KR101655627B1 - Organic-inorganic complex solid polymer electrolytes membrane, manufacturing method thereof and all solid battery including thereof - Google Patents

Organic-inorganic complex solid polymer electrolytes membrane, manufacturing method thereof and all solid battery including thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101655627B1
KR101655627B1 KR1020140190715A KR20140190715A KR101655627B1 KR 101655627 B1 KR101655627 B1 KR 101655627B1 KR 1020140190715 A KR1020140190715 A KR 1020140190715A KR 20140190715 A KR20140190715 A KR 20140190715A KR 101655627 B1 KR101655627 B1 KR 101655627B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solid electrolyte
lithium
organic
polymer
photo
Prior art date
Application number
KR1020140190715A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20160079405A (en
Inventor
김지나
장용준
성주영
권은지
Original Assignee
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 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020140190715A priority Critical patent/KR101655627B1/en
Publication of KR20160079405A publication Critical patent/KR20160079405A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101655627B1 publication Critical patent/KR101655627B1/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
    • 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
    • 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
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • 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

본 발명은 유무기 복합 고체전해질막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전고체 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬염이 혼합된 광가교형 고분자를 산화물 고체 전해질에 혼합하여 고체전해질막을 형성함으로써 액체를 전혀 사용하지 않는 전고체 전해질로서, 기존 고체 전해질에 비해 이온전도도, 기계적 특성, 공정의 용이성 및 전기화학적 안정성을 향상시키고, 광가교형 고분자가 파우더 상의 산화물 고체 전해질의 계면에 분포함으로써 상온 인쇄공정에 적용 가능한 유무기 복합 고체전해질막, 그 제조방법 및 이를 포함하는 전고체 전지에 관한 것이다.The present invention relates to an organic-inorganic composite solid electrolyte membrane, a method for producing the same, and an all-solid-state cell comprising the same. More particularly, the present invention relates to a solid- And the electrochemical stability and the ionic conductivity, mechanical properties, processability, and electrochemical stability of the solid electrolyte are improved compared to conventional solid electrolytes, and since the photo-crosslinkable polymer is distributed at the interface of the oxide solid electrolyte on the powder, Organic composite solid electrolyte membrane applicable to the present invention, a process for producing the same, and an all solid battery including the same.

Description

유무기 복합 고체전해질막, 그 제조방법 및 이를 포함하는 전고체 전지{ORGANIC-INORGANIC COMPLEX SOLID POLYMER ELECTROLYTES MEMBRANE, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND ALL SOLID BATTERY INCLUDING THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an organic-inorganic composite solid electrolyte membrane, a method of manufacturing the same, and a pre-solid electrolyte battery including the same,

본 발명은 유무기 복합 고체전해질막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전고체 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬염이 혼합된 광가교형 고분자를 산화물 고체 전해질에 혼합하여 고체전해질막을 형성함으로써 액체를 전혀 사용하지 않는 전고체 전해질로서, 기존 고체 전해질에 비해 이온전도도, 기계적 특성, 공정의 용이성 및 전기화학적 안정성을 향상시키고, 광가교형 고분자가 파우더 상의 산화물 고체 전해질의 계면에 분포함으로써 상온 인쇄공정에 적용 가능한 유무기 복합 고체전해질막, 그 제조방법 및 이를 포함하는 전고체 전지에 관한 것이다.
The present invention relates to an organic-inorganic composite solid electrolyte membrane, a method for producing the same, and an all-solid-state cell comprising the same. More particularly, the present invention relates to a solid- And the electrochemical stability and the ionic conductivity, mechanical properties, processability, and electrochemical stability of the solid electrolyte are improved compared to conventional solid electrolytes, and since the photo-crosslinkable polymer is distributed at the interface of the oxide solid electrolyte on the powder, Organic composite solid electrolyte membrane applicable to the present invention, a process for producing the same, and an all solid battery including the same.

이차전지는 산화 및 환원의 화학반응을 통해 화학 에너지와 전기 에너지가 상호 변환되어 충전과 방전을 반복하는 전지로서, 일반적으로 양극, 음극, 분리막, 전해질의 네 가지 기본 요소를 포함한다. 이때 양극과 음극을 통틀어 전극이라 하며, 전극 재료의 구성 요소 중에서 실제로 반응을 일으키는 재료를 활물질이라 칭한다. 전극은 합재와 집전체로 구성되는데, 상기 합재는 양극활물질을 포함하며, 필요에 따라 도전재, 바인더가 첨가된 형태로 집전체는 전자전도성을 띠는 재료로 구성된다.A secondary cell is a cell in which chemical energy and electric energy are converted through oxidation and reduction chemistry to repeatedly charge and discharge. Generally, the battery includes four basic elements of an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte. At this time, the positive electrode and the negative electrode are collectively referred to as electrodes, and among the constituent elements of the electrode material, a material that actually causes reaction is referred to as an active material. The electrode is composed of a composite material and a current collector. The composite material includes a cathode active material, and if necessary, the current collector is made of a material having electron conductivity such that a conductive material and a binder are added.

일반적인 리튬이온 이차전지는 액체 전해질 및 액체를 포함하는 전해질이 사용되고 있다. 그러나 액체 전해질은 휘발성이 있어 폭발의 위험이 존재하고, 열적 안정성도 떨어지는 단점이 있다.A typical lithium ion secondary battery uses an electrolyte including a liquid electrolyte and a liquid. However, liquid electrolytes are volatile, and there is a risk of explosion and thermal stability is also deteriorated.

반면, 고체상의 전해질을 사용하는 전고체 전지(All solid state battery)는 폭발 위험이 적고, 열적 안정성도 우수하다. 또한 바이폴라플레이트(bi-polar plate)를 사용하게 되면, 전극을 적층하여 직렬 연결을 가능하게 함으로써 높은 작동 전압을 구성할 수 있는데 이 경우 액체 전해질이 적용된 셀의 병렬 연결 방식 보다 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다.On the other hand, an all solid state battery using a solid electrolyte has low explosion risk and excellent thermal stability. In addition, when a bi-polar plate is used, it is possible to form a high operating voltage by stacking the electrodes and making the series connection possible. In this case, the energy density can be higher than that of the parallel connection method of the cell in which the liquid electrolyte is applied have.

이러한 전고체 전지를 제조하기 위해서는 리튬 이온을 전달시키는 고체 전해질이 반드시 필요하다. 고체 전해질은 크게 유기(고분자) 전해질과 무기 전해질로 구분되며, 무기 전해질은 산화물계 전해질과 황화물계 전해질로 구분된다.In order to produce such a pre-solid battery, a solid electrolyte for transferring lithium ions is necessarily required. Solid electrolytes are classified into organic (polymer) electrolytes and inorganic electrolytes. Inorganic electrolytes are classified into oxide electrolytes and sulfide electrolytes.

고분자 전해질은 분자 사슬 내에서 리튬이온을 호핑(hopping)하는 방식으로 전달하여 액체 전해질 대비 안정성이 우수하지만, 액체를 포함하지 않은 고분자의 경우 상온에서 이온전도도가 10-7~10-4 S/m 정도로 낮은 수준을 나타낸다. 또한 기계적 물성이 취약하여 4 V 이상의 고전압에서 불안정한 단점이 있다.The polymer electrolyte is superior in stability to liquid electrolyte by hopping lithium ions in the molecular chain. However, in the case of a polymer containing no liquid, the ion conductivity at room temperature is 10 -7 to 10 -4 S / m Of the total. In addition, since the mechanical properties are poor, there is a disadvantage that it is unstable at a high voltage of 4 V or more.

황화물계 고체 전해질은 Li2S-P2S5, Thio-LISICON, Li-M-P-S(M= Si,Ge, Sn)등의 다양한 구조 및 성분이 알려져 있으며, 10-3~10-2 S/cm 수준의 높은 이온전도도를 가지는 것으로 보고된다. 그러나 황화물계 고체 전해질은 수분과 반응하여 유독한 H2S 가스를 발생시켜 수분이 제거된 환경에서 사용될 수 있으며, 대기에 노출 시 매우 위험하고 이온전도도가 급격히 떨어지는 단점이 있다. 또한 무극성 용매에 안정하고 극성 용매에는 불안정하여, 슬러리 제조 시 독성이 있는 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 무극성 용매를 사용해야 하는 단점이 있다. 이 경우 슬러리 특성 또한 저하된다.Sulfide-based solid electrolyte is Li 2 SP 2 S 5, Thio -LISICON, Li-MPS , and a variety of structures and components, such as known (M = Si, Ge, Sn ), 10 -3 ~ 10 -2 S / cm level It is reported to have a high ionic conductivity. However, the sulfide-based solid electrolyte reacts with moisture to generate poisonous H 2 S gas, which can be used in an environment where moisture is removed, and is very dangerous when exposed to the atmosphere and has a disadvantage in that the ionic conductivity drops sharply. In addition, there is a disadvantage in that it is necessary to use a nonpolar solvent such as benzene, toluene, or xylene which is poisonous in the preparation of the slurry since it is stable to a nonpolar solvent and unstable to a polar solvent. In this case, the slurry properties also deteriorate.

산화물계 고체 전해질은 리폰(LiPON)계, 페로브스카이트계, 가넷계 및 글라스 세라믹계 등의 산소를 포함하고 있는 전해질로서, 10-5~10-3 S/cm 의 이온전도도로 황화물계 보다 낮은 이온전도도를 갖지만, 황화물 고체 전해질 대비 수분 및 안정성이 매우 우수한 장점이 있다. 그러나 산화물계 고체 전해질은 입계(grain boundary) 저항이 크기 때문에 고온으로 소결하여 입자 간의 네킹(necking)을 형성시킨 전해질 막 또는 펠렛(pellet)을 사용할 수 있는데, 900 ~ 1400 ℃의 높은 온도에서 고온 소결이 이루어지기 때문에 대면적 전해질 막을 형성하기에는 양산성이 매우 떨어지는 문제가 있다. The oxide-based solid electrolyte is an electrolyte containing oxygen such as LiPON, perovskite, garnet and glass ceramic, and has an ionic conductivity of 10 -5 to 10 -3 S / cm which is lower than that of the sulfide system Ion conductivity, but it is very excellent in moisture and stability compared to the sulfide solid electrolyte. However, the oxide-based solid electrolyte has a high grain boundary resistance, so an electrolyte membrane or a pellet that forms a necking between particles by sintering at a high temperature can be used. The high-temperature sintering at a high temperature of 900 to 1400 ° C There is a problem that the mass productivity is very poor to form a large-sized electrolyte membrane.

종래 US 2013-0230778에서는 산화물계(가넷) 고체 전해질이 다공체를 이루고, 액체 전해질과 혼합된 고분자가 상기 다공체에 채워짐으로써 액체 전해질의 누액을 방지하는 전해질에 관해 개시되어 있어 액체 전해질의 누액 및 안정성 문제를 보완할 수 있으나, 여전히 액체 전해질을 함유하여 폭발 위험성이 존재하는 단점이 있다. Conventional US 2013-0230778 discloses an electrolyte in which an oxide-based (garnet) solid electrolyte forms a porous body, and a polymer mixed with the liquid electrolyte is filled in the porous body to prevent leakage of the liquid electrolyte, However, there is a disadvantage that the liquid electrolyte still contains the explosion danger.

또한 JP 2009-94029에서는 산화물계 무기 전해질과 고분자 전해질이 혼합된 전극용 고체 전해질에 관해 개시되어 있으나, 용매 증발 과정에서 산화물 전해질이 침전되어 막의 균일도가 떨어지는 단점이 있다.JP 2009-94029 discloses a solid electrolyte for an electrode in which an oxide-based inorganic electrolyte and a polymer electrolyte are mixed. However, it has disadvantages in that the oxide electrolyte is precipitated during the evaporation of the solvent and the uniformity of the film is lowered.

또한 KR 2013-014224에서는 광가교제를 경화시킨 망상구조의 고분자 매트릭스에 리튬이온을 전달시키는 액체 전해질의 누액을 방지할 수 있는 무기입자가 분포된 복합체로 유기 용매를 포함하는 고체 고분자 전해질에 관해 개시되어 있으나, 이온전도성이 없는 무기 입자로 인한 전해질의 이온전도도 저하가 가능하며, 휘발 가능한 유기액체가 여전히 사용되는 단점이 있다.In addition, KR 2013-014224 discloses a solid polymer electrolyte comprising an organic solvent in which inorganic particles capable of preventing the leakage of a liquid electrolyte that transfers lithium ions to a polymer matrix of a network structure cured with a photo-crosslinking agent are distributed However, the ionic conductivity of the electrolyte can be lowered due to the inorganic particles having no ion conductivity, and the volatile organic liquid is still used.

이 밖에도 (LiAlTiP)xOy 형태의 산화물 고체 전해질과 PEO(poly ethylene oxide)-LiN(SO2CF2CF3)2의 고분자 전해질을 볼밀 혼합 후 110 ℃에서 가압(hot pressing)하여 복합체 막을 제조하는 방법[C. Wang et al., Journal of power sources 112 (2002) p.209]에 관해 개시되어 있으나, 열을 가해 가압하는 방식은 연속 코팅 공정 및 대면적화에 제한이 있으며, 가압하는 압력에 따라 제조 후 내부 기공이 존재하기 쉬운 단점이 있다.In addition, a method of preparing a composite membrane by hot-pressing at 110 ° C after mixing a (LiAlTiP) xOy-type oxide solid electrolyte and a polyelectrolyte of PEO (poly ethylene oxide) -LiN (SO2CF2CF3) 2 with a ball mill [ Wang et al., Journal of power sources 112 (2002) p.209], but the method of applying heat and pressure has limitations in the continuous coating process and large-scale application. Depending on the pressure to be applied, There is a drawback that it is easy to exist.

또한 PEO(poly ethylene oxide)-PPO(poly propylene oxide)-LiTFSI의 고분자 전해질을 에탄올 용액에 용해시킨 혼합물을 Li1 +x+ yAlxTi2 - xSiyP3 - yO12 형태의 산화물 고체 전해질과 혼합 및 캐스팅한 후 에탄올 용매를 휘발시켜 복합체 막을 제조하는 방법[Y.Inda et al., Journal of power sources 174 (2007) p.741]에 관해 개시되어 있으나, 용매를 사용하여 복합체를 제조하는 경우 사용하는 용매가 전극물질을 녹일 수 있으며, 용매가 건조하는 과정에서 고밀도를 갖는 산화물 전해질이 침전되는 문제가 발생하는 단점이 있다.In addition, a mixture of polyelectrolyte (PEO) -PPO (polypropylene oxide) -LiTFSI polymer dissolved in an ethanol solution was prepared as Li 1 + x + y Al x Ti 2 - x Si y P 3 - y O 12 (Y. Inda et al., Journal of power sources 174 (2007) p. 741), in which an electrolyte is mixed with an oxide solid electrolyte in the form of a solid electrolyte, and then the ethanol solvent is volatilized to volatilize the solvent. In the case of preparing the composite, the solvent used may dissolve the electrode material, and the oxide electrolyte having a high density is precipitated during the drying of the solvent.

위와 같이, 고분자 전해질로 대개 사용되는 리튬염이 혼합된 PEO(poly ethylene oxide)계 고분자는 고체 상태로 존재하므로 산화물 고체 전해질과 복합체를 제조 시 열을 가해 가압하는 방식을 적용하거나, 용매에 녹인 상태로 캐스팅 한 후 용매를 휘발시켜 제조하는 경우가 일반적이다. 그러나 연속 코팅 공정 및 대면적화의 제한, 전극 물질의 용해, 산화물 고체 전해질의 침전 등의 문제가 있었다.
As described above, since the PEO (poly ethylene oxide) polymer mixed with the lithium salt, which is usually used as the polymer electrolyte, exists in a solid state, it is possible to apply a method of applying heat to the oxide solid electrolyte and pressurizing it during the production thereof, , Followed by volatilization of the solvent. However, there have been problems such as the limitation of the continuous coating process and the large surface area, the dissolution of the electrode material, and the precipitation of the oxide solid electrolyte.

이에 본 발명은 이러한 문제 해결을 위하여, 광가교형 고분자와 산화물계 고체 전해질을 복합화한 고체 전해질을 제조함으로써 고분자 전해질의 낮은 이온전도도, 기계적 특성, 전기화학적 안정성을 향상시킬 수 있고, 광가교형 고분자가 파우더 상의 산화물계 고체 전해질의 계면에 분포하여 산화물계 고체전해질 막 제조 시 사용되는 고온 소결 공정을 사용하지 않고 상온 인쇄공정을 적용할 수 있으며, 수분과 반응 시 유독 가스를 배출하는 황화물계 고체 전해질을 포함하지 않아 안정성 및 공정 용이성을 향상시킬 수 있음을 알게 되어 발명을 완성하였다.Accordingly, the present invention can improve the low ionic conductivity, mechanical properties, and electrochemical stability of a polymer electrolyte by preparing a solid electrolyte comprising a photo-crosslinkable polymer and an oxide-based solid electrolyte, Is distributed on the interface of the oxide-based solid electrolyte on the powder, so that a room temperature printing process can be applied without using a high-temperature sintering process used in the production of the oxide-based solid electrolyte membrane, and a sulfide-based solid electrolyte And thus it is possible to improve the stability and processability. Thus, the present invention has been completed.

따라서 본 발명의 목적은 기존 고체 전해질 대비 이온전도도 및 전기화학적 안정성이 향상된 유무기 복합 고체 전해질막을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic-inorganic hybrid electrolyte membrane improved in ionic conductivity and electrochemical stability compared to conventional solid electrolytes.

본 발명의 다른 목적은 용매의 혼합이 없어 전극 위에 직접 인쇄가 가능한 유무기 복합 고체 전해질막의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing an organic / inorganic composite solid electrolyte membrane which can be directly printed on an electrode because no solvent is mixed.

본 발명의 또 다른 목적은 전기화학적 안정성이 향상된 상기 유무기 복합 고체 전해질막을 포함하는 전고체 전지를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide an all-solid-state cell including the organic-inorganic hybrid electrolyte membrane with improved electrochemical stability.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 전고체 전지를 포함하는 자동차를 제공하는데 있다.
It is still another object of the present invention to provide a vehicle including the all-solid-state battery.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 리튬염이 혼합된 광가교형 고분자; 및 산화물 고체 전해질;을 포함하고, 상기 광가교형 고분자가 상기 산화물 고체 전해질 내에 혼합 분포된 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a photo-crosslinkable polymer mixed with a lithium salt; And an oxide solid electrolyte, wherein the photo-crosslinkable polymer is mixed and distributed in the oxide solid electrolyte. The present invention also provides an organic-inorganic hybrid electrolyte membrane.

또한 본 발명은 리튬염이 혼합된 광가교형 고분자 및 산화물 고체 전해질을 혼합하여 전해질 슬러리를 제조하는 단계; 상기 전해질 슬러리를 전극층 또는 기재 상에 캐스팅하는 단계; 및 상기 캐스팅된 전해질 슬러리에 자외선광을 조사하여 광가교된 유무기 복합 고체전해질막을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing an electrolyte slurry, comprising the steps of: preparing an electrolyte slurry by mixing a photocrosslinking polymer mixed with a lithium salt and an oxide solid electrolyte; Casting the electrolyte slurry onto an electrode layer or substrate; And irradiating the cast electrolyte slurry with ultraviolet light to prepare a photocrosslinked organic / inorganic hybrid solid electrolyte membrane. The present invention also provides a method of manufacturing the organic / inorganic composite electrolyte membrane.

또한 본 발명은 상기 유무기 복합 고체전해질막을 포함하는 전고체 전지를 제공한다.The present invention also provides a pre-solid battery comprising the organic-inorganic composite solid electrolyte membrane.

또한 본 발명은 상기 전고체 전지를 포함하는 자동차를 제공한다.
The present invention also provides a vehicle including the above all-solid-state battery.

본 발명에 따른 유무기 복합 고체 전해질막은 다음과 같은 이점들이 있다.The organic-inorganic hybrid electrolyte membrane according to the present invention has the following advantages.

1) 리튬염이 혼합된 광가교형 고분자를 산화물 고체 전해질에 혼합함으로써 액체를 전혀 사용하지 않는 전고체 전해질로서, 기존 고분자 전해질에 비해 기계적 특성, 전기화학적 안정성을 향상시키고, 기존 산화물 전해질에 비해 제막 공정의 용이성 및 유연성을 향상시키는 효과가 있다.1) A solid electrolyte that does not use liquid at all by mixing a photocrosslinking polymer mixed with a lithium salt to an oxide solid electrolyte. It improves mechanical properties and electrochemical stability compared to conventional polymer electrolytes, Thereby improving the ease of processing and flexibility.

2) 광가교형 고분자가 초기 상온에서 올리고머 형태의 액상으로 존재하여 추가 용매를 혼합하지 않고도 산화물 고체 전해질을 균일하게 혼합할 수 있고, UV 공정 후 바로 고체상태의 고분자로 변하여 산화물 고체 전해질의 침전을 방지하고, 이를 고르게 분산시킴으로써 이온전도도를 향상시키고, 나아가 충방전 효율을 증대시키는 효과가 있다. 2) The photocrosslinkable polymer exists as an oligomer-type liquid phase at the initial room temperature, so that the oxide solid electrolyte can be uniformly mixed without further solvent addition, and the solid polymer can be converted into a solid polymer immediately after the UV process to precipitate the oxide solid electrolyte And disperses it uniformly, thereby improving the ionic conductivity and increasing the charge / discharge efficiency.

3) 용매가 혼합되지 않아 양극 또는 음극 합재가 코팅된 전극 위에 직접 인쇄 시 활물질이 용출되어 나오는 문제를 방지하고 용매 건조 시 고체전해질 내에 발생하는 기공을 최소화하는 효과가 있다. 3) There is an effect of preventing the problem that the active material is eluted from direct printing on the electrode coated with the positive electrode or the negative electrode mixture because the solvent is not mixed and minimizing pores generated in the solid electrolyte during drying of the solvent.

4) 광가교형 고분자가 파우더 상의 산화물 고체 전해질의 계면에 분포함으로써 상온 인쇄공정에 적용할 수 있다.
4) The photocrosslinking type polymer is distributed at the interface of the oxide solid electrolyte on the powder, so that it can be applied to the room temperature printing process.

도 1은 본 발명에 따른 유무기 복합 고체전해질막의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유무기 복합 고체전해질막을 제조하는 과정을 일례로 보여주는 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 유무기 복합 고체전해질막 이용한 전지의 적층형성 방법을 일례로 보여주는 전고체 전지의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 3에서 제조된 전고체 전지의 충방전 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a cross-sectional view of an organic-inorganic hybrid electrolyte membrane according to the present invention.
FIG. 2 is a process diagram showing an example of a process for producing an organic-inorganic hybrid electrolyte membrane according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of an all solid-state battery showing an example of a method of forming a stack of cells using the organic-inorganic hybrid electrolyte membrane according to the present invention.
4 is a graph showing the results of charge and discharge of the all-solid-state cell manufactured in Example 3 according to the present invention.

이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to one embodiment.

본 발명의 유무기 복합 고체전해질막은 리튬염이 혼합된 광가교형 고분자; 및 산화물 고체 전해질;을 포함하고, 상기 광가교형 고분자가 상기 산화물 고체 전해질 내에 혼합 분포된 것일 수 있다.The organic-inorganic composite solid electrolyte membrane of the present invention comprises a photo-crosslinkable polymer mixed with a lithium salt; And an oxide solid electrolyte, wherein the photo-crosslinkable polymer is mixedly distributed in the oxide solid electrolyte.

상기 유무기 복합 고체 전해질막은 상기 산화물 고체 전해질의 계면에 상기 리튬염이 혼합된 광가교형 고분자가 분포된 것으로, 상기 광가교형 고분자와 산화물 고체 전해질이 모두 리튬이온을 전달하는 기능을 수행하여 이온전도도를 향상시키는 효과가 있다. The organic-inorganic hybrid electrolyte membrane has a photocrosslinking polymer in which the lithium salt is mixed at the interface of the oxide solid electrolyte. The photocrosslinking polymer and the oxide solid electrolyte both function to transfer lithium ions, There is an effect of improving the conductivity.

상기 리튬염은 리튬헥사플루오르포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬헥사플루오르안티모네이트(LiSbF6), 리튬헥사플루오르아세네이트(LiAsF6), 리튬디플루오르메탄설포네이트(LiC4F9SO3), 과염소산리튬(LiClO4), 리튬알루미네이트(LiAlO2), 리튬테트라클로로알루미네이트(LiAlCl4), 염화리튬(LiCl), 요오드화리튬(LiI), 리튬 비스옥살레이토 보레이트(LiB(C2O4)2), 및 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiTFSI)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 사용할 수 있다.The lithium salt may be at least one selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroantimonate (LiSbF 6 ), lithium hexafluoroacetate (LiAsF 6 ), lithium difluoromethane sulfonate (LiC 4 F 9 SO 3) , lithium perchlorate (LiClO 4), lithium aluminate (LiAlO 2), lithium tetrachloro- aluminate (LiAlCl 4), lithium chloride (LiCl), lithium iodide (LiI), lithium bis oxalate reyito Borate (LiB (C 2 O 4 ) 2 ), and lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiTFSI), may be used alone or in combination of two or more.

상기 광가교형 고분자 및 상기 리튬염은 상기 광가교형 고분자의 [EO]와 상기 리튬염의 [Li]가 8~12:1 몰비로 혼합된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 함량이 8:1 몰비를 벗어나면 막의 기계적 물성이 저하될 수 있고, 12:1 몰비를 벗어나면 이온전도도가 하락할 수 있다.The photo-crosslinkable polymer and the lithium salt may be prepared by mixing [EO] of the photo-crosslinkable polymer and [Li] of the lithium salt in an 8 to 12: 1 molar ratio. Specifically, if the content is out of the molar ratio of 8: 1, the mechanical properties of the membrane may deteriorate, and if the molar ratio exceeds 12: 1, the ion conductivity may decrease.

상기 광가교형 고분자는 폴리에틸렌옥사이드 메타크릴레이트(polyethyleneoxide metacrylate; PEOMA), 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(polyethyleneglycol diacrylate) 및 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(triethyleneglycol diacrylate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 사용할 수 있다.The photo-crosslinkable polymer may be one or more selected from the group consisting of polyethylene oxide methacrylate (PEOMA), polyethylene glycol diacrylate and triethyleneglycol diacrylate Can be used.

상기 광가교형 고분자는 상온에서는 분자량이 낮은 올리고머 형태로 액상으로 존재하며, 자외선에 조사되면 올리고머가 광가교 결합에 의해 고분자의 고체상으로 경화되는 것일 수 있다. 이러한 자외선 조사에 의해 발생하는 액상에서 고체상으로의 상 변화는 기존의 고분자 고체 전해질을 용매에 녹여 슬러리를 제조한 후 용매를 증발시키는 공정에 비해 공정성이 용이하고 용매를 사용하지 않아 전극 상에 직접 캐스팅이 가능하며, 산화물 고체 전해질의 침전 현상을 방지할 수 있고, 고체전해질막의 내부 기공을 최소화 할 수 있다. The photocrosslinkable polymer is present in a liquid state in the form of an oligomer having a low molecular weight at room temperature, and when irradiated with ultraviolet light, the oligomer may be cured into a solid state of the polymer by photo-crosslinking. The phase change from the liquid phase to the solid phase caused by the ultraviolet irradiation is easier than the process in which the conventional polymer solid electrolyte is dissolved in the solvent to prepare the slurry and then the solvent is evaporated. The solvent is not used, The precipitation phenomenon of the oxide solid electrolyte can be prevented, and the internal pore of the solid electrolyte membrane can be minimized.

또한 상기 광가교형 고분자에 광개시제(photo-initiator)를 혼합하여 광가교결합을 가속화 할 수 있다. 상기 광개시제는 HMPP(2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanon), 벤조페논(Benzophenone)계 및 티오산톤(Thioxantone)계로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.The photo-crosslinking polymer may be mixed with a photo-initiator to accelerate photo-crosslinking. The photoinitiator may be at least one selected from the group consisting of HMPP (2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone), benzophenone and thioxanthone.

상기 산화물 고체 전해질은 리폰(LiPON, Lithium phosphorous oxynitiride), 가넷(garnet)계, 페로브스카이트(perovskite)계, NASICON(Na-super ionic conductor)계 및 이 밖에 산화물을 포함하고 리튬이온을 전도할 수 있는 고체전해질 등을 사용할 수 있다. 상기 산화물 고체 전해질은 파우더 형태로 이온전도도가 10-3~10-5S/cm로 고분자 전해질 대비 우수하고 대기 중에 안정한 특징이 있다. 구체적으로 상기 리폰(LiPON)계는 질소(N)가 포함된 Li3PO4 구조이고, 상기 가넷(garnet)계는 Li7 - yLa3 - xAxZr2 -yMyOl2(여기서, x는 0≤x≤3이고, y는 0≤y≤2이고, A는 Y, Nd, Sm 및 Gd로 이루어진 군에서 선택되는 1종이고, M은 Nb 또는 Ta인 것임)인 것을 사용할 수 있다. 또한 상기 페로브스카이트(perovskite)계는 Li0 .5-3 xLa0 .5+ xTiO3(여기서, x는 0≤x≤0.15인 것임)이고, 상기 NASICON(Na-super ionic conductor)계는 Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(여기서, x는 0≤x≤3인 것임) 또는 Li1 + xAlxGe2 -x(PO4)3(여기서, x는 0≤x≤3인 것임)인 것을 사용할 수 있다. The oxide solid electrolyte may include lithium oxide (LiPON), garnet, perovskite, NASICON (Na-super ionic conductor), and oxides, And a solid electrolyte capable of dissolving the solid electrolyte. The oxide solid electrolyte is in powder form and its ionic conductivity is 10 -3 to 10 -5 S / cm, which is superior to the polymer electrolyte and stable in the atmosphere. Specifically, the LiPON system is a Li 3 PO 4 structure containing nitrogen (N) The garnet system is Li 7 - y La 3 - x A x Zr 2 -y M y O 12 where x is 0? X? 3, y is 0? Y? 2, A is Y, Nd , Sm, and Gd, and M is Nb or Ta). The perovskite system may be a Li 0 .5-3 x La 0 .5 + x TiO 3 wherein x is 0 ? X? 0.15, and the NASICON (Na-super ionic conductor) system is Li 1 + x Al x Ti 2 -x (PO 4) 3 ( where, x is the 0≤x≤3) or Li 1 + x Al x Ge 2 -x (PO 4) 3 ( where, x Is 0? X? 3).

상기 산화물 고체 전해질은 평균입자 크기가 10 nm 내지 30 ㎛인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 입자 크기가 10 nm 보다 작으면 분산에 어려움이 있고, 30 ㎛ 보다 크면 고체전해질 막의 두께 저감에 어려움이 있다.The oxide solid electrolyte may have an average particle size of 10 nm to 30 탆. Specifically, when the particle size is smaller than 10 nm, dispersion is difficult. When the particle size is larger than 30 m, it is difficult to reduce the thickness of the solid electrolyte membrane.

상기 산화물 고체 전해질의 함량은 전체 유무기 복합 고체전해질막 대비 20 내지 60 중량%인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 산화물 고체 전해질의 함량이 20 중량% 보다 적으면 고분자 전해질 대비 특성 향상을 기대하기 어려울 수 있고, 60 중량% 보다 많으면 복합전해질 내의 계면저항이 증가할 수 있다. 바람직하게는 30 내지 55 중량%인 것이 좋다. 더욱 바람직하게는 40~50 중량%인 것이 좋다.The content of the oxide solid electrolyte may be 20 to 60% by weight based on the total organic / inorganic hybrid solid electrolyte membrane. Specifically, when the content of the oxide solid electrolyte is less than 20% by weight, it may be difficult to improve the properties of the polymer electrolyte, and when it is more than 60% by weight, the interface resistance of the composite electrolyte may increase. And preferably 30 to 55% by weight. More preferably 40 to 50% by weight.

상기 유무기 복합 고체전해질막은 상기 산화물 고체 전해질의 계면에 상기 리튬염이 혼합된 광가교형 고분자가 가교 결합에 의해 분포된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염과 상기 광가교형 고분자가 혼합되어, 고분자 내에서 가교결합이 이루어진다. 초기 분자량이 낮아 액상형태로 존재하는 올리고머(oligomer)형태의 상기 광가교형 고분자가 자외선광을 받게 되면 상기 광가교형 고분자 내의 이중결합이 깨지면서, 이웃한 올리고머와 가교결합을 하며 분자량이 높은 고상의 고분자가 될 수 있다.The organic-inorganic composite solid electrolyte membrane may be one in which a photo-crosslinking polymer in which the lithium salt is mixed is dispersed by cross-linking at the interface of the oxide solid electrolyte. Specifically, the lithium salt and the photocrosslinking polymer are mixed and crosslinked in the polymer. When the photo-crosslinkable polymer in the form of an oligomer having a low initial molecular weight and in the form of a liquid is subjected to ultraviolet light, the double bond in the photo-crosslinkable polymer is broken and crosslinks with the neighboring oligomer. It can be a polymer.

상기 유무기 복합 고체전해질막은 두께가 1 내지 100 ㎛인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 유무기 복합 고체전해질막의 두께가 1 ㎛ 보다 작으면 공정성에 어려움이 있고, 100 ㎛ 보다 크면 전해질의 저항이 증가 될 수 있다. The inorganic-organic composite solid electrolyte membrane may have a thickness of 1 to 100 탆. Specifically, if the thickness of the organic-inorganic hybrid electrolyte membrane is less than 1 탆, the processability is difficult. If the thickness is more than 100 탆, the resistance of the electrolyte may be increased.

한편, 본 발명의 유무기 복합 고체전해질막의 제조방법은 리튬염이 혼합된 광가교형 고분자 및 산화물 고체 전해질을 혼합하여 전해질 슬러리를 제조하는 단계; 상기 전해질 슬러리를 전극층 또는 기재 상에 캐스팅하는 단계; 및 상기 캐스팅된 전해질 슬러리에 자외선광을 조사하여 광가교된 유무기 복합 고체전해질막을 제조하는 단계;를 포함한다. The present invention also provides a method for preparing an organic-inorganic hybrid electrolyte membrane, comprising: preparing an electrolyte slurry by mixing a photocrosslinking polymer mixed with a lithium salt and an oxide solid electrolyte; Casting the electrolyte slurry onto an electrode layer or substrate; And irradiating the cast electrolyte slurry with ultraviolet light to prepare a photocrosslinked organic / inorganic hybrid solid electrolyte membrane.

상기 전해질 슬러리를 제조하는 단계에서는 상온~100 ℃에서 30분 ~ 10시간 동안 교반하는 것이 바람직하며, 상기 전극층 상에 캐스팅된 상기 유무기 복합 고체전해질막은 두께가 1 내지 100 ㎛인 것일 수 있다. In the step of preparing the electrolyte slurry, it is preferable to stir at room temperature to 100 ° C for 30 minutes to 10 hours, and the organic-inorganic composite solid electrolyte membrane cast on the electrode layer may have a thickness of 1 to 100 μm.

상기 전극층은 양극층 또는 음극층인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 양극층은 집전체와 양극합재로 구성되며 양극 합재는 집전체의 표면에 형성되며 적어도 양극 활물질을 함유할 수 있다. 상기 양극 활물질로는 예를 들어 LiCoO2, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiMnO2, LiVO2, LiCrO2, Li2NiMn3O8, LiFePO4 및 LiCoPO4, LiNiO2을 사용할 수 있다. The electrode layer may be a cathode layer or a cathode layer. Specifically, the anode layer is composed of a current collector and a positive electrode composite material, and the positive electrode composite material is formed on the surface of the current collector and may contain at least a positive electrode active material. As the cathode active material, for example, LiCoO2, LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2, LiMnO2, LiVO2, LiCrO2, Li2NiMn3O8, LiFePO4 and LiCoPO4, LiNiO2 can be used.

또한 상기 양극층은 도전재, 고체전해질 및 바인더로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 함유할 수 있다. 상기 도전재는 전극 내의 전자전도성을 향상시키기 위해 함유할 수 있는데, 예를들어 케첸블랙, 아세틸렌 블랙, 탄소 섬유 및 그라핀을 사용할 수 있다. 상기 고체전해질을 전극 내의 이온 전도성을 향상시킬 수 있다. 이러한 상기 고체전해질로는 상기 설명한 바와 같이 산화물 고체전해질 및 황화물 고체전해질 또는 고분자 전해질을 사용할 수 있다. 상기 바인더는 전극 내 결착력을 향상시킬 수 있다. 이러한 상기 바인더로는 예를 들어 PVDF(poly vinylidene fluoride), NBR(Nitrile butadiene rubber), SBR(Styrene butadiene rubber)와 같은 고무(rubber)계 또는 아세토니트릴(Acetonitrile) 함유 고분자를 사용할 수 있다.The anode layer may contain at least one selected from the group consisting of a conductive material, a solid electrolyte and a binder. The conductive material may be contained to improve the electronic conductivity in the electrode. For example, ketjen black, acetylene black, carbon fiber, and graphene may be used. The solid electrolyte can improve the ion conductivity in the electrode. As the solid electrolyte, an oxide solid electrolyte, a sulfide solid electrolyte, or a polymer electrolyte may be used as described above. The binder can improve the binding force in the electrode. Examples of the binder include rubber-based or acetonitrile-containing polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF), nitrile butadiene rubber (NBR), and styrene butadiene rubber (SBR).

상기 양극층을 형성하는 방법으로는 집전체의 표면에 양극 합재를 형성할 수 있는 방법이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 상기 양극 합재를 구성하는 재료들을 가압하여 제조할 수 있고, 더 바람직하게는 상기 양극 합재 및 용매를 함유하는 슬러리를 제조하여 집전체 위 직접 도포하고 용매를 건조하여 제조할 수 있다.The method for forming the anode layer is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a positive electrode composite material on the surface of the current collector. For example, by pressurizing the materials constituting the positive electrode composite material. More preferably, the slurry containing the positive electrode composite material and the solvent can be prepared, applied directly on the current collector, and dried.

본 발명에 사용되는 상기 음극층은 집전체 및 음극 합재로 구성되며, 음극 합재는 집전체 위에 도포되고, 고체전해질 층을 사이에 두고 양극층과 반대편에 위치하며, 음극 활물질을 포함할 수 있다. 또한 필요에 따라 상기 음극층은 도전재, 고체전해질 및 바인더로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 함유할 수 있다. 구체적으로 상기 음극 활물질로는 예를들어 인조흑연, 천연흑연, 소프트카본 및 하드 카본으로 이루어진 군에서 선택된 카본 물질, 또는 Al, Sn, Si, Mg, In 및 Li로 이루어진 군에서 선택된 금속활물질 또는 이를 포함하는 합금을 사용할 수 있다. 상기 음극층의 형성 방법은 Li을 음극으로 사용할 경우, 10~1000 ㎛ 두께의 리튬호일을 집전체에 부착하여 사용할 수 있다. 이 밖에 음극활물질을 사용할 경우, 상기 설명한 양극층의 형성방법과 동일하게 할 수 있기 때문에 여기서는 생략할 수 있다.The negative electrode layer used in the present invention is composed of a current collector and a negative electrode composite material. The negative electrode composite material is coated on the current collector, and is disposed on the opposite side of the positive electrode layer with the solid electrolyte layer interposed therebetween. If necessary, the negative electrode layer may contain at least one selected from the group consisting of a conductive material, a solid electrolyte and a binder. Specifically, examples of the negative electrode active material include a carbon material selected from the group consisting of artificial graphite, natural graphite, soft carbon, and hard carbon, or a metal active material selected from the group consisting of Al, Sn, Si, Mg, May be used. When Li is used as a negative electrode, lithium foil having a thickness of 10 to 1000 mu m may be attached to the current collector. In addition, when the anode active material is used, the anode active material layer can be formed in the same manner as the above-described anode layer forming method, and thus can be omitted here.

상기 전해질 슬러리를 캐스팅하는 단계에서는 대기 또는 제습된 분위기에서 수행하는 것이 바람직하며, 상기 전해질 슬러리는 전극층 또는 기재 위에 캐스팅 할 수 있다. 상기 전해질 슬러리는 용매가 혼합되지 않아 전극 물질이 용매로 용출되지 않으므로 양극 또는 음극 합재가 코팅된 전극층 상에 직접 인쇄할 수 있다. In the step of casting the electrolyte slurry, it is preferable to perform the atmospheric or dehumidified atmosphere, and the electrolyte slurry may be cast on the electrode layer or the substrate. The electrolyte slurry can be directly printed on the electrode layer coated with the positive electrode or the negative electrode mixture since the solvent is not mixed and the electrode material is not eluted as a solvent.

상기 캐스팅된 전해질 슬러리에 자외선광을 조사하는 단계에서 상기 자외선광은 수초 내지 수십분 동안 조사하여 도포된 광가교형 고분자를 경화시킬 수 있다. 구체적으로 상온에서 액상으로 존재하는 상기 광가교형 고분자가 자외선(UV) 조사공정 후 바로 고분자의 가교 결합에 의해 고체상태의 고분자로 변함으로써 산화물 고체 전해질의 침전을 방지할 수 있다. In the step of irradiating the cast electrolyte slurry with ultraviolet light, the ultraviolet light may be irradiated for a few seconds to several tens of minutes to cure the applied photo-crosslinkable polymer. Specifically, the photocrosslinking polymer present in a liquid state at room temperature may be converted into a solid polymer by cross-linking of the polymer directly after the ultraviolet (UV) irradiation process, thereby preventing precipitation of the oxide solid electrolyte.

도 1은 본 발명에 따른 유무기 복합 고체전해질막의 단면도이다. 상기 도 1에서는 집전체 상에 양극 또는 음극 합재가 적층되어 있으며, 그 위에 유무기 복합 고체전해질막이 형성된 구조를 보여준다. 또한 상기 유무기 복합 고체전해질막 상에 산화물 고체전해질이 침전되지 않고 광가교형 고분자 전해질 상에 골고루 분포된 상태로 경화된 것임을 알 수 있다.1 is a cross-sectional view of an organic-inorganic hybrid electrolyte membrane according to the present invention. FIG. 1 shows a structure in which a positive electrode or a negative electrode material is laminated on a current collector, and an organic / inorganic composite electrolyte membrane is formed thereon. It can also be seen that the oxide solid electrolyte was cured in a state where the oxide solid electrolyte was uniformly distributed on the photo-crosslinkable polymer electrolyte without precipitating on the organic-inorganic hybrid electrolyte membrane.

도 2는 본 발명에 따른 유무기 복합 고체전해질막을 제조하는 과정을 일례로 보여주는 공정도이다. 상기 도 2에서는 집전체 상에 전극 슬러리 도포 공정(100)을 실시하고 전극 건조공정(200)을 거친 뒤 유무기 복합 고체 전해질 슬러리 도포 공정(300)을 실시하는 과정을 보여준다. 그 다음 자외선(UV) 경화 공정(400)을 거쳐 유무기 복합 고체전해질막을 연속적으로 형성할 수 있음을 보여준다. FIG. 2 is a process diagram showing an example of a process for producing an organic-inorganic hybrid electrolyte membrane according to the present invention. FIG. 2 shows a process of applying an electrode slurry coating process 100 on a current collector, followed by an electrode drying process 200, and then performing an inorganic hybrid solid electrolyte slurry coating process 300. Followed by an ultraviolet (UV) curing process 400 to continuously form the organic / inorganic composite solid electrolyte membrane.

한편, 본 발명의 전고체 전지는 상기의 유무기 복합 고체전해질막을 포함한다.On the other hand, the pre-solid battery of the present invention includes the above-mentioned organic-inorganic hybrid electrolyte membrane.

상기 전고체 전지는 기존 전지 대비 액체전해질을 포함하지 않아 내열 및 대기 안정성이 우수한 특징이 있다. 도 3은 본 발명에 따른 유무기 복합 고체전해질막 이용한 전지의 적층형성 방법을 일례로 보여주는 전고체 전지의 단면도이다. 상기 도 3의 (a)에서 전지의 구성은 양극 또는 음극 중 하나의 전극 위에 유무기 복합 고체전해질 슬러리를 캐스팅한 후 자외선 경화하여 고체전해질막을 형성하고 그 위에 반대 전극을 결합하여 전고체 전지가 구성된 구조를 보여준다. 이 경우, 고체전해질과 전극 간의 계면 저항을 감소시켜 전지 특성을 향상시킬 수 있다. The pre-solid battery does not include a liquid electrolyte as compared with conventional batteries, and thus has excellent heat resistance and atmospheric stability. 3 is a cross-sectional view of an all solid-state battery showing an example of a method of forming a stack of cells using the organic-inorganic hybrid electrolyte membrane according to the present invention. 3 (a), the battery is formed by casting an organic-inorganic composite solid electrolyte slurry on one of an anode and a cathode, forming a solid electrolyte membrane by ultraviolet curing, and bonding the opposite electrode thereon to form an all- Show the structure. In this case, the interface resistance between the solid electrolyte and the electrode can be reduced to improve the battery characteristics.

또한 상기 도 3의 (b)는 스테인리스스틸(SUS) 또는 태프론(Teflon) 기판 상에 유무기 복합 고체전해질 슬러리를 캐스팅하고, 자외선(UV) 경화하여 고체전해질막을 형성한 뒤, 이를 기판과 분리한 후 제조된 고체전해질막의 상부와 하부 면에 양극층 및 음극층을 접합시켜 구성된 전고체 전지의 단면도를 보여준다. 이 경우 전극 물질은 자외선 경화를 거치지 않기 때문에 전극 물질의 변성을 최소화 할 수 있는 장점이 있다. 또한 전극층을 부착한 뒤 필요에 따라 열을 가하거나 프레스기로 가압을 하여 전극과 고체전해질의 접착력을 향상시킬 수 있다.3 (b) shows a method of casting an inorganic-organic composite solid electrolyte slurry on a stainless steel (SUS) or a Teflon substrate and UV-curing it to form a solid electrolyte membrane, And a cathode layer and a cathode layer joined to the upper and lower surfaces of the solid electrolyte membrane manufactured after the formation of the solid electrolyte membrane. In this case, since the electrode material does not undergo ultraviolet curing, there is an advantage that the denaturation of the electrode material can be minimized. In addition, when the electrode layer is attached and then heated or pressurized by a press machine as required, adhesion between the electrode and the solid electrolyte can be improved.

한편, 본 발명은 상기 전고체 전지를 포함하는 자동차를 포함한다.On the other hand, the present invention includes a vehicle including the above all-solid-state battery.

따라서 본 발명에 따른 유무기 복합 고체 전해질막은 리튬염이 혼합된 광가교형 고분자를 산화물 고체 전해질에 혼합함으로써 액체를 전혀 사용하지 않는 전고체 전해질로서, 기존 고분자 전해질에 비해 기계적 특성, 전기화학적 안정성을 향상시키고, 기존 산화물 전해질에 비해 제막 공정의 용이성 및 유연성을 향상시키는 효과가 있다.Therefore, the organic-inorganic composite solid electrolyte membrane according to the present invention is a whole solid electrolyte which does not use a liquid at all by mixing a photocrosslinking polymer mixed with a lithium salt into an oxide solid electrolyte, and is superior in mechanical properties and electrochemical stability to conventional polymer electrolytes And has the effect of improving the ease and flexibility of the film forming process as compared with the conventional oxide electrolyte.

또한 대기 중에서 수분에 노출 시 독성 물질을 배출하지 않으므로 기존 리튬이온전지나 황화물계 고체전해질 보다 안전하고, 광가교형 고분자가 초기 상온에서 올리고머 형태의 액상으로 존재하여 추가 용매를 혼합하지 않고도 산화물 고체 전해질을 균일하게 혼합할 수 있으며, 자외선(UV) 조사 공정 후 바로 고체상태의 고분자로 변함으로써 산화물 고체 전해질의 침전을 방지하고, 이를 고르게 분산시킴으로써 이온전도도를 향상시키고, 나아가 충방전 효율을 증대시키는 효과가 있다. In addition, since it does not emit toxic substances when exposed to moisture in the atmosphere, it is safer than conventional lithium ion batteries or sulfide-based solid electrolytes, and the photocrosslinking polymer exists in an oligomer-like liquid phase at an initial room temperature. And can be uniformly mixed. By changing to a solid state polymer immediately after an ultraviolet (UV) irradiation process, precipitation of an oxide solid electrolyte can be prevented, and uniform dispersion of the oxide solid electrolyte can be achieved, thereby improving ionic conductivity and increasing charge / have.

또한 용매가 혼합되지 않아 양극 또는 음극 합재가 코팅된 전극 위에 직접 인쇄 시 활물질이 용출되어 나오는 문제를 방지하여 직접 인쇄가 가능하고, 용매 건조 시 고체전해질 내에 발생하는 기공을 최소화하는 효과가 있다. 또한 광가교형 고분자가 파우더 상의 산화물 고체 전해질의 계면에 분포함으로써 상온 인쇄공정에 적용할 수 있다.
In addition, since the solvent is not mixed, the problem that the active material is eluted from direct printing on the electrode coated with the positive electrode or the negative electrode mixture is prevented, and direct printing is possible, and pore generated in the solid electrolyte is minimized when the solvent is dried. Also, since the photo-crosslinkable polymer is distributed at the interface of the oxide solid electrolyte on the powder, it can be applied to the room temperature printing process.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the following Examples.

실시예 1Example 1

PEOMA(Mn=500, EO 반복유닛 10개)에 리튬염(LiTFSI)을 [E0]와 [Li]가 10:1 몰비가 되도록 바이알에 혼합한 후, 1 시간 동안 교반하였다. 그 다음 상기 혼합물에 광개시제로 벤조페논 5 중량%를 첨가하여 광가교형 고분자 용액을 제조하였다. 제조된 고분자 용액에 가넷(Li7La3Zr2O12) 파우더 30 중량%를 혼합하여 유무기 복합 고체 전해질 슬러리를 제조하였다. Lithium salt (LiTFSI) was mixed with the PEOMA (Mn = 500, 10 EO repeating units) in a vial having a molar ratio of [E0] and [Li] of 10: 1, and the mixture was stirred for 1 hour. Then, 5 wt% of benzophenone was added to the mixture as a photoinitiator to prepare a photo-crosslinkable polymer solution. The polymer solution thus prepared was mixed with 30 wt% of Garnet (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) powder to prepare an organic / inorganic composite solid electrolyte slurry.

그 다음 제조된 상기 슬러리를 디스크 형태의 스테인리스스틸(SUS) 상에 도포한 후, 자외선(UV)을 조사시킨 후 경화하여 60 ㎛의 두께를 가지는 유무기 복합 고체전해질막을 형성하였다. 그 다음 상기 고체 전해질 막 상에 스테인리스스틸(SUS)을 부착하여 SUS/유무기 복합 고체전해질막/SUS 구조의 전고체 전지를 제작하였다.The slurry thus prepared was coated on a disk-shaped stainless steel (SUS), irradiated with ultraviolet rays (UV), and cured to form an organic-inorganic hybrid electrolyte membrane having a thickness of 60 탆. Subsequently, stainless steel (SUS) was attached to the solid electrolyte membrane to prepare an all solid battery having an SUS / inorganic composite solid electrolyte membrane / SUS structure.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1에서 제조된 광가교형 고분자 용액에 가넷(Li7La3Zr2O12) 파우더 50 중량%를 혼합하여 유무기 복합 고체 전해질 슬러리를 제조한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SUS/유무기 복합 고체전해질막/SUS 구조의 전고체 전지를 제작하였다.
The same procedure as in Example 1 was carried out except that 50% by weight of Garnet (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) powder was mixed with the photo-crosslinkable polymer solution prepared in Example 1 to prepare an organic / inorganic composite solid electrolyte slurry. A solid electrolyte cell with a SUS / nonaqueous composite solid electrolyte membrane / SUS structure was fabricated.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1에서 제조된 광가교형 고분자 용액에 가넷(Li7La3Zr2O12) 파우더 70 중량%를 혼합하여 유무기 복합 고체 전해질 슬러리를 제조한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SUS/유무기 복합 고체전해질막/SUS 구조의 전고체 전지를 제작하였다.
The same procedure as in Example 1 was carried out except that 70% by weight of Garnet (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) powder was mixed with the photo-crosslinkable polymer solution prepared in Example 1 to prepare an organic / inorganic composite solid electrolyte slurry. A solid electrolyte cell with a SUS / nonaqueous composite solid electrolyte membrane / SUS structure was fabricated.

비교예 2Comparative Example 2

아세토니트릴 용매에 PEO(polyethyleneoxide, Mn=400000)을 혼합하고, 리튬염(LiTFSI)을 10:1 중량비로 혼합하여 고분자 전해질 용액을 제조하였다. 제조된 고분자 전해질 용액의 고형분 농도를 20 중량%로 하여 하루 동안 상온에서 교반하였다. 그 다음 상기 고분자 전해질 용액에 가넷(Li7La3Zr2O12)을 30 중량%를 혼합하여 고체전해질 슬러리를 제조하였다.PEO (polyethyleneoxide, Mn = 400000) was mixed with an acetonitrile solvent and a lithium salt (LiTFSI) was mixed at a weight ratio of 10: 1 to prepare a polymer electrolyte solution. The solid polymer concentration of the prepared polymer electrolyte solution was adjusted to 20% by weight and stirred at room temperature for one day. Then a mixture of the polymer electrolyte solution was 30% by weight of the garnet (Li 7 La 3 Zr 2 O 12) to prepare a solid electrolyte slurry.

제조된 고체 전해질 슬러리는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 디스크 형태의 스테인리스스틸(SUS) 상에 도포한 후, 경화하여 고체전해질막을 형성하였다. 그 다음 상기 고체 전해질 막 상에 스테인리스스틸(SUS)을 부착하여 SUS/고체전해질막/SUS 전고체 전지를 제작하였다.
The prepared solid electrolyte slurry was applied to a disk-shaped stainless steel (SUS) in the same manner as in Example 1, and then cured to form a solid electrolyte membrane. Then, stainless steel (SUS) was attached to the solid electrolyte membrane to prepare a SUS / solid electrolyte membrane / SUS pre-solid battery.

비교예 3Comparative Example 3

상기 비교예 3에서 제조된 고분자 전해질 용액에 가넷(Li7La3Zr2O12) 50 중량%를 혼합하여 고체 전해질 슬러리를 제조한 것을 제외하고, 상기 비교예 3과 동일한 방법으로 실시하여 SUS/고체전해질막/SUS 구조의 전고체 전지를 제작하였다.
Except that 50% by weight of Garnet (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) was added to the polymer electrolyte solution prepared in Comparative Example 3 to prepare a solid electrolyte slurry. SUS / Solid electrolyte membrane / SUS structure.

비교예 4Comparative Example 4

상기 비교예 3에서 제조된 고분자 전해질 용액에 가넷(Li7La3Zr2O12) 70 중량%를 혼합하여 고체 전해질 슬러리를 제조한 것을 제외하고, 상기 비교예 3과 동일한 방법으로 실시하여 SUS/고체전해질막/SUS 구조의 전고체 전지를 제작하였다.
Except that 70% by weight of Garnet (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) was mixed with the polymer electrolyte solution prepared in Comparative Example 3 to prepare a solid electrolyte slurry. SUS / Solid electrolyte membrane / SUS structure.

실험예 1: 이온전도도 평가 결과Experimental Example 1: Evaluation of ionic conductivity

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1~6에서 제조된 전고체 전지의 가넷 함량 별 이온전도도를 평가하기 위해, AC임피던스 분석기를 사용하여 10 mV의 교류전압 및 0.1 Hz~20Hz 주파수 영역에서 평가하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다. In order to evaluate ionic conductivities of all the solid-state batteries prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 6, an AC impedance analyzer was used to evaluate an AC voltage of 10 mV and a frequency range of 0.1 Hz to 20 Hz . The results are shown in Table 1 below.

LLZ (중량%) LLZ (% by weight) 이온전도도Ion conductivity 실시예 1Example 1 2.1*10-5 S/cm2.1 * 10 -5 S / cm 실시예 2Example 2 2.6*10-5 S/cm2.6 * 10 -5 S / cm 비교예 1Comparative Example 1 2.7*10-6 S/cm2.7 * 10 -6 S / cm 비교예 2Comparative Example 2 7.3*10-6 S/cm7.3 * 10 -6 S / cm 비교예 3Comparative Example 3 7.1*10-7 S/cm7.1 * 10 -7 S / cm 비교예 4Comparative Example 4 7.3*10-8 S/cm7.3 * 10 -8 S / cm

상기 표 1의 결과에 의하면, 광가교형 고분자(PEOMA)를 적용하여, 가넷(Li7La3Zr2O12) 함량을 30, 50 중량%를 각각 혼합한 상기 실시예 1, 2의 경우, 고르게 분산된 산화물계 고체전해질로 인해 이온전도도가 증가한 것을 확인할 수 있었다. According to the results shown in Table 1, in the case of Examples 1 and 2 in which a photocrosslinkable polymer (PEOMA) was applied and 30 and 50 wt% of Garnet (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) It was confirmed that the ionic conductivity increased due to the uniformly dispersed oxide solid electrolyte.

이에 반하여, 가넷(Li7La3Zr2O12)을 70 중량%를 함유한 비교예 1의 경우, 가넷과 가넷 간의 입계저항이 형성되어 유무기 복합 고체전해질막의 이온전도도가 하락하였음을 알 수 있었다.On the contrary, in the case of Comparative Example 1 containing 70 wt% of Garnet (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ), it was found that the grain boundary resistance between Garnet and Garnet was formed and the ion conductivity of the organic-inorganic composite solid electrolyte membrane dropped there was.

또한 PEO 고분자를 적용한 상기 비교예 2~4의 경우, 전체적으로 이온전도도가 낮은 것을 확인하였으며, 가넷의 함량이 증가할수록 고체전해질막의 이온전도도가 지속적으로 하락하는 것을 알 수 있었다. 이는 용매에 용해된 PEO 고분자를 사용하여 고체전해질막을 형성하는 과정에서 용매를 증발시키는 건조 공정이 길어 가넷 침전이 발생하고, 용매의 증발 시 고체전해질막에 기공이 발생하여 막의 이온전도도 특성이 하락한 것임을 알 수 있었다.
In addition, in the case of Comparative Examples 2 to 4 in which the PEO polymer was applied, it was confirmed that the ion conductivity as a whole was low, and the ion conductivity of the solid electrolyte membrane was steadily decreased as the garnet content was increased. This is because the drying process of evaporating the solvent during the process of forming the solid electrolyte membrane using the PEO polymer dissolved in the solvent is long and the ion conductivity of the membrane is decreased due to the formation of the garnet in the solid electrolyte film during the evaporation of the solvent Could know.

실시예 3Example 3

(1) 양극층의 제조(1) Preparation of anode layer

양극층은 통상의 방법으로 제조될 수 있다. 구체적으로 양극 활물질로는 NCM, 도전재로는 super C, 바인더로는 PVDF를 사용하였고 NMP 용매에 상기 재료들을 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다. 이때 혼합은 호모믹서를 사용하여 5000 rpm에서 10분 동안 진행하였다. 제조된 양극 슬러리를 알루미늄 호일 집전체에 도포한 후 110 ℃의 온도로 유지되는 열풍오븐에 2시간 동안 건조하여 양극층을 형성하였다. The anode layer can be produced by a conventional method. Specifically, NCM was used as a cathode active material, super C was used as a conductive material, and PVDF was used as a binder. A cathode slurry was prepared by mixing the above materials in an NMP solvent. The mixing was carried out at 5000 rpm for 10 minutes using a homomixer. The prepared positive electrode slurry was applied to an aluminum foil current collector and dried in a hot air oven maintained at a temperature of 110 DEG C for 2 hours to form a positive electrode layer.

(2) 유무기 복합 고체 전해질 슬러리의 제조(2) Preparation of organic-inorganic composite solid electrolyte slurry

PEOMA(Mn=500, EO 반복유닛 10개)에 리튬염(LiTFSI)을 10:1 중량비로 바이알에 혼합한 후, 1 시간 동안 교반하였다. 그 다음 상기 혼합물에 광개시제로 벤조페논 5 중량%를 첨가하여 광가교형 고분자 용액을 제조하였다. 제조된 고분자 용액에 가넷(Li7La3Zr2O12) 파우더 50 중량%를 혼합하여 유무기 복합 고체 전해질 슬러리를 제조하였다.Lithium salt (LiTFSI) was mixed in PEOMA (Mn = 500, EO repeating unit 10) at a weight ratio of 10: 1, and then stirred for 1 hour. Then, 5 wt% of benzophenone was added to the mixture as a photoinitiator to prepare a photo-crosslinkable polymer solution. The resulting polymer solution was mixed with 50 wt% of Garnet (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) powder to prepare an organic / inorganic composite solid electrolyte slurry.

(3) 유무기 복합 고체전해질막의 제조(3) Production of organic / inorganic composite solid electrolyte membrane

상기 집전체 상에 형성된 양극층 위에 상기 유무기 복합 고체전해질 슬러리를 도포하였다. 그 다음 이를 경화시키기 위해 자외선(UV) 광을 2분 동안 2회 조사하여 유무기 복합 고체전해질막을 형성하였다. The organic-inorganic composite solid electrolyte slurry was coated on the positive electrode layer formed on the current collector. Then, ultraviolet (UV) light was irradiated twice for 2 minutes in order to cure it to form an organic-inorganic hybrid electrolyte membrane.

(4) 셀 구성 (4) Cell configuration

NCM양극 상에 코팅된 유무기 복합 고체전해질막을 지름 18mm로 펀칭하고, 반대편에 리튬메탈을 음극으로 사용하여 NCM/유무기 복합전해질/리튬메탈 구조의 전고체 전지를 구성하였다. 상기 리튬메탈은 100 ㎛의 두께를 가지며 지름 16 mm로 펀칭하여 사용하였고, 집전체로는 SUS를 사용하였다.
A composite solid electrolyte membrane of NCM / organic composite electrolyte / lithium metal structure was constructed by punching the organic / inorganic composite solid electrolyte membrane coated on the NCM anode with a diameter of 18 mm and using lithium metal as the cathode on the opposite side. The lithium metal had a thickness of 100 탆 and was punched with a diameter of 16 mm, and SUS was used as a current collector.

실험예 2: 셀 평가Experimental Example 2: Cell evaluation

상기 실시예 3에서 제조된 NCM/유무기 복합전해질/리튬메탈 구조의 전고체 전지에 대한 충방전 특성을 확인하기 위해 정전류 인가법으로 충방전 평가를 진행하였다. 여기서, 인가전류는 10㎂이고, 전압은 2.5 ~ 4.5 V 구간에서 총 7회 동안 충방전 평가를 수행하였으며, 그 결과는 도 4에 나타내었다.Charge / discharge evaluation was carried out by a constant current application method in order to confirm the charging / discharging characteristics of the NCM / non-aqueous composite electrolyte / lithium metal structure all-solid battery manufactured in Example 3 above. Here, the applied current was 10 μA, and the voltage was subjected to charge / discharge evaluation for 7 times in the interval of 2.5 to 4.5 V, and the result is shown in FIG.

도 4는 상기 실시예 3에서 제조된 전고체 전지의 충방전 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 도 4에서 확인할 수 있듯이, 1회 충방전 결과로서 충전용량 및 방전용량이 각각 0.28 mAh, 0.12 mAh으로 높은 충방전 용량을 가지는 것을 확인하였다. 이는 산화물 전해질이 고르게 분산된 유무기 복합 고체전해질막을 적용함으로써 이온전도도 특성이 높아져 기존의 전고체 전지의 방전용량에 비해 50 %가 상승된 것임을 알 수 있었다.FIG. 4 is a graph showing the charge / discharge results of the all-solid-state cell manufactured in Example 3. FIG. As shown in FIG. 4, it was confirmed that the charging and discharging capacities were as high as 0.28 mAh and 0.12 mAh, respectively, as a result of one charge and discharge. It was found that the application of the organic / inorganic composite solid electrolyte membrane in which the oxide electrolyte was uniformly dispersed increased the ionic conductivity and was 50% higher than the discharge capacity of the conventional solid electrolyte.

따라서 본 발명에 따른 유무기 복합 고체 전해질막은 광가교형 고분자가 초기 상온에서 올리고머 형태의 액상으로 존재하여 추가 용매를 혼합하지 않고도 산화물 고체 전해질을 균일하게 혼합할 수 있으며, 자외선(UV) 조사 공정 후 바로 고체상태의 고분자로 변함으로써 산화물 고체 전해질의 침전을 방지하고, 이를 고르게 분산시킴으로써 이온전도도를 향상시키고, 나아가 충방전 효율을 증대시키는 효과가 있음을 확인하였다. 또한 상온에서도 전지의 구동이 가능함을 확인하였다.
Accordingly, the organic-inorganic composite solid electrolyte membrane according to the present invention can be used to uniformly mix the oxide solid electrolyte without addition of an additional solvent since the photo-crosslinkable polymer exists in an oligomer-like liquid state at an initial room temperature. It was confirmed that the solid electrolyte was converted into a solid state polymer to prevent precipitation of the oxide solid electrolyte and uniformly dispersed it, thereby improving the ionic conductivity and increasing the charge / discharge efficiency. It is also confirmed that the battery can be driven at room temperature.

100: 전극 슬러리 도포 공정
200: 전극 건조공정
300: 유무기 복합 고체 전해질 슬러리 도포 공정
400: 자외선 경화 공정
100: Electrode slurry application step
200: electrode drying process
300: Organic complex solid electrolyte slurry application process
400: UV curing process

Claims (16)

리튬염이 혼합된 광가교형 고분자; 및
산화물 고체 전해질;
을 포함하고,
상기 광가교형 고분자는 폴리에틸렌옥사이드 메타크릴레이트(polyethyleneoxide metacrylate; PEOMA)로 이루어지되, 상기 광가교형 고분자는 용매를 포함하지 않고 상기 산화물 고체 전해질 내에 혼합 분포된 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막.
A photocrosslinking polymer mixed with a lithium salt; And
Oxide solid electrolytes;
/ RTI >
Wherein the photo-crosslinking type polymer is made of polyethylene oxide methacrylate (PEOMA), and the photo-crosslinking type polymer is mixed and distributed in the oxide solid electrolyte without containing a solvent. .
제1항에 있어서,
상기 리튬염은 리튬헥사플루오르포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬헥사플루오르안티모네이트(LiSbF6), 리튬헥사플루오르아세네이트(LiAsF6), 리튬디플루오르메탄설포네이트(LiC4F9SO3), 과염소산리튬(LiClO4), 리튬알루미네이트(LiAlO2), 리튬테트라클로로알루미네이트(LiAlCl4), 염화리튬(LiCl), 요오드화리튬(LiI), 리튬 비스옥살레이토 보레이트(LiB(C2O4)2), 및 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiTFSI)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막.
The method according to claim 1,
The lithium salt may be at least one selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroantimonate (LiSbF 6 ), lithium hexafluoroacetate (LiAsF 6 ), lithium difluoromethane sulfonate (LiC 4 F 9 SO 3) , lithium perchlorate (LiClO 4), lithium aluminate (LiAlO 2), lithium tetrachloro- aluminate (LiAlCl 4), lithium chloride (LiCl), lithium iodide (LiI), lithium bis oxalate reyito Wherein the electrolyte is one or more selected from the group consisting of borate (LiB (C 2 O 4 ) 2 ), and lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiTFSI).
제1항에 있어서,
상기 광가교형 고분자 및 상기 리튬염은 [EO]:[Li]가 8~12:1 몰비로 혼합된 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막.
The method according to claim 1,
Wherein the photo-crosslinkable polymer and the lithium salt are mixed in a molar ratio of [EO]: [Li] of 8 to 12: 1.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 광가교형 고분자는 상온에서는 액상이며, 자외선에 조사되면 광가교 결합에 의해 고체상으로 경화되는 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막.
The method according to claim 1,
Wherein the photo-crosslinkable polymer is in a liquid state at room temperature and is cured to a solid state by photo-crosslinking when irradiated with ultraviolet light.
제1항에 있어서,
상기 산화물 고체 전해질은 리폰(LiPON), 가넷계, 페로브스카이트계 및 NASICON(Na-super ionic conductor)계로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 전해질인 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막.
The method according to claim 1,
Wherein the oxide solid electrolyte is one electrolyte selected from the group consisting of LiPON, garnet, perovskite and NASICON (Na-super ionic conductor).
제1항에 있어서,
상기 산화물 고체 전해질은 평균입자 크기가 10 nm 내지 30 ㎛인 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막.
The method according to claim 1,
Wherein the oxide solid electrolyte has an average particle size of 10 nm to 30 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 산화물 고체 전해질의 함량은 전체 유무기 복합 고체전해질막 대비 30 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the oxide solid electrolyte is 30 to 50% by weight relative to the total organic / inorganic hybrid solid electrolyte membrane.
제1항에 있어서,
상기 유무기 복합 고체전해질막은 상기 산화물 고체 전해질의 계면에 상기 리튬염이 혼합된 광가교형 고분자가 가교 결합에 의해 분포된 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막.
The method according to claim 1,
Wherein the organic-inorganic composite solid electrolyte membrane is formed by crosslinking a photo-crosslinkable polymer in which the lithium salt is mixed at an interface of the oxide solid electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 유무기 복합 고체전해질막은 두께가 1 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막.
The method according to claim 1,
Wherein the organic-inorganic hybrid solid electrolyte membrane has a thickness of 1 to 100 mu m.
리튬염이 혼합된 광가교형 고분자 및 산화물 고체 전해질을 혼합하여 전해질 슬러리를 제조하는 단계;
상기 전해질 슬러리를 전극층 또는 기재 상에 캐스팅하는 단계; 및
상기 캐스팅된 전해질 슬러리에 자외선광을 조사하여 광가교된 유무기 복합 고체전해질막을 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 광가교형 고분자는 폴리에틸렌옥사이드 메타크릴레이트(polyethyleneoxide metacrylate; PEOMA)로 이루어지되, 상기 광가교형 고분자는 용매를 포함하지 않고 상기 산화물 고체 전해질 내에 혼합 분포된 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막의 제조방법.
Mixing a photocrosslinking polymer mixed with a lithium salt and an oxide solid electrolyte to prepare an electrolyte slurry;
Casting the electrolyte slurry onto an electrode layer or substrate; And
Irradiating the cast electrolyte slurry with ultraviolet light to produce a photocrosslinked organic / inorganic hybrid solid electrolyte membrane;
Lt; / RTI >
Wherein the photo-crosslinking type polymer is made of polyethylene oxide methacrylate (PEOMA), and the photo-crosslinking type polymer is mixed and distributed in the oxide solid electrolyte without containing a solvent. Gt;
제11항에 있어서,
상기 전해질 슬러리를 제조하는 단계에서 상기 산화물 고체 전해질의 함량은 전체 유무기 복합 고체전해질막 대비 30 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the content of the oxide solid electrolyte in the step of preparing the electrolyte slurry is 30 to 50% by weight based on the total organic / inorganic hybrid solid electrolyte membrane.
제11항에 있어서,
상기 전극층 상에 캐스팅된 상기 유무기 복합 고체전해질막은 두께가 1 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the organic-inorganic composite solid electrolyte membrane cast on the electrode layer has a thickness of 1 to 100 mu m.
제11항에 있어서,
상기 전극층은 양극층 또는 음극층인 것을 특징으로 하는 유무기 복합 고체전해질막의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the electrode layer is a positive electrode layer or a negative electrode layer.
제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제10항 중에서 선택되는 어느 한 항의 유무기 복합 고체전해질막을 포함하는 전고체 전지.
10. A pre-solid battery comprising the organic-inorganic composite solid electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 10.
제15항의 전고체 전지를 포함하는 자동차.15. A vehicle comprising the pre-solid battery of claim 15.
KR1020140190715A 2014-12-26 2014-12-26 Organic-inorganic complex solid polymer electrolytes membrane, manufacturing method thereof and all solid battery including thereof KR101655627B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140190715A KR101655627B1 (en) 2014-12-26 2014-12-26 Organic-inorganic complex solid polymer electrolytes membrane, manufacturing method thereof and all solid battery including thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140190715A KR101655627B1 (en) 2014-12-26 2014-12-26 Organic-inorganic complex solid polymer electrolytes membrane, manufacturing method thereof and all solid battery including thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160079405A KR20160079405A (en) 2016-07-06
KR101655627B1 true KR101655627B1 (en) 2016-09-07

Family

ID=56502374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140190715A KR101655627B1 (en) 2014-12-26 2014-12-26 Organic-inorganic complex solid polymer electrolytes membrane, manufacturing method thereof and all solid battery including thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101655627B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10818970B2 (en) 2017-12-27 2020-10-27 Hyundai Motor Company All-solid battery
US10910670B2 (en) 2017-12-20 2021-02-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Negative electrolyte for lithium metal battery, lithium metal battery including the same, and method of manufacturing lithium metal battery
KR20220049789A (en) 2020-10-15 2022-04-22 (주)그리너지 Solid polymer electrolyte membrane and method for manufacturing the same

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101906901B1 (en) * 2016-10-21 2018-10-11 창원대학교 산학협력단 Method for preparing all-solid-state secondary battery having improved interfacial properties and all-solid-state secondary battery prepared thereby
KR101954601B1 (en) * 2016-12-21 2019-03-06 한국화학연구원 Organic-inorganic composite solid electrolyte, lithium secondary cell comprising the same, and manufacturing method for the lithium secondary cell
CN107579276A (en) * 2017-07-25 2018-01-12 华南理工大学 A kind of solid polymer electrolyte membrane and preparation method thereof and the application as lithium ion battery barrier film
TWI667829B (en) * 2017-07-25 2019-08-01 行政院原子能委員會核能硏究所 All-solid-state battery, hybrid structure solid electrolyte membrane and their manufacturing methods thereof
US11417907B2 (en) 2017-09-14 2022-08-16 Toyota Motor Europe Composite polymer electrolyte (CPE) membranes for secondary solid state li-metal cells and process for the production thereof
US20190103627A1 (en) * 2017-10-04 2019-04-04 Wildcat Discovery Technologies, Inc. Solid electrolyte compositions
KR102290958B1 (en) * 2018-05-04 2021-08-19 주식회사 엘지화학 Preparation method for solid electrolyte particles, and solid electrolyte particles prepared by the same
KR102643133B1 (en) * 2018-11-02 2024-03-04 한국전기연구원 Lithium Electrodes With Passivation Layer And Manufacturing Methods Thereof
CN110034329B (en) * 2019-04-04 2021-03-16 中国科学院上海硅酸盐研究所 Preparation method of garnet coordinated Lewis base induced in-situ crosslinked fluoropolymer gel electrolyte membrane
CN112635816A (en) * 2019-10-09 2021-04-09 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 Composite polymer electrolyte material and preparation method thereof
KR102311173B1 (en) * 2019-10-18 2021-10-12 건국대학교 글로컬산학협력단 Self-standing gelled polymer compound utilizing LiFSI and use as gelled polymer electrolyte thereof for flexible lithium-ion battery
CN114600291A (en) * 2019-10-25 2022-06-07 日本特殊陶业株式会社 Lithium ion conductive solid electrolyte and method for producing lithium ion conductive solid electrolyte
CN111740157A (en) * 2020-06-28 2020-10-02 星恒电源(滁州)有限公司 Composite solid electrolyte material and preparation method thereof
CN114094178A (en) * 2021-11-17 2022-02-25 珠海恩捷新材料科技有限公司 Solid electrolyte composite membrane and preparation method thereof
WO2023234717A1 (en) * 2022-05-31 2023-12-07 주식회사 엘지에너지솔루션 Method for producing composite solid electrolyte
WO2023234716A1 (en) * 2022-05-31 2023-12-07 주식회사 엘지에너지솔루션 Method for manufacturing composite solid electrolyte
CN116683041B (en) * 2023-08-04 2023-12-01 北京理工大学深圳汽车研究院(电动车辆国家工程实验室深圳研究院) Preparation method and application of in-situ polymerization self-supporting solid electrolyte membrane

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013182836A (en) * 2012-03-02 2013-09-12 Honda Motor Co Ltd Lithium ion conductive electrolyte and lithium ion secondary battery using the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101576277B1 (en) * 2013-06-13 2015-12-09 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Electrolyte-electrode assembly, method of manufacturing the same, and electrochemical device having the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013182836A (en) * 2012-03-02 2013-09-12 Honda Motor Co Ltd Lithium ion conductive electrolyte and lithium ion secondary battery using the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10910670B2 (en) 2017-12-20 2021-02-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Negative electrolyte for lithium metal battery, lithium metal battery including the same, and method of manufacturing lithium metal battery
US10818970B2 (en) 2017-12-27 2020-10-27 Hyundai Motor Company All-solid battery
KR20220049789A (en) 2020-10-15 2022-04-22 (주)그리너지 Solid polymer electrolyte membrane and method for manufacturing the same
KR20240034714A (en) 2020-10-15 2024-03-14 (주)그리너지 Solid polymer electrolyte membrane and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160079405A (en) 2016-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101655627B1 (en) Organic-inorganic complex solid polymer electrolytes membrane, manufacturing method thereof and all solid battery including thereof
KR101930477B1 (en) Multi-Layer Typed Polymer Electrolyte and All-Solid-State Battery comprising The Same
JP2018525774A (en) Lithium ion gel battery
CN113471408B (en) Method for manufacturing all-solid-state battery composite positive electrode, composite positive electrode and all-solid-state battery
US11539071B2 (en) Sulfide-impregnated solid-state battery
US11417907B2 (en) Composite polymer electrolyte (CPE) membranes for secondary solid state li-metal cells and process for the production thereof
US11217826B2 (en) Methods of making sulfide-impregnated solid-state battery
KR20200102613A (en) Electrochemical device and its manufacturing method
KR20220025890A (en) Systems and methods for composite solid-state battery cells with ionically conductive polymer electrolytes
KR20210074811A (en) Composite Electrode for All-Solid-State Battery and Method Of Manufacturing The Same
JP2017183115A (en) Lithium ion battery
KR20180126251A (en) Air electrode for all-solid lithium air battery and method for producing thereof
KR20160081369A (en) Method for preparing bi-polar all solid battery
Muchakayala et al. Modified ceramic coated polyethylene separator–A strategy for using lithium metal as anode with superior electrochemical performance and thermal stability
KR20200050628A (en) Composite Electrode Including Polymer Solid Electrolyte for All-Solid-State Battery, Method Of Manufacturing The Same, And All-Solid-State Lithium Battery Comprising The Same
KR20170050278A (en) Polymer Electrolyte comprising Lithium Nitrate and All-Solid-State Battery comprising The Same
JP2003132877A (en) Positive electrode method for manufacturing the same and solid electrolyte battery
WO2020243066A1 (en) Long-life lithium-sulfur battery using a novel flexible bi-layer solid state electrolyte
KR20180051716A (en) Spray-Coated Lithium-Ion Conducting Hybrid Solid Electrolyte For Lithium Battery, Method Of Manufacturing The Same, And Lithium Battery Comprising The Same
KR20200050627A (en) Composite Electrode Including Gel-Type Polymer Electrolyte for All-Solid-State Battery, Method Of Manufacturing The Same, And All-Solid-State Lithium Battery Comprising The Same
CN114784372A (en) Preparation method of composite solid electrolyte
KR101122938B1 (en) Preparation method of electrode active material particle
KR102253763B1 (en) Manufacturing method of solid-state composite electrolyte membrane for secondary battery having compact structure
KR102327722B1 (en) Composite cathode material, and secondary cathode comprising the same and preparation method thereof
KR102652246B1 (en) Method for manufacturing an all-solid secondary battery including a composite electrolyte film

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: 20190827

Year of fee payment: 4