KR101352791B1 - Structure for ionic conductive way of electrolyte membrane in lithium ion secondary battery - Google Patents

Structure for ionic conductive way of electrolyte membrane in lithium ion secondary battery Download PDF

Info

Publication number
KR101352791B1
KR101352791B1 KR1020120148965A KR20120148965A KR101352791B1 KR 101352791 B1 KR101352791 B1 KR 101352791B1 KR 1020120148965 A KR1020120148965 A KR 1020120148965A KR 20120148965 A KR20120148965 A KR 20120148965A KR 101352791 B1 KR101352791 B1 KR 101352791B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrolyte
lithium
thin film
secondary battery
solid electrolyte
Prior art date
Application number
KR1020120148965A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
손삼익
박노정
Original Assignee
국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단, 현대자동차주식회사 filed Critical 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
Priority to KR1020120148965A priority Critical patent/KR101352791B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101352791B1 publication Critical patent/KR101352791B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562Solid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0068Solid electrolytes inorganic
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

The present invention relates to a protective structure for ion conductive channel of an electrolyte membrane in a lithium-ion secondary battery and, more particularly, to a protective structure for ion conductive channel of an electrolyte membrane in a lithium-ion secondary battery which is applied with lithium compounds having a specific structure of orientation on the surface of lithuim metal thin film formed on the surface of a specific lithium compound electrolyte, in order to reduce the interfacial resistance of battery cells, thus improving the performance of the battery cells.

Description

리튬이온 이차전지에서 리튬화합물 전해질 박막의 이온전도 통로 보호 구조 {Structure for Ionic Conductive Way of Electrolyte Membrane in Lithium Ion Secondary Battery}Structure for Ionic Conductive Way of Electrolyte Membrane in Lithium Ion Secondary Battery in Lithium Ion Secondary Battery

본 발명은 리튬이온 전지의 전해질로 적용되는 리튬화합물의 박막에 대한 이온전도 통로 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정 리튬화합물 전해질과 접하는 리튬 금속박막 표면에 리튬화합물을 배향성을 갖는 구조로 도포함으로서 계면저항을 줄여서 전지 성능을 개선하는 리튬화합물 전해질 박막의 이온전도 통로 보호 구조에 관한 것이다.
The present invention relates to an ion conduction passage structure for a thin film of a lithium compound applied as an electrolyte of a lithium ion battery, and more particularly, to a lithium metal thin film contacting a specific lithium compound electrolyte in a structure having an orientation with a lithium compound. The present invention relates to an ion conductive path protection structure of a lithium compound electrolyte thin film which improves battery performance by reducing interfacial resistance.

리튬 이온을 이용하는 이차전지는 리튬 이온이 음극과 양극에 위치에 있을 때의 화학적 에너지 차이를 전기에너지로 전환하여 사용하는 장치로서, 전자 전류가 흐르는 통로와 이온 전류가 흐르는 통로를 분리해야 한다. A secondary battery using lithium ions is a device that converts the chemical energy difference when lithium ions are located at the negative electrode and the positive electrode into electrical energy, and separates a passage through which an electron current flows and a passage through which an ion current flows.

기존 기술에서는 이온 전류가 흐르는 통로, 즉 리튬 양이온은 전도가 되지만 전자전류가 흐르지 못하는 막을 구성하기 위하여 용매 속에 리튬 양이온과 그에 상반되는 음이온이 녹아 있는 액체 전해질을 사용하여 왔다. 즉, 액체 전해질은 리튬 이온은 쉽게 이동하고, 전자는 이동을 억제하는 전지 구성요소의 하나이다. 유기 용매를 사용하는 액체 전해질은 누수와 증발을 억제하기 위한 기밀 설계가 필요하고 이차전지 내부에서 단락이 발생하는 경우 화재 발생시 연료원이 되어, 이차전지의 안정성과 효율(이온전도도) 증대를 위하여 액체전해질을 대신할 고체이온 전도체 또는 젤 형태의 이온전도체로 치환하고자 하는 노력이 광범위하게 이루어지고 있다.In the existing technology, a liquid electrolyte in which lithium cations and opposite anions are dissolved in a solvent is used to form a passage through which an ionic current flows, that is, a lithium cation conducts, but an electron current does not flow. That is, the liquid electrolyte is one of battery components in which lithium ions easily move and electrons inhibit movement. Liquid electrolytes using organic solvents require airtight design to prevent leakage and evaporation, and if a short circuit occurs inside the secondary battery, it becomes a fuel source in the event of a fire, and the liquid is used to increase the stability and efficiency (ion conductivity) of the secondary battery. Efforts have been extensively made to substitute solid ion conductors or gel type ion conductors to replace electrolytes.

이와 같이, 리튬 이온 배터리는 리튬이 양극과 음극에 위치했을 때의 화학에너지를 전기에너지로 변환하기 위해서, 전자 전류가 흐르는 회로와 전자는 흐를 수 없고 이온전류만 흐르는 전해질 부분으로 전류의 흐름을 분리해야 만하므로 기존의 대부분의 배터리는 액체전해질을 사용해 오고 있다. 그런데, 액체전해질은 이온전도도가 상온에서 10-2 S/cm 정도로서 이온전도도가 높으나, 소자 내부에 유기 용매를 포함하는 액체를 함유 하고 있어 화학적/기계적 안정성에 많은 약점을 가지고 있다. As described above, the lithium ion battery separates the flow of current into a circuit through which an electron current flows and an electrolyte portion through which an electron cannot flow but only an ion current in order to convert chemical energy when lithium is located at the anode and cathode. Most existing batteries have been using liquid electrolyte because they must. By the way, the liquid electrolyte has a high ionic conductivity of about 10 -2 S / cm at room temperature, but contains a liquid containing an organic solvent inside the device has a lot of weak chemical / mechanical stability.

이러한 액체전해질의 단점을 극복하기 위하여 젤 형태의 폴리머 전해질이 적용되고 있다. 그러나 폴리머 전해질의 경우에도 유기 용매를 함유하여 배터리 내부 단락 등의 문제가 발생하면 인화성 연료가 되어 배터리 안전성을 저해한다. In order to overcome the shortcomings of the liquid electrolyte, a gel-type polymer electrolyte has been applied. However, the polymer electrolyte also contains an organic solvent, and if a problem such as an internal short circuit occurs in the battery, it becomes a flammable fuel and impairs battery safety.

또한, 액체 및 폴리머 전해질의 약점들을 극복하기 위해서 인화성이 없는 고체전해질이 개발 되고 있는데, 대표적인 고체전해질인 LISICon 과 Thio-LISICon 의 일부 유도체들이 상온에서 액체전해질에 근접하는 이온전도도를 보인다는 보고가 있어왔으며, 이온 전고물성을 향상시키기 위해서 다양한 원소를 이용한 도핑 방법들이 시도 되었다. 즉, 고체전해질은 안정성이 높은 대신 이온전도도가 낮아서 이온전도도를 높이기 위해서 물질 구조에 외부 원소를 치환하거나 인위적으로 결함을 유도하는 등의 다양한 노력이 진행되고 있다. 최근에는 Ge이 도핑된 Li10GeP2S12 구조가 (LGPS로 명명됨) 상온에서 액체전해질의 이온전도도에 근접하는 것으로 발표 되었는데, 이 구조는 육면체형 격자의 c 축 방향으로 Li 이온이 부분적으로 채워진 1차원 전도 통로가 있는 구조로서, 고체전해질의 전도도가 10-2 Scm-1 에 가깝고, 전기화학적 안정성이 있는 것으로 발표되었다(Kamaya et al. Nature Mat., 2011). In addition, in order to overcome the weaknesses of liquid and polymer electrolytes, non-flammable solid electrolytes have been developed. Some derivatives of typical solid electrolytes, LISICon and Thio-LISICon, have been reported to exhibit ionic conductivity close to liquid electrolyte at room temperature. In order to improve ion solidification properties, doping methods using various elements have been tried. That is, since solid electrolytes have high stability and low ion conductivity, various efforts are being made to replace external elements in a material structure or artificially induce defects in order to increase ion conductivity. Recently, a Ge-doped Li 10 GeP 2 S 12 structure (named LGPS) has been reported to approximate the ionic conductivity of a liquid electrolyte at room temperature, which is partly in the c-axis direction of the cubic lattice. As a structure with filled one-dimensional conduction passages, the conductivity of solid electrolytes was reported to be close to 10 −2 Scm −1 and to be electrochemically stable (Kamaya et al. Nature Mat., 2011).

한편, 리튬이온 이차전지의 전해질 성능 향상과 관련하여, 여러 가지 특허문헌이 발표되었다.On the other hand, in connection with the improvement of the electrolyte performance of a lithium ion secondary battery, various patent documents have been published.

일본공개특허 제2011-9130호에서는 전고체 리튬 이차전지와 관련하여 양극, 음극, 고체전해질의 열팽창율 차이에 의한 일체화 문제를 해결하기 위해 각 구성품의 결정방향을 제한한 구조가 제안되어 있고, 일본공개특허 제2011-150817(2010.1.19)에서는 전고체 전지와 관련하여 고체전해질 분말 층을 사이에 두고 양극과 음극을 양쪽에 배치한 전지 구조가 제안되어 있다.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2011-9130 proposes a structure in which the crystal orientation of each component is limited in order to solve the integration problem due to the difference in thermal expansion rate of the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte with respect to the all-solid lithium secondary battery. In the related art, a battery structure in which a positive electrode and a negative electrode are disposed on both sides of a solid electrolyte powder layer is proposed in relation to an all-solid battery.

또한, 일본공개특허 제2009-20687호에서는 이온 2차 전지의 제조 방법으로서, 고체전해질 성형 그린 바디와 양/음극 성형 그린 바디를 동시에 고온에서 굽는 공정을 채용한 기술이 제안되어 있고, 일본공개특허 제2010-282803호에서는 전고체 리튬이온 2차전지의 제조방법으로서, 전하로 대전시킨 고체전해질 분말을 반송 가스와 함께 내뿜어 고체전해질 층을 형성하는 제조 방법이 제안되어 있다.In addition, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2009-20687 proposes a technique employing a step of simultaneously baking a solid electrolyte molded green body and a positive / cathode molded green body at a high temperature as a method of manufacturing an ion secondary battery. In 2010-282803, a method for producing an all-solid lithium ion secondary battery has been proposed, in which a solid electrolyte powder charged with charge is blown out together with a carrier gas to form a solid electrolyte layer.

그 외에도, 한국등록특허 제10-659049호에서는 무기계 고체전해질로서 유리질 고체전해질의 기본 조성과 첨가제 적용 조성에 관한 기술이, 일본공개특허 제2012-48973호에서는 황화물계 고체 전해질과 Iodine 도핑법이 제안되어 있고, 일본공개특허 제2008-21416호에서는 산화물 황화물 혼합 고체전해질 조성이, 그리고 일본공개특허 제2005-228570호에서는 Li2S-P2S5 조성의 고체전해질의 제조방법이 제안되어 있다.In addition, Korean Patent No. 10-659049 discloses a technique related to the basic composition and additive application composition of a glass solid electrolyte as an inorganic solid electrolyte, and Japanese Patent Laid-Open No. 2012-48973 proposes a sulfide-based solid electrolyte and an Iodine doping method. In Japanese Patent Laid-Open No. 2008-21416, an oxide sulfide mixed solid electrolyte composition is proposed, and Japanese Patent Laid-Open No. 2005-228570 proposes a method for producing a solid electrolyte having a Li 2 SP 2 S 5 composition.

그러나 이러한 종래의 특허 문헌은 소재 물성을 개선하기 위한 조성 최적화, 공정 최적화에 대한 내용과 전지 구조에 대한 내용으로 고체전해질에서의 주요한 문제인 계면 저항에 대한 근본적인 원인 접근이 부족하고 소재와 시스템을 통합적으로 고려하지 못하여 계면 저항 개선을 통한 전지 성능 향상에 한계가 있었다.
However, these conventional patent documents are about composition optimization, process optimization, and battery structure to improve material properties, and there is a lack of a fundamental causal approach to interfacial resistance, which is a major problem in solid electrolytes. There was a limit in improving battery performance through improvement of interface resistance.

1. 일본공개특허 제2011-9130호1. Japanese Laid-Open Patent No. 2011-9130 2. 일본공개특허 제2011-150817호2. Japanese Patent Laid-Open No. 2011-150817 3. 일본공개특허 제2009-20687호3. Japanese Patent Publication No. 2009-20687 4. 일본공개특허 제2010-282803호4. JP 2010-282803 A 5. 한국등록특허 제10-659049호5. Korean Patent No. 10-659049 6. 일본공개특허 제2012-48973호6. Japanese Patent Publication No. 2012-48973 7. 일본공개특허 제2008-21416호7. Japanese Patent Application Publication No. 2008-21416 8. 일본공개특허 제2005-228570호8. JP 2005-228570

위와 같은 리튬이온 2차전지에 대한 성능 개선의 문제점을 해결하기 위해 오랫동안 연구한 결과, 고체전해질의 이온 전도 메카니즘을 규명하고 시스템 내에서 이온 전달 저항을 최소화하기 위해 물질의 배향성을 제어할 필요성을 확인하였다. 이에 전해질을 구성하는 리튬화합물을 Li3PS4 고체전해질로 구성하고 기존의 시도처럼 외부 새로운 원자가 도핑 된 구조가 아니라 리튬화합물 전해질 박막으로 도입되는 리튬금속 박막에 리튬화합물을 배향성을 가지도록 코팅하여 1차원 이온전도 통로가 잘 보전된 소자 구조 또는 계면 구조로 구성하면 전지 성능이 크게 개선된다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.As a result of a long study to solve the above problems of improving the performance of the lithium ion secondary battery, it is necessary to identify the ion conduction mechanism of the solid electrolyte and to control the orientation of the material to minimize the ion transfer resistance in the system. It was. Therefore, the lithium compound constituting the electrolyte is composed of Li 3 PS 4 solid electrolyte and the lithium metal thin film introduced into the lithium compound electrolyte thin film, not the doped structure of external new atoms as in the previous attempt, is coated with the lithium compound to have an orientation 1 The present invention has been completed by knowing that the battery performance is greatly improved by constructing a device structure or an interface structure in which the dimensional ion conduction passage is well preserved.

따라서 본 발명은 리튬이온 이차전지에서 리튬화합물 고체전해질 박막으로 도입되는 리튬금속 박막에 리튬화합물을 배향성을 가지도록 코팅한 리튬화합물 전해질 박막의 이온전도 통로 보호 구조를 제공하는데 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an ion conductive path protection structure of a lithium compound electrolyte thin film coated with a lithium compound to have an orientation on a lithium metal thin film introduced into a lithium compound solid electrolyte thin film in a lithium ion secondary battery.

또한, 본 발명은 리튬화합물 고체전해질 박막에 배향성을 주어 이온전도 통로 보호 구조가 적용되어 전지 성능이 개선된 리튬이온 이차전지를 제공하는데 목적이 있다.
In addition, an object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery having improved orientation of the lithium compound solid electrolyte thin film is applied to the ion conductive path protection structure to improve the battery performance.

상기와 같은 과제해결을 위하여, 본 발명은 음극과 양극 사이에 고체전해질이 배치되고 상기 고체전해질과 음극 및 양극 사이에 각각 전해질 박막이 배치된 리튬이온 이차전지에서, 상기 고체전해질은 Li3PS4 로 구성되고, 상기 전해질 박막은 리튬 박막에 Li3PS4 가 리튬이온 이동 방향과 동일한 방향으로 배향성을 가지도록 코팅된 구조로 이루어진 리튬화합물 전해질 박막의 이온전도 통로 보호 구조를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is a solid electrolyte is disposed between the cathode and the anode and the electrolyte electrolyte thin film between the solid electrolyte and the anode and the anode respectively disposed in the lithium ion secondary battery, the solid electrolyte is Li 3 PS 4 The electrolyte thin film provides an ion conductive path protection structure of a lithium compound electrolyte thin film having a structure in which Li 3 PS 4 is coated on a lithium thin film to have an orientation in the same direction as a lithium ion moving direction.

또한 본 발명은 음극과 양극 사이에 고체전해질이 배치되고 상기 고체전해질과 음극 및 양극 사이에 각각 전해질 박막이 배치된 리튬이온 이차전지에 있어서, 상기 전해질 박막이 상기와 같은 리튬화합물 전해질 박막의 이온전도 통로 보호 구조를 포함하는 리튬이온 이차전지를 제공한다.
In addition, the present invention is a lithium ion secondary battery in which a solid electrolyte is disposed between the negative electrode and the positive electrode and an electrolyte thin film is disposed between the solid electrolyte and the negative electrode and the positive electrode, wherein the electrolyte thin film is ion conductivity of the lithium compound electrolyte thin film as described above. Provided is a lithium ion secondary battery including a passage protection structure.

본 발명에 따른 리튬이차 전지에서의 리튬화합물 전해질 박막의 이온전도 통로 보호 구조는 종래와는 달리 전해질 박막의 리튬 박막에 Li3PS4 가 리튬이온 이동 방향과 동일한 방향으로 배향성을 가지도록 코팅된 구조로 이루어져 있어서, 이온통로의 바람직한 구조를 형성하여 리튬 음극과 Li3PS4 물질 내에서 Li 이온이 효과적으로 전달되어 계면 저항을 줄일 수 있으므로 전해질 저항, 전극 저항, 전극/전해질 계면 저항 중에서 전극/전해질 계면 저항을 줄여 인해 전지 성능을 크게 향상시키는 효과가 있다.
Unlike the conventional method, the ion conductive path protection structure of the lithium compound electrolyte thin film in the lithium secondary battery according to the present invention is coated with Li 3 PS 4 on the lithium thin film of the electrolyte thin film to have an orientation in the same direction as the lithium ion moving direction. Since the ion channel forms a desirable structure of the ion channel to effectively transfer Li ions in the lithium anode and the Li 3 PS 4 material to reduce the interface resistance, the electrode / electrolyte interface among the electrolyte resistance, electrode resistance, and electrode / electrolyte interface resistance Reducing the resistance has the effect of significantly improving battery performance.

도 1은 Li3PS4 구조에서 Li 이온의 전달 경로를 보여주는 개념도로서, (a)는 Li3PS4 의 일반적 집합 구조이고, (b)는 각 단위구조에서의 Li 이온 전달 통로의 구조적 특징을 개념적으로 나타낸 것이다.
도 2는 Perdew-Burke-Ernzerhof functional Functional 을 사용하여 얻은 Density Function Theory 계산 결과, Li 이온의 이동장벽(migration barrier)인 전해질 막의 단위경로(path coordinate)당 이동에너지 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 3은 고체전해질을 적용한 리튬이온 이차전지 구조로서, 음극과 양극 사이에 Li3PS4 고체전해질이 배치된 리튬이온 이차전지 구조도이다.
도 4는 고체전해질을 적용한 리튬이온 이차전지 구조에서 양극 활물질과 고체전해질 계면, 음극 활물질과 고체전해질 계면을 배향성을 가진 Li3PS4 고체전해질 박막을 배치한 리튬이온 이차전지 구조도이다.
도 5는 도 4의 활물질과 고체저해질의 계면을 확대한 구조로, Li3PS4 고체전해질 박막을 삽입한 구조이다. (a)는 Li3PS4 도포층이 배향성이 없이 도포된 구조이고, (b)의 경우는 본 발명에 따라 Li3PS4 도포층이 배향성을 가지도록 형성된 구조를 보여준다.
도 6은 전극 구조에 대한 활물질-전해질에 대한 계면 회로 모델의 구성도이다. 본 회로도는 전지 작동 중의 전지 구성품의 저항 분석에 사용되는 모델이 되기도한다.
도 7은 본 발명의 실험예 1에서의 임피던스 Fitting에 의한 임피던스 분석결하여 실시예와 비교예에 대한 전지에서의 계면저항을 측정치를 비교한 그래프이다. 도표의 화살표는 도 6의 회로도를 이용하여 임피던스를 분석한 결과 확인된 계면저항 성분을 나타낸다.
1 is a conceptual diagram showing a transfer path of Li ions in the Li 3 PS 4 structure, (a) is a general aggregate structure of Li 3 PS 4 , (b) is a structural feature of the Li ion transfer path in each unit structure Conceptually represented.
FIG. 2 is a graph showing the results of measurement of the moving energy per path coordinate of an electrolyte membrane, which is a migration barrier of Li ions, as a result of Density Function Theory calculation obtained using Perdew-Burke-Ernzerhof functional Functional.
3 is a structure of a lithium ion secondary battery to which a solid electrolyte is applied and a structure of a lithium ion secondary battery in which a Li 3 PS 4 solid electrolyte is disposed between a negative electrode and a positive electrode.
FIG. 4 is a structure diagram of a lithium ion secondary battery in which a Li 3 PS 4 solid electrolyte thin film having an alignment between a positive electrode active material, a solid electrolyte interface, and a negative electrode active material and a solid electrolyte interface is disposed in a lithium ion secondary battery structure using a solid electrolyte.
FIG. 5 is an enlarged structure of an interface between the active material and the solid electrolyte of FIG. 4 , in which a Li 3 PS 4 solid electrolyte thin film is inserted. (a) shows a structure in which the Li 3 PS 4 coating layer is applied without orientation, and in case of (b), the Li 3 PS 4 coating layer is formed such that the Li 3 PS 4 coating layer is aligned.
6 is a schematic diagram of an interface circuit model for an active material-electrolyte for an electrode structure. This circuit diagram also serves as a model for analyzing the resistance of battery components during battery operation.
7 is a graph comparing the measured values of the interfacial resistance in the battery of the Example and Comparative Example by the impedance analysis by the impedance fitting in Experimental Example 1 of the present invention. Arrows in the diagram indicate the interface resistance component confirmed by analyzing the impedance using the circuit diagram of FIG. 6.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 음극과 양극 사이에 고체전해질이 배치되고 상기 고체전해질과 음극 및 양극 사이에 각각 전해질 박막이 배치된 리튬이온 이차전지에서, 상기 고체전해질은 리튬 이온전도성을 띄는 물질로 LISICon, thio-LISICon, Perovskitre, Garnet 등의 보고된 고체전해질을 사용할 수 있다. 활물질과 상기 고체전해질 사이의 Li3PS4 박막을 배치하고 이 전해질 박막은 Li3PS4 내에서의 리튬이온 이동 방향과 동일한 방향으로 배향성을 가지도록 코팅된 구조에 관한 것이다.According to the present invention, in a lithium ion secondary battery in which a solid electrolyte is disposed between a cathode and an anode and an electrolyte thin film is disposed between the solid electrolyte and the cathode and the anode, the solid electrolyte is a material having lithium ion conductivity and may have LISICon and thio-LISICon. Reported solid electrolytes such as, Perovskitre and Garnet can be used. The Li 3 PS 4 thin film is disposed between the active material and the solid electrolyte, and the electrolyte thin film relates to a structure coated so as to have an orientation in the same direction as a lithium ion moving direction in Li 3 PS 4 .

이러한 본 발명은 소자 제작 시 Li3PS4 계열의 고체전해질의 계면이 음극과 양극 표면과 접하는 부분에서 리튬 박막의 계면에 Li 이온이 과량 도포 되게 함으로써 1차원 리튬 이온 전도 통로가 막히지 않게 하는 기술이다.The present invention is Li 3 PS 4 when manufacturing the device It is a technique to prevent one-dimensional lithium ion conduction passages from clogging by allowing excessive Li ions to be applied to the interface of the lithium thin film at the interface where the interface of the solid electrolyte of the series contacts the surface of the cathode and the anode.

일반적으로, LGPS 구조는 Li 이온이 부분적으로 점유 (69%와 64%)하고 있어 리튬 이온 전달이 용이한 일차원 전도 통로가 존재한다. Li3PS4 도 b축 방향으로 1차원 전도 통로가 존재하며, Li 이온이 부분적으로 점유(68%, 28%)하고 있으며, 부분적으로 점유된 위치들 간의 Li 이온의 확산 장벽 에너지는 0.1 eV 이하 이다. 실제의 소자 제작 단계에서 이러한 1차원적인 Li 이온의 전도통로를 유지시켜 주는 것이 리튬 이온 전달을 최적화하는 핵심 기술 요소이며, 이온 반경이 다른 외부 원자의 도핑 등은 이 같은 현상을 유지시켜주는 기술인데, 본 발명은 이러한 기술적 원리에서 리튬이온 통로의 이온 이동 조건을 최적화시킨 구조이다.In general, the LGPS structure is partially occupied by Li ions (69% and 64%), and thus there is a one-dimensional conduction passage that facilitates lithium ion transfer. Li 3 PS 4 There is a one-dimensional conduction passage in the b-axis direction, partially occupied by Li ions (68%, 28%), and the diffusion barrier energy of Li ions between the partially occupied positions is 0.1 eV or less. Maintaining this one-dimensional conduction path of Li ions at the actual device fabrication stage is a key technology for optimizing lithium ion transfer, and doping of external atoms with different ion radii maintains this phenomenon. In this technical principle, the present invention is a structure in which the ion transport conditions of the lithium ion channel are optimized.

리튬 이온의 이동을 기반으로하는 이차전지의 요소기술로서 이온전도 막의 제작에 관련된 기술에서 고체전해질로 사용되는 Lithium -Tetrathiophosphate (Li3PS4) 고체 구조는 우수한 고체형 Li 이온 전도 물질로 다양한 도핑 방법이 개발되어져 왔는데. 특히 결정 구조의 b 축 방향으로 Li 이온이 부분적으로 채워져 있는 1차원 전도 통로가 존재 한다. 만약 이러한 Li이 부분적으로 채워져 있는 1차원 전도 통로를 효과적으로 이용 할 수 있다면, 추가적인 외부 이온 도핑 등의 노력이 없이도 우수한 Li 이온 전도 막을 구현 할 수 있게 되는 것이다.Lithium-Tetrathiophosphate (Li 3 PS 4 ) solid structure used as a solid electrolyte in the technology related to the fabrication of ion conductive membranes based on the movement of lithium ions is an excellent solid type Li ion conducting material and various doping methods This has been developed. In particular, there is a one-dimensional conduction passage in which Li ions are partially filled in the b-axis direction of the crystal structure. If the Li can partially use the one-dimensional conductive passage partially filled, it is possible to realize a good Li ion conductive film without additional external ion doping.

따라서 본 발명에서는 Thio-LISICon 계열의 Li3PS4 를 이용한 전지에서 이온전도향상을 위해 물질 내의 우선적인 1차원 이온전도 통로를 유지하기 위하여, 종래 기술에서 시도한 새로운 원자가 도핑된 구조를 구현하는 것이 아니라 소재의 이온전달 통로가 전지 구조에서도 잘 작동하도록 1차원 이온전도 통로가 잘 보전된 배향성을 가지는 계면 구조를 새로이 구성한 것에 특징을 두고 있다.Therefore, in the present invention, in order to maintain the preferential one-dimensional ion conduction passage in the material for improving the ion conductivity in the battery using the Thio-LISICon-based Li 3 PS 4 , a new atom-doped structure attempted in the prior art is not implemented. It is characterized by the newly constructed interfacial structure having a well-maintained orientation so that the ion transport passage of the material works well in the battery structure.

본 발명에서는 Li3PS4 구조에서 Li 이온의 전달 경로를 확인하기 위해 Li 이온이 전파될 수 있는 경로 별로 Li 이온 전파에 따르는 에너지 장벽을 계산 과학을 통하여 확인하였으며 그 중에서 가장 에너지 장벽이 낮은 통로의 경로는 도 1과 같은 구조적 특성을 가진다는 사실을 밝혀내었다. 즉, Li3PS4 구조에서 Li 이온의 전달 경로는 도 1(a)의 Li3PS4 의 일반적 집합 구조에서 각 단위구조는 도 1(b)와 같은 Li 이온 전달 통로를 가지고 있는 것이다.In the present invention, in order to confirm the transfer path of Li ions in the Li 3 PS 4 structure, the energy barrier according to the propagation of Li ions is confirmed through computational science. The route was found to have the same structural characteristics as in FIG. 1. That is, in the Li 3 PS 4 structure, the transfer path of Li ions is that in the general assembly structure of Li 3 PS 4 of FIG. 1 (a), each unit structure has a Li ion transfer path as shown in FIG. 1 (b).

이와 관련하여 Perdew-Burke-Ernzerhof functional Functional 을 사용하여 얻은 Density Function Theory 계산 결과는 도 2와 같다. 도 2의 그래프를 통해 알 수 있듯이, 부분적으로 점유하고 있는 Li 이온의 이동장벽(migration barrier)인 전해질 막의 단위경로(path coordinate)당 이동에너지는 0.1 eV 이하로 매우 작다. 그러므로 1차원 집합구조인 체인 선상에서의 부분적으로 점유된 Li 이온은 외부의 작용 없이도 쉽게 b축 방향, 즉 이온 전달방향인 <010> 방향으로 chain 선상을 따라 움직일 수 있다. In this regard, the results of Density Function Theory calculation obtained using Perdew-Burke-Ernzerhof functional Functional are shown in FIG. 2. As can be seen from the graph of FIG. 2, the transfer energy per path coordinate of the electrolyte membrane, which is a migration barrier of partially occupied Li ions, is very small, 0.1 eV or less. Therefore, the partially occupied Li ions on the chain line, which is a one-dimensional assembly structure, can easily move along the chain line in the b-axis direction, i.

이러한 본 발명에 따른 이론적 배경에 근거할 때, Li3PS4를 적용한 전지에서 Li 이온의 이동을 최대화하기 위해서는 Li3PS4 의 배향성을 제어할 필요가 있다. 왜냐하면, 리튬 음극과 Li3PS4이 특정한 방향성을 가지지 않는 경우 국부적인 Li 이온 리치페이스(Rich Phase)가 형성되고 Li 이온의 이동도 차이가 발생하여 전체적으로 계면 저항을 증가시키기 때문이다. 그러므로 리튬 음극과 Li3PS4의 리튬이온 이동경로(010) 면이 접하도록 Li3PS4를 리튬이온의 이동방향과 동일한 방향으로 배향성을 가지도록 성장시키는 경우 리튬 음극과 Li3PS4 물질 내에서 Li 이온이 효과적으로 전달되어 계면 저항을 줄일 수 있게 되는 것이다. Based on the theoretical background according to the present invention, it is necessary to control the orientation of Li 3 PS 4 in order to maximize the movement of Li ions in the battery to which Li 3 PS 4 is applied. This is because, when the lithium anode and Li 3 PS 4 does not have a specific orientation, a local Li ion rich phase is formed and a difference in mobility of Li ions occurs to increase the interfacial resistance as a whole. Therefore, when an Li negative electrode and Li 3 PS 4 lithium-ion movement path (010) plane is Li 3 PS 4 the growth so as to have an orientation in the same direction as the direction of movement of the lithium ions in contact with a lithium negative electrode and Li 3 PS 4 material within In this case, Li ions are effectively transferred to reduce interfacial resistance.

이와 같이, 본 발명은 음극과 양극 사이에 고체전해질이 배치되고 상기 고체전해질과 음극 및 양극 사이에 각각 전해질 박막이 배치된 리튬이온 이차전지에서, 상기 고체전해질을 Li3PS4 로 구성하고 그 전해질 박막에 Li3PS4 가 리튬이온 이동 방향과 동일한 방향으로 배향성을 가지도록 코팅된 구조를 가진다.As such, in the present invention, in a lithium ion secondary battery in which a solid electrolyte is disposed between a cathode and an anode and an electrolyte thin film is disposed between the solid electrolyte and the anode and the cathode, the solid electrolyte is composed of Li 3 PS 4 and the electrolyte The thin film has a structure in which Li 3 PS 4 is coated to have an orientation in the same direction as a lithium ion moving direction.

이러한 본 발명의 전극 구조를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.When explaining the electrode structure of the present invention in more detail as follows.

전형적인 Li3PS4를 전해질로 적용한 전고체전지 구조에서 Li3PS4의 b 축 방향이 리튬이온 전지의 음극(1)에서 양극(2)으로 향하도록 설치된 리튬이온 전지는 도 3과 같다. 여기서는 음극(1)과 양극(2) 사이에 Li3PS4 고체전해질(3)이 배치된 구조를 보여주고 있다.In the all-solid-state battery structure in which a typical Li 3 PS 4 is applied as an electrolyte, a lithium ion battery installed such that the b-axis direction of the Li 3 PS 4 is directed from the negative electrode 1 to the positive electrode 2 of the lithium ion battery is shown in FIG. 3. Here, a structure in which a Li 3 PS 4 solid electrolyte 3 is disposed between the cathode 1 and the anode 2 is shown.

도 3의 전극 구조에서 Li3PS4 고체전해질(3)과 인접하는 음극(1)과 양극(2)의 각 사이에는 각각 리튬 박막의 전해질 막(4)이 배치되는데 그 구조는 도 4와 같다. 도 4에서는 고체전해질의 양측에 전해질 막(리튬 박막)이 형성된 구조를 가지는데, 본 발명에서는 이러한 각각의 전해질 막(4)의 계면 각 한쪽 면에 Li3PS4 로 추가의 Li 가 과량 도포된 구조를 가진다.In the electrode structure of FIG. 3, an electrolyte membrane 4 of a lithium thin film is disposed between the Li 3 PS 4 solid electrolyte 3 and each of the anode 1 and the anode 2 adjacent to each other. . In FIG. 4, an electrolyte membrane (lithium thin film) is formed on both sides of the solid electrolyte. In the present invention, an additional Li is excessively coated with Li 3 PS 4 on each side of the interface of each of the electrolyte membranes 4 . It has a structure.

이렇게 Li 박막(4)의 계면에 Li3PS4 도포층(5)이 추가 도포된 구조는 도 5에 나타내었다. The structure in which the Li 3 PS 4 coating layer 5 is further applied to the interface of the Li thin film 4 is shown in FIG. 5.

도 5(a)에서는 Li3PS4 도포층(5)이 추가 도포되어 있지만, 배향성이 없이 도포된 구조이고 그 계면에 Li 이온 리치페이스(Rich Phase)(6)가 형성된 구조를 보여주고 있다. 도 5(a)에서는 Li3PS4 도포층(5)은 배향성이 없고, 그 도포층에서 리튬 이온전달 속도의 차이로 인해 일부 계면에 Li 이온 리치페이스(Rich Phase)(6)가 형성되는데, 이러한 Li3PS4 도포층(5)에 Li 이온 리치페이스(Rich Phase)(6)가 형성된 부분과 그렇지 않은 부분의 이온 전달 특성 차이로 인해 국부적인 저항이 상승하게되고 이로 인해 전지 전체의 반응 속도가 저하되는 문제가 있다.In FIG. 5 (a), the Li 3 PS 4 coating layer 5 is additionally coated, but the structure is applied without the orientation and the Li ion rich phase 6 is formed at the interface thereof. In FIG. 5 (a), the Li 3 PS 4 coating layer 5 has no orientation and a Li ion rich phase 6 is formed at some interfaces due to a difference in lithium ion transfer rate in the coating layer. In the Li 3 PS 4 coating layer 5, the local resistance is increased due to the difference in ion transfer characteristics between the portions where the Li ion rich phase 6 is formed and the portions where the Li ion rich phase 6 is not formed, thereby increasing the reaction rate of the entire battery. There is a problem that is lowered.

그러나, 도 5(b)의 경우는 본 발명에 따라 리튬박막(44)에 Li3PS4 도포층(55)이 배향성을 가지도록 형성된 구조를 보여준다. 도 5(b)에서는 Li3PS4 도포층(55)이 배향을성을 가지며 형성된 구조이므로 Li 이온 리치페이스(Rich Phase)가 형성될 공간이 없이 일정한 계면을 가지므로 Li3PS4 도포층(55)의 전면에 걸쳐 동일한 이온 이동도를 나타내게 된다.However, FIG. 5 (b) shows a structure in which the Li 3 PS 4 coating layer 55 is formed on the lithium thin film 44 so as to have an orientation. Figure 5 (b) The Li 3 PS 4, because the coating layer 55 is has an orientation defined structure because Li ions rich face (Rich Phase) is of a uniform surface without a space be formed of Li 3 PS 4 coated layers ( The same ion mobility is exhibited over the entire surface of 55).

이러한 본 발명의 도 5(b)의 배향성을 가지는 구조는 리튬 박막(44)에 Li3PS4 도포층(55)을 형성할 때 전압을 걸어주는 방법으로 배향성을 가지도록 한다. 예컨대 통상의 리튬 박막에 스펏터링 방법으로 Li3PS4 분말을 스펏터하여 도포층을 형성하는 과정에서 박막의 양측에 200-400 Volt 범위의 전압을 걸어주면서 스펏터링을 실시하면 용이하게 배향성을 가지는 Li3PS4 도포층이 형성된다.The structure having the orientation of FIG. 5 (b) of the present invention is such that the orientation of the voltage is applied when the Li 3 PS 4 coating layer 55 is formed on the lithium thin film 44. For example, in the process of forming a coating layer by sputtering Li 3 PS 4 powder by a sputtering method on a conventional lithium thin film, sputtering while applying a voltage in the range of 200-400 Volt to both sides of the thin film has an easy orientation. A Li 3 PS 4 coating layer is formed.

상기한 바와 같이. 본 발명은 음극과 양극 사이에 고체전해질이 배치되고 상기 고체전해질과 음극 및 양극 사이에 각각 전해질 박막이 배치된 리튬이온 이차전지에서, 고체전해질을 Li3PS4 로 구성하고 그 전해질 박막인 리튬박막에 Li3PS4 가 리튬이온 이동 방향과 동일한 방향으로 배향성을 가지도록 Li3PS4 코팅 시에 전압을 걸어주면서 코팅시켜서 Li3PS4 도포층이 형성된 전해질 박막을 구성하고, 이를 전지 구성의 전해질 박막으로 적용함으로서, 종래의 전지에 비해 성능이 우수한 바람직한 성능의 리튬이온 이차전지로 제조할 수 있다.As mentioned above. According to the present invention, in a lithium ion secondary battery in which a solid electrolyte is disposed between a cathode and an anode and an electrolyte thin film is disposed between the solid electrolyte and the anode and the anode, the lithium electrolyte is composed of Li 3 PS 4 and the electrolyte thin film is a lithium thin film. Li 3 PS 4 is coated with Li 3 PS 4 applied while applying a voltage so that Li 3 PS 4 has an orientation in the same direction as the lithium ion moving direction, thereby forming an electrolyte thin film having a Li 3 PS 4 coating layer formed thereon. By applying it in a thin film, it can manufacture with the lithium ion secondary battery of the preferable performance excellent in performance compared with the conventional battery.

이렇게 제조된 본 발명의 전극 구조에 대한 활물질-전해질에 대한 계면 회로 모델은 도 6에 도시한 바와 같다. 이러한 도 6의 회로모델에서 계면에 배향성을 부여한 본 발명의 전극 구조는 배향성이 없는 경우에 비해 리튬 이온 통로를 바람직한 형태로 유지하고 그 통로를 보호하는 구조로 형성되어 있기 때문에 이온 이동이 원활하게 유지되어 계면저항이 크게 낮아지므로 전지 성능이 크게 향상되는 것이다.The interface circuit model for the active material-electrolyte for the electrode structure of the present invention thus prepared is shown in FIG. 6. In the circuit model of FIG. 6, the electrode structure of the present invention, which provides orientation to the interface, maintains a lithium ion channel in a preferred shape and protects the channel as compared with the case where there is no orientation. As a result, the interfacial resistance is greatly lowered, thereby significantly improving battery performance.

따라서 본 발명은 음극과 양극 사이에 고체전해질이 배치되고 상기 고체전해질과 음극 및 양극 사이에 각각 전해질 박막이 배치된 리튬이온 이차전지에 있어서, 상기 전해질 박막이 상기와 같이 배향성을 가지도록 구성된 리튬화합물 전해질 박막의 이온전도 통로 보호 구조를 가지는 리튬이온 이차전지를 포함한다.Accordingly, the present invention provides a lithium ion secondary battery in which a solid electrolyte is disposed between a cathode and an anode, and an electrolyte thin film is disposed between the solid electrolyte and the anode and the anode, respectively, wherein the lithium compound is configured to have an orientation as described above. It includes a lithium ion secondary battery having an ion conductive path protection structure of an electrolyte thin film.

이와 같이, 본 발명에 따른 전극 구조는 활물질과 고체전해질 사이의 리튬 이온 전달 저항을 개선하기 위해 고체전해질에서의 리튬 이온 전달 메커니즘을 분석하고 전해질 막의 배향성을 제어함으로서, 리튬이온 이차전지의 임피던스 분석 결과 전해질의 배향성을 제어한 전지 구조의 경우 배향성 없는 전극 구조에 비해 계면 저항이 개선됨을 확인 할 수 있다.
As described above, the electrode structure according to the present invention analyzes the lithium ion transfer mechanism in the solid electrolyte and controls the orientation of the electrolyte membrane in order to improve the lithium ion transfer resistance between the active material and the solid electrolyte, thereby analyzing the impedance of the lithium ion secondary battery. In the case of the battery structure that controls the orientation of the electrolyte, it can be seen that the interface resistance is improved compared to the electrode structure without the orientation.

이하 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.

실시예Example

음극과 양극 사이에 Li3PS4 고체전해질을 배치하고 상기 고체전해질과 음극 및 양극 사이에 각각 Li 박막(호일)으로 전해질 박막이 배치된 리튬이온 이차전지를 구성하되, 전해질 박막인 리튬박막의 제조는 200 um 두께의 Li 호일에 진공, Ar 분위기, 200-400 V bias 조건에서 Li 박막 일측면에 배향성을 가지는 Li3PS4 도포층을 형성시켜 제조하고, 이를 상기 전해질 박막으로 적용하여 리튬이온 이차전지를 제조하였다.
A lithium ion secondary battery comprising a Li 3 PS 4 solid electrolyte disposed between a negative electrode and a positive electrode and an electrolyte thin film disposed between the solid electrolyte and the negative electrode and the positive electrode as a Li thin film (foil), respectively, is prepared as an electrolyte thin film. Was prepared by forming a Li 3 PS 4 coating layer having an orientation on one side of a Li thin film under a vacuum, Ar atmosphere, and 200-400 V bias conditions in a 200 um thick Li foil, and applying the same as the electrolyte thin film. The battery was prepared.

비교예Comparative Example

상기 실시예와 동일하게 실시하되 전해질 박막으로 적용되는 Li 박막에 Li3PS4 도포층을 형성시키는 과정에서 전압을 걸어주는 것을 시행하지 아니하고 동일 조건으로 스펏터링하여 Li3PS4 도포층을 형성하고 전지 제작에 적용하였다.
But the same procedure as in the above embodiment by sintering seupeot under the same conditions nor not conducted to give a voltage is applied in the process of forming the Li 3 PS 4 coating layer on Li thin film is applied to the electrolyte film forms a Li 3 PS 4 coating layer It was applied to battery manufacturing.

실험예 1Experimental Example 1

상기 실시예와 비교예에서 제조된 각 리튬이온 이차전지를 교류 주파수 1MHz~0.1Hz 영역에서 전압 10mV를 가하면서 전지의 임피던스를 측정하고 도 6에 기술한 등가 회로를 이용하여 Fitting에 의하여 계면저항을 측정 비교하였다. 이러한 임피던스 분석결과는 도 7에 비교그래프로 나타내었다. 도 7에 나타난 분석 결과를 보면, 배향성 제어막을 가지는 경우(실시예)가 무배향성 막을 적용한 경우(비교예)에 비해 계면저항이 월등히 개선된 결과를 보여주고 있다.
Measuring the impedance of the battery while applying a voltage of 10 mV in the AC frequency range of 1 MHz to 0.1 Hz for each lithium ion secondary battery prepared in the above Examples and Comparative Examples and using the equivalent circuit described in FIG. The measurements were compared. These impedance analysis results are shown as a comparative graph in FIG. The analysis results shown in FIG. 7 show that the interface resistance is significantly improved in the case of having the orientation control film (Example) compared to the case of applying the non-oriented film (Comparative Example).

실험예 2Experimental Example 2

상기 실시예와 비교예에 따른 리튬이온 이차 전지에 대한 성능 확인을 위해 실험예 1과는 별도로 동일 조건에서 충/방전 평가, 수명 특성 등의 물성을 비교 실험하였다. 이때 실험 방법은 각각 정전류방식으로 1/20 C조건으로 시행하였다.In order to confirm the performance of the lithium ion secondary battery according to the above Examples and Comparative Examples, the physical properties such as charge / discharge evaluation, life characteristics, etc. were compared under the same conditions as in Experimental Example 1. At this time, the experimental method was carried out under 1/20 C condition by constant current method respectively.

그 결과는 다음 표 1에 나타내었다.
The results are shown in Table 1 below.

측정항목Metrics 실시예Example 비교예Comparative Example 1차 방전량 (mAh/g_s)Primary discharge amount (mAh / g_s) 800800 700700 수명 특성
(수명 평가 후 잔존 용량/초기 용량)
Life characteristics
(Remaining capacity / initial capacity after life evaluation)
60% after 40회60% after 40 times 45% after 40회45% after 40 times

상기 표 1에서와 같이, 전해질 막으로 배향성 제어막을 적용한 실시예의 경우 무배향성 막을 적용한 비교예에 비해 1차 방전량, 수명 특성 등의 물성에서 10% 이상의 향상된 결과를 나타내었다 이는 초기 내부 저항에 의한 이온 전달 억제가 일부 해소되고, 수명 진행에 따라 계면 막힘 현상이 억제된 것으로 판단되고, 본 발명에 따른 리튬화합물 전해질 박막의 이온전도 통로 보호 구조를 가지는 전지가 우수한 전지 성능을 나타낸다는 것이 확인되었다.
As shown in Table 1, the embodiment in which the orientation control film was applied as the electrolyte membrane showed an improvement of 10% or more in the physical properties such as the primary discharge amount and the life characteristics compared to the comparative example in which the non-oriented film was applied. It was determined that the suppression of ion transfer was partially eliminated, and the interface clogging phenomenon was suppressed as the life progressed, and it was confirmed that the battery having the ion conductive path protection structure of the lithium compound electrolyte thin film according to the present invention exhibited excellent battery performance.

1 - 음극
2 - 양극
3 - 고체전해질
4 - 전해질 막
44 - 리튬박막
5, 55 - Li3PS4 도포층
6 - Li3PS4 리치페이스
1-cathode
2-anode
3-solid electrolyte
4-electrolyte membrane
44-Lithium Thin Film
5, 55-Li 3 PS 4 coating layer
6-Li 3 PS 4 Rich Face

Claims (3)

음극과 양극 사이에 고체전해질이 배치되고 상기 고체전해질과 음극 및 양극 사이에 각각 전해질 박막이 배치된 리튬이온 이차전지에서, 상기 고체전해질은 Li3PS4 로 구성되고, 상기 전해질 박막은 리튬 박막에 Li3PS4 가 리튬이온 이동 방향과 동일한 방향으로 배향성을 가지도록 코팅된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지에서의 리튬화합물 전해질 박막의 이온전도 통로 보호 구조.
In a lithium ion secondary battery in which a solid electrolyte is disposed between a negative electrode and a positive electrode and an electrolyte thin film is disposed between the solid electrolyte and the negative electrode and the positive electrode, the solid electrolyte is composed of Li 3 PS 4 , and the electrolyte thin film is formed on a lithium thin film. An ion conductive path protection structure of a lithium compound electrolyte thin film in a lithium ion secondary battery, characterized in that the Li 3 PS 4 is coated so as to have an orientation in the same direction as the lithium ion moving direction.
청구항 1에 있어서, 상기 배향성을 가지는 코팅된 구조는 전압을 걸어주는 방식에 의해 형성된 구조인 것을 특징으로 하는 리튬화합물 전해질 박막의 이온전도 통로 보호 구조.
The ion conductive path protection structure of claim 1, wherein the coated structure having the orientation is a structure formed by applying a voltage.
음극과 양극 사이에 고체전해질이 배치되고 상기 고체전해질과 음극 및 양극 사이에 각각 전해질 박막이 배치된 리튬이온 이차전지에 있어서, 상기 전해질 박막이 상기 청구항 1의 리튬화합물 전해질 박막의 이온전도 통로 보호 구조를 포함하는 리튬이온 이차전지.In a lithium ion secondary battery in which a solid electrolyte is disposed between a negative electrode and a positive electrode and an electrolyte thin film is disposed between the solid electrolyte and the negative electrode and the positive electrode, the electrolyte thin film is an ion conductive path protection structure of the lithium compound electrolyte thin film of claim 1. Lithium-ion secondary battery comprising a.
KR1020120148965A 2012-12-18 2012-12-18 Structure for ionic conductive way of electrolyte membrane in lithium ion secondary battery KR101352791B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120148965A KR101352791B1 (en) 2012-12-18 2012-12-18 Structure for ionic conductive way of electrolyte membrane in lithium ion secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120148965A KR101352791B1 (en) 2012-12-18 2012-12-18 Structure for ionic conductive way of electrolyte membrane in lithium ion secondary battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101352791B1 true KR101352791B1 (en) 2014-01-16

Family

ID=50145876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120148965A KR101352791B1 (en) 2012-12-18 2012-12-18 Structure for ionic conductive way of electrolyte membrane in lithium ion secondary battery

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101352791B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003147514A (en) 2001-11-06 2003-05-21 Japan Science & Technology Corp Method of depositing oriented thin film
KR20100109891A (en) * 2009-01-21 2010-10-11 도요타지도샤가부시키가이샤 Sulfide solid electrolyte material
JP2012150909A (en) 2011-01-17 2012-08-09 Toyota Motor Corp Lithium metal solid body, lithium metal film made of the same, solid electrolyte membrane-lithium electrode assembly including the metal film, lithium air battery provided with the solid electrolyte membrane-lithium electrode assembly, and method for manufacturing the solid electrolyte membrane-lithium electrode assembly
KR20120095987A (en) * 2009-12-16 2012-08-29 도요타 지도샤(주) Method of producing a sulfide solid electrolyte material, sulfide solid electrolyte material, and lithium battery

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003147514A (en) 2001-11-06 2003-05-21 Japan Science & Technology Corp Method of depositing oriented thin film
KR20100109891A (en) * 2009-01-21 2010-10-11 도요타지도샤가부시키가이샤 Sulfide solid electrolyte material
KR20120095987A (en) * 2009-12-16 2012-08-29 도요타 지도샤(주) Method of producing a sulfide solid electrolyte material, sulfide solid electrolyte material, and lithium battery
JP2012150909A (en) 2011-01-17 2012-08-09 Toyota Motor Corp Lithium metal solid body, lithium metal film made of the same, solid electrolyte membrane-lithium electrode assembly including the metal film, lithium air battery provided with the solid electrolyte membrane-lithium electrode assembly, and method for manufacturing the solid electrolyte membrane-lithium electrode assembly

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bao et al. Solid electrolyte interphases on sodium metal anodes
Shen et al. Unlocking the energy capabilities of lithium metal electrode with solid-state electrolytes
Park et al. Design strategies, practical considerations, and new solution processes of sulfide solid electrolytes for all‐solid‐state batteries
Li et al. Suppression of dendritic lithium growth in lithium metal-based batteries
KR102619076B1 (en) Stable silicon-ionic liquid interface lithium-ion batteries
Huang et al. Ionic shield for polysulfides towards highly-stable lithium–sulfur batteries
TW201628249A (en) Electrochemical device stacks including interlayers for reducing interfacial resistance and over-potential
Yang et al. Ionic liquid enhanced composite solid electrolyte for high-temperature/long-life/dendrite-free lithium metal batteries
CN108963328A (en) Solid state lithium battery and preparation method based on multi-functional layered composite solid electrolyte
KR20150103938A (en) A separation membrane for lithium sulfur batteries
US20160233545A1 (en) Electrolyte additive and use thereof
JP3677508B2 (en) Solid electrolyte and all solid state battery using the same
CN108711609B (en) Lithium metal negative electrode surface treatment process and application thereof
Di Donato et al. Electrolyte Measures to Prevent Polysulfide Shuttle in Lithium‐Sulfur Batteries
KR20180036410A (en) All solid state battery
US20190181453A1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary cell
EP3930066A1 (en) Solid-liquid battery
CN113410437A (en) Negative electrode surface protection method suitable for solid lithium battery and secondary lithium battery
Li et al. Impact of Fluorine‐Based Lithium Salts on SEI for All‐Solid‐State PEO‐Based Lithium Metal Batteries
Wang et al. g-C3N4 Boosting the Interfacial Compatibility of Solid-State Lithium-Sulfur Battery
Zhang et al. Research progress on space charge layer effect in lithium-ion solid-state battery
KR101352791B1 (en) Structure for ionic conductive way of electrolyte membrane in lithium ion secondary battery
Lee et al. Synergetic effect of aqueous electrolyte and ultra‐thick millimeter‐scale LiFePO4 cathode in aqueous lithium‐ion batteries
CN113675477B (en) Asymmetric lamellar polymer matrix composite solid electrolyte suitable for 4.5V all-solid battery, and preparation method and application thereof
Li et al. Interfacial stability analysis between Ca-doped Na3PS4 solid electrolyte and Na anode from first-principles calculations

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161228

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171227

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181213

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191210

Year of fee payment: 7