鋰離子電池的四種關(guān)鍵材料包括正極、負(fù)極、電池隔板和電解質(zhì)。電解質(zhì)在電池的正極和負(fù)極之間輸送離子和離子化合物。其性能直接決定了鋰離子電池的導(dǎo)電性、容量和產(chǎn)量。電壓電解質(zhì)通常由高純度有機(jī)溶劑、溶質(zhì)和少量添加劑按一定比例制備。其中，六氟磷酸鋰是電解質(zhì)溶質(zhì)材料之一。

什么是六氟磷酸鋰

六氟磷酸鋰是電解液成本中最重要的部分，約占電解液總成本的43%。六氟磷酸鋰的生產(chǎn)技術(shù)門檻較高，尤其是高純度結(jié)晶六氟磷酸鈉的生產(chǎn)。可以說(shuō)，六氟磷酸鋰作為鋰電池行業(yè)的前沿材料，是電解質(zhì)的重要組成部分。作為電解質(zhì)材料，整體性能良好，但缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性不好，容易潮解，因此需要低溫儲(chǔ)存并與空氣隔離。

六氟磷酸鋰的不可替代性

六氟磷酸鋰在常用有機(jī)溶劑中具有中等的離子轉(zhuǎn)移數(shù)、中等的解離常數(shù)、良好的抗氧化性和良好的鋁箔鈍化能力，可與各種正極和負(fù)極材料匹配。因此，它已成為商業(yè)儲(chǔ)能中最重要的電解質(zhì)鋰鹽。

研究人員不斷嘗試開發(fā)新的鋰鹽，以取代六氟磷酸鋰，但迄今為止尚未成功。因此，預(yù)計(jì)在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，六氟磷酸鋰仍將是唯一大規(guī)模使用的電解質(zhì)鹽，其獨(dú)特性主要取決于鋰、磷和氟三種元素。

鋰是最輕的堿金屬元素和摩爾質(zhì)量最小的金屬元素，也是氧化還原電位最低、質(zhì)量能量密度最大、電化學(xué)當(dāng)量最高的金屬元素。這些特性決定了鋰是高比能電極材料。

氟是自然界中電負(fù)性最強(qiáng)的元素，也是非金屬元素中最活躍的元素，同時(shí)也是標(biāo)準(zhǔn)電極電位最高的元素。氟和鋰的組合構(gòu)成了電化學(xué)可逆電池，最大電勢(shì)為5.93V，電池的比能量最高。同時(shí)，鋰和氟的半徑非常小，使得它們適合作為鋰電池的電極材料。

此外，六氟磷酸鹽的締合能力較差，因此其電解質(zhì)的電導(dǎo)率相對(duì)較高，高于一般無(wú)機(jī)鋰鹽。六氟磷酸鋰具有很強(qiáng)的電化學(xué)穩(wěn)定性，陰極的穩(wěn)定電壓達(dá)到5.1V，遠(yuǎn)高于鋰離子電池所需的4.2V。它不會(huì)腐蝕集電體，其綜合性能比其他鋰鹽更強(qiáng)。

六氟磷酸鋰非常不穩(wěn)定，在60°C左右分解，也容易潮解。通常，六氟磷酸鉀產(chǎn)品應(yīng)在無(wú)水氟化氫和低烷基醚等非水溶劑中制備。此外，如果六氟磷酸鋰朝著鋰離子電池和動(dòng)力電池的方向發(fā)展，對(duì)其純度、穩(wěn)定性和一致性的要求非常高。同時(shí)，六氟磷酸鋰的生產(chǎn)工藝涉及低溫、強(qiáng)腐蝕、無(wú)水無(wú)塵等苛刻的工作條件，工藝難度極大。

六氟磷酸鋰的制備方法主要有氣固反應(yīng)法、有機(jī)溶劑法和氟化氫溶劑法。目前主流的六氟磷酸鋰制備方法是氟化氫溶劑法，占所有工業(yè)生產(chǎn)方法的80%以上，許多大型企業(yè)采用這種方法實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。因此，我們主要介紹實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)的氟化氫溶劑法。

1.氣固反應(yīng)法

氣固反應(yīng)法是最早的六氟磷酸鋰制備方法，由美國(guó)科學(xué)家于1950年提出。氣固反應(yīng)法的制備過(guò)程主要包括兩個(gè)步驟：

LiF（固體）+HF（氣體）→ LiHF2（固體）→ LiF（多孔）+HF（氣體）

LiF（多孔）+PF5（氣體）→ 鋰PF6

該合成方法操作簡(jiǎn)單，在高溫和高溫下進(jìn)行，但生成的六氟磷酸鋰會(huì)覆蓋腐蝕的鋰表面，形成致密的保護(hù)膜，這阻止了反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，導(dǎo)致最終產(chǎn)物中存在大量未反應(yīng)的氟化鋰，產(chǎn)品純度相對(duì)較低。如果進(jìn)一步提純，工藝和成本將增加，純度不易保證。如果使用多孔LiF與高純度PF5氣體反應(yīng)，可以制備純度為99.9%的六氟磷酸鋰，但制備成本相對(duì)較高。

2.氟化氫溶劑法

氟化氫溶劑法是目前最廣泛使用的六氟磷酸鋰的制備方法。氟化氫溶劑法是將鹵化鋰溶解在無(wú)水氟化氫中，然后引入高純度的PF5氣體反應(yīng)生成六氟磷酸鉀晶體，然后通過(guò)分離和干燥獲得六氟磷酸鋰產(chǎn)品。

3.有機(jī)溶劑法

有機(jī)溶劑法的制備過(guò)程類似于氟化氫溶劑法。不同之處在于，由有機(jī)溶劑制備的產(chǎn)物的純度僅為90%至95%。該產(chǎn)品易于吸收有機(jī)溶劑，難以進(jìn)一步去除，不易生產(chǎn)固體六氟磷酸鋰。

六氟磷酸鋰需求分析與預(yù)測(cè)

數(shù)據(jù)顯示，2020年六氟磷酸鋰需求量約為3.5萬(wàn)噸，到2022年預(yù)測(cè)需求量約5.5萬(wàn)噸，2025年預(yù)測(cè)六氟磷酸鈉需求量約10萬(wàn)噸。

六氟磷酸鋰產(chǎn)能分析

供應(yīng)方面，全球六氟磷酸鋰產(chǎn)能主要集中在中國(guó)、日本和韓國(guó)，其中中國(guó)占比最高。2020年，中國(guó)六氟磷酸鋰行業(yè)總產(chǎn)能約為5.65萬(wàn)噸。

中國(guó)是繼日本之后第二個(gè)實(shí)現(xiàn)六氟磷酸鋰工業(yè)化的國(guó)家。隨著中國(guó)六氟磷酸鋰產(chǎn)能的快速擴(kuò)張，中國(guó)對(duì)六氟磷酸鈉的進(jìn)口依賴大幅下降，中國(guó)已成為六氟磷酸鉀的最大生產(chǎn)國(guó)。數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)六氟磷酸鋰的出貨量約占全球總量的70%。

1998年，中國(guó)六氟磷酸鋰的價(jià)格為500萬(wàn)至700萬(wàn)元/噸，2004年為60萬(wàn)元/每噸。由于金牛在2003年生產(chǎn)六氟磷酸鋰，以及日本森田在中國(guó)生產(chǎn)六氟磷酸鹽鋰，2013年六氟磷酸鹽的價(jià)格降至約25萬(wàn)元/噸。

2013年后，由于六氟磷酸鋰生產(chǎn)商的陸續(xù)生產(chǎn)，六氟磷酸鈉產(chǎn)能過(guò)剩，價(jià)格逐漸下降。到2015年第二季度，價(jià)格達(dá)到了8萬(wàn)元/噸的最低點(diǎn)。2015年下半年，由于鋰離子電池產(chǎn)能的快速增長(zhǎng)，與動(dòng)力電池相關(guān)的材料價(jià)格大幅上漲。作為鋰電池電解質(zhì)原材料的六氟磷酸鋰價(jià)格開始飆升，2016年僅幾個(gè)月就漲到40萬(wàn)元/噸或更多。后期，六氟磷酸鋰產(chǎn)能增加，價(jià)格再次開始下降。到2020年，六氟磷酸鋰的價(jià)格將回到8萬(wàn)元/噸。這個(gè)

2020年后，六氟磷酸鋰的產(chǎn)能利用率繼續(xù)提高。隨著下游需求的意外增長(zhǎng)，六氟磷酸鋰一改過(guò)去產(chǎn)能過(guò)剩的狀態(tài)，呈現(xiàn)出高啟動(dòng)和低庫(kù)存并存的局面。2021 7月12日，中國(guó)六氟磷酸鋰市場(chǎng)價(jià)格上漲至385000元/噸，環(huán)比上漲22.22%，較年初上漲259.81%，同比上漲431.03%。

總結(jié)

新能源產(chǎn)業(yè)是世界未來(lái)發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。鋰離子電池是新能源行業(yè)的重要組成部分，如Powerwall、便攜式電站、家庭儲(chǔ)能等。未來(lái)幾年，需求也將面臨高增長(zhǎng)。作為電解質(zhì)的主要電解質(zhì)，六氟磷酸鋰在需求和產(chǎn)能之間仍有較大差距。