鋰離子電池四大關鍵材料包括正極、負極、隔膜、電解液，其中電解液在電池正負極之間進行離子和離子化合物的傳輸，它的性能直接決定了鋰電池的電導率、容量和輸出電壓。電解液一般由高純度的有機溶劑、溶質和少量添加劑按一定比例配制而成，其主要組成部分如圖所示。

圖：鋰電池電解質主要組成部分

六氟磷酸鋰是電解液成本最重要的組成部分，約占到電解液總成本的43%。六氟磷酸鋰的生產技術門檻較高，尤其是高純晶體六氟磷酸鋰的生產。可以說，六氟磷酸鋰作為鋰電池行業(yè)尖端材料，無愧于電解液的靈魂之稱。

作為電解液材料綜合性能良好，但缺點是熱穩(wěn)定性不好，易于潮解，因此需在低溫隔絕空氣下保存。

六氟磷酸鋰的不可替代性

六氟磷酸鋰在常用有機溶劑中具有適中的離子遷移數(shù)、適中的解離常數(shù)、較好的抗氧化性能和良好的鋁箔鈍化能力，又能與各種正負極材料匹配，從而成為商品化鋰離子電池使用的最主要電解質鋰鹽。科研人員不斷嘗試著新型鋰鹽的開發(fā)，以期實現(xiàn)六氟磷酸鋰的替代，但是，至今仍未成功。因此，預計今后較長一段時間內，六氟磷酸鋰仍然是大規(guī)模使用的唯一電解質鹽分，其唯一性主要取決于組成的鋰、磷、氟三種元素。

鋰元素是最輕的堿金屬元素和摩爾質量最小的金屬元素，也是氧化還原電位最低、質量能量密度最大、電化學當量最高的金屬元素，這些特性決定了鋰是一種高比能量的電極材料;氟元素是自然界電負性最強和非金屬元素中活性最強的元素，也是標準電極電位最高的元素。氟和鋰結合組成電化學可逆電池，電勢最高達到5.93V，電池比能量最高，同時鋰和氟兩元素的半徑極小，適合作鋰電池的電極材料。

此外，六氟磷酸根的締合能力較差，因此其電解液的電導率較大，高于一般無機鋰鹽。六氟磷酸鋰的電化學穩(wěn)定性強，陰極的穩(wěn)定電壓達5.1V，遠遠高于鋰離子電池要求的4.2V，且不腐蝕集流體，綜合性能強于其它鋰鹽。

六氟磷酸鋰的制備工藝及其應用情況

六氟磷酸鋰性質十分不穩(wěn)定，60℃左右發(fā)生分解，也極易潮解，一般六氟磷酸鉀產品制備時要在無水氟化氫、低烷基醚等非水溶劑中進行。而且六氟磷酸鋰若往鋰離子電池和動力電池方向發(fā)展，對其純度、穩(wěn)定性、一致性要求非常高。同時，六氟磷酸鋰生產過程涉及低溫、強腐蝕、無水無塵等苛刻工況條件，工藝難度極大。

六氟磷酸鋰的制備方法主要有氣固反應法、有機溶劑法和氟化氫溶劑法等。目前，國內外主流六氟磷酸鋰制備方法是氟化氫溶劑法，在所有工業(yè)化生產方法中占80%以上，日本森田化工、金牛化工、多氟多化工、江蘇九九久等大型企業(yè)均采用該種方法實現(xiàn)工業(yè)化生產。因此，我們主要介紹實現(xiàn)了連續(xù)、自動化生產的氟化氫溶劑法。

1.氣固反應法

氣固反應法是最早的六氟磷酸鋰制備方法，由美國科學家于1950年提出。氣固反映法制備過程主要包括兩步：

LiF(固體)+HF(氣)→LiHF2(固體)→LiF(多孔)+HF(氣)

LiF(多孔)+PF5(氣)→LiPF6

該合成方法操作簡單，在高溫高溫下進行，但生成的六氟磷酸鋰會覆蓋在腐化鋰表面形成一層致密的保護膜，阻止了反應的進一步進行，從而導致最終產品中含有大量未反應的氟化鋰，產品純度相對偏低。如進一步提純，將增加工序、成本，且純度也不易保證。如若使用多孔LiF與高純PF5氣體反應可制得純度為99.9%的六氟磷酸鋰，但制備成本較高。

2.氟化氫溶劑法

氟化氫溶劑法是目前應用最為廣泛的六氟磷酸鋰制備方法。氟化氫溶劑法是將鹵化鋰溶解在無水氟化氫中，再通入高純PF5氣體進行反應，生成六氟磷酸鉀晶體，再經(jīng)過分離、干燥得到六氟磷酸鋰產品。

森田新能源材料有限公司(日資控股)使用氟化氫液體于五氯化磷反應得到PF5與氯化氫的混合氣體，再將該混合氣體通入到氟化氫和LiF中制得六氟磷酸鉀溶液。所得六氟磷酸鉀溶液經(jīng)過濾除去不溶性雜質，濾液進行攪拌晶析，最后進行干燥得到六氟磷酸鋰產品。

多氟多將純化后的PF5通入到溶解有LiF的無水氫氟酸溶液中，得到六氟磷酸鋰溶液，再將功率為200~400W、頻率為15~40KHz的超聲波作用于待結晶的六氟磷酸鋰溶液。-30~-20℃結晶2~3小時，再經(jīng)分離、干燥即得到六氟磷酸鋰。該方法可以有效縮短誘導期，加快結晶速度，從而提高產品收率，降低生產成本;可以使產品的粒度分布范圍變窄，且減少產品中包裹的雜質含量，從而得到顆粒均勻、純度高的六氟磷酸鋰。

3.有機溶劑法

有機溶劑法的制備過程與氟化氫溶劑法相似，其制備不同點在于，有機溶劑制備的產品純度只有90%~95%，產品易吸附有機溶劑，進一步脫除比較困難且不易生產固體六氟磷酸鋰。

小結

電池是新能源汽車的心臟，正負極材料、隔膜、電解液這些鋰電池關鍵材料每一樣都深刻影響著鋰電池技術的發(fā)展。六氟磷酸鋰作為電解液生產的最基礎材料，容易被忽略，但是其粒度分布、雜質含量卻制約著鋰電池的發(fā)展，尤其是對于雜質含量，諸如納、鉀、鐵等金屬元素以及硫酸根、硝酸根等都要求在十萬分之一(質量分數(shù))以下，這使得業(yè)界不得不對六氟磷酸鋰的生產工藝優(yōu)化及其原料純化技術投入更多資金。從多氟多近幾年的成功來看，其對于鹽湖提鋰、碳酸鋰及氫氟酸純化的技術儲備，都是其愈發(fā)強勢的關鍵。