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1所示。

圖1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尖端材料，無愧于電解液的靈魂之稱。

圖2 六氟磷酸鋰室溫下為白色結晶或粉末

作為電解液材料綜合性能良好，但缺點是熱穩定性不好，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、適中的解離常數、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，以期實現六氟磷酸鋰的替代，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定性強，陰極的穩定電壓達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定，60℃左右發生分解，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展，對其純度、穩定性、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均采用該種方法實現工業化生產。因此，我們主要介紹實現了連續、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。該方法易于進行且易于控制，工藝流程如圖所示。

圖3 森田新能源有限公司制備六氟磷酸鋰工藝流程圖

多氟多（002407）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。工藝流程如圖4所示。

圖4 多氟多自主研發制備六氟磷酸鋰工藝流程圖

值得一提的是，多氟多不僅在六氟磷酸鋰最終制備環節擁有數項專利，根據其獲得國家科技進步獎所披露資料，其把原料的提純作為非常重要的任務進行創新突破。首先在對碳酸鋰提純后，再做成超純的氟化鋰，最后生成超純的六氟磷酸鋰。在原料的純化過程中，無論是氟的來源還是鋰的來源，多氟多發明的超聲誘導成核、梯度降溫結晶技術，極大地改善了原有的工藝缺陷。目前，多氟多對于原料純化技術的控制，可以達到從鹽湖的鋰礦一直能做到超純碳酸鋰，并建立起自產的超純氫氟酸生產線。多氟多業已成長為擁有高純晶體六氟磷酸鋰產能6000噸，產量和市場份額均居全球第一的龍頭企業。

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。

湖北諾邦化學有限公司作為湖北省唯一生產鋰電池電解液材料的公司，其采用有機溶劑法制備六氟磷酸鋰工藝流程圖如圖所示。

圖5 湖北諾邦化學有限公司制備六氟磷酸鋰工藝流程圖

小結

寧德時代在美上市獲得巨大漲幅的事件再次表明，整個新能源產業鏈仍是未來極具吸引力的方向，基于國家的保護政策和龐大的市場基數，我國新能源車市場和行業的全球占有率居于首位。但是，國內企業的發展依賴于補貼政策，若想在未來利于不敗之地，還是要從最基礎的材料研發開始。

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）以下，這使得業界不得不對六氟磷酸鋰的生產工藝優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，都是其愈發強勢的關鍵。

參考文獻

高純晶體六氟磷酸鋰新工藝探討及市場供需分析；多氟多化工股份有限公司，劉海霞。

六氟磷酸鋰合成工藝概述；江西省化學工業設計院，公振宇。

一種快速制備六氟磷酸鋰的方法；森田化工（張家港）有限公司，堀尾博英。

原標題:電解液的靈魂材料----六氟磷酸鋰