KR101394128B1 - High ionic conductive ceramics film and fabrication method of the same and all-solid-state secondary battery using the same - Google Patents

High ionic conductive ceramics film and fabrication method of the same and all-solid-state secondary battery using the same Download PDF

Info

Publication number
KR101394128B1
KR101394128B1 KR1020120068812A KR20120068812A KR101394128B1 KR 101394128 B1 KR101394128 B1 KR 101394128B1 KR 1020120068812 A KR1020120068812 A KR 1020120068812A KR 20120068812 A KR20120068812 A KR 20120068812A KR 101394128 B1 KR101394128 B1 KR 101394128B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
particles
solid electrolyte
electrolyte membrane
layer
lithium
Prior art date
Application number
KR1020120068812A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140005394A (en
Inventor
윤운하
최종진
류정호
김종우
최준환
박동수
안철우
한병동
Original Assignee
한국기계연구원
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 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020120068812A priority Critical patent/KR101394128B1/en
Publication of KR20140005394A publication Critical patent/KR20140005394A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101394128B1 publication Critical patent/KR101394128B1/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
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/08Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances oxides
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

고이온전도도를 갖는 신규한 구조의 고체 전해질막, 그 제조 방법 및 이를 이용한 전고체 이차전지에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고체 전해질막은 양극층과 음극층 사이에 개재되는 고체 전해질막으로서, 입자 크기가 최소 1㎛ 이상인 복수의 리튬이온통과 입자; 및 적어도 상기 복수의 리튬이온통과 입자들 사이에 형성된 전자장벽층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a novel solid electrolyte membrane having a high ionic conductivity, a method for producing the same, and a full solid secondary battery using the same.
A solid electrolyte membrane according to the present invention is a solid electrolyte membrane sandwiched between a cathode layer and a cathode layer, comprising: a plurality of lithium ion exchange resins having a particle size of at least 1 탆; And an electron barrier layer formed at least between the plurality of lithium ions and the particles.

Description

고이온전도도를 갖는 고체 전해질막, 그 제조 방법 및 그를 이용한 전고체 이차전지{HIGH IONIC CONDUCTIVE CERAMICS FILM AND FABRICATION METHOD OF THE SAME AND ALL-SOLID-STATE SECONDARY BATTERY USING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a solid electrolyte membrane having a high ionic conductivity, a method for producing the same, and a full solid secondary battery using the same. [0002]

본 발명은 고체 전해질막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고이온전도도를 갖는 신규한 구조의 고체 전해질막, 그 제조 방법 및 그를 이용한 전고체 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solid electrolyte membrane, and more particularly, to a solid electrolyte membrane having a novel structure having high ion conductivity, a method for producing the same, and a full solid secondary battery using the same.

리튬 이온 이차전지는 큰 전기 화학 용량, 높은 작동 전위 및 우수한 충방전 사이클 특성을 갖기 때문에 휴대정보 단말기, 휴대 전자 기기, 가정용 소형 전력 저장 장치, 모터사이클, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 용도로 수요가 증가하고 있다. 이와 같은 용도의 확산에 따라 리튬 이온 이차전지의 안전성 향상 및 고성능화가 요구되고 있다. Since the lithium ion secondary battery has a large electrochemical capacity, a high operating potential and an excellent charge / discharge cycle characteristic, it can be used for portable information terminals, portable electronic devices, small-sized power storage devices for household use, motorcycles, electric vehicles, hybrid electric vehicles Is increasing. With the spread of such applications, improvement of safety and high performance of lithium ion secondary batteries are required.

종래의 리튬 이온 이차전지는 액체전해질을 사용함에 따라 공기 중의 물에 노출될 경우 쉽게 발화되어 안정성 문제가 항상 제기되어 왔다. 이러한 안정성 문제는 전기 자동차가 가시화되면서 더욱 이슈화되고 있다.Conventional lithium ion secondary batteries are liable to be ignited when they are exposed to water in the air due to the use of a liquid electrolyte, thereby posing a problem of stability. This stability problem is becoming more and more important as electric cars become more visible.

이에 따라, 최근 안전성 향상을 목적으로 불연 재료인 무기 재료로 이루어진 고체 전해질을 이용한 전고체 이차전지(All-Solid-State Secondary Battery)의 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 전고체 이차전지는 안정성, 고에너지 밀도, 고출력, 장수명, 제조공정의 단순화, 전지의 대형화/콤팩트화 및 저가화 등의 관점에서 차세대 이차전지로 주목되고 있다.Recently, all solid-state secondary batteries using a solid electrolyte made of an inorganic material, which is a nonflammable material, have been actively studied for the purpose of improving safety. All solid secondary batteries are attracting attention as a next generation secondary battery in terms of stability, high energy density, high output, long life, simplification of manufacturing process, enlargement / compactification of battery, and low cost.

전고체 이차전지는 양극층/고체 전해질층/음극층으로 구성되는데, 이 중 고체 전해질층의 고체 전해질에서는 높은 이온전도도 및 낮은 전자전도도가 요구된다.The solid secondary battery is composed of a positive electrode layer / a solid electrolyte layer / a negative electrode layer. Of these, the solid electrolyte of the solid electrolyte layer requires a high ion conductivity and a low electronic conductivity.

이를 만족하는 고체 전해질에는 황화물계, 산화물계 등이 있다. 이 중 LLT(Li3xLa2/(3-x)TiO3)계, LLZ(Li7La3Zr2O12) 등이 산화물계로 널리 알려져 있으며, 이들은 상대적으로 입계 저항이 낮아서 총 전도도가 높기 때문에 유망한 재료로 주목 받고 있다.Solid electrolytes satisfying these requirements include sulfides, oxides, and the like. And of the LLT (Li 3x La 2 / ( 3x) TiO 3) based, such as LLZ (Li 7 La 3 Zr 2 O 12) well known to Step oxide, all of which are relatively low, the grain boundary resistance due to the high total conductivity It is attracting attention as a promising material.

그러나, LLT 또는 LLZ 고체 전해질은 박막(Thin Film) 또는 후막(Thick Film)으로 제조 시, 벌크(Bulk) 재료의 1/100 수준으로 이온전도도가 뚜렷하게 감소하는 문제점이 있다. 따라서, 막 형태로 제조하더라도 높은 이온전도도를 확보할 수 있는 산화물계 고체 전해질의 신규한 구조가 요구된다. However, when the LLT or LLZ solid electrolyte is manufactured with a thin film or a thick film, there is a problem that the ion conductivity is markedly reduced to 1/100 of that of the bulk material. Therefore, a novel structure of an oxide-based solid electrolyte capable of securing a high ion conductivity even in the form of a film is required.

본 발명에 관련된 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1027898호(2011.03.31. 등록)가 있으며, 상기 문헌에는 정극/고체 전해질층/부극의 적층구조를 가지며, 편평한 막 형태의 고체 전해질층으로 이루어진 전고체 리튬 이차전지가 개시되어 있다.A prior art related to the present invention is Korean Patent Registration No. 10-1027898 (registered on Mar. 31, 2011), which discloses a solid electrolyte layer having a laminated structure of a positive electrode / solid electrolyte layer / A lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.

본 발명의 하나의 목적은 높은 이온전도도를 갖는 신규한 구조의 산화물 고체 전해질막을 제공하고, 이 고체 전해질막을 채용하여 높은 이온전도도를 갖는 신규한 구조의 전고체 이차전지를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide an oxide solid electrolyte membrane having a novel structure having a high ion conductivity and to provide a pre-solid secondary battery having a novel structure having a high ion conductivity by employing this solid electrolyte membrane.

또한, 본 발명의 다른 목적은 높은 이온전도도를 갖는 신규한 구조의 산화물 고체 전해질막의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a process for producing an oxide solid electrolyte membrane having a novel structure having a high ion conductivity.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 고체 전해질막은 양극층과 음극층 사이에 개재되는 고체 전해질막으로서, 입자 크기가 최소 1㎛ 이상인 복수의 리튬이온통과 입자; 및 적어도 상기 복수의 리튬이온통과 입자들 사이에 형성된 전자장벽층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a solid electrolyte membrane interposed between an anode layer and a cathode layer, the solid electrolyte membrane comprising: a plurality of lithium ion batteries having a particle size of at least 1 m; And an electron barrier layer formed at least between the plurality of lithium ions and the particles.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 고체 전해질막 제조 방법은 (a) 입자 크기가 최소 1㎛ 이상인 복수의 리튬이온통과 입자를 입자 각각의 일부분이 매립되는 형태로 양극층 또는 음극층에 형성하는 단계; 및 (b) 적어도 복수의 리튬이온통과 입자를 사이에 전자장벽층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solid electrolyte membrane, the method comprising: (a) forming a plurality of lithium ions having a particle size of at least 1 탆, Or a cathode layer; And (b) forming an electron barrier layer between at least a plurality of lithium ions and the particles.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전고체 이차전지는 양극층, 음극층 및 상기 양극층과 음극층 사이에 개재된 고체 전해질막을 포함하며, 상기 고체 전해질막은 입자 크기가 최소 1㎛ 이상인 복수의 리튬이온통과 입자; 및 적어도 상기 복수의 리튬이온통과 입자들 사이에 형성된 전자장벽층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a full-solid-state secondary battery including a cathode layer, a cathode layer, and a solid electrolyte layer interposed between the anode layer and the cathode layer, A plurality of lithium ion exchange resins and particles having a size of 1 mu m or more; And an electron barrier layer formed at least between the plurality of lithium ions and the particles.

본 발명에 따른 고체 전해질막은 크기가 최소 1㎛인 복수의 리튬이온통과 입자 및 입자들 사이의 전자장벽층을 포함하는 신규한 구조로서, 리튬이온통과 입자가 리튬 이온의 이동 경로를 제공하므로 높은 이온전도도를 가질 수 있다.The solid electrolyte membrane according to the present invention is a novel structure including a plurality of lithium ion batteries having a size of at least 1 탆 and an electron barrier layer between the particles and the particles, It can have a high ionic conductivity.

또한, 본 발명에 따른 고체 전해질막은 Li3xLa2 /(3-x)TiO3(0<x≤2, LLT) 또는 Li7La3Zr2O12(LLZ) 산화물 재질, 혹은 5중량% 이하의 Al2O3가 첨가된 LLZ 산화물 재질 뿐만 아니라 모든 리튬 이온 고체 전해질을 사용할 수 있으며, 벌크 소재의 높은 이온전도도를 그대로 채용할 수 있어서 높은 이온전도도를 보인다.In addition, Li 3x La 2 film solid electrolyte of the present invention / (3x) TiO 3 (0 <x≤2, LLT) or Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ) oxide material, or 5 wt% or less Of all lithium ion solid electrolytes as well as the LLZ oxide material to which Al 2 O 3 is added can be used and high ionic conductivity of the bulk material can be adopted as it is.

이러한 신규한 구조의 고체 전해질막을 채용한 전고체 이차전지는 전지의 안정성 확보와 동시에 고성능화가 가능하여 전자기기뿐만 아니라 전기 자동차 등에 적용할 수 있어 시장 확대에 따른 고비용 창출이 예상된다.All of the solid secondary batteries employing the solid electrolyte membrane of this novel structure can be used for electric vehicles as well as for electronic devices because the batteries can be secured with high performance and high performance.

또한, 본 발명에 따르면 기존의 방법을 이용하여 높은 이온전도도를 갖는 신규한 구조의 고체 전해질막을 손쉽게 제작할 수 있다. Also, according to the present invention, it is possible to easily produce a solid electrolyte membrane having a novel structure having a high ion conductivity by using an existing method.

도 1은 본 발명에 따른 고체 전해질막을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고체 전해질막 제조방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 따른 고체 전해질막 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.
도 5 및 도 6은 도 2에 따른 고체 전해질막 제조방법을 설명하기 위한 공정평면도들이다.
도 7은 본 발명에 따른 고체 전해질막을 이용하여 제조될 수 있는 전고체 이차전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 실시 예에 의해 제조된 Li7La3Zr2O12 - 1중량% Al2O3 세라믹스의 이온전도도 특성을 나타낸 그림이다.
1 is a cross-sectional view showing a solid electrolyte membrane according to the present invention.
2 is a process flow chart for explaining a solid electrolyte membrane production method according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are process sectional views for explaining a solid electrolyte membrane production method according to FIG.
5 and 6 are process plan views for explaining a solid electrolyte membrane manufacturing method according to FIG.
7 is a cross-sectional view schematically showing a pre-solid secondary battery that can be manufactured using the solid electrolyte membrane according to the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the Li 7 La 3 Zr 2 O 12 - Ion conductivity of 1 wt% Al 2 O 3 ceramics.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein but may be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 본 발명에 따른 고이온전도도를 갖는 신규한 구조의 산화물 고체 전해질막, 그 제조 방법 및 그를 이용한 전고체 이차전지에 관하여 상세하게 설명한다.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an oxide solid electrolyte membrane having a high ionic conductivity according to the present invention, a method for producing the oxide solid electrolyte membrane, and a whole solid secondary battery using the oxide solid electrolyte membrane will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따른 고체 전해질막을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a solid electrolyte membrane according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고체 전해질막(120)은 입자 크기가 최소 1㎛ 이상인 복수의 리튬이온통과 입자(121) 및 적어도 복수의 리튬이온통과 입자 (121)들 사이에 형성된 전자장벽층(123)을 포함한다. 편의상, 이하에서는 리튬이온통과 입자를 입자로 설명한다.
1, a solid electrolyte membrane 120 according to the present invention includes a plurality of lithium ion exchange membranes 121 having a particle size of at least 1 탆 and at least a plurality of lithium ion exchange membranes 121 formed between the ion exchange membranes 121 And an electron barrier layer 123. For the sake of convenience, lithium ion batteries and particles are described below as particles.

여기서, 입자(121)는 산화물 재질, 일례로, Li3xLa2 /(3-x)TiO3(0<x≤2)(이하, LLT로 칭함) 또는 Li7La3Zr2O12(이하, LLZ로 칭함) 계열 재료 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 사용되는 입자(121)는 리튬 이온 고체전해질로서의 기능을 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다.Here, the particle 121 is an oxide material, for example, Li 3x La 2 / (3x), TiO 3 (0 <x≤2) (hereinafter referred to as LLT) or Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ( hereinafter , LLZ) series material. The particles 121 to be used are not particularly limited as long as they have a function as a lithium ion solid electrolyte.

이들 LLT 및 LLZ는 가장 널리 알려진 산화물 고체 전해질로서, 약 10-4S/cm 이상의 높은 이온전도도를 갖는 물질이다. 이에 따라, 입자(121)가 LLT 또는 LLZ 중 어느 하나로 형성될 경우, 고체 전해질막(120)의 이온전도도를 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
These LLT and LLZ are the most widely known oxide solid electrolytes and have a high ionic conductivity of about 10 -4 S / cm or more. Accordingly, when the particles 121 are formed of either LLT or LLZ, the ion conductivity of the solid electrolyte membrane 120 can be further improved.

한편, 입자(121)는 LLT 또는 5중량% 이하, 보다 바람직하게 0.5중량% 내지 5중량% 이하의 Al2O3가 첨가된 LLZ로 이루어질 수 있다. 이 경우, 입자(121)는 LLT 또는 Al2O3이 첨가된 LLZ일 수 있다. On the other hand, the particles 121 may be composed of LLT or LLZ to which 5% by weight or less, more preferably 0.5 to 5% by weight, of Al 2 O 3 is added. In this case, the particles 121 may be LLZ or LLZ to which Al 2 O 3 is added.

여기서, Al2O3는 Al3 + 이온이 Li+ 사이트에 치환되면서 리튬(Li) 공공(vacancy)의 형성으로 인해 입자(121)의 이온전도도를 향상시키는 효과를 보인다. Al2O3의 첨가에 의해 LLZ의 결정구조가 입방체(Cubic) 구조로 변경된다.Here, Al 2 O 3 has an effect of improving the ion conductivity of the particles 121 due to the formation of lithium vacancies while Al 3 + ions are substituted for Li + sites. By the addition of Al 2 O 3 , the crystal structure of LLZ is changed to a cubic structure.

이때, Al2O3이 0.5중량% 미만으로 LLZ에 첨가될 경우, 이온전도도 향상 효과가 미비할 수 있고, 반면에 5중량%를 초과하여 LLZ에 첨가될 경우, 오히려 입자(121)의 이온전도도가 저하될 수 있다.
At this time, when Al 2 O 3 is added to LLZ in an amount less than 0.5% by weight, the effect of improving ionic conductivity may be insufficient. On the other hand, when added to LLZ in an amount exceeding 5% by weight, Can be lowered.

입자(121)는 양극층(미도시)과 음극층(110) 사이에 개재되어, 이들 사이에서 리튬(Li) 이온의 이동 경로를 제공하며, 이를 만족하도록 입자(121)의 크기는 최소 1㎛ 이상, 보다 바람직하게는 1㎛ 내지 200㎛의 범위로 형성될 수 있다.The particles 121 are interposed between the anode layer (not shown) and the cathode layer 110 to provide a path for lithium ion migration therebetween. The size of the particles 121 is at least 1 탆 And more preferably in the range of 1 m to 200 m.

입자(121)가 1㎛ 미만의 입자 크기를 가질 경우, 양극층과 음극층(110) 사이에서 충분한 리튬 이온의 이동 경로를 제공하기가 어려울 수 있고, 반면에 200 ㎛를 초과하는 입자 크기를 가질 경우, 고체 전해질막(120)의 박막화가 어려울 수 있다.When the particles 121 have a particle size of less than 1 mu m, it may be difficult to provide sufficient migration path of lithium ions between the anode layer and the cathode layer 110, while having a particle size exceeding 200 mu m , It may be difficult to make the solid electrolyte membrane 120 thinner.

또한, 입자(121)의 충진율은 하기 [식 1]에 의해 연산되는 값으로 나타내어지며, 고체 전해질막(120)의 면적부에 대해, 입자(121)의 면적부를 가질 수 있다. 입자(121)의 면적부가 높을수록 충진율은 높아지며, 입자(121)의 면적부는 동일한 크기의 입자들 보다는 여러 크기 종류의 입자들이 혼용될 때 높은 충진율을 확보할 수 있다.The filling ratio of the particles 121 is represented by the value calculated by the following formula 1 and may have an area of the particles 121 with respect to the area of the solid electrolyte membrane 120. The higher the area of the particles 121, the higher the filling rate. The area of the particles 121 can ensure a higher filling rate when particles of various sizes are mixed rather than particles of the same size.

상기한 입자(121)의 충진율과 고체전해질막(120)의 이온전도도는 하기 [식 2]와 같은 관계를 보이므로, 여러 크기 종류의 입자들을 혼용하여 높은 충진율을 확보할 때, 양극층(미도시)과 음극층(110) 사이에서 입자(121)의 리튬 이온의 이동 경로 제공 효과를 극대화할 수 있다.
Since the packing ratio of the particles 121 and the ionic conductivity of the solid electrolyte membrane 120 are as shown in the following formula 2, when a high packing ratio is secured by mixing particles of various sizes, It is possible to maximize the effect of providing the migration path of the lithium ions of the particles 121 between the cathode layer 110 and the cathode layer 110.

[식 1][Formula 1]

입자의 충진율 = [입자의 면적부]/[고체 전해질막의 면적부]
Filling ratio of particles = [area of particles] / [area of solid electrolyte membrane]

[식 2][Formula 2]

고체 전해질막의 이온전도도 = 입자의 이온전도도 × 입자의 충진율
Ionic conductivity of solid electrolyte membrane = ion conductivity of particles x packing ratio of particles

상기에서, 입자(121)의 충진율이 1% 미만일 경우, 고체 전해질막(120)의 이온전도도와 유사하며 이는 양극층과 음극층(110) 사이에서 충분한 리튬 이온의 이동 경로를 제공하기가 어려울 수 있음을 의미한다. 반면에 입자(121)의 충진율이 95%를 초과하는 경우, 고체 전해질막(120)의 박막화가 어려울 수 있으며, 전자장벽층(123)의 제작이 제한될 수 있다.If the filling ratio of the particles 121 is less than 1%, it is similar to the ion conductivity of the solid electrolyte layer 120, which may make it difficult to provide a sufficient path of lithium ions between the anode layer and the cathode layer 110 . On the other hand, if the filling ratio of the particles 121 exceeds 95%, it may be difficult to make the solid electrolyte membrane 120 thin, and the manufacture of the electron barrier layer 123 may be restricted.

이러한 복수의 입자(121)들은 입자(121) 각각의 일부분이 음극층(110)에 매립되며, 입자(121)들은 양극층과 음극층(110) 사이에서 이들의 단락(Short)을 방지하는 역할도 수행할 수 있다.The plurality of particles 121 are formed such that a part of each of the particles 121 is buried in the cathode layer 110 and the particles 121 serve to prevent shorting between the anode layer and the cathode layer 110 Can also be performed.

전자장벽층(123)은 전자 절연 재료를 사용하여 제작되며, 입자(121)와 입자(121) 사이의 음극층(110) 노출부에 형성되어, 양극층과 음극층(110)을 서로 절연시킨다.The electron barrier layer 123 is formed using an electron-insulating material and is formed in an exposed portion of the cathode layer 110 between the particles 121 and the particles 121 to isolate the anode layer and the cathode layer 110 from each other .

전자장벽층(123)은 리튬 이온 고체 전해질 박/후막, 일례로, LLT 또는 LLZ 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 경우, 고체 전해질막(120)의 이온전도도를 보다 향상시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.The electron barrier layer 123 may be formed of any one of lithium ion solid electrolyte foil / thick film, for example, LLT or LLZ. In this case, the ion conductivity of the solid electrolyte membrane 120 can be further improved.

이러한 전자장벽층(123)은 최소 1㎛ 이상, 보다 바람직하게 1㎛ 내지 20㎛ 범위의 두께 정도로 형성될 수 있다. 전자장벽층(123)을 1㎛ 이하로 제작할 경우 균일한 절연막이 형성되지 않을 수 있고, 20㎛ 이상으로 제작할 경우 리튬 이온의 이동경로가 멀어서 전고체 이차전지에서 양극층과 음극층간의 이온전도성의 저하를 초래할 수 있다.The electron barrier layer 123 may be formed to have a thickness of at least 1 탆, more preferably in the range of 1 탆 to 20 탆. A uniform insulating film may not be formed when the electron barrier layer 123 is formed to a thickness of 1 탆 or less, and a lithium ion migration path is not sufficient when the electron barrier layer 123 is manufactured to a thickness of 20 탆 or more. It can cause deterioration.

한편, 전자장벽층(123)은 LLT 또는 5중량% 이하, 보다 바람직하게 0.5중량% 내지 5중량% 이하의 Al2O3가 첨가된 LLZ로 이루어질 수 있다. 이 경우, 전자장벽층(123)은 LLT 또는 Al2O3이 첨가된 LLZ일 수 있다.On the other hand, the electron barrier layer 123 may be composed of LLT or LLZ to which Al 2 O 3 is added in an amount of 5 wt% or less, more preferably 0.5 wt% to 5 wt% or less. In this case, the electron barrier layer 123 may be a LLZ the LLT or Al 2 O 3 was added.

입자(121)에서와 마찬가지로, Al2O3는 Al3 + 이온이 Li+ 사이트에 치환되면서 Li 공공(vacancy)의 형성으로 인해 전자장벽층(123)의 이온전도도를 향상시키는 효과를 보이며, Al2O3의 첨가에 의해 LLZ의 결정구조가 입방체(Cubic) 구조로 변경된다. 이 경우, LLZ에 첨가되는 Al2O3의 함량 이유 또한 입자(121)에서 설명한 바와 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.
As in the case of the particles 121, Al 2 O 3 has the effect of improving ion conductivity of the electron barrier layer 123 due to the formation of Li vacancies while substituting Al 3 + ions for Li + The addition of 2 O 3 changes the crystal structure of LLZ to a cubic structure. In this case, the reason for the content of Al 2 O 3 added to the LLZ is also the same as that described in the particle 121, and thus a duplicated description will be omitted.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 고체 전해질막(120)은 입자 크기가 최소 1㎛ 이상인 복수의 입자(121), 및 적어도 입자(121)들 사이에 형성된 전자장벽층(123)으로 이루어지는 신규한 구조를 가진다.
As described above, the solid electrolyte membrane 120 according to the present invention is a novel solid electrolyte membrane comprising a plurality of particles 121 having a particle size of at least 1 탆 and an electron barrier layer 123 formed between at least the particles 121 Structure.

이 신규한 구조의 고체 전해질막(120)은 크기가 최소 1㎛ 이상인 복수의 입자(121)를 통해 리튬 이온의 이동 경로를 제공하는 것을 특징으로 하며, 기존 편평한 형태의 LIPON막에 비해 약 60배에 해당하는 약 6×10-5S/cm의 이온전도도를 가짐을 도 8을 통해 확인할 수 있었다.The solid electrolyte membrane 120 of this novel structure is characterized in that it provides a path of lithium ions through a plurality of particles 121 having a size of at least 1 탆 and is about 60 times larger than that of a conventional flat type LIPON membrane The ion conductivity of about 6 x 10 &lt; -5 &gt; S / cm.

또한, 본 발명에 따른 고체 전해질막(120)은 고이온전도도를 가질 뿐만 아니라 고체 산화물로 이루어지므로 화학적으로 안정하다.In addition, the solid electrolyte membrane 120 according to the present invention is chemically stable since it has a high ionic conductivity as well as a solid oxide.

또한, 본 발명에 따른 고체 전해질막(120)의 이온전도도는 [식 2]와 같이 입자(121)의 충진율로 정해지며, 실시 예와 같이 0.5중량% 내지 5중량% 이하의 Al2O3 가 첨가된 LLZ를 입자로 사용할 경우, 3×10-6S/cm 내지 2.8×10-4S/cm 범위의 이온전도도를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 고체 전해질막(120)은 입자(121)의 재료를 LLT 및 LLZ 계열 재료로 한정하는 것이 아니며, 보다 높은 이온전도도를 가지는 고체전해질 재료를 사용할 때, [식 2]에 의해 고체 전해질막(120)의 이온전도도가 정해진다.
The ionic conductivity of the solid electrolyte membrane 120 according to the present invention is determined by the filling ratio of the particles 121 as shown in Equation 2, and in the range of 0.5 wt% to 5 wt% of Al 2 O 3 When the added LLZ is used as the particles, it may have an ion conductivity in the range of 3 × 10 -6 S / cm to 2.8 × 10 -4 S / cm. However, the solid electrolyte membrane 120 of the present invention does not limit the material of the particles 121 to the LLT and LLZ series materials, and when the solid electrolyte material having higher ion conductivity is used, The ionic conductivity of the electrolyte membrane 120 is determined.

한편, 도 1에서는 입자(121)와 전자장벽층(123)이 서로 다른 재질로 형성되는 것으로 도시되었으나 이들은 동종의 물질로 형성될 수 있음은 물론이다.In FIG. 1, the particles 121 and the electron barrier layer 123 are formed of different materials, but they may be formed of the same material.

또한, 도 1에서는 고체 전해질막(120)의 전자장벽층(123)이 복수의 입자(121)들 사이에 형성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도면으로 도시하지는 않았으나, 전자장벽층(123)은 입자(121) 상에도 형성될 수 있음은 물론이다.
1, the electron barrier layer 123 of the solid electrolyte layer 120 is formed between the plurality of particles 121. However, the present invention is not limited thereto, and an electron barrier layer 123 123 may also be formed on the particles 121 as well.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고체 전해질막 제조방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.2 is a process flow chart for explaining a solid electrolyte membrane production method according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 고체 전해질막 제조 방법은 음극층 마련 단계(S210), 음극층에 입자의 일부 매립 단계(S220) 및 전자장벽층 형성 단계(S230)를 포함한다.
Referring to FIG. 2, the method for manufacturing a solid electrolyte membrane according to an exemplary embodiment of the present invention includes a step of forming a cathode layer (S210), a step of injecting a part of particles into a cathode layer (S220), and an step of forming an electron barrier layer .

도 3 및 도 4는 도 2에 따른 고체 전해질막 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도들이고, 도 5 및 도 6은 도 2에 따른 고체 전해질막 제조방법을 설명하기 위한 공정평면도들이다. 이하에서는, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 고체 전해질막 제조 방법을 보다 상세히 설명한다.
FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views for explaining the method of manufacturing the solid electrolyte membrane according to FIG. 2, and FIGS. 5 and 6 are process plan views for explaining the method for manufacturing the solid electrolyte membrane according to FIG. Hereinafter, a method for manufacturing a solid electrolyte membrane according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 6. FIG.

도 2, 도 3 및 도 5를 참조하면, 음극층(310) 마련 단계(S210)에서는 전고체 이차전지 형성을 위한 음극층(310)을 마련한다.Referring to FIGS. 2, 3 and 5, in the step of preparing the cathode layer 310 (S210), a cathode layer 310 for forming all the solid secondary batteries is provided.

음극층(310)은 음극으로서의 기능을 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 음극층(310)으로는 통상적인 리튬을 이용한 전고체 이차전지에 사용되는 재료가 이용될 수 있다. 예를 들어, 음극층(310)은 음극 활물질 Li4Ti5O12과 고체 전해질 LiGe0 .25P0 .75S4를 혼합하여 음극 혼합제로 한 재료가 이용될 수 있다. 음극층(310)의 고체 전해질로 LLT 또는 LLZ 산화물, 혹은 5중량% 이하의 Al2O3이 첨가된 LLZ 산화물 등이 이용될 수도 있다. 음극층(310)은 도전성 향상을 위해 아세틸렌 블랙(acetylene black), 케첸 블랙(ketjen black), 카본 파이버(carbon fiber), 전도성 금속 등의 전도체를 추가로 함유할 수도 있다.The cathode layer 310 is not particularly limited as long as it has a function as a cathode. As the cathode layer 310, a material used for a conventional solid secondary battery using lithium may be used. For example, the negative electrode layer 310 may be made of a negative electrode material mixed with a negative electrode active material Li 4 Ti 5 O 12 and a solid electrolyte LiGe 0 .25 P 0 .75 S 4 . An LLT or an LLZ oxide, or an LLZ oxide added with 5% by weight or less of Al 2 O 3 may be used as the solid electrolyte of the cathode layer 310. The cathode layer 310 may further include conductors such as acetylene black, ketjen black, carbon fiber, and conductive metal to improve conductivity.

이와는 다르게, 음극층(310)으로는 리튬박(Li foil), 인듐박(In foil), 주석박(Sn foil) 및 이들 중 두 재료의 혼합체 등이 이용될 수도 있다. Alternatively, a lithium foil, an indium foil, a tin foil, a mixture of two materials among them, or the like may be used as the cathode layer 310.

다음으로, 음극층(310)에 입자(321)의 일부 매립 단계(S220)에서는 입자 크기가 최소 1㎛ 이상, 보다 바람직하게는 1㎛ 내지 200㎛인 복수의 입자(321) 각각의 일부분을 음극층(310)에 매립한다.
Next, a portion of each of the plurality of particles 321 having a particle size of at least 1 탆 or more, more preferably 1 탆 to 200 탆 in the partial embedding step (S220) of the particles 321 in the cathode layer 310, Layer 310 as shown in FIG.

구체적으로 음극층(310)에 입자(321)의 일부를 매립하는 것은 후술할 다양한 방법을 이용하여 실시할 수 있다.Particularly, it is possible to embed a part of the particles 321 in the cathode layer 310 by using various methods to be described later.

첫번째, 리튬박(Li foil), 인듐박(In foil), 주석박(Sn foil) 및 이들 중 두 재료의 혼합체 등의 음극층(310) 상에 입자 크기가 최소 1㎛ 이상인 입자(321)를 분사(spraying)한 후 프레싱(pressing)하여 수행한다.First, a particle 321 having a particle size of at least 1 탆 is formed on the cathode layer 310 such as a lithium foil, an indium foil, a tin foil, and a mixture of two of them. Followed by spraying and pressing.

이때, 입자(321)를 분사하는 방법으로는 파우더 도포(power coating) 방법 및 스핀 코팅(spin coating) 방법 등을 이용할 수 있다. 이들 중 하나의 방법이 단독으로 사용될 수도 있고, 2종 이상이 혼용되어 사용될 수도 있다.
At this time, as a method of spraying the particles 321, a powder coating method and a spin coating method can be used. One of these methods may be used alone, or two or more of them may be used in combination.

두번째, 통상의 테이프 캐스팅(tape casting) 방법을 이용하여 수행한다.Second, it is performed using a conventional tape casting method.

테이프 캐스팅 방법은 통상의 접착용 테이프(미도시)에 입자(321)를 촘촘히 배치하여 부착한 후 입자(321)가 부착된 접착용 테이프(미도시)를 음극층(310) 상에 배치시킨 다음 음극층(310) 상에 배치되어 입자(321)가 부착된 접착용 테이프(미도시)를 프레싱한다. 이로써, 입자(321)의 일부분이 음극층(310)에 매립될 수 있다.In the tape casting method, particles 321 are densely arranged on a usual adhesive tape (not shown), and then an adhesive tape (not shown) with the particles 321 attached is placed on the cathode layer 310 And an adhesive tape (not shown) having particles 321 attached thereto is pressed on the cathode layer 310. Thereby, a part of the particles 321 can be embedded in the cathode layer 310.

한편, 프레싱 후에는 접착용 테이프를 제거해야 하는데, 이 경우, 접착용 테이프는 300℃ 내지 500℃의 온도에서 열처리하거나 혹은 접착용 테이프를 용해시키는 용매로 녹여서 제거할 수 있다. 이때, 열처리 온도가 상기한 범위를 벗어나면, 접착용 테이프의 제거가 불충분하거나 기타 음극층(310)이나 입자(321)의 손상을 초래할 수 있으므로 주의해야 한다.
On the other hand, after the pressing, the adhesive tape must be removed. In this case, the adhesive tape can be heat-treated at a temperature of 300 ° C to 500 ° C or dissolved by dissolving the adhesive tape in a solvent. At this time, if the heat treatment temperature is out of the above-mentioned range, care must be taken since the removal of the adhesive tape may be insufficient, or other cathode layer 310 or particles 321 may be damaged.

세번째, 에어로졸 증착(aerosol deposition) 방법 등을 사용하여 입자를 물리적으로 직접 분사 및 매립 시킬 수 있다.Third, particles can be physically directly injected and buried using an aerosol deposition method or the like.

이 경우, 입자(321)에 가해지는 물리적인 힘에 의해 전술한 다른 방법들과 달리 프레싱 공정을 진행하지 않고도 입자(321)의 일부가 음극층(310)에 매립되게 된다.In this case, due to the physical force applied to the particles 321, a part of the particles 321 is embedded in the cathode layer 310 without performing a pressing process unlike the other methods described above.

이때, 에어로졸 증착은 입자 이동 속도를 0.1~300m/s 범위로 하여 실시하는 것이 바람직하다. 입자 이동 속도가 0.1m/s 미만일 경우, 입자(321)에 가해지는 물리적인 힘이 너무 약해서 입자(321)가 음극층(310)에 매립되는 것이 어려울 수 있다. 이에 반해, 입자 이동 속도가 300m/s를 초과하는 경우, 입자(321)의 전부가 음극층(310)에 매립되어 입자(321)가 양극층으로의 리튬 이온의 경로를 제공하지 못하거나, 단락을 방지하는 역할을 제대로 수행하지 못할 수 있다. 따라서, 상기한 범위의 입자 이동 속도를 유지하는 것이 바람직하다.
At this time, it is preferable that the aerosol deposition is carried out with the particle moving speed in the range of 0.1 to 300 m / s. If the particle moving speed is less than 0.1 m / s, the physical force applied to the particle 321 is too weak, so that it may be difficult for the particle 321 to be buried in the cathode layer 310. On the contrary, when the particle moving speed exceeds 300 m / s, all of the particles 321 are buried in the cathode layer 310 so that the particles 321 do not provide a path of lithium ions to the anode layer, It may not be able to perform the role of preventing it. Therefore, it is preferable to maintain the particle moving speed in the above-mentioned range.

상기한 방법들 모두에서, 입자(321)로는 모든 리튬 이온 고체전해질을 이용할 수 있다. 또한, 입자 크기가 최소 1㎛ 이상, 보다 바람직하게는 1㎛ 내지 200㎛ 범위인 입자(321)를 이용할 수 있다. 또한, 1%~95%의 입자(321) 충진율을 갖도록 음극층(310)에 충진시킬 수 있다. 이러한 입자(321) 형성 물질, 크기 및 충진율 등의 한정 이유는 도 1을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.
In all of the above methods, all of the lithium ion solid electrolytes can be used as the particles 321. In addition, particles 321 having a particle size of at least 1 mu m, more preferably in the range of 1 mu m to 200 mu m can be used. In addition, the cathode layer 310 can be filled with the particles 321 of 1% to 95%. The reasons for defining such particles 321 forming material, size, and filling factor are the same as those described with reference to FIG. 1, so duplicate descriptions are omitted.

전자장벽층 형성 단계(S230)에서는 적어도 복수의 입자(321)들 사이의 음극층(310) 노출부에 전자장벽층(323)을 형성한다.In the electron barrier layer formation step S230, an electron barrier layer 323 is formed in the exposed portion of the cathode layer 310 between at least a plurality of particles 321. [

일례로, 전자장벽층(323)은 LLT 또는 LLZ 산화물 재질, 혹은 5중량% 이하의 Al2O3가 첨가된 LLZ 산화물 재질을 에어로졸 증착 방법 및 스핀 코팅 방법 등을 이용하여 복수의 입자(321)들 사이에 형성할 수 있다.For example, the electron barrier layer 323 may include a plurality of particles 321 by using an LLT or LLZ oxide material, or an LLZ oxide material to which 5% by weight or less of Al 2 O 3 is added by an aerosol deposition method or a spin coating method, As shown in FIG.

이 과정에서, 입자(321)와 입자(321) 사이의 음극층(310) 노출부 뿐만 아니라 입자(321) 상에도 전자장벽층(323)이 형성될 수도 있음은 물론이다.It goes without saying that the electron barrier layer 323 may be formed on the particles 321 as well as the exposed portions of the cathode layer 310 between the particles 321 and the particles 321 in this process.

한편, 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 상기한 방법들에 한정하여 설명하였으나, 입자(321)의 일부를 음극층(310)에 매립할 수 있는 기타 다른 방법들 또한 이용될 수 있음은 물론이다.However, it should be understood that other methods of embedding a part of the particles 321 in the cathode layer 310 may also be used.

또한, 음극층(310)에 복수의 입자(321)의 일부분을 매립하는 것으로 설명하였으나, 음극층(310) 대신 양극층(미도시)을 이용할 수도 있으며, 양극층은 도 7을 참조하여 후술되는 양극층(710)과 동일할 수 있으므로, 이에 대해서는 생략한다.A portion of the plurality of particles 321 is embedded in the cathode layer 310. Alternatively, a cathode layer (not shown) may be used instead of the cathode layer 310, It may be the same as that of the anode layer 710, and thus it will be omitted.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고체 전해질막 제조방법은 기존의 방법들을 이용하여 신규한 구조를 갖는 고이온전도도의 고체 전해질막을 손쉽게 제조할 수 있는 장점을 가진다.
As described above, the solid electrolyte membrane manufacturing method according to the present invention has an advantage that a solid electrolyte membrane having a novel structure and high ion conductivity can be easily manufactured using existing methods.

도 7은 본 발명에 따른 고체 전해질막을 이용하여 제조될 수 있는 전고체 이차전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.7 is a cross-sectional view schematically showing a pre-solid secondary battery that can be manufactured using the solid electrolyte membrane according to the present invention.

도 7를 참조하면, 본 발명에 따른 전고체 이차전지(700)는 양극층(710), 음극층(720) 및 상기 양극층(710)과 음극층(720) 사이에 개재된 고체 전해질막(730)을 포함한다.7, a pre-solid-state secondary battery 700 according to the present invention includes a cathode layer 710, a cathode layer 720, and a solid electrolyte layer (not shown) interposed between the anode layer 710 and the cathode layer 720 730).

양극층(710)은 양극으로서의 기능을 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 양극층(710)으로는 통상적인 리튬을 이용한 전고체 이차전지에 사용되는 재료가 이용될 수 있다. 예를 들어, 양극층(710)은 양극 활물질 LiCoO2와 고체 전해질 LiGe0 .25P0 .75S4를 혼합하여 양극 혼합제로 한 재료가 이용될 수 있다. 또한, 양극층(710)의 고체 전해질로 LLT 또는 LLZ 산화물, 혹은 5중량% 이하의 Al2O3이 첨가된 LLZ 산화물이 이용될 수도 있다. 그리고, 양극층(710)은 도전성 향상을 위해 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 카본 파이버, 전도성 금속 등의 전도체를 추가로 함유할 수도 있다.The anode layer 710 is not particularly limited as long as it has a function as an anode. As the anode layer 710, a material used for a conventional solid secondary battery using lithium can be used. For example, the anode layer 710 may be made of a mixture of a cathode active material LiCoO 2 and a solid electrolyte LiGe 0 .25 P 0 .75 S 4 as a cathode mixture. Further, an LLT or an LLZ oxide, or an LLZ oxide to which 5% by weight or less of Al 2 O 3 is added may be used as the solid electrolyte of the anode layer 710. The anode layer 710 may further contain conductors such as acetylene black, ketjen black, carbon fiber, and conductive metal to improve conductivity.

음극층(720)은 음극으로서의 기능을 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 음극층(720)으로는 통상적인 리튬을 이용한 전고체 이차전지에 사용되는 재료가 이용될 수 있다. 예를 들어, 음극층(720)은 음극 활물질 Li4Ti5O12과 고체 전해질 LiGe0.25P0.75S4를 혼합하여 음극 혼합제로 한 재료가 이용될 수 있다. 또한, 음극층(720)의 고체 전해질로 LLT 또는 LLZ 산화물, 혹은 5중량% 이하의 Al2O3이 첨가된 LLZ 산화물이 이용될 수도 있다. 음극층(720)은 도전성 향상을 위해 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 카본 파이버 등의 전도체를 추가로 함유할 수도 있다. 이와는 다르게, 음극층(720)으로는 리튬박(Li foil), 인듐박(In foil), 주석박(Sn foil) 및 이들 중 두 재료의 혼합체 등이 이용될 수도 있다. The cathode layer 720 is not particularly limited as long as it has a function as a cathode. As the cathode layer 720, a material used in a conventional solid secondary battery using lithium may be used. For example, the negative electrode layer 720 may be made of a negative electrode material mixed with a negative electrode active material Li 4 Ti 5 O 12 and a solid electrolyte LiGe 0.25 P 0.75 S 4 . Further, an LLT or LLZ oxide, or an LLZ oxide to which 5% by weight or less of Al 2 O 3 is added may be used as the solid electrolyte of the cathode layer 720. The negative electrode layer 720 may further contain conductors such as acetylene black, ketjen black, and carbon fibers to improve conductivity. Alternatively, a lithium foil, an indium foil, a tin foil, a mixture of two materials among them, or the like may be used as the cathode layer 720.

고체 전해질막(730)은 입자 크기가 최소 1㎛ 이상인 복수의 리튬이온통과 입자(731) 및 복수의 입자(731)들 사이에 형성된 전자장벽층(733)으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 약 3×10-6S/cm 내지 2.8×10-4S/cm 범위의 이온전도도를 갖는다.The solid electrolyte membrane 730 is characterized in that the solid electrolyte membrane 730 is composed of a plurality of lithium ion batteries having a particle size of at least 1 mu m and an electron barrier layer 733 formed between the particles 731 and the plurality of particles 731, And an ionic conductivity in the range of 10 -6 S / cm to 2.8 10 -4 S / cm.

이러한 고체 전해질막(730)은 전술한 도 1의 고체 전해질막(120)을 이용할 수 있으며, 입자(731) 및 전자장벽층(733)의 형성 물질 및 방법 등은 도 1, 4 및 5를 참조하여 설명한 입자(121) 및 전자장벽층(123)과 동일할 수 있으므로, 중복된 설명은 생략한다.
The solid electrolyte membrane 730 described above can use the solid electrolyte membrane 120 of FIG. 1, and the materials and method of forming the particles 731 and the electron barrier layer 733 are shown in FIGS. 1, 4, and 5 And may be the same as the particle 121 and the electron barrier layer 123 described in the first embodiment.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전고체 이차전지(700)는 본 발명에 따른 고이온전도도를 갖는 신규한 구조의 산화물 고체 전해질막(730)을 채용함으로써, 고이온전도도를 가질 수 있다. 이에 따라, 전지의 안정성 향상과 함께 고성능화가 가능하여 전자기기뿐만 아니라 전기 자동차 등에 적용할 수 있어 시장 확대에 따른 고비용 창출이 가능하다.
As described above, the all-solid-state secondary battery 700 according to the present invention can have a high ion conductivity by employing the oxide solid electrolyte membrane 730 having a novel structure having a high ion conductivity according to the present invention. As a result, it is possible to improve the stability of the battery as well as to improve the performance thereof, so that it can be applied not only to electronic devices but also to electric vehicles.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

실시예1Example 1 . . LLZLLZ + 1중량%  + 1 wt% AlAl 22 OO 33 고체 solid 전해질막Electrolyte membrane 제조 Produce

100㎛의 입자 크기를 갖는 1중량% Al2O3 이 첨가된 Li7La3Zr2O12(LLZ) 입자를 주석박(Sn foil)으로 이루어진 음극층 상에 분사한 후, 프레스기를 이용하여 300kg/cm2의 압력으로 프레싱하였다. 이후, 에어로졸 증착 방법으로 LLT 후막을 입자들 사이의 음극층 노출부에 제조하여, LLZ - 1중량% Al2O3 세라믹스의 고체 전해질막을 제조하였다.
1% by weight Al 2 O 3 having a particle size of 100 μm The added Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ) particles were sprayed onto a negative electrode layer made of tin foil and pressed at a pressure of 300 kg / cm 2 using a press machine. Thereafter, an LLT thick film was formed in the cathode layer exposed portion between the particles by an aerosol deposition method, and LLZ - A solid electrolyte membrane of 1 wt% Al 2 O 3 ceramics was prepared.

물성 평가Property evaluation

실시예 1에 의해 제조된 고체 전해질막의 이온전도도를 복소 임피던스 분석법(complex impedance spectroscopy)을 사용하여 측정 및 분석하고, 이를 도 8에 나타냈다.
The ion conductivity of the solid electrolyte membrane prepared in Example 1 was measured and analyzed using complex impedance spectroscopy, which is shown in FIG.

도 8은 본 발명에 따른 실시예 1에 의해 제조된 Li7La3Zr2O12 - 1중량% Al2O3 세라믹스의 이온전도도 특성을 나타낸 그림이다.FIG. 8 is a graph showing the relationship between the content of Li 7 La 3 Zr 2 O 12 - Ion conductivity of 1 wt% Al 2 O 3 ceramics.

도 8을 참조하면, 신규한 구조의 LLZ- 1중량% Al2O3 세라믹스로 이루어진 실시예 1의 경우, 약 6.37×10-5 S/cm의 이온전도도를 가짐을 확인할 수 있었다. 이는 충진율이 약 21% 내지 32% 임을 의미한다.Referring to FIG. 8, it was confirmed that Example 1 made of the novel LLZ-1 weight% Al 2 O 3 ceramics had an ion conductivity of about 6.37 × 10 -5 S / cm. This means that the filling rate is about 21% to 32%.

이는, 일반 고체전해질막의 이온전도도에 비해 약 60배 이상 향상된 값이다. 현재 산업체에서 사용하고 있는 LIPON 고체전해질막의 이온전도도가 통상 약 10-6S/cm으로 알려져 있다. 이를 통해 본 발명에 따른 신규한 구조의 고체 전해질막이 고이온전도도 특성을 가짐을 확인할 수 있었다.
This value is about 60 times higher than the ion conductivity of a general solid electrolyte membrane. The ionic conductivity of LIPON solid electrolyte membranes used in industry today is generally known to be about 10 -6 S / cm. As a result, it was confirmed that the solid electrolyte membrane of the novel structure according to the present invention had high ionic conductivity.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. These changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims.

110, 310, 720 : 음극층 120 : 고체 전해질막
121, 321, 731 : 입자 123, 323, 733 : 전자장벽층
700 : 전고체 이차전지 710 : 양극층
110, 310, 720: cathode layer 120: solid electrolyte membrane
121, 321, 731: Particles 123, 323, 733: Electronic barrier layer
700: entire solid secondary battery 710: anode layer

Claims (27)

양극층과 음극층 사이에 개재되는 고체 전해질막으로서,
Li3xLa2/(3-x)TiO3(0<X≤2) 또는 Li7La3Zr2O12 중 선택되는 산화물로 형성되며, 입자 크기가 최소 1㎛ 이상인 복수의 리튬이온통과 입자; 및
적어도 상기 복수의 리튬이온통과 입자들 사이에, Li3xLa2/(3-x)TiO3(0<X≤2) 또는 Li7La3Zr2O12 중 선택되는 산화물로 형성된 전자장벽층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질막.
A solid electrolyte membrane interposed between a cathode layer and a cathode layer,
Li 3x La 2 / (3x) TiO 3 (0 <X≤2) Or Li 7 La 3 Zr 2 O 12 and has a particle size of at least 1 μm or more; And
Between at least two particles and all of the plurality of lithium, Li 3x La 2 / (3x ) TiO 3 (0 <X≤2) Or an oxide selected from Li 7 La 3 Zr 2 O 12 .
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 리튬이온통과 입자의 크기는
1㎛ 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 고체 전해질막.
The method according to claim 1,
The size of the lithium ion and the particle is
Wherein the solid electrolyte layer has a thickness of 1 占 퐉 to 200 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 리튬이온통과 입자의 충진율은
[식 1]로 나타내어지며, 1% 내지 95%인 것을 특징으로 하는 고체 전해질막.
[식 1], 입자의 충진율 = [입자의 면적부]/[고체 전해질막의 면적부]
The method according to claim 1,
The charging rate of the lithium ion and the particle is
The solid electrolyte membrane according to claim 1, which is represented by the following formula (1).
[Formula 1], filling rate of particles = [area of particles] / [area of solid electrolyte membrane]
제1항에 있어서,
상기 리튬이온통과 입자는
상기 Li7La3Zr2O12에 5중량% 이하 함량의 Al2O3을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질막.
The method according to claim 1,
The lithium ion and the particles
Further comprising Al 2 O 3 in an amount of 5 wt% or less based on the Li 7 La 3 Zr 2 O 12 .
제1항에 있어서,
상기 전자장벽층은
상기 Li7La3Zr2O12에 5중량% 이하 함량의 Al2O3을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질막.
The method according to claim 1,
The electron barrier layer
Further comprising Al 2 O 3 in an amount of 5 wt% or less based on the Li 7 La 3 Zr 2 O 12 .
제1항에 있어서,
상기 전자장벽층의 두께는
1㎛ 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 고체 전해질막.
The method according to claim 1,
The thickness of the electron barrier layer
And the thickness of the solid electrolyte layer is 1 占 퐉 to 20 占 퐉.
(a) Li3xLa2/(3-x)TiO3(0<X≤2) 또는 Li7La3Zr2O12 중 선택되는 산화물로 형성되고, 입자 크기가 최소 1㎛ 이상인 복수의 리튬이온통과 입자를 입자 각각의 일부분이 매립되는 형태로 양극층 또는 음극층에 형성하는 단계; 및
(b) 적어도 복수의 리튬이온통과 입자들 사이에 Li3xLa2/(3-x)TiO3(0<X≤2) 또는 Li7La3Zr2O12 중 선택되는 산화물로 전자장벽층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질막 제조 방법.
(a) Li 3x La 2 / (3x) TiO 3 (0 <X≤2) Or Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , and forming a plurality of lithium ions, each having a particle size of at least 1 μm, in the anode layer or the cathode layer in such a manner that a part of each of the particles is embedded ; And
(b) Li 3x La 2 / (3x) between at least a plurality of lithium all over the particles, TiO 3 (0 <X≤2) Or Li 7 La 3 Zr 2 O 12 to form an electron barrier layer.
제9항에 있어서,
상기 (a) 단계는
상기 양극층 또는 음극층 상에 상기 복수의 리튬이온통과 입자를 분사(Spraying)하는 단계와, 분사된 입자를 프레싱(pressing)하는 단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질막 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The step (a)
A step of spraying the plurality of lithium ions and particles on the anode layer or the cathode layer, and a step of pressing the injected particles.
제10항에 있어서,
상기 리튬이온통과 입자의 분사는
파우더 도포법 또는 스핀 코팅 방법을 이용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질막 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The injection of the lithium ions and the particles
A powder coating method, or a spin coating method.
제9항에 있어서,
상기 (a) 단계는
테이프 캐스팅(tape casting) 방법을 이용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질막 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The step (a)
Wherein the solid electrolyte membrane is formed using a tape casting method.
제12항에 있어서,
상기 테이프 캐스팅 후,
접착용 테이프를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질막 제조 방법.
13. The method of claim 12,
After the tape casting,
And removing the adhesive tape to remove the adhesive tape.
제13항에 있어서,
상기 접착용 테이프는 300℃~500℃의 온도에서 열처리되거나 또는 상기 접착용 테이프를 용해시키는 용매로 녹여서 제거되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질막 제조 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the adhesive tape is heat treated at a temperature of 300 ° C to 500 ° C or is dissolved by a solvent dissolving the adhesive tape to remove the solid electrolyte film.
제9항에 있어서,
상기 (a) 단계는
에어로졸 증착(aerosol deposition) 방법을 이용하여 상기 복수의 리튬이온통과 입자를 물리적으로 직접 분사 및 매립시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질막 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The step (a)
Wherein the plurality of lithium ions are physically directly injected and embedded into the plurality of lithium ions by using an aerosol deposition method.
제15항에 있어서,
상기 리튬이온통과 입자는
0.1m/s 내지 300m/s의 입자 이동 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 전해질막 제조 방법.
16. The method of claim 15,
The lithium ion and the particles
Wherein the solid electrolyte membrane has a particle moving speed of 0.1 m / s to 300 m / s.
삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 리튬이온통과 입자의 크기는
1㎛ 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 고체 전해질막 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The size of the lithium ion and the particle is
Wherein the solid electrolytic film has a thickness of from 1 mu m to 200 mu m.
제9항에 있어서,
상기 리튬이온통과 입자의 충진율은
[식 1]로 나타내어지며, 1% 내지 95%인 것을 특징으로 하는 고체 전해질막 제조 방법.
[식 1], 입자의 충진율 = [입자의 면적부]/[고체 전해질막의 면적부]
10. The method of claim 9,
The charging rate of the lithium ion and the particle is
(1), and is 1% to 95%.
[Formula 1], filling rate of particles = [area of particles] / [area of solid electrolyte membrane]
제9항에 있어서,
상기 전자장벽층은
파우더 도포법 또는 스핀 코팅 방법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질막 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The electron barrier layer
Wherein the solid electrolyte layer is formed by a powder coating method or a spin coating method.
양극층, 음극층 및 상기 양극층과 음극층 사이에 개재된 고체 전해질막을 포함하며,
상기 고체 전해질막은 입자 크기가 최소 1㎛ 이상인 복수의 리튬이온통과 입자; 및 적어도 상기 복수의 리튬이온통과 입자들 사이에 형성된 전자장벽층;을 포함하되, 상기 리튬이온통과 입자가 Li3xLa2/(3-x)TiO3(0<X≤2) 또는 Li7La3Zr2O12 중 선택되는 산화물로 형성되고, 상기 전자장벽층은 Li3xLa2/(3-x)TiO3(0<X≤2) 또는 Li7La3Zr2O12 중 선택되는 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
A cathode layer, and a solid electrolyte layer interposed between the anode layer and the cathode layer,
Wherein the solid electrolyte membrane comprises a plurality of lithium ion exchange resins having a particle size of at least 1 탆; And at least electron barrier layer of the plurality of lithium formed between all the particles; including, but the lithium all over the particles, and Li 3x La 2 / (3x) TiO 3 (0 <X≤2) Or Li 7 La 3 Zr 2 O 12 is formed from an oxide selected from the electron barrier layer is Li 3x La 2 / (3x) TiO 3 (0 <X≤2) Or an oxide selected from Li 7 La 3 Zr 2 O 12 .
삭제delete 삭제delete 제22항에 있어서,
상기 리튬이온통과 입자의 충진율은
[식 1]으로 나타내어지며, 1% 내지 95%인 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
[식 1], 입자의 충진율 = [입자의 면적부]/[고체 전해질막의 면적부]
23. The method of claim 22,
The charging rate of the lithium ion and the particle is
(1), and is 1% to 95%.
[Formula 1], filling rate of particles = [area of particles] / [area of solid electrolyte membrane]
제22항에 있어서,
상기 리튬이온통과 입자는
상기 Li7La3Zr2O12에 5중량% 이하 함량의 Al2O3을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
23. The method of claim 22,
The lithium ion and the particles
Further comprising Al 2 O 3 in an amount of 5 wt% or less based on the Li 7 La 3 Zr 2 O 12 .
제22항에 있어서,
상기 전자장벽층은
상기 Li7La3Zr2O12에 5중량% 이하 함량의 Al2O3을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
23. The method of claim 22,
The electron barrier layer
Further comprising Al 2 O 3 in an amount of 5 wt% or less based on the Li 7 La 3 Zr 2 O 12 .
KR1020120068812A 2012-06-26 2012-06-26 High ionic conductive ceramics film and fabrication method of the same and all-solid-state secondary battery using the same KR101394128B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120068812A KR101394128B1 (en) 2012-06-26 2012-06-26 High ionic conductive ceramics film and fabrication method of the same and all-solid-state secondary battery using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120068812A KR101394128B1 (en) 2012-06-26 2012-06-26 High ionic conductive ceramics film and fabrication method of the same and all-solid-state secondary battery using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140005394A KR20140005394A (en) 2014-01-15
KR101394128B1 true KR101394128B1 (en) 2014-05-15

Family

ID=50140807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120068812A KR101394128B1 (en) 2012-06-26 2012-06-26 High ionic conductive ceramics film and fabrication method of the same and all-solid-state secondary battery using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101394128B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11557753B2 (en) 2014-10-23 2023-01-17 Sion Power Corporation Ion-conductive composite for electrochemical cells
KR20180041474A (en) * 2016-10-14 2018-04-24 현대자동차주식회사 A method of manufacturing solide eflectolyte thin using tape casting

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009206094A (en) * 2008-01-31 2009-09-10 Ohara Inc Manufacturing method of lithium ion secondary battery
JP2011051800A (en) * 2008-08-21 2011-03-17 Ngk Insulators Ltd Ceramic material and process for producing the same
JP2011081915A (en) 2009-10-02 2011-04-21 Toyota Motor Corp Solid electrolyte, solid electrolyte film containing solid electrolyte and all solid lithium secondary battery using the solid electrolyte
JP2011204510A (en) 2010-03-26 2011-10-13 Kyocera Corp All solid lithium ion secondary battery

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009206094A (en) * 2008-01-31 2009-09-10 Ohara Inc Manufacturing method of lithium ion secondary battery
JP2011051800A (en) * 2008-08-21 2011-03-17 Ngk Insulators Ltd Ceramic material and process for producing the same
JP2011081915A (en) 2009-10-02 2011-04-21 Toyota Motor Corp Solid electrolyte, solid electrolyte film containing solid electrolyte and all solid lithium secondary battery using the solid electrolyte
JP2011204510A (en) 2010-03-26 2011-10-13 Kyocera Corp All solid lithium ion secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140005394A (en) 2014-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fan et al. Tailoring inorganic–polymer composites for the mass production of solid-state batteries
Wang et al. Lithium-salt-rich PEO/Li0. 3La0. 557TiO3 interpenetrating composite electrolyte with three-dimensional ceramic nano-backbone for all-solid-state lithium-ion batteries
CN103730684B (en) A kind of High-safety all-solid-state lithium ion battery and production method thereof
JP6407870B2 (en) Solid battery separator and manufacturing method
KR100987260B1 (en) A electrochemical device and manufacturing method thereof
KR101893959B1 (en) Cathode Active Material for Lithium Secondary Battery, Method for Preparing Cathode Active Material, and Lithium Secondary Battery Using the Same
KR101077899B1 (en) Cathodal materials for lithium cells
KR102295238B1 (en) Positive electrode material for lithium secondary battery
EP3070767B1 (en) Electrode, nonaqueous electrolyte battery, and battery pack
EP2950370A1 (en) Lithium secondary battery
CN106328992A (en) Lithium ion battery and preparation method thereof
CN107732293A (en) The preparation method of class sandwich structure solid polymer electrolyte membrane and its application in solid lithium ion battery
US10056604B2 (en) Cathode material composite having improved conductivity, cathode and electrochemical device having the same
JP4031635B2 (en) Electrochemical devices
CN103299452B (en) Electric energy storage device separator and electric energy storage device
JP7272120B2 (en) lithium secondary battery
US11217826B2 (en) Methods of making sulfide-impregnated solid-state battery
CN111971769A (en) Incorporation of lithium ion source materials into activated carbon electrodes for capacitor-assisted batteries
JP2001243984A (en) Solid electrolyte battery and its manufacturing method
CN109417189A (en) Electrolyte
US20230136622A1 (en) Current collector, electrochemical device containing same, and electronic device
JP5849543B2 (en) Electrode body for lithium ion secondary battery, method for producing electrode body for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
KR101394128B1 (en) High ionic conductive ceramics film and fabrication method of the same and all-solid-state secondary battery using the same
JP2000340255A (en) Lithium battery
JP2013246992A (en) Lithium ion secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170308

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190311

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200309

Year of fee payment: 7