[发明专利]非水性电解液及含其的锂金属二次电池与锂离子二次电池

说明书

本发明提供一种非水性电解液，其中的有机溶剂包括至少一种含氟的环状碳酸酯以及至少一种含氟的醚。至少一种含氟的环状碳酸酯与所述至少一种含氟的醚的体积比为1：9～9：1。本发明另提供一种包括上述非水性电解液的锂金属二次电池及锂离子二次电池。

技术领域

本发明涉及一种非水性电解液以及包括所述非水性电解液的锂金属二次电池或锂离子二次电池。

背景技术

随着能量日益增长的使用需求，研发具有更高能量密度的锂电池等储能装置已为现在的趋势之一。习知的锂离子二次电池使用石墨作为其的负极，然而，但其由于具备较低的能量密度而无法提供所欲的能量。对于此问题，使电池具有更高能量密度的解决方法可包括提高电池的电压与使用具有高比容量的金属作为电池的负极等。基于此，高电压锂金属电池(High-voltage lithium-metal batteries；HVLMBs)被视为具有优异潜能的储能装置之一，原因在于其的锂金属负极的高比容量(约3860mAh/g)以及低的氧化还原电位。然而，高电压锂金属电池在充放电时常因锂金属的高活性、电解液在正极的分解以及在负极形成的不稳定的界面膜，导致其具有较低的库伦效率、电量保持率以及循环寿命。另外，无阳极设计的锂金属二次电池(Anode-free lithium-metal batteries；AFLMBs)亦被视为具有优异潜能的储能装置之一，其的特点是负极不包括任何的活性材料，并通过从正极中脱出的锂离子可逆的在负极上进行反复的沉积(deposition)和剥离来工作，然而，此工作方式将在负极形成更不稳定的界面膜且亦具有电解液在正极表面易分解的问题。

为了解决锂金属二次电池或锂离子二次电池具有的上述问题，本发明提供一种锂金属二次电池或锂离子二次电池用的新颖非水性电解液。习知的锂金属二次电池常使用例如碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯等环状碳酸酯来作为非水性电解液中的有机溶剂，然而，上述的环状碳酸酯具有较高的熔点且对于使用金属作为材料的负极及高电压的正极具有极高的反应性，其将使得锂金属二次电池于充放电时在负极上形成不稳定的界面膜。不稳定的界面膜例如包括树枝状结晶以及呆锂等现象，其将使得锂金属二次电池具有较低的库伦效率及电量保持率且减低锂金属二次电池的循环寿命。另外，在习知的锂离子二次电池中亦具有上述问题，其亦无法在过充时有效抑制枝晶的成长及高电压在正极的电解液分解反应。

发明内容

本发明提供一种非水性电解液以及包括其的锂金属二次电池或锂离子二次电池，上述的锂金属二次电池或锂离子二次电池由于包括本发明的非水性电解液而具有较高的库伦效率、电量保持率以及循环寿命。

本发明的用于锂金属二次电池或锂离子二次电池的非水性电解液包括至少一种含氟的环状碳酸酯以及至少一种含氟的醚。至少一种含氟的环状碳酸酯与至少一种含氟的醚的体积比为1：9～9：1。

在本发明的一实施例中，上述的至少一种含氟的环状碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯(4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one；FEC)、双氟代碳酸乙烯酯(4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one；DFEC)、氟代碳酸甲乙酯(3,3,3-fluoroethylmethyl carbonate；FEMC)、二氟乙酸乙酯(ethyl difluoroacetate；DFEAc)、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(di-2,2,2-trifluoroethyl carbonate；TFEC)或其组合。