KR101324729B1 - 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 높은 에너지 밀도와 고용량화되어 급속도로 발전하고 있는 리튬 이차전지 중에서도 리튬이온의 이동을 위해 사용되는 액체 전해질을 고체 전해질로 대체하여 유기 전해액의 과열 및 과충전 상태에서의 폭발 위험성을 근원적으로 제거하여 안정성이 우수한 고체 전해질 조성물 및 이를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것으로서, 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물의 특징은 Li2O 5 내지 8 중량%, SiO2 2 내지 5중량%, TiO2 30 내지 34.5 중량%, P2O5 56 내지 60 중량% 주성분을 가지며, 기계적 강도 부여를 위하여 BaO 1 내지 2 중량%, Cs2O 1 내지 2 중량%, Cs2O 0 내지 2 중량% 를 가지며, 리튬 이온 전도성(Li ion conductivity) 증대를 위하여 V2O5 0.5 내지 2 중량%를 갖는 결정화된 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물을 분쇄하여 고체 전해질 파우더를 생성하는 단계와, 적정 점도인 500~1000cps를 갖는 슬러리를 제작하고, 상기 분쇄된 고체 전해질 파우더를 혼합하여 슬러리를 테이프 캐스팅을 하는 단계와, 상기 테이프 캐스팅된 슬러리를 탈포, 건조, 내부에 포함된 바인더를 제거하기 위한 열처리, 1, 2차 소결을 거쳐 소결된 리튬 이차전지용 고체 전해질 시트를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.

Description

리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물 및 그 제조 방법{Solid electrolyte composition for lithium secondary battery and method of forming the same}
본 발명은 리튬 이차전지용 고체 전해질에 관한 것으로, 특히 고 이온 전도성 및 열적, 기계적 물성이 우수하고 취급이 용이한 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
오늘날 스마트 폰, 태블릿 PC 등 휴대용기기는 우리의 일상생활 속에 깊숙이 침투하면서 점점 생활에 없어서는 안 될 필수적인 존재로 자리 잡고 있다. 이는 모든 전지(battery) 기술부분의 진보 덕분이라 해도 과언이 아니다. 특히, 리튬이온 이차전지는 1991년 양산이 시작된 이래 높은 에너지 밀도와 출력전압이라는 우수성을 무기로 휴대전화, 노트북 PC 등의 모바일 기기의 보급과 함께 주전원으로 급속히 발전했다.
하지만 상기 리튬이온 이차전지는 리튬이온의 이동을 위해 사용하는 유기 전해액이 과열 및 과충전 상태에서 폭발의 위험성을 가지고 있으며, 발화원이 있을 경우에 쉽게 불이 붙은 성질이 있고 전지 내에서 부반응 발생 시 가스가 발생하여 전지의 성능 및 안정성을 저하시키는 단점을 가진다.
이러한 단점을 극복하는 안정성 측면에서 궁극적인 기술 개발 목표인 전고체 전지, 특히 전고체 전지는 핵심기술인 액체 전해질을 고체로 대체하여 전해액의 분해반응 등에 의한 발화, 폭발이 전혀 발생하지 않아 안정성을 대폭 개선할 수 있다. 또한 상기 전고체 전지는 음극 소재로 리튬 금속(Li metal) 혹은 리튬 합금(Li alloy)을 사용할 수 있기 때문에 전지의 질량 및 부피에 대한 에너지 밀도를 획기적으로 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
그러나 고체 전해질을 사용할 경우 액체 전해질에 비해 낮은 이온전도성을 가지며 전극/전해질의 계면상태가 좋지 않기 때문에 전지의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 액체 전해질에 비해 낮은 이온 전도성 을 높이고 고체전해질과 전극재료 간에 접촉되는 계면 상태를 향상시키기 위해, 고체전해질 열처리 과정에서 발생되는 계면에서의 저항을 낮추는 요인이 되는 기공(defect) 및 크랙(crack)을 최소화하는 공법 및 열처리 제어가 필요하다. 또한 200~400㎛ 두께를 가지는 고체 전해질은 취급하면서 크랙에 불리한 단점을 가지므로 충분한 기계적 강도를 가져야 할 것이다.
등록특허공보 제10-0231683(1999.8.31) : 리튬 고분자 이차전지용 고체 고분자 전해질 조성물
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 높은 에너지 밀도와 고용량화되어 급속도로 발전하고 있는 리튬 이차전지 중에서도 리튬이온의 이동을 위해 사용되는 액체 전해질을 고체 전해질로 대체하여 유기 전해액의 과열 및 과충전 상태에서의 폭발 위험성을 근원적으로 제거하여 안정성이 우수한 고체 전해질을 제조하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 휴대전화, 노트북 PC 등의 모바일기기의 주전원 및 하이브리드형 자동차의 배터리로서도 적용 가능하고 이온 전도성을 가지며 열적 안정성이 우수하여 높은 온도에서도 화학 안정성이 뛰어나며 또한 기계적 강도가 높아 여러 가지 형태로 취급이 용이한 리튬 이차전지용 고체 전해질을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물의 특징은 Li2O 5 내지 8 중량%, SiO2 2 내지 5중량%, TiO2 30 내지 34.5 중량%, P2O5 56 내지 60 중량% 주성분을 가지며, 기계적 강도 부여를 위하여 BaO 1 내지 2 중량%, Cs2O 1 내지 2 중량% 를 가지며, 리튬 이온 전도성(Li ion conductivity) 증대를 위하여 V2O5 0.5 내지 2 중량%를 갖는데 있다.
바람직하게 상기 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물은 분위기 제어 없이 1000~1200℃ 대기분위기 하에서 15~20시간 결정화 처리시켜 리튬 이온 전도성(Li ion conductivity)이 약 1× 10-3 S/cm를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 고체 전해질의 제조 방법의 특징은 (A) 결정화된 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물을 분쇄하여 고체 전해질 파우더를 생성하는 단계와, (B) 적정 점도인 500~1000cps를 갖는 슬러리를 제작하고, 상기 분쇄된 고체 전해질 파우더를 혼합하여 슬러리를 테이프 캐스팅을 하는 단계와, (C) 상기 테이프 캐스팅된 슬러리를 탈포, 건조, 내부에 포함된 바인더를 제거하기 위한 열처리, 1, 2차 소결을 거쳐 소결된 리튬 이차전지용 고체 전해질 시트를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.
바람직하게 상기 (A) 단계는 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물의 원료 파우더를 믹싱하고, 용융(melting), 열처리(annealing), 분쇄 및 분급 과정을 통해 고체 전해질 파우더를 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 고체 전해질 파우더는 최대입자 사이즈가 5~10㎛ 이내인 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (B) 단계는 용매와 분산제 비율을 95:5 중량% 비율로 6시간 동안 교반기에서 혼합하는 단계와, 상기 분산제가 혼합된 용매에 상기 (A) 단계에서 생성한 분쇄된 고체 전해질 파우더를 65 중량% 넣어 10시간 이상 혼합하는 단계와, 상기 10시간 이상 혼합된 슬러리에 바인더 20 중량%, 가소제 7중량%를 첨가한 후 20시간 이상 혼합하여 점도가 500~1000cps를 갖는 슬러리를 제작하는 단계와, 상기 제작된 슬러리를 테이프 캐스팅하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (C) 단계는 상기 (B) 단계에서 테이프 캐스팅된 슬러리를 탈포 및 건조과정을 거쳐 고체 전해질 시트를 생성하는 단계와, 상기 생성된 고체 전해질 시트를 열처리하여 내부의 바인더 등을 제거하는 단계와, 상기 내부의 바인더가 제거된 고체 전해질 시트를 1차 소결하여 기계적 강도를 부여하는 단계와, 상기 1차 소결된 고체 전해질 시트에 1차 소결온도보다 높은 온도로 2차 소결하여 1차 소결된 고체 전해질보다 더 균질하고 치밀하게 소결된 리튬 이차전지용 고체 전해질을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (C) 단계에서 시트 형태로 제작한 상기 2차 소결까지 완료된 고체 전해질을 표면처리 기술을 적용하여 깊이가 5~10㎛ 정도를 가지고 반복적으로 톱니형태(jagged)를 갖는 엠보싱(embossing) 형상으로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물 및 그 제조 방법은 고 이온 전도성을 가지며 열적 안정성이 우수하여 높은 온도에서도 화학 안정성이 뛰어나며 또한 기계적 강도가 높아 휴대전화, 노트북 PC 등의 모바일기기의 주전원 및 하이브리드형 자동차의 배터리로서도 적용이 가능한 효과가 있다.
또한 리튬 이차전지용 고체 전해질은 시트(sheet) 형태로 제작 가능하여 향후 다양한 제품의 리튬 이차전지의 배터리로서 탑재가 적용될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 고체 전해질 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 2 는 도 1에서 생성된 고체 전해질 파우더를 주사전자현미경(SEM)을 통해 확인된 이미지
도 3 은 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 고체 전해질 시트 형태의 실시예
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물 및 그 제조 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 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.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 고체 전해질 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 리튬 이차전지용 고체 전해질 제조는 결정화된 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물을 분쇄하여 고체 전해질 파우더를 생성하는 분말 준비(powder preparation) 과정(S100)과, 적정 점도인 500~1000cps를 갖는 슬러리를 제작하고 상기 분쇄된 고체 전해질 파우더를 혼합하여 슬러리를 테이프 캐스팅을 하는 테이프 캐스팅 슬러리 준비(tape casting slurry preparation) 과정(S200)과, 상기 테이프 캐스팅된 슬러리를 탈포, 건조, 내부에 포함된 바인더 등을 제거하기 위한 열처리, 1, 2차 소결을 거쳐 균질하고 치밀하게 소결된 리튬 이차전지용 고체 전해질 시트를 제조하는 시트 준비(sheet preparation) 과정(S300)으로 이루어진다.
이때, 상기 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물은 Li2O 5 내지 8 중량%, SiO2 2 내지 5중량%, TiO2 30 내지 34.5 중량%, P2O5 56 내지 60 중량% 주성분을 가지며, 기계적 강도 부여를 위하여 BaO 1 내지 2 중량%, Cs2O 1 내지 2 중량% 를 가지며, 리튬 이온 전도성(Li ion conductivity) 증대를 위하여 V2O5 0.5 내지 2 중량%를 갖는다. 이러한 조성물을 갖는 리튬 이차전지용 고체 전해질은 백금 도가니가 아닌 알루미나 도가니에 투입하여 1300~1450℃ 대기분위기 하에서 용융작업이 가능하여 생산단가가 낮고 제조가 용이하다.
또한 상기 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물은 분위기 제어 없이 1000~1200℃ 대기분위기 하에서 15~20시간 결정화 처리시켜 리튬 이온 전도성(Li ion conductivity)이 약 1× 10-3 S/cm를 가진다. 이는 기존에 비해 고체 전해질 조성물의 제작 공정이 간단하고 리튬 이온 전도성 효율이 약 5~10배 높은 효율을 나타내는 것이다.
다음 표 1은 조성별로 측정된 이온 전도성 및 기계적 강도를 나타낸 비교 데이터로서, 표 1에서 비교예는 기존 업체(OHARA)의 조성물에 따라 측정된 이온 전도성 및 기계적 강도를 해당 업체의 홈페이지(http://www.oharacorp.com/lic-gc.html)를 참조하여 기재한 데이터이고, 실시예는 기계적 강도 부여를 위하여 기존의 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물에 BaO, Cs2O를 추가하여 측정된 실시예와, 리튬 이온 전도성(Li ion conductivity) 증대를 위하여 기존의 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물에 V2O5를 추가하여 측정된 실시예를 나타내고 있다.
그리고 표 1에서 나타내고 있는 데이터와 같이, BaO, Cs2O를 추가한 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물의 경우에는 기계적 강도가 높게 측정되고 있으며, 또한 V2O5를 추가한 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물의 경우에는 리튬 이온 전도성의 효율이 좋아지는 것으로 측정되고 있음을 알 수 있다.
실시 예 비교 예
A B C D E F G H I J
Li2O(wt%) 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 4.1 4 4.7
TiO2(wt%) 34.5 36 36 36 34.5 34.5 34.5 36.4 34.3 34.5
SiO2(wt%) 4.8 4.8 2.8 2.8 2.8 4.8 2.8 6.1 6 4.8
P2O5(wt%) 58 56 56 56 56 56.5 56 53.4 55.7 56
BaO 2 2 1.5
Cs2O 2 2 1
V2O5 1.5 1.5
conductivity
(S/cm)
4.1×10-4 1.8×10-4 3.8×10-4 2.9×10-4 4.8×10-4 9.7×10 -4 2.5×10-4 2.0×10-4 1.0×10-4 6.0×10-5
bending strength
(N/mm2)
129 133 147 152 161 142 154 140
( OHARA homepage
참고)
한편, 리튬 이차전지용 고체 전해질 제조 방법에 있어서, 상기 분말 준비 과정(S100)을 통한 결정화된 조성물의 분쇄는 중요한 인자가 되는데, 여기서 최대입자 사이즈가 20㎛ 이상이 되면 고체 전해질의 균일한 두께가 형성되지 못해 전극물질의 계면에서의 저항이 높아지며, 또한 상대적으로 큰 입자들이 불균일하게 분포됨으로 큰 입자 주위로 응력집중이 발생되어 크랙(crack) 및 기공 등이 표면에 생겨 리튬 이온 전도성(Li ion conductivity) 효율이 감소되는 결과가 나타난다. 따라서 분쇄된 고체 전해질 최대입자 사이즈는 5~10㎛ 이내, 바람직하게는 5㎛ 이내가 되어야 한다.
한편, 상기 분발 준비 과정(S100)은 위에서 기재하고 있는 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물의 원료 파우더를 믹싱 과정(S110), 용융(melting) 과정(S120), 열처리(annealing) 과정(S130), 분쇄 및 분급 과정(S140)을 통해 고체 전해질의 최대입자 사이즈가 5~10㎛ 이내이며, 바람직하게는 5㎛ 이내가 되게끔 분쇄하여 고체 전해질 파우더를 생성한다. 도 2 는 도 1에서 생성된 고체 전해질 파우더를 주사전자현미경(SEM)을 통해 확인된 이미지로서, 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 상기 고체전해질 파우더는 형상이 직육면체이며 최대입자 사이즈가 5~10㎛ 이내의 사이즈를 갖는다.
그리고 상기 테이프 캐스팅 슬러리 준비(tape casting slurry preparation) 과정(S200)은 균일한 두께 제어 및 기공 감소를 위해 슬러리의 테이프 캐스팅시 적정 점도인 500~1000cps를 갖는 슬러리를 제작하기 위한 바인더(binder), 분산제(dispersant), 가소제(plasticizer), 용매(solvent)의 적절한 혼합이 필요하다. 이때, 상기 용매는 톨루엔(toluene)을 원료로 사용하는 것이 바람직하며, 슬러리 구성성분을 녹이고 균일하게 혼합될 수 있도록 하는 역할을 한다. 그리고 상기 분산제는 BYK-2163(BYK 社의 분산제 2163 모델)을 원료로 사용하는 것이 바람직하며, 슬러리 내 입자들을 분리하는 역할을 한다. 그리고 상기 바인더는 Elvacite 2045(Lucite internation 社의 바인더 2045 모델)을 원료로 사용하는 것이 바람직하며, 원료들 간의 결합제 역할을 한다. 그리고 상기 가소제는 프탈레이트계 가소제인 DBP(Dibuthyl phthalate), DEP(Diethyl phthalate)를 원료로 사용하는 것이 바람직하며, 유동성 및 취급의 용이성의 역할을 한다.
즉, 상기 테이프 캐스팅 슬러리 준비 과정(S200)은 먼저 슬러리를 제작하기 위해서 우선 용매와 분산제 비율을 95:5 중량% 비율로 6시간 동안 교반기에서 혼합한 후(S210), 여기에 상기 분발 준비 과정(S100)에서 생성한 분쇄된 고체 전해질 파우더를 65 중량% 넣은 다음 볼 밀(ball mill)에서 10시간 이상 혼합한다. 그리고 상기 10시간 이상 혼합된 슬러리에 바인더 20 중량%, 가소제 7중량%를 첨가한 후 20시간 이상 혼합하는 과정이 필요하다(S220). 이어 10cm/min 속도로 슬러리를 테이프 캐스팅한다(S230).
또한 상기 시트 준비(sheet preparation) 과정(S300)은 상기 테이프 캐스팅 슬러리 준비 과정(S200)에서 테이프 캐스팅된 슬러리를 탈포 및 건조과정을 거쳐 고체 전해질 시트를 생성한 후(S310), 이를 열처리하여 내부의 바인더 등을 제거한다(S320). 그리고 취급에 용이하게 이를 1차 소결하여 충분한 기계적 강도를 부여한 후(S330), 상기 1차 소결온도보다 높은 온도로 2차 소결을 거쳐(S340) 1차 소결된 고체 전해질보다 더 균질하고 치밀하게 소결된 리튬 이차전지용 고체 전해질을 얻게 된다(S350).
한편, 2차 소결까지 완료된 고체 전해질을 시트 형태로 제작한 후에 전극물질과의 반응면적을 높이기 위해 표면처리 기술(화학적 etching)을 적용하면, 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 깊이가 약 5~10㎛ 정도를 가지고 반복적으로 톱니형태(jagged)로 표면 처리되어 엠보싱(embossing) 형상을 나타내게 되어 더욱더 리튬 이온 전도성(Li ion conductivity)을 향상시킬 수 있다.
이러한 제조 방법을 통해 제조된 리튬 이차전지용 고체 전해질은 화학 안정성 및 열 안정성이 높고 아울러 기계적 강도가 높아 취급에 용이하여 휴대전화, 노트북 등의 모바일기기의 주전원 및 하이브리드형 자동차, 전자자동차 등의 배터리로의 탑재가 가능하다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. Li2O 5 내지 8 중량%, SiO2 2 내지 5중량%, TiO2 30 내지 34.5 중량%, P2O5 56 내지 60 중량% 성분을 가지며, 기계적 강도 부여를 위하여 BaO 1 내지 2 중량%, Cs2O 1 내지 2 중량%를 가지며, 리튬 이온 전도성(Li ion conductivity) 증대를 위하여 V2O5 0.5 내지 2 중량%를 갖는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물은 분위기 제어 없이 1000~1200℃ 대기분위기 하에서 15~20시간 결정화 처리시키는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물.
  3. (A) 상기 청구항 2항에서의 결정화된 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물을 분쇄하여 고체 전해질 파우더를 생성하는 단계와,
    (B) 적정 점도인 500~1000cps를 갖는 슬러리를 제작하고, 상기 분쇄된 고체 전해질 파우더를 혼합하여 슬러리를 테이프 캐스팅을 하는 단계와,
    (C) 상기 테이프 캐스팅된 슬러리를 탈포, 건조, 내부에 포함된 바인더를 제거하기 위한 열처리, 1, 2차 소결을 거쳐 소결된 리튬 이차전지용 고체 전해질 시트를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 고체 전해질 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (A) 단계는 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물의 원료 파우더를 믹싱하고, 용융(melting), 열처리(annealing), 분쇄 및 분급 과정을 통해 고체 전해질 파우더를 생성하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 고체 전해질 제조 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 고체 전해질 파우더는 형상이 직육면체이며 최대입자 사이즈가 5~10㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 고체 전해질 제조 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 (B) 단계는
    용매와 분산제 비율을 95:5 중량% 비율로 6시간 동안 교반기에서 혼합하는 단계와,
    상기 (A) 단계에서 생성한 분쇄된 고체 전해질 파우더를 상기 분산제가 혼합된 용매의 중량을 기준으로 65 중량% 넣어 10시간 이상 혼합하는 단계와,
    상기 10시간 이상 혼합된 슬러리의 중량을 기준으로 바인더 20 중량%, 가소제 7중량%를 첨가한 후 20시간 이상 혼합하여 점도가 500~1000cps를 갖는 슬러리를 제작하는 단계와,
    상기 제작된 슬러리를 테이프 캐스팅하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 고체 전해질 제조 방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 (C) 단계는
    상기 (B) 단계에서 테이프 캐스팅된 슬러리를 탈포 및 건조과정을 거쳐 고체 전해질 시트를 생성하는 단계와,
    상기 생성된 고체 전해질 시트를 열처리하여 내부의 바인더 등을 제거하는 단계와,
    상기 내부의 바인더가 제거된 고체 전해질 시트를 1차 소결하여 기계적 강도를 부여하는 단계와,
    상기 1차 소결된 고체 전해질 시트에 1차 소결온도보다 높은 온도로 2차 소결하여 1차 소결된 고체 전해질보다 더 균질하고 치밀하게 소결된 리튬 이차전지용 고체 전해질을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 고체 전해질 제조 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 (C) 단계에서 시트 형태로 제작한 상기 2차 소결까지 완료된 고체 전해질을 표면처리 기술을 적용하여 깊이가 5~10㎛ 정도를 가지고 반복적으로 톱니형태(jagged)를 갖는 엠보싱(embossing) 형상으로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 고체 전해질 제조 방법.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101541151B1 (ko) * 2015-02-26 2015-08-03 주식회사 정관 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물의 제조 방법
KR20180041474A (ko) * 2016-10-14 2018-04-24 현대자동차주식회사 테이프 캐스팅법을 이용한 산화물계 고체전해질 박막의 제조방법
KR20190014174A (ko) 2017-07-27 2019-02-12 (주)정관 디스플레이 리튬 이차전지용 고체 전해질의 제조 방법
CN109449482A (zh) * 2018-09-17 2019-03-08 浙江极马能源科技股份有限公司 一种制造柔性固体电池的方法
KR20220117398A (ko) 2021-02-16 2022-08-24 주식회사 포스코제이케이솔리드솔루션 저온 소결 가능한 산화물계 고체전해질용 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 제조되는 산화물계 고체전해질
KR20230102050A (ko) 2021-12-29 2023-07-07 (주)정관 디스플레이 저온 소결 가능한 산화물계 고체전해질용 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 제조되는 산화물계 고체전해질
KR102595773B1 (ko) * 2023-03-15 2023-10-31 주식회사 베이스 전고체 전지용 고체 전해질

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001015160A (ja) * 1999-04-30 2001-01-19 Ohara Inc ガラスセラミックス複合電解質、及びリチウム二次電池
JP2004185862A (ja) * 2002-11-29 2004-07-02 Ohara Inc リチウムイオン二次電池及びその製造方法
KR20060111829A (ko) * 2005-04-25 2006-10-30 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
KR20060112730A (ko) * 2005-04-27 2006-11-02 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001015160A (ja) * 1999-04-30 2001-01-19 Ohara Inc ガラスセラミックス複合電解質、及びリチウム二次電池
JP2004185862A (ja) * 2002-11-29 2004-07-02 Ohara Inc リチウムイオン二次電池及びその製造方法
KR20060111829A (ko) * 2005-04-25 2006-10-30 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
KR20060112730A (ko) * 2005-04-27 2006-11-02 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101541151B1 (ko) * 2015-02-26 2015-08-03 주식회사 정관 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물의 제조 방법
WO2016137069A1 (ko) * 2015-02-26 2016-09-01 주식회사 정관 리튬 이차전지용 고체 전해질 조성물의 제조 방법
JP2017510936A (ja) * 2015-02-26 2017-04-13 ジョンクァン カンパニー リミテッド リチウム二次電池用固体電解質組成物の製造方法
KR20180041474A (ko) * 2016-10-14 2018-04-24 현대자동차주식회사 테이프 캐스팅법을 이용한 산화물계 고체전해질 박막의 제조방법
KR20190014174A (ko) 2017-07-27 2019-02-12 (주)정관 디스플레이 리튬 이차전지용 고체 전해질의 제조 방법
CN109449482A (zh) * 2018-09-17 2019-03-08 浙江极马能源科技股份有限公司 一种制造柔性固体电池的方法
KR20220117398A (ko) 2021-02-16 2022-08-24 주식회사 포스코제이케이솔리드솔루션 저온 소결 가능한 산화물계 고체전해질용 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 제조되는 산화물계 고체전해질
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KR102595773B1 (ko) * 2023-03-15 2023-10-31 주식회사 베이스 전고체 전지용 고체 전해질

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