KR20220074080A - Layered nanostructure-based solid electrolyte with high mechanical properties and thermal stability, and its manufacturing method - Google Patents

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KR20220074080A KR1020200162165A KR20200162165A KR20220074080A KR 20220074080 A KR20220074080 A KR 20220074080A KR 1020200162165 A KR1020200162165 A KR 1020200162165A KR 20200162165 A KR20200162165 A KR 20200162165A KR 20220074080 A KR20220074080 A KR 20220074080A
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Abstract

본 발명은 클레이의 층상 조립을 이용한 이온 전도성 고체 전해질 필름의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질 필름은 무기 층상물질인 클레이와 DMSO가 나노단위에서 벽돌 구조를 이루는 고체 복합재 필름으로써, 상온에서 1 x 10-4 S cm-1이상의 이온 전도성을 가지는 것을 특징으로 하며, 전복껍질 단면의 층상구조를 모방하여 200 kJ m-2이상의 인성과 함께 덴드라이트를 억제할 수 있으며, 동시에 유연한 고체상태의 이온전도성 필름 및 이의 제조방법에 관한 발명이다.The present invention relates to a method for manufacturing an ion conductive solid electrolyte film using layered granulation of clay. In the present invention, the solid electrolyte film is a solid composite film in which clay and DMSO, which are inorganic layer materials, form a brick structure in nano units, and has an ionic conductivity of 1 x 10 -4 S cm -1 or more at room temperature. , The invention relates to an ion conductive film in a flexible solid state and a method for manufacturing the same, capable of suppressing dendrites with toughness of 200 kJ m -2 or more by imitation of the layered structure of the cross-section of the abalone shell.

Description

높은 기계적 물성과 열적 안정성을 가진 층상나노구조 기반 고체전해질 및 이의 제조방법{Layered nanostructure-based solid electrolyte with high mechanical properties and thermal stability, and its manufacturing method}Layered nanostructure-based solid electrolyte with high mechanical properties and thermal stability, and its manufacturing method

본 발명은 클레이의 층상 조립을 이용한 이온 전도성 고체 전해질 필름 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 전복껍질 단면의 층상구조를 모방하여 높은 기계적 물성과 열적 안정성을 가진 층상나노구조 기반 고체전해질 및 이의 제조방법에 대한 것이다.The present invention relates to an ion conductive solid electrolyte film using a layered assembly of clay and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a layered nanostructure-based solid electrolyte having high mechanical properties and thermal stability by mimicking the layered structure of the cross section of an abalone shell, and a solid electrolyte thereof It is about the manufacturing method.

종래의 배터리 산업은 액체의 우수한 습윤성 및 우수한 이온 전도성으로 인해 주로 액체 전해질 시스템에 의존되어 왔다 그러나, 액체 전해질의 화학적 및 열적 불안정성은 안전에 대한 상당한 문제점을 야기할 수 있다. 고체 전해질은 이러한 액체 전해질의 한계를 극복할 수 있는 특성들을 가진다. 일반적으로 고체 전해질은 무기 전해질, 폴리머 전해질, 하이브리드 전해질, 겔-폴리머 전해질 및 하이브리드 준 고체 전해질과 같은 재료 성분에 따라 다섯 가지로 분류된다. 하이브리드 전해질은 유기 및 무기 물질로 구성되고, 겔-고분자 전해질 및 하이브리드 준 고체 전해질은 각각 유기 및 무기 물질과 액체 전해질의 혼합물이다.The conventional battery industry has mainly relied on liquid electrolyte systems due to the excellent wettability of liquids and excellent ionic conductivity. However, the chemical and thermal instability of liquid electrolytes can cause significant safety problems. The solid electrolyte has properties that can overcome the limitations of the liquid electrolyte. In general, solid electrolytes are classified into five types according to material components such as inorganic electrolytes, polymer electrolytes, hybrid electrolytes, gel-polymer electrolytes, and hybrid semi-solid electrolytes. Hybrid electrolytes are composed of organic and inorganic materials, and gel-polymer electrolytes and hybrid semi-solid electrolytes are mixtures of organic and inorganic materials and liquid electrolytes, respectively.

차세대 나트륨 이온 배터리는 기존 리튬 이온 배터리와 유사한 작동 메커니즘과 사이클링 안정성을 가지고 있다. 또한 나트륨 자원의 자연적 풍부함과 광범위한 지질 분포, 저렴한 비용 등 몇 가지 추가적인 중요한 이점이 있다. 많은 연구에서 나트륨 이온 배터리에 적합한 재료를 개발하려고 시도했으며 최근에 신뢰성과 실용성을 개선하는 데 중점을 두고 있는 실정이다. 현재 가장 널리 알려진 무기 고체 나트륨 전해질은 Na1+3xZr2(P1-xSixO4)3 구조를 갖는 나트륨 이온 전도체(NASICON)로서, 이의 이온 전도성은65 ℃ 이상의 온도에서 10-3 S cm-1에 이른다. 그러나 NASICON은 견고하고 부서지기 쉬운 무기 재료이며 기계적으로 유연한 배터리에 사용하기에는 본질적으로 제한적이다.Next-generation sodium-ion batteries have similar operating mechanisms and cycling stability to conventional lithium-ion batteries. It also has several additional important advantages, such as natural abundance of sodium resources, wide lipid distribution, and low cost. Many studies have attempted to develop suitable materials for sodium-ion batteries, with recent emphasis on improving reliability and practicality. Currently, the most widely known inorganic solid sodium electrolyte is a sodium ion conductor (NASICON) having a Na 1+3x Zr 2 (P 1-x Si x O 4 ) 3 structure, and its ionic conductivity is 10 -3 S at a temperature of 65 ° C or higher. cm -1 . However, NASICON is a tough, brittle inorganic material and is inherently limited for use in mechanically flexible batteries.

2D 나노판 중에서 몬모릴로나이트 (Montmorillonite, MMT) 점토 분진은 두께가 약 1 nm 인 나노 층상 결정질 물질이다. 몬모릴로나이트는 높은 표면적, 가스차단성, 난연 특성 및 열 안정성과 같은 유용한 특징을 갖는 다기능 나노 복합재를 제조하는데 적합하며, 전 지구적으로 풍부하고 저렴한 물질이다. ((Na,Ca)0.33-(Al2-y,Mgy)Si4O10(OH)2·nH2O)의 화학적 구조를 갖는 천연 나트륨이온-몬모릴로나이트(Na+-MMT) 나노 클레이는 친수성이며 폴리에틸렌 옥사이드 (poly(ethylene oxide), PEO) 및 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA) 등 극성 중합체와 혼화 가능하다. 또한 이는 대부분의 소수성 중합체와의 혼합을 위해 유기적으로 개질 되기도 했지만, 종래의 방법에 의해 제조된 등방성 점토 복합재의 재료 특성은 몬모릴로나이트의 비중을 증가시키기 어려운 한계를 가진다.Among the 2D nanoplatelets, Montmorillonite (MMT) clay dust is a nanolayered crystalline material with a thickness of about 1 nm. Montmorillonite is suitable for manufacturing multifunctional nanocomposites with useful features such as high surface area, gas barrier properties, flame retardant properties and thermal stability, and is a globally abundant and inexpensive material. Natural sodium ion having the chemical structure of ((Na,Ca) 0.33 -(Al 2-y ,Mg y )Si 4 O 10 (OH) 2 nH 2 O) - Montmorillonite (Na + -MMT) nano clay is hydrophilic and is miscible with polar polymers such as polyethylene oxide (poly(ethylene oxide), PEO) and polyvinyl alcohol (PVA). In addition, although it was organically modified for mixing with most hydrophobic polymers, the material properties of the isotropic clay composite prepared by the conventional method have a limit in that it is difficult to increase the specific gravity of montmorillonite.

반대로, 점토 함량이 최대 95 wt% 인 진주층 모방의 나노 복합물은 향상된 열적 및 기계적 특성을 보여준다. 잘 박리된 점토는 벽돌 구조를 제조하는 데 필요한 구성 요소이지만 소량의 유기물 결합제는 또한 생성된 복합재의 성능을 결정하는데 중요한 영향을 미친다. 알루미나 또는 질화 붕소와 같은 마이크로 크기의 판의 경우, 고분자 구조의 중합체가 진주층 구조에 포함되는 것이 바람직하다. 그러나, 나노 크기의 몬모릴로나이트의 경우, 긴 고분자 사슬은 나노 단위에서의 균일성을 저해한다. 또한, 고분자 매트릭스와 몬모릴로나이트 사이의 분산은 상 분리를 유도하여 투명성을 감소시키는 경향이 있다. 또한, 무기 고체 전해질과 고체 전극 사이의 본질적으로 큰 계면 임피던스는 전기화학적 특성을 악화시킨다. 또한, 덴드라이트의 발생 방지는 여전히 가장 어려운 문제 중 하나이다.Conversely, nanocomposites mimicking nacres with a clay content of up to 95 wt% show improved thermal and mechanical properties. Well exfoliated clay is a necessary component to fabricate masonry structures, but small amounts of organic binders also have a significant impact in determining the performance of the resulting composite. In the case of a micro-sized plate such as alumina or boron nitride, a polymer having a high molecular structure is preferably included in the nacre structure. However, in the case of nano-sized montmorillonite, long polymer chains inhibit uniformity at the nano level. In addition, dispersion between the polymer matrix and montmorillonite tends to induce phase separation, reducing transparency. In addition, the inherently large interfacial impedance between the inorganic solid electrolyte and the solid electrode deteriorates the electrochemical properties. In addition, prevention of the occurrence of dendrites is still one of the most difficult problems.

반면에, 유기 고체 전해질은 유연성, 경량성, 우수한 접착성 및 전극에 대한 습윤성을 등의 장점을 가지는데, 이는 낮은 기계적 완전성, 낮은 이온 전도성 및 낮은 산화 저항성 등의 단점을 가지기도 한다. On the other hand, organic solid electrolytes have advantages such as flexibility, light weight, good adhesion and wettability to electrodes, which also have disadvantages such as low mechanical integrity, low ionic conductivity and low oxidation resistance.

한편, 하이브리드, 겔-폴리머 및 하이브리드 준 고체 전해질은 유기물 및 무기물 두 성분의 장점을 모두 활용할 수 있다. 하이브리드 전해질의 경우 폴리머에 무기 재료를 추가하면 영률이 증가하지만 이는 순수한 무기 성분의 영률을 초과할 수는 없다. 겔 폴리머 전해질의 경우 폴리머 네트워크는 이동성 액체 전해질에 기계적 안정성을 제공하지만, 여전히 낮은 기계적 강도의 문제가 있고, 하이브리드 준 고체 전해질에서, 액체 전해질의 첨가는 전극에 대한 무기 성분의 습윤 또는 계면 접촉을 개선함으로써 이온 전도성을 개선시킨다. 그러나, 이온 이동 경로가 순수한 액체 전해질보다 복잡해짐에 따라 느린 이온 이동을 보인다. On the other hand, hybrid, gel-polymer and hybrid semi-solid electrolytes can utilize the advantages of both organic and inorganic components. In the case of a hybrid electrolyte, the Young's modulus is increased by adding an inorganic material to the polymer, but it cannot exceed the Young's modulus of the pure inorganic component. In the case of the gel polymer electrolyte, the polymer network provides mechanical stability to the mobile liquid electrolyte, but still has the problem of low mechanical strength, and in the hybrid semi-solid electrolyte, the addition of the liquid electrolyte improves the wetting or interfacial contact of the inorganic component to the electrode. By doing so, the ionic conductivity is improved. However, as the ion migration pathway becomes more complex than that of a pure liquid electrolyte, it exhibits a slower ion migration.

고성능 고체 전해질을 개발하기위한 중요한 변수로는 우수한 기계적 무결성 및 열 안정성, 높은 이온 전도성 및 이온 선택성, 저렴한 비용, 전극과의 긴밀한 통합 및 환경 친화성이 포함된다. 고체 전해질 막의 경우 기계적 특성은 덴드라이트 성장의 위험을 피할 수 있을 정도로 견고해야 한다. 예를 들어, 덴드라이트 성장은 금속 전극 자체보다 더 단단한 전해질로 억제될 수 있는데, 리튬이온 배터리의 경우 6 GPa의 영률 이상의 물질은 리튬에 의한 덴드라이트를 억제할 수 있다고 알려져 있다. 덴드라이트 문제 외에도, 전극과 전해질 사이의 높은 계면 임피던스 또는 이온 상온 이동성의 제한으로 인한 높은 작동 온도 등이 한계점이 될 수 있다. Important parameters for developing high-performance solid electrolytes include good mechanical integrity and thermal stability, high ionic conductivity and ion selectivity, low cost, tight integration with electrodes, and environmental friendliness. For solid electrolyte membranes, the mechanical properties must be strong enough to avoid the risk of dendrite growth. For example, dendrite growth can be suppressed with an electrolyte harder than the metal electrode itself, and in the case of a lithium-ion battery, it is known that materials with a Young's modulus of 6 GPa or higher can suppress dendrites caused by lithium. In addition to the dendrite problem, high interfacial impedance between the electrode and the electrolyte or high operating temperature due to limited ion room temperature mobility can be a limitation.

관련하여 한국 공개특허공보 제2017-0037533호(2017.04.04. 공개)에서는 복수의 2차원 나노구조체(2D nanostrucutre)를 포함하는 제1 도메인; 및 상기 복수의 2차원 나노구조체 사이의 공간(interstitial spaces)을 포함하며 제1 전해질을 포함하는 제2 도메인;을 포함하는 복합 전해질층을 포함하는 복합 전해질막, 이를 포함하는 전기 화학 전지 및 복합 전해질막 제조방법을 제시한다.In relation to this, in Korea Patent Application Laid-Open No. 2017-0037533 (published on April 4, 2017), a first domain including a plurality of two-dimensional nanostructures (2D nanostrucutre); and a second domain including a first electrolyte and including interstitial spaces between the plurality of two-dimensional nanostructures; a composite electrolyte membrane comprising a composite electrolyte layer comprising the same, an electrochemical cell and a composite electrolyte including the same A method for manufacturing a membrane is presented.

그러나 아직 이온전도성 및 기계적 강도 등에 있어서 더욱 개선이 필요한 실정이다.However, there is still a need for further improvement in ionic conductivity and mechanical strength.

한국 공개특허공보 제2017-0037533호(2017.04.04. 공개)Korean Patent Publication No. 2017-0037533 (published on April 4, 2017)

본원 발명에서는 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 전해질과 전극 사이의 친밀한 계면 접촉 및 실온 작동 성은 바람직한 고체 전해질을 제공하고자 한다.In the present invention, in order to solve the above problems, it is intended to provide a solid electrolyte having an intimate interface contact between the electrolyte and the electrode and operability at room temperature.

또한, 본 발명에서는 클레이를 이용하여 제조된 진주층 구조에 이온 전도의 가능성을 제공하는 용매를 추가함으로써, 우수한 기계적 특성, 유연성 및 높은 이온 전도도를 구현하는 동시에 생분해성을 동시에 가지는 고체 전해질의 제조 방법을 제시하고자 한다.In addition, in the present invention, by adding a solvent that provides the possibility of ion conduction to the nacre structure prepared using clay, a method for producing a solid electrolyte having excellent mechanical properties, flexibility, and high ionic conductivity while simultaneously having biodegradability. would like to present

상기 과제를 해결하기 위하여, 전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온전도성 고체 전해질 필름으로서, 무기 층상물질인 클레이와 DMSO가 나노단위에서 벽돌 구조 (brick and mortar structure)를 이루어 상온에서 이온전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온전도성 고체 전해질 필름을 제공한다.In order to solve the above problems, it is an ion conductive solid electrolyte film that mimics the layered structure of the cross section of an abalone shell, and inorganic layered materials clay and DMSO form a brick and mortar structure at the nano level to have ion conductivity at room temperature. It provides an ion conductive solid electrolyte film that mimics the layered structure of the abalone shell cross-section, characterized in that.

일 실시예로, 상기 클레이는 무기 층상물질로써 몬모릴로나이트, 헥토라이트, 사포나이트 중 적어도 하나일 수 있다.In one embodiment, the clay may be at least one of montmorillonite, hectorite, and saponite as an inorganic layered material.

또한, 상기 다른 과제를 해결하기 위하여, 이온 전도성 고체 전해질 필름의 제조 방법에 있어서, (a) 클레이를 나노단위로 분산시키는 분산 단계; (b) 클레이 용액으로부터 나노클레이를 분리하는 분리 단계; (c) 나노클레이와 DMSO를 혼합하여 나노클레이/DMSO 혼합액을 생성하는 혼합 단계; (d) 나노클레이/DMSO 혼합액을 필름 형태로 제조하는 필름 제조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온전도성 고체 전해질 필름의 제조방법을 제공한다.In addition, in order to solve the other problem, in the manufacturing method of the ion conductive solid electrolyte film, (a) a dispersing step of dispersing the clay in nano units; (b) a separation step of separating the nanoclay from the clay solution; (c) mixing nanoclay and DMSO to produce a nanoclay/DMSO mixture; (d) a film manufacturing step of preparing a nanoclay/DMSO mixture in the form of a film; provides a method for manufacturing an ion conductive solid electrolyte film mimicking the layered structure of the abalone shell cross-section, characterized in that it includes.

일 실시예로, 상기 (a)의 분산단계는 물리적 힘을 가하여 클레이를 나노단위로 분산시키는 것일 수 있다.In one embodiment, the dispersing step of (a) may be to disperse the clay in nano units by applying a physical force.

일 실시예로, 상기 (a)의 분산단계는 초음파 분산, 고압 분산, 블렌딩, 교반 중 적어도 하나를 이용하여 클레이를 포함할 수 있다.In one embodiment, the dispersion step of (a) may include clay using at least one of ultrasonic dispersion, high-pressure dispersion, blending, and stirring.

일 실시예로, 상기 (b)의 분리단계는 나노단위로 분산되지 않은 클레이 입자를 침전, 원심분리, 흡착분리, 추출분리 중 하나 혹은 하나 이상의 방법으로 제거할 수 있다.In one embodiment, in the separation step of (b), the clay particles not dispersed in nano units may be removed by one or more methods of precipitation, centrifugation, adsorption separation, and extraction separation.

일 실시예로, 상기 (d)의 필름 제조 단계는 여과, 진공여과, 핫프레스, 진공 건조, 열풍 건조, 자연 건조, 압출, 사출, 프린팅 중 하나 혹은 하나 이상의 공정을 이용할 수 있다.In one embodiment, the film manufacturing step of (d) may use one or more processes of filtration, vacuum filtration, hot press, vacuum drying, hot air drying, natural drying, extrusion, injection, and printing.

일 실시예로, 상기 (d)의 필름 제조 단계 후에 제조된 필름을 -180 ~ 200 ℃ 범위 내에서 건조시키는 건조단계가 더 포함될 수 있다.In one embodiment, a drying step of drying the prepared film within the range of -180 to 200 °C after the film manufacturing step of (d) may be further included.

일 실시예로, 상기 (c)단계의 DMSO는 순수 DMSO (Dimethyl sulfoxide), 혹은 1 wt% 이상의 DMSO를 포함하는 용질, 용매, 혹은 용액일 수 있다.In one embodiment, the DMSO in step (c) may be pure DMSO (dimethyl sulfoxide), or a solute, solvent, or solution containing 1 wt% or more of DMSO.

본 발명에 따른 고체 전해질은 덴드라이트를 억제하는 클레이층이 진주층을 모방한 구조로 조립되어 있어 우수한 기계적 강도를 가지는 동시에 유연한 특성을 가진다. The solid electrolyte according to the present invention has excellent mechanical strength and flexible properties because the clay layer for suppressing dendrites is assembled in a structure that mimics nacres.

또한 클레이층 사이에 분포하는 이온 전도성을 제공하는 용매 분자는 본 발명에 따른 고체 전해질의 이온 전도성을 상온에서 10-4S/cm 또는 그 이상의 수준으로 향상시킨다. In addition, the solvent molecules providing ion conductivity distributed between the clay layers improve the ionic conductivity of the solid electrolyte according to the present invention to a level of 10 −4 S/cm or higher at room temperature.

또한 본 발명에 따른 용매와 클레이층의 나노구조화된 층상 구조로 제조된 고체 전해질은 높은 열적 안정성과 난연 특성을 가지는 동시에 반투명한 광학적 특성을 나타낸다.In addition, the solid electrolyte prepared in the nanostructured layered structure of the solvent and the clay layer according to the present invention has high thermal stability and flame retardant properties, and at the same time exhibits translucent optical properties.

또한, 본 발명에 따른 다기능 클레이/DMSO 복합재 고체 전해질은 생분해가 가능하므로 친환경적이다. In addition, the multifunctional clay/DMSO composite solid electrolyte according to the present invention is eco-friendly because it is biodegradable.

도 1은 클레이 판과 유기용매의 구조를 나노 단위에서 나타내는 것으로, 본 발명의 일 실시양태에 따른 고체 전해질의 내부 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2은 본 발명의 제조 공정의 각 단계에 따른 분자 및 입자의 상태를 모식화한 것이다.
도 3는 본 발명의 일 실시양태에 따른 고체 전해질의 내부 구조를 개략적으로 도시한 것으로서 덴드라이트 성장이 억제되는 반응을 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다.
1 shows the structures of a clay plate and an organic solvent in nano units, and schematically shows the internal structure of a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.
2 schematically illustrates the states of molecules and particles according to each step of the manufacturing process of the present invention.
3 schematically shows the internal structure of a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention, and schematically shows a reaction in which dendrite growth is suppressed.

다른 식으로 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is those well known and commonly used in the art.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 「포함한다」고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

또한, 본원 명세서 전체에서 사용되는 용어 「약」, 「실질적으로」 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용 오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로서 사용되고 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.In addition, the terms "about", "substantially", etc. used throughout this specification are used as meanings at or close to the numerical values when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented to help the understanding of the present application. It is used to prevent an unconscionable infringer from using the mentioned disclosure in an unreasonable way.

본원 명세서 전체에서, 「A 및/또는 B」의 기재는 「A 또는 B 또는 이들 모두」를 의미한다.Throughout this specification, the description of “A and/or B” means “A or B or both”.

이어지는 상세한 설명에서 사용된 특정한 용어는 편의를 위한 것이지 제한적인 것은 아니다. '우', '좌', '상' 및 '하'의 단어들은 참조가 이루어진 도면들에서의 방향을 나타낸다. '내측으로' 및 '외측으로' 의 단어들은 각각 지정된 장치, 시스템 및 그 부재들의 기하학적 중심을 향하거나 그로부터 멀어지는 방향을 나타낸다. '전방', '후방', '상방', '하방' 및 그 관련 단어들 및 어구들은 참조가 이루어진 도면에서의 위치들 및 방위들을 나타내며 제한적이어서는 안된다. 이러한 용어들은 위에서 열거된 단어들, 그 파생어 및 유사한 의미의 단어들을 포함한다.The specific terminology used in the detailed description that follows is for the sake of convenience and not limitation. The words 'right', 'left', 'top' and 'bottom' indicate directions in the drawings to which reference is made. The words 'inwardly' and 'outwardly' refer respectively to directions towards or away from the geometric center of the designated device, system, and members thereof. 'Anterior', 'rear', 'above', 'below' and related words and phrases indicate positions and orientations in the drawing to which the reference is made and should not be limiting. These terms include the words listed above, derivatives thereof, and words of similar meaning.

고성능 고체 전해질을 개발하기 위한 중요한 변수로는 전술한 바와 같이 우수한 기계적 무결성 및 열 안정성, 높은 이온 전도성 및 이온 선택성, 저렴한 비용, 전극과의 긴밀한 통합 및 환경 친화성이 포함되며, 고체 전해질 막의 경우 기계적 특성은 덴드라이트의 성장의 위험을 피할 수 있을 정도로 견고해야 한다. Important parameters for developing high-performance solid electrolytes include good mechanical integrity and thermal stability, high ionic conductivity and ion selectivity, low cost, tight integration with electrodes, and environmental friendliness, as described above. The properties must be robust enough to avoid the risk of dendrite growth.

이를 위하여 본 발명에서는 자연계에서 견고한 물질로 잘 알려진 전복껍질의 진주층 구조를 모사한 이온전도성 고체 전해질 필름을 제공한다.To this end, the present invention provides an ion conductive solid electrolyte film simulating the nacre structure of the abalone shell, which is well known as a solid material in nature.

전복 껍질의 단면의 층상구조인 진주층 구조는 층상 탄산 칼슘 아라고나이트 (calcium carbonate aragonite)가 유기 분자를 바인더로 하여 ‘벽돌 구조 (brick-and-mortar structure)’를 형성함으로써 그 성분보다 3 배 큰 인성을 나타내는데, 상기 전복 껍질의 진주층 구조에서 유기 분자의 질량분율은 5 wt%에 불과하지만, 판이 미끄러질 때 큰 마찰력을 제공함으로써 변형 파괴 에너지의 분산을 유도함으로써 기계적 강도 개선에 중요한 역할을 한다. The nacre structure, which is the layered structure of the cross section of the abalone shell, has a toughness three times greater than that of the layered calcium carbonate aragonite, which forms a 'brick-and-mortar structure' using organic molecules as a binder. Although the mass fraction of organic molecules in the nacre structure of the abalone shell is only 5 wt%, it plays an important role in improving the mechanical strength by providing a large frictional force when the plate slides and inducing the dispersion of the strain fracture energy.

상기 본 발명에 따르는 이온전도성 고체 전해질 필름은 무기 층상물질인 클레이와 DMSO가 나노단위에서 벽돌 구조 (brick and mortar structure)를 이루어, 마치 전복껍질 단면의 층상구조와 같은 구조를 갖게 되는 것으로서, 상온에서 이온 전도성을 지니게 된다.In the ion conductive solid electrolyte film according to the present invention, clay and DMSO, which are inorganic layered materials, form a brick and mortar structure at the nano level, and has a structure such as a layered structure of an abalone shell cross-section. It has ionic conductivity.

상기 무기 층상물질은 몬모릴로나이트, 헥토라이트, 사포나이트 중 선택된 적어도 하나 이상 일 수 있다.The inorganic layered material may be at least one selected from montmorillonite, hectorite, and saponite.

상기 본 발명에 따르는 이온전도성 고체 전해질 필름의 이온전도도 및 기계적 강도는 클레이와 DMSO의 비율에 따라 달라질 수 있으나, 상기 이온전도도는 실온에서 관통면 방향으로 2.06 x 10-4 S cm-1 까지 뚜렷한 고체 이온 전도성을 보인다. 또한 기계적 인장강도는 ~ 55.3 ± 4.8 MPa 까지, 기계적 인성은 ~ 210.2 ± 32.6 kJ m-2 에 달한다.The ion conductivity and mechanical strength of the ion conductive solid electrolyte film according to the present invention may vary depending on the ratio of clay and DMSO, but the ionic conductivity is a distinct solid from room temperature to 2.06 x 10 -4 S cm -1 in the through-plane direction. It exhibits ionic conductivity. In addition, the mechanical tensile strength reaches ~ 55.3 ± 4.8 MPa and the mechanical toughness reaches ~ 210.2 ± 32.6 kJ m -2 .

또한 본원 발명의 고체 전해질 필름의 열안정성은 시차 열분석에 의하면 -100 ~ 120 ℃의 범위에서도 안정하며, 광학적 반투명성을 가진다.In addition, the thermal stability of the solid electrolyte film of the present invention is stable even in the range of -100 to 120 °C according to differential thermal analysis, and has optical translucency.

더욱이, 클레이/DMSO 복합재는 분자적으로 정렬된 구조에 의한 기계적 견고성뿐만 아니라, 유연한 특징을 가지며, 또한, 높은 함량의 층상 클레이 나노 구조로 인해 산소 및 가연성 휘발성 물질의 확산 또한 제한되므로 DMSO에서도 난연 특성을 제공한다. Moreover, the clay/DMSO composite has flexible features as well as mechanical robustness due to its molecularly ordered structure, and also has flame retardant properties even in DMSO because diffusion of oxygen and combustible volatiles is also limited due to the high content of layered clay nanostructure. provides

게다가, 이러한 다기능 클레이/DMSO 복합재는 밀웜 또는 슈퍼밀웜에 공급하여 생분해성을 쉽게 달성할 수 있기 때문에 친환경 소재인 것을 특징으로 한다.In addition, this multifunctional clay/DMSO composite is characterized as an eco-friendly material because it can easily achieve biodegradability by feeding it to mealworms or super mealworms.

도 1은 클레이 판과 유기용매의 구조를 나노 단위에서 나타내는 것으로, 본 발명의 일 실시양태에 따른 고체 전해질의 내부 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 구조는 클레이 및 용매(DMSO)로 구성되며, 조성에 따라 클레이와 DMSO가 층상으로 구조화되어 결정을 이루거나 자유롭게 움직일 수 있는 DMSO 분자를 포함할 수 있다.1 shows the structures of a clay plate and an organic solvent in nano units, and schematically shows the internal structure of a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the structure of the present invention is composed of clay and a solvent (DMSO), and depending on the composition, the clay and DMSO are structured in a layer to form crystals or may include DMSO molecules that can move freely.

또한, 본 발명은 상기 상온에서 이온전도성을 갖는 이온전도성 고체 전해질 필름의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of manufacturing an ion conductive solid electrolyte film having ion conductivity at room temperature.

상기 자연 진주층 구조를 모방하기 위한 구체적인 방법으로는 층상분자조립법 (Layer-by-Layer, LbL) 증착, 동결 건조, 핫 프레스 보조 슬립 캐스팅, 동결- 해동, 건식 주조 및 열압착 등의 방법들이 이용될 수 있으며, 이 진주층 구조 복합재의 나노 빌딩 블록으로써 점토, 질화붕소, 층형 이중수산화물, 그래핀 및 Al2O3등 다양한 무기 층상 나노판에서 선택된 하나 이상이 이용될 수 있으며, 이들 무기 층상 나노판은 키토산, 폴리비닐알콜, 폴리메틸메타크릴레이트 (poly(methylmethacrylate), PMMA) 및 폴리디알릴디메틸암모늄클로라이드(poly (diallyldimethyl ammonium chloride), PDDA)) 등에서 선택된 하나 이상의 고분자 바인더를 이용하여 결합될 수 있다.As a specific method for mimicking the natural nacre structure, methods such as layer-by-layer (LbL) deposition, freeze drying, hot press assisted slip casting, freeze-thaw, dry casting and thermocompression bonding may be used. One or more selected from various inorganic layered nanoplatelets such as clay, boron nitride, layered double hydroxide, graphene, and Al 2 O 3 may be used as the nano building blocks of this nacre structure composite, and these inorganic layered nanoplatelets are It may be combined using one or more polymer binders selected from chitosan, polyvinyl alcohol, poly(methylmethacrylate, PMMA) and poly(diallyldimethyl ammonium chloride), etc. .

본 발명에서는 클레이를 이용하여 제조된 진주층 구조에 이온 전도의 가능성을 제공하는 용매를 추가함으로써, 우수한 기계적 특성, 유연성 및 높은 이온 전도도를 구현하는 동시에 생분해성을 동시에 가지는 고체 전해질의 제조 방법을 제시한다.In the present invention, by adding a solvent that provides the possibility of ion conduction to a nacre structure prepared using clay, a method for preparing a solid electrolyte having excellent mechanical properties, flexibility, and high ionic conductivity while simultaneously having biodegradability. .

즉, 본 발명에서는 나노클레이와 DMSO(dimethyl sulfoxide)로 구성된 준 고체 상태 이온 전도체로서 고체 전해질 필름의 제조방법을 제시한다.That is, in the present invention, a method for manufacturing a solid electrolyte film as a semi-solid state ion conductor composed of nanoclay and dimethyl sulfoxide (DMSO) is presented.

본 발명에 따른 고체 전해질 필름은 DMSO 분자가 분자 단위에서 구조화된 새로운 클레이-DMSO 나노 복합재 필름을 형성한다.The solid electrolyte film according to the present invention forms a new clay-DMSO nanocomposite film in which DMSO molecules are structured at the molecular level.

더욱 상세하게는 본 발명은 (a) 클레이를 나노단위로 분산시키는 분산 단계; (b) 클레이 용액으로부터 나노클레이를 분리하는 분리 단계; (c) 나노클레이와 DMSO를 혼합하여 나노클레이/DMSO 혼합액을 생성하는 혼합 단계; (d) 나노클레이/DMSO 혼합액을 필름 형태로 제조하는 필름 제조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온 전도성 고체 전해질 필름의 제조 방법을 제공한다.More specifically, the present invention is a dispersion step of (a) dispersing the clay in nano units; (b) a separation step of separating the nanoclay from the clay solution; (c) mixing nanoclay and DMSO to produce a nanoclay/DMSO mixture; (d) a film manufacturing step of preparing a nanoclay/DMSO mixture in the form of a film; provides a method for manufacturing an ion conductive solid electrolyte film mimicking the layered structure of the abalone shell cross-section, characterized in that it includes.

상기 클레이는 무기 층상물질로써 몬모릴로나이트, 헥토라이트, 사포나이트 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 의미한다.The clay refers to at least one material selected from among montmorillonite, hectorite, and saponite as an inorganic layered material.

상기 (a)의 분산단계는 물리적 힘을 가하여 클레이를 나노단위로 분산시키는 것을 특징으로 한다. 상기 물리적 힘을 가한다는 것은 화학적으로 나노 클레이를 분산시키는 것이 아니라, 물리적인 힘, 예로서, 초음파 분산, 고압 분산, 블렌딩, 교반 등에서와 같이 클레이에 가하여지는 물리적인 힘에 의하여 나노 클레이가 분산되는 것을 의미한다. 이때 분산은 분산매 없이 분산될 수도 있으나, 분산매 하에서 분산되는 것이 일반적이다.The dispersing step of (a) is characterized in that the clay is dispersed in nano units by applying a physical force. The application of the physical force does not mean chemically dispersing the nanoclay, but a physical force, for example, ultrasonic dispersion, high pressure dispersion, blending, stirring, etc. The nanoclay is dispersed by a physical force applied to the clay means that At this time, the dispersion may be dispersed without a dispersion medium, but is generally dispersed under a dispersion medium.

상기 나노클레이는 입자는 수 nm에서 수십 nm의 두께를 가지며, 바람직하게는 10 nm 이하이며, 직경은 수 μm에서 수십 μm인 판상 구조를 가지는 형태가 바람직하다. The nanoclay particles have a thickness of several nm to several tens of nm, preferably 10 nm or less, and have a plate-like structure having a diameter of several μm to several tens of μm.

상기 (b)의 분리단계에서는 나노단위로 분산되지 않은 클레이 입자를 나노클레이로부터 분리하여 나노클레이만을 수득하게 위한 것으로 상기 나노단위로 분산되지 않은 클레이 입자를 침전, 원심분리, 흡착분리, 추출분리 중 하나 혹은 하나 이상의 방법으로 제거하여 나노클레이만을 수득할 수 있게 한다.In the separation step of (b), the clay particles not dispersed in nano units are separated from the nano clay to obtain only nano clay, and the clay particles that are not dispersed in nano units are precipitated, centrifuged, adsorbed, and separated during extraction and separation. It is removed by one or more than one method to obtain only the nanoclay.

상기 (c)의 단계는 분리된 나노클레이에 DMSO를 혼합하여 나노클레이/DMSO 혼합액을 생성하는 단계이다. 이때 나노클레이는 (b) 단계의 분리 단계에서부터 얻어진 형태로 분산매가 제거된 상태 혹은 분산매가 포함된 상태일 수도 있다. 이때 나노클레이와 혼합하게 되는 DMSO는 순수 DMSO (Dimethyl sulfoxide), 혹은 1 wt% 이상의 DMSO를 포함하는 용질, 용매, 혹은 용액일 수 있다. Step (c) is a step of mixing DMSO with the separated nanoclay to produce a nanoclay/DMSO mixture. In this case, the nanoclay may be in the form obtained from the separation step of step (b), in a state in which the dispersion medium is removed or in a state in which the dispersion medium is included. In this case, the DMSO to be mixed with the nanoclay may be pure DMSO (dimethyl sulfoxide), or a solute, solvent, or solution containing 1 wt% or more of DMSO.

상기 혼합은 일반적인 교반 수단을 사용하여 수행될 수 있으며, 혼합시 온도는 제한되지 않으나 일반적으로는 상온에서 수행될 수 있다.The mixing may be performed using a general stirring means, and the temperature during mixing is not limited, but may be generally performed at room temperature.

상기 (c) 단계에서의 나노클레이/DMSO의 혼합비는 무게비로 0.01 ~ 0.99의 범위이며, 바람직하게는 0.2 ~ 0.8 일 수 있다.The mixing ratio of nanoclay/DMSO in step (c) is in the range of 0.01 to 0.99 by weight, preferably 0.2 to 0.8.

상기 (d)의 필름 제조 단계는 나노클레이/DMSO 혼합액을 필름 형태로 제조하는 것으로서, 여과, 진공여과, 핫프레스, 진공 건조, 열풍 건조, 자연 건조, 압출, 사출, 프린팅 중 하나 혹은 하나 이상의 공정을 이용하여 수행될 수 있다.The film manufacturing step of (d) is to prepare a nanoclay/DMSO mixture in the form of a film, and one or more processes of filtration, vacuum filtration, hot press, vacuum drying, hot air drying, natural drying, extrusion, injection, and printing can be performed using

상기 (d) 단계에서의 필름 제조 단계 후에는 제조된 필름을 -180 ~ 200℃ 범위에서 건조시키는 건조단계가 추가될 수 있다.After the film manufacturing step in step (d), a drying step of drying the prepared film in the range of -180 to 200°C may be added.

도 2은 본 발명의 제조 공정의 각 단계에 따른 분자 및 입자의 상태를 모식화한 것이다. 도 2에서 도시한 바와 같이 본 발명의 고체 전해질 필름의 제조 방법에 따라, 먼저 진공 여과 등의 조립 공정을 통해 클레이와 DMSO가 배열된 구조를 형성하고, 건조 과정을 통하여 결정화된 상태로 변화하게 된다.2 schematically illustrates the states of molecules and particles according to each step of the manufacturing process of the present invention. As shown in FIG. 2 , according to the method for manufacturing a solid electrolyte film of the present invention, a structure in which clay and DMSO are arranged through an assembly process such as vacuum filtration is first formed, and a crystallized state is changed through a drying process. .

도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따른 고체 전해질의 내부 구조를 개략적으로 도시한 것으로서 덴드라이트 성장이 억제되는 반응을 개략적으로 도식화한 것으로서, 수십 GPa 수준의 높은 영률을 가지는 클레이가 층상구조를 이루는 단위로 존재함으로서 본 발명의 고체 전해질 필름으로 덴트라이트의 성장이 억제될 수 있다.3 schematically shows the internal structure of a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention, schematically illustrating a reaction in which dendrite growth is suppressed, and clay having a high Young's modulus of several tens of GPa has a layered structure. By being present as a unit, the growth of dentrites can be suppressed with the solid electrolyte film of the present invention.

이하 본 발명의 실시예 비교예를 통하여 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through comparative examples. However, since the configurations described in the embodiments described in this specification are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention, various equivalents and It should be understood that there may be variations.

<실시예 1><Example 1>

1. MMT 분산용액의 제조1. Preparation of MMT dispersion solution

액상 박리를 위해 소듐 몬트모릴로나이트(Na+-MMT)(Na-Cloisite, Nanokor Co.) 나노 클레이 분말 5g을 1L의 증류수에서 강한 블렌딩으로 30 분 동안 교반하면서 분산해시킨다. 분산된 용액을 2700 g 에서 15 분 동안 원심 분리하여 박리되지 않은 MMT 입자를 침전시킨 다음 상등액을 수집한다. 상등액은 실온에서 눈에 띄는 침전없이 수 개월 이상 안정한 상태이다.For liquid exfoliation, 5 g of sodium montmorillonite (Na + -MMT) (Na-Cloisite, Nanokor Co.) nano clay powder is dispersed in 1 L of distilled water with strong blending for 30 minutes while stirring. The dispersed solution was centrifuged at 2700 g for 15 min to precipitate the unexfoliated MMT particles, and then the supernatant was collected. The supernatant is stable at room temperature for more than several months without noticeable precipitation.

2. MMT/DMSO 복합재의 제조2. Manufacture of MMT/DMSO Composite

MMT/DMSO 복합재의 제조는 20 mL의 상기 0.5 wt%의 MMT 수분산 용액에 DMSO를 상기 분산용액의 부피대비 0, 10, 20, 35, 50%의 양으로 점진적으로 첨가한 다음 30 분 동안 교반하여 MMT/DMSO 하이브리드 현탁액을 얻고, 얻어진 현탁액은 진공 보조 여과 공정을 통해 PTFE 멤브레인(기공크기 0.45㎛, Milipore)으로 여과하여 MMT/DMSO 복합재로 자가 조립된다. For the preparation of MMT/DMSO composite, DMSO was gradually added in an amount of 0, 10, 20, 35, 50% to the volume of the dispersion solution in 20 mL of the 0.5 wt% MMT aqueous dispersion solution, followed by stirring for 30 minutes. to obtain an MMT/DMSO hybrid suspension, and the resulting suspension is self-assembled into an MMT/DMSO composite by filtration through a PTFE membrane (pore size 0.45 μm, Milipore) through a vacuum-assisted filtration process.

필터링 된 케이크와 필터 멤브레인을 함께 60 ℃의 대류 오븐에서 6 시간 동안 건조하여 물을 제거한다. 건조 후 MMT/DMSO 복합재는 프리스탠딩 필름으로 멤브레인에서 쉽게 분리 되어, 각 DMSO의 함유량별로 MMT, MMT/DMSO-5, MMT/DMSO-10, MMT/DMSO-20, MMT/DMSO-35, MMT/DMSO-50을 얻을 수 있었다.Dry the filtered cake and filter membrane together in a convection oven at 60 °C for 6 h to remove water. After drying, the MMT/DMSO composite is easily separated from the membrane as a free-standing film, and MMT, MMT/DMSO-5, MMT/DMSO-10, MMT/DMSO-20, MMT/DMSO-35, MMT/ DMSO-50 was obtained.

얻어진 MMT 및 MMT/DMSO 복합재는 DMSO의 상대적 입력량에 따라 두께와 그 특성이 달라진다.The obtained MMT and MMT/DMSO composites have different thickness and properties depending on the relative input amount of DMSO.

<분석예> <Analysis Example>

클레이/DMSO 나노 복합재는 진주층 모방 벽돌 구조를 형성하여 높은 이온 전도도, 기계적 강도 및 열 안정성을 보인다. MMT와 DMSO의 비중에 따라 달라지는 기계적 특성 및 이온 전도도는, 조건에 따라 기계적 인장강도가 55.3 ± 4.8 MPa, 기계적 인성이 210.2 ± 32.6 kJ m-2에 달하며, 이온 전도도는 실온에서 약 2 × 10-4 S cm-1로 측정된다. The clay/DMSO nanocomposite forms a nacre-mimicking brick structure, showing high ionic conductivity, mechanical strength and thermal stability. The mechanical properties and ionic conductivity, which depend on the specific gravity of MMT and DMSO, reach a mechanical tensile strength of 55.3 ± 4.8 MPa and a mechanical toughness of 210.2 ± 32.6 kJ m -2 depending on the conditions, and the ionic conductivity is about 2 × 10 - at room temperature. It measures 4 S cm -1 .

열 안정성은 시차열분석 결과 -100 ~ 120 ℃ 범위에서 안정하며, 제조된 복합재는 광학적 반 투명성, 슈퍼웜에 의한 생분해성, 유연성등의 특징을 모두 가진다.Thermal stability is stable in the range of -100 ~ 120 ℃ as a result of differential thermal analysis.

고체 전해질로, 현재 가장 우수하다고 여겨지는 무기물 기반의 고체전해질 NASICON은 Na1+3xZr2(P1-xSixO4)3의 화학구조를 가지며, 65℃ 이상에서 10-3 S cm-1의 이온전도성을 가진다. 단, 깨지기 쉬운 기계적 물성을 바탕으로 유연 배터리 소재로 사용되기 어려우며, 전극과 전해질 사이 계면의 높은 임피던스로 인하여 전기화학적 응용에 큰 제약을 받는다. As a solid electrolyte, NASICON, an inorganic material-based solid electrolyte currently considered the best, has a chemical structure of Na 1+3x Zr 2 (P 1-x Si x O 4 ) 3 , and is 10 -3 S cm - It has an ionic conductivity of 1 . However, it is difficult to use as a flexible battery material based on its fragile mechanical properties, and the high impedance of the interface between the electrode and the electrolyte places great restrictions on electrochemical applications.

또 다른 공지의 고체 전해질로서, 널리 연구되는 폴리에틸렌옥사이드 기반의 고체전해질은 유연하고 대량 생산이 용이하지만, 10-4 S cm-1의 이온전도성을 구현하기 위해 65 ~ 78 ℃의 높은 구동 온도를 요하며, 기계적 물성과 열적 안정성이 매우 약하다는 단점을 가진다. 본 발명의 고체 전해질 필름은 실온에서 약 2 × 10-4 S cm-1의 이온전도성을 가지는 것으로, 현재 고체 전해질로 연구되고 있는 소재 대비 매우 활용도가 높은 온도 범위를 가지며, 동시에 -100 ~ 120 ℃의 넓은 온도 범위에서 뛰어난 열적 안정성을 자랑한다. 또한, 유연한 동시에 강한 기계적 물성을 나타내는 것으로, 유연 배터리에 적용될 수 있다. 이에 더해 슈퍼웜에 의해 분해될 수 있는 특성은 기존에 보고된 고체전해질에서는 확인할 수 없는 특성으로, 친환경 배터리 소재로 그 역할을 할 수 있다.As another known solid electrolyte, the widely studied polyethylene oxide-based solid electrolyte is flexible and easy to mass-produce, but it requires a high operating temperature of 65 ~ 78 ℃ to realize ionic conductivity of 10 -4 S cm -1 . However, it has the disadvantage that mechanical properties and thermal stability are very weak. The solid electrolyte film of the present invention has an ionic conductivity of about 2 × 10 -4 S cm -1 at room temperature, has a very useful temperature range compared to materials currently being studied as solid electrolytes, and at the same time -100 ~ 120 ℃ It boasts excellent thermal stability over a wide temperature range. In addition, it is flexible and exhibits strong mechanical properties and can be applied to flexible batteries. In addition, the properties that can be decomposed by superworms are properties that cannot be confirmed in previously reported solid electrolytes, and can play a role as an eco-friendly battery material.

앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.One embodiment of the present invention described above should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and it is possible for those of ordinary skill in the art to improve and change the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention as long as they are apparent to those of ordinary skill in the art.

Claims (9)

전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온전도성 고체 전해질 필름으로서,
무기 층상물질인 클레이와 DMSO가 나노단위에서 벽돌 구조 (brick and mortar structure)를 이루어 상온에서 이온전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온전도성 고체 전해질 필름.
An ion conductive solid electrolyte film that mimics the layered structure of an abalone shell cross section,
An ion conductive solid electrolyte film that mimics the layered structure of the abalone shell cross-section, characterized in that clay and DMSO, which are inorganic layered materials, form a brick and mortar structure at the nano level and have ion conductivity at room temperature.
제 1 항에 있어서,
상기 클레이는 무기 층상물질로써 몬모릴로나이트, 헥토라이트, 사포나이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온전도성 고체 전해질 필름.
The method of claim 1,
The clay is an ion conductive solid electrolyte film that mimics the layered structure of the abalone shell cross section, characterized in that the clay is at least one of montmorillonite, hectorite, and saponite as an inorganic layered material.
이온 전도성 고체 전해질 필름의 제조 방법에 있어서,
(a) 클레이를 나노단위로 분산시키는 분산 단계;
(b) 클레이 용액으로부터 나노클레이를 분리하는 분리 단계;
(c) 나노클레이와 DMSO를 혼합하여 나노클레이/DMSO 혼합액을 생성하는 혼합 단계;
(d) 나노클레이/DMSO 혼합액을 필름 형태로 제조하는 필름 제조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온전도성 고체 전해질 필름의 제조방법.
A method for producing an ion conductive solid electrolyte film, the method comprising:
(a) a dispersion step of dispersing the clay in nano units;
(b) a separation step of separating the nanoclay from the clay solution;
(c) mixing nanoclay and DMSO to produce a nanoclay/DMSO mixture;
(d) a film production step of preparing a nanoclay/DMSO mixture in a film form;
제 3 항에 있어서,
상기 (a)의 분산단계는 물리적 힘을 가하여 클레이를 나노단위로 분산시키는 것을 특징으로 하는 전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온전도성 고체 전해질 필름의 제조방법.
4. The method of claim 3,
The dispersing step of (a) is a method of manufacturing an ion conductive solid electrolyte film that mimics the layered structure of the abalone shell cross section, characterized in that the clay is dispersed in nano units by applying a physical force.
제 3 항에 있어서,
상기 (a)의 분산단계는 초음파 분산, 고압 분산, 블렌딩, 교반 중 적어도 하나를 이용하여 클레이를 분산하는 것을 특징으로 하는 전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온전도성 고체 전해질 필름의 제조방법.
4. The method of claim 3,
The dispersing step of (a) comprises dispersing the clay using at least one of ultrasonic dispersion, high-pressure dispersion, blending, and stirring.
제 3 항에 있어서,
상기 (b)의 분리단계는 나노단위로 분산되지 않은 클레이 입자를 침전, 원심분리, 흡착분리, 추출분리 중 하나 혹은 하나 이상의 방법으로 제거하는 것을 특징으로 하는 전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온전도성 고체 전해질 필름의 제조방법.
4. The method of claim 3,
In the separation step of (b), the clay particles that are not dispersed in nano units are removed by one or more methods of precipitation, centrifugation, adsorption separation, and extraction separation. A method for producing a conductive solid electrolyte film.
제 3 항에 있어서,
상기 (d)의 필름 제조 단계는 여과, 진공여과, 핫프레스, 진공 건조, 열풍 건조, 자연 건조, 압출, 사출, 프린팅 중 하나 혹은 하나 이상의 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온전도성 고체 전해질 필름의 제조방법.
4. The method of claim 3,
In the film manufacturing step of (d), one or more processes of filtration, vacuum filtration, hot press, vacuum drying, hot air drying, natural drying, extrusion, injection, and printing are used. A method for manufacturing an ion conductive solid electrolyte film that was simulated.
제 3 항에 있어서,
상기 (d)의 필름 제조 단계 후에 제조된 필름을 -180 ~ 200 ℃ 범위 내에서 건조시키는 건조단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온전도성 고체 전해질 필름의 제조방법.
4. The method of claim 3,
Method for producing an ion conductive solid electrolyte film imitating the layered structure of the abalone shell cross-section, characterized in that it further includes a drying step of drying the prepared film within the range of -180 to 200 ° C after the film production step of (d) .
제 3 항에 있어서,
상기 (c)단계의 DMSO는 순수 DMSO (Dimethyl sulfoxide), 혹은 1 wt% 이상의 DMSO를 포함하는 용질, 용매, 혹은 용액인 것을 특징으로 하는 전복껍질 단면의 층상구조를 모방한 이온전도성 고체 전해질 필름의 제조방법.
4. The method of claim 3,
DMSO in step (c) is pure DMSO (dimethyl sulfoxide), or a solute, solvent, or solution containing 1 wt% or more of DMSO. manufacturing method.
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KR20030007659A (en) * 2002-11-20 2003-01-23 주식회사 파인셀 Microporous Inorganic Solid Electrolytes and Methods for Preparing Them
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