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制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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-voltagelithium-metalbatteries；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-freelithium-metalbatteries；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，本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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专利技术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。本专利技术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。在本专利技术的一实施例中，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-fluoroethylmethylcarbonate；FEMC)、二氟乙酸乙酯(ethyldifluoroacetate；DFEAc)、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(di-2,2,2-trifluoroethylcarbonate；TFEC)或其组合。在本专利技术的一实施例中，上述的至少一种含氟的醚包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(1,1,2,2-Tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropylether；TTE)、1,1,2,2-四氟乙基丙基醚(propyl1,1,2,2-tetrafluoroethylether)、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚(1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoroethylether；HFE)、甲基九氟丁醚(1,1,1,2,2,3,3,4,4-nonafluoro-4-methoxybutane；PFE-1)、九氟异丁基甲醚(2-[difluoro(methoxy)methyl]-1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane；PFE-2)或其组合。在本专利技术的一实施例中，上述的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2：8～1：1。在本专利技术的一实施例中，上述的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3：7。在本专利技术的一实施例中，上述的非水性电解液包括一种含氟的环状碳酸酯以及一种含氟的醚。在本专利技术的一实施例中，上述的非水性电解液更包括锂盐。本专利技术的另一种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、至少一种含氟的醚以及至少一种不含氟的碳酸酯。至少一种含氟的环状碳酸酯、至少一种含氟的醚与至少一种不含氟的碳酸酯的体积比为3：(6～3)：(1～4)。在本专利技术的一实施例中，上述的至少一种不含氟的碳酸酯包括碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯或其组合。在本专利技术的一实施例中，上述的至少一种含氟的环状碳酸酯、至少一种含氟的醚与至少一种不含氟的碳酸酯的体积比为3：5：2。本专利技术的锂金属二次电池或锂离子二次电池包括负极、正极以及上述的非水性电解液。基于上述，本专利技术提供一种可用于高电压锂金属二次电池以及包括高电压正极材料的锂离子二次电池的非水性电解液，其成份包括含氟的环状碳酸酯以及含氟的醚，且其的体积比为1：9～9：1。另外，在较佳的实施例中，上述的非水性电解液的成份更包括不含氟的碳酸酯，且含氟的环状碳酸酯、含氟的醚以及不含氟的碳酸酯的体积比为3：(6～3)：(1～4)。基于此，本专利技术的非水性电解液可使锂金属二次电池或锂离子二次电池的负极在充放电时形成稳定的界面膜，进而具有高的库伦效率、电量保持率且以及循环寿命。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1为本专利技术的一实施例的锂金属二次电池或锂离子二次电池的剖面示意图。图2示出本专利技术的一实施例的锂金属二次电池的库伦效率及比电容量随着循环次数变化的曲线图。图3示出本专利技术的一实施例的锂金属二次电池中对于锂的沉积/剥离表现的电压对时间曲线图。图4示出本专利技术的一实施例的锂金属二次电池的充放电曲线图。图5示出本专利技术的一实施例的锂金属二次电池的交流阻抗图。图6示出比较例的锂金属二次电池的交流阻抗图。图7示出包括本专利技术的实施例1-实施例8的非水性电解液的锂金属二次电池历经20次循环后的放电曲线图。图8示出包括本专利技术的实施例1-实施例8的非水性电解液的锂金属二次电池的库伦效率随着循环次数变化的曲线图。图9示出包括本专利技术的实施例1-实施例8的非水性电解液的锂金属二次电池的电量保持率随着循环次数变化的曲线图。图10示出包括本专利技术的实施例3以及比较例2的非水性电解液的无阳极设计的锂金属二次电池各次历经3次循环以及15次循环后的充放电曲线图。图11示出包括本专利技术的实施例3以及比较例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非水性电解液，其特征在于，包括：/n至少一种含氟的环状碳酸酯；以及/n至少一种含氟的醚，/n其中所述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。/n

【技术特征摘要】
20191111 TW 1081408701.一种非水性电解液，其特征在于，包括：
至少一种含氟的环状碳酸酯；以及
至少一种含氟的醚，
其中所述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。


2.根据权利要求1所述的非水性电解液，其中所述至少一种含氟的环状碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸甲乙酯、二氟乙酸乙酯、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯或其组合。


3.根据权利要求1所述的非水性电解液，其中所述至少一种含氟的醚包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、甲基九氟丁醚、九氟异丁基甲醚或其组合。


4.根据权利要求1所述的非水性电解液，其中所述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2：8～1：1。


5.根据权利要求1所述的非水性电解液，其中所述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3：7。


6.根据权利要求1所述的非水性电解液，其中所述非水性电解液包括一种含氟的环状碳酸酯以及一种含氟的醚。

【专利技术属性】
技术研发人员：黄炳照，苏威年，程敬义，
申请(专利权)人：黄炳照，有量科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71