiPF₆ ⟶ LiF + PF₅↑.

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 :

LiPF₆ + H₂O ⟶ LiF + 2 HF↑ + POF₃↑.

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] :

LiPF₆ + Li₂CO₃ ⟶ POF₃ + CO₂ + 3 LiF.

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 (en) 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].