KR20130079126A - 리튬 금속 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지 - Google Patents

리튬 금속 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지 Download PDF

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Abstract

리튬염; 및 1,3,5-트리옥산, 1,3-디옥솔란 및 불소계 환형 카보네이트를 포함하는 비수성 유기 용매를 포함하는 리튬 금속 전지용 전해액, 그리고 이를 포함하는 리튬 금속 전지가 제공된다.

Description

리튬 금속 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지{ELECTROLYTE FOR LITHIUM METAL BATTERY AND LITHIUM METAL BATTERY INCLUDING THE SAME}
본 기재는 리튬 금속 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지에 관한 것이다.
전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속히 발전함에 따라 고성능 및 고안전성의 이차 전지에 대한 수요가 최근 급격히 증가하고 있다. 특히, 전기, 전자 제품의 경박단소 및 휴대화 추세에 따라 핵심 부품인 이차 전지도 경량화 및 소형화가 요구되고 있다. 또한, 자동차의 대량 보급에 따른 대기 오염 및 소음 등의 환경 공해 문제 및 석유 고갈에 따른 새로운 형태의 에너지 수급원의 필요성이 대두됨에 따라 이를 해결할 수 있는 전기 자동차의 개발 필요성이 증가되어 왔으며 이들의 동력원으로서 고출력, 고에너지 밀도를 갖는 전지의 개발이 요구되고 있다.
이와 같은 요구에 부응하여 최근 각광을 받고 있는 고성능의 차세대 첨단 신형 전지 중의 하나가 리튬 금속 전지이다.
상기 리튬 금속 전지는 음극으로 리튬 금속이나 리튬 합금을 사용하는 전지로서, 이론적으로 매우 높은 에너지 용량을 갖고 있기 때문에 매력적인 소재 중의 하나이다.
그러나 리튬 금속 전지의 문제점 중의 하나는 리튬 금속의 높은 화학적/전기화학적 반응성으로 인한 부식성(corrosion) 때문에 리튬 전극의 표면에 두꺼운 저항층이 형성되는 것이다. 이러한 두꺼운 저항층은 셀 저항을 증가시켜 충방전시 용량 감소를 초래하게 된다.
본 발명의 일 구현예는 음극 표면에 덴드라이트(dendrite) 생성을 억제하고 안정한 보호피막을 형성하여 전지의 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있는 리튬 금속 전지용 전해액을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 리튬 금속 전지용 전해액을 포함하는 리튬 금속 전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 리튬염; 및 1,3,5-트리옥산, 1,3-디옥솔란 및 불소계 환형 카보네이트를 포함하는 비수성 유기 용매를 포함하는 리튬 금속 전지용 전해액을 제공한다.
상기 1,3,5-트리옥산은 상기 비수성 유기 용매의 총량에 대하여 5 내지 60 부피%로 포함될 수 있고, 상기 1,3-디옥솔란은 상기 비수성 유기 용매의 총량에 대하여 10 내지 80 부피%로 포함될 수 있고, 상기 불소계 환형 카보네이트는 상기 비수성 유기 용매의 총량에 대하여 5 내지 30 부피%로 포함될 수 있다.
상기 1,3,5-트리옥산 및 상기 1,3-디옥솔란은 1:1 내지 1:8의 부피비로 포함될 수 있다.
상기 불소계 환형 카보네이트는 모노플루오로에틸렌 카보네이트, 디플루오로에틸렌카보네이트 및 플루오로프로필렌 카보네이트로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2y +1SO2)(x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI 및 LiB(C2O4)2(LiBOB)로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 양극; 리튬 금속 및 리튬 합금으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 음극; 및 상기 전해액을 포함하는 리튬 금속 전지를 제공한다.
상기 양극은 황 원소 및 황 함유 화합물로부터 선택되는 적어도 하나의 양극 활물질을 포함할 수 있다.
상기 양극은 주위 공기에 노출될 수 있다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
음극 표면에 덴드라이트(dendrite) 생성을 억제하고 안정한 보호피막을 형성함으로써 전기화학적 성능이 우수한 리튬 금속 전지를 구현할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 리튬 금속 전지의 구조를 보여주는 개략도이다.
도 2는 실시예 1 내지 3에 따른 리튬 금속 전지의 율 특성을 보여주는 그래프이다.
도 3은 비교예 1 내지 3에 따른 리튬 금속 전지의 율 특성을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 　다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
일 구현예에 따른 리튬 금속 전지용 전해액은 리튬염 및 비수성 유기 용매를 포함한다.
상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 하는 것으로서, 1,3,5-트리옥산(1,3,5-trioxane), 1,3-디옥솔란(1 3-dioxolane) 및 불소계 환형 카보네이트를 포함할 수 있다.
상기 리튬 금속 전지는 음극으로 리튬 금속 및 리튬 합금으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용하는 전지이다. 리튬 금속은 높은 에너지 용량을 갖고 있는 반면, 화학적/전기화학적 반응성이 매우 높아 부식이 되면서 음극 표면에 두꺼운 저항층을 형성할 수 있다. 상기 비수성 유기 용매로서 상기 1,3,5-트리옥산, 상기 1,3-디옥솔란 및 상기 불소계 환형 카보네이트를 모두 혼합하여 사용할 경우, 리튬 이온의 균일한 산화 및 환원 반응을 유도하여, 음극 표면에 수지상의 덴드라이트(dendrite) 생성을 억제하고 안정한 보호피막을 형성함으로써 부식에 의한 리튬 금속의 손실(loss)을 억제시킬 수 있다. 이에 따라 전기화학적 성능이 우수한 리튬 금속 전지를 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 1,3,5-트리옥산은 상기 비수성 유기 용매에 첨가됨으로써 리튬음극표면에 전기화학적으로 안정하고 저항이 작은 피막을 형성하여 셀의 가용용량을 향상시킬 수 있다.
상기 1,3,5-트리옥산은 상기 비수성 유기 용매의 총량에 대하여 5 내지 60 부피%로 포함될 수 있고, 구체적으로는 5 내지 40 부피%로 포함될 수 있고, 더욱 구체적으로는 10 내지 30 부피%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내로 포함될 경우 음극 표면에 덴드라이트(dendrite) 생성을 억제하고 안정한 보호피막을 형성함으로써 전기화학적 성능이 우수한 리튬 금속 전지를 구현할 수 있고 상대적으로 낮은 휘발성으로 인하여 고온에서 전해질의 휘발에 의한 셀 스웰링(swelling)현상을 최소화할 수 있다.
상기 1,3-디옥솔란은 상기 비수성 유기 용매에 첨가됨으로써 금속 리튬 표면에 전기화학적으로 안정한 피막을 형성하여 덴드라이트 형성을 억제할 수 있으며, 낮은 점도에 의해 전해질의 저항을 낮출 수 있다.
상기 1,3-디옥솔란은 상기 비수성 유기 용매의 총량에 대하여 10 내지 80 부피%로 포함될 수 있고, 구체적으로는 30 내지 80 부피%로 포함될 수 있고, 더욱 구체적으로는 50 내지 80 부피%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내로 포함될 경우 음극 표면에 덴드라이트(dendrite) 생성을 억제하고 안정한 보호피막을 형성함으로써 전기화학적 성능이 우수한 리튬 금속 전지를 구현할 수 있다.
상기 1,3,5-트리옥산 및 상기 1,3-디옥솔란은 1:1 내지 1:8의 부피비로 포함될 수 있고, 구체적으로는 1:1 내지 1:4의 부피비로 포함될 수 있다. 상기 비율 범위로 포함될 경우 음극 표면에 덴드라이트(dendrite) 생성을 억제하고 안정한 보호피막을 형성함으로써 전기화학적 성능이 우수한 리튬 금속 전지를 구현할 수 있다.
상기 불소계 환형 카보네이트는 상기 비수성 유기 용매에 첨가됨으로써 금속리튬표면에 안정한 무기피막을 형성할 수 있다.
상기 불소계 환형 카보네이트는 모노플루오로에틸렌 카보네이트, 디플루오로에틸렌카보네이트 및 플루오로프로필렌 카보네이트로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 불소계 환형 카보네이트는 상기 비수성 유기 용매의 총량에 대하여 5 내지 30 부피%로 포함될 수 있고, 구체적으로는 5 내지 20 부피%로 포함될 수 있고, 더욱 구체적으로는 5 내지 15 부피%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내로 포함될 경우 음극 표면에 덴드라이트(dendrite) 생성을 억제하고 안정한 보호피막을 형성함으로써 전기화학적 성능이 우수한 리튬 금속 전지를 구현할 수 있다.
상기 비수성 유기 용매는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계 및 비양성자성 용매로부터 선택되는 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 카보네이트계 용매로는 예컨대 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디프로필 카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 메틸프로필 카보네이트(methylpropyl carbonate, MPC), 에틸프로필 카보네이트(ethylpropyl carbonate, EPC), 메틸에틸 카보네이트(methylethyl carbonate, MEC), 에틸메틸 카보네이트(ethylmethyl carbonate, EMC) 등의 사슬형 카보네이트 화합물; 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 부틸렌 카보네이트(butylene carbonate, BC) 등의 환형 카보네이트 화합물 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 사슬형 카보네이트 화합물 및 상기 환형 카보네이트 화합물을 혼합하여 사용하는 경우, 유전율을 높이는 동시에 점성이 작은 용매로 제조될 수 있어서 좋다. 이 경우 환형 카보네이트 화합물 및 사슬형 카보네이트 화합물은 약 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 에스테르계 용매로는 예컨대 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, n-프로필아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 에테르 용매로는 예컨대 디부틸에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 비수성 유기 용매는 단독 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있다.
상기 리튬염은 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 금속 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다.
상기 리튬염의 구체적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2y +1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI, LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이토 보레이트(lithium bis(oxalato) borate; LiBOB), 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
상기 리튬염의 농도는 약 0.1M 내지 약 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해액이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해액 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.
다른 일 구현예에 따른 리튬 금속 전지에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 리튬 금속 전지의 구조를 보여주는 개략도이다.
도 1을 참고하면, 리튬 금속 전지(1)는 양극(2), 음극(3) 및 상기 양극(2)과 음극(3) 사이에 위치하는 세퍼레이터(4)로 이루어진 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 둘러싸는 케이스(5)를 포함한다. 상기 양극(2)과 상기 음극(3) 사이에는 전술한 전해액이 주입된다.
물론, 일 구현예에 따른 리튬 금속 전지가 이 형상으로 한정되는 것은 아니며, 일 구현예에 따른 전해액을 포함하며 전지로서 작동할 수 있는 원통형, 파우치 등 어떠한 형성도 가능함은 당연하다.
상기 음극은 리튬 금속 및 리튬 합금으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 리튬 합금으로는 리튬과, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al 및 Sn으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속으로 이루어진 합금을 사용할 수 있다.
상기 양극은 집전체 및 상기 집전체에 형성되는 양극 활물질 층을 포함할 수 있다.
상기 양극 활물질 층은 황 원소 및 황 함유 화합물로부터 선택되는 적어도 하나의 양극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 포함할 수 있다. 이와 같이 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 금속 전지를 리튬 황 전지라고도 한다.
상기 황 함유 화합물은 Li2Sn(n=1); 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸(2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole), 1,3,5-트리티오시아누익산(1,3,5-trithiocyanuic acid) 등과 같은 디술파이드 화합물; 유기 황 화합물; 및 탄소-황 폴리머((C2Sx)n, x=2.5 내지 50, n=2)로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.
또한 상기 양극은 주위 공기에 노출시켜 리튬 금속 전지를 제작할 수도 있다. 이때 상기 양극 활물질 층은 카본 및 바인더를 포함할 수 있으며, 선택적으로 촉매를 사용할 수도 있다. 양극을 이와 같이 설계한 리튬 금속 전지를 리튬 공기 전지라고도 한다.
또한 리튬 이온 전지에서 일반적으로 사용하는, 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)도 양극 활물질로 사용할 수 있음은 물론이다.
상기 양극에 사용되는 상기 집전체는 Al(알루미늄)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 구체적인 예로는 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 디아세틸셀룰로오스, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론, 폴리아미드이미드, 폴리아크릴산 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 세퍼레이터는 단일막 또는 다층막일 수 있으며, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 　다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
또한, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
실시예 1
양극 활물질로 황(S8), 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 도전재로 수퍼-P를 각각 60:20:20의 중량비로 혼합하여, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 양극 활물질 층 조성물을 제조하였다. 상기 양극 활물질 층 조성물을 두께 45 ㎛의 알루미늄 호일에 코팅하여 건조 및 압연 후 양극을 제조하였다.
음극으로서 리튬 금속, 상기 제조된 양극, 전해액, 그리고 세퍼레이터를 사용하여 권취 및 압축하여 각형 캔에 삽입하여 리튬 금속 전지를 제조하였다. 이때 전해액은 1,3,5-트리옥산, 1,3-디옥솔란 및 모노플루오로에틸렌 카보네이트가 각각 27:63:10의 부피비로 혼합된 용액에 1M 농도의 LiN(SO2CF3)2를 용해시켜 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에서 1,3,5-트리옥산, 1,3-디옥솔란 및 모노플루오로에틸렌 카보네이트가 각각 15:75:10의 부피비로 혼합된 용액을 이용하여 전해액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 금속 전지를 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 1,3,5-트리옥산, 1,3-디옥솔란 및 모노플루오로에틸렌 카보네이트가 각각 10:80:10의 부피비로 혼합된 용액을 이용하여 전해액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 금속 전지를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에서 에틸렌 카보네이트(EC) 및 에틸메틸 카보네이트(EMC)가 각각 30:70의 부피비로 혼합된 용액을 이용하여 전해액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 금속 전지를 제조하였다.
비교예 2
실시예 1에서 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC) 및 모노플루오로에틸렌 카보네이트가 각각 20:70:10의 부피비로 혼합된 용액을 이용하여 전해액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 금속 전지를 제조하였다.
비교예 3
실시예 1에서 1,3,5-트리옥산 및 1,3-디옥솔란이 각각 30:70의 부피비로 혼합된 용액을 이용하여 전해액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 금속 전지를 제조하였다.
평가 1: 리튬 금속 전지의 율 특성 평가
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 각각의 리튬 금속 전지를 이용하여 2016 코인셀로 리튬-리튬 대칭 셀을 구성하였다. 이를 이용하여 리튬 증착 용해 실험을 진행하여, 그 결과를 도 2 및 3에 나타내었다. 상기 리튬 증착 용해 실험은 30℃에서 정전류 조건 하에서 충방전 성능 평가를 통하여 진행하였다. 리튬 전극은 디스크(disk) 타입이고 전극 면적은 2cm2 이다. 리튬 증착 용해 실험시 리튬 전극의 이용률은 25% 이다. 이는 965mAh/g의 용량을 충방전시 활용한 것이다.
도 2는 실시예 1 내지 3에 따른 리튬 금속 전지의 율 특성을 보여주는 그래프이고, 도 3은 비교예 1 내지 3에 따른 리튬 금속 전지의 율 특성을 보여주는 그래프이다.
도 2를 참고하면, 1,3,5-트리옥산, 1,3-디옥솔란 및 불소계 환형 카보네이트를 모두 포함하는 전해액을 사용한 실시예 1 내지 3의 경우, 리튬 이온의 산화 및 환원 반응이 일어나는 전위가 0.1C의 저율에서 큰 변화 없이 안정적인데, 이로부터 음극 표면에 형성된 안정한 보호피막이 계속적으로 유지되고 있음을 알 수 있다. 또한 높은 C rate에서도 안정적인 전위를 유지함을 알 수 있으며, 이후 0.1C로 낮추더라도 회복 특성이 우수함을 확인할 수 있다.
반면 도 3을 참고하면, 상기 성분 중 적어도 하나를 포함하지 않은 전해액을 사용한 비교예 1 내지 3의 경우, 리튬 이온의 산화 및 환원 반응이 일어나는 전위가 0.1C의 저율에서도 큰 변화를 일으키며 불안한 거동을 나타내고 있는데, 이로부터 음극 표면의 저항이 계속 변하고 있음을 알 수 있다. 또한 1C rate 이후부터는 음극 표면에 덴드라이트가 생성되어 양극과 닿아 전기적 단락을 일으키면서 셀 폭발이 일어남을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

  1. 리튬염; 및
    1,3,5-트리옥산, 1,3-디옥솔란 및 불소계 환형 카보네이트를 포함하는 비수성 유기 용매
    를 포함하는 리튬 금속 전지용 전해액.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1,3,5-트리옥산은 상기 비수성 유기 용매의 총량에 대하여 5 내지 60 부피%로 포함되는 리튬 금속 전지용 전해액.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 1,3-디옥솔란은 상기 비수성 유기 용매의 총량에 대하여 10 내지 80 부피%로 포함되는 리튬 금속 전지용 전해액.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 불소계 환형 카보네이트는 상기 비수성 유기 용매의 총량에 대하여 5 내지 30 부피%로 포함되는 리튬 금속 전지용 전해액.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 1,3,5-트리옥산 및 상기 1,3-디옥솔란은 1:1 내지 1:8의 부피비로 포함되는 리튬 금속 전지용 전해액.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 불소계 환형 카보네이트는 모노플루오로에틸렌 카보네이트, 디플루오로에틸렌카보네이트 및 플루오로프로필렌 카보네이트로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 리튬 금속 전지용 전해액.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2y +1SO2)(x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI 및 LiB(C2O4)2(LiBOB)로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 리튬 금속 전지용 전해액.
  8. 양극;
    리튬 금속 및 리튬 합금으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 음극; 및
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 전해액
    을 포함하는 리튬 금속 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 양극은 황 원소 및 황 함유 화합물로부터 선택되는 적어도 하나의 양극 활물질을 포함하는 리튬 금속 전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 양극은 주위 공기에 노출되는 리튬 금속 전지.
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