KR102012414B1 - All solid lithium secondary battery including composite interfacial layer and method for manufacturing the same - Google Patents

All solid lithium secondary battery including composite interfacial layer and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
KR102012414B1
KR102012414B1 KR1020180018452A KR20180018452A KR102012414B1 KR 102012414 B1 KR102012414 B1 KR 102012414B1 KR 1020180018452 A KR1020180018452 A KR 1020180018452A KR 20180018452 A KR20180018452 A KR 20180018452A KR 102012414 B1 KR102012414 B1 KR 102012414B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium
llzo
binder
zirconium oxide
lanthanum zirconium
Prior art date
Application number
KR1020180018452A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김호성
김민영
이종호
임진섭
류혜민
김다혜
정하영
박상준
Original Assignee
한국생산기술연구원
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 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020180018452A priority Critical patent/KR102012414B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102012414B1 publication Critical patent/KR102012414B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562Solid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • 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
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134Electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • H01M4/622Binders being polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • H01M4/625Carbon or graphite
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0068Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071Oxides
    • 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
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

The present invention relates to an all-solid-state lithium secondary battery, which comprises: a negative electrode comprising lithium metal; a composite interface layer formed on the negative electrode and comprising graphite, first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), and a first binder; a solid electrolyte layer formed on the composite interface layer; and a positive electrode formed on the solid electrolyte layer. The all-solid-state lithium secondary battery and a method for manufacturing the same of the present invention have an effect of enhancing charge/discharge characteristics and cycle characteristics by controlling an interface between the negative electrode and the solid electrolyte by introducing the composite interface layer between the negative electrode and the solid electrolyte layer.

Description

복합계면층을 포함하는 전고체 리튬이차전지 및 그의 제조방법{ALL SOLID LITHIUM SECONDARY BATTERY INCLUDING COMPOSITE INTERFACIAL LAYER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}All solid lithium secondary battery including a composite interface layer and a method of manufacturing the same {ALL SOLID LITHIUM SECONDARY BATTERY INCLUDING COMPOSITE INTERFACIAL LAYER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 복합계면층을 포함하는 전고체 리튬이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 음극과 고체전해질층 사이에 복합계면층을 도입함으로써 싸이클 특성이 개선된 복합계면층을 포함하는 전고체 리튬이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an all-solid-state lithium secondary battery including a composite interface layer, and a method for manufacturing the same, and more particularly, to include a composite interface layer having improved cycle characteristics by introducing a composite interface layer between a negative electrode and a solid electrolyte layer. It relates to an all-solid lithium secondary battery and a method of manufacturing the same.

리튬이차전지는 큰 전기화학 용량, 높은 작동전위 및 우수한 충방전 사이클 특성을 갖기 때문에 휴대정보 단말기, 휴대 전자 기기, 가정용 소형 전력 저장 장치, 모터사이클, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 용도로 수요가 증가하고 있다. 이와 같은 용도의 확산에 따라 리튬이차전지의 안전성 향상 및 고성능화가 요구되고 있다.Lithium secondary batteries have high electrochemical capacity, high operating potential, and excellent charge / discharge cycle characteristics. Therefore, they are in demand for portable information terminals, portable electronic devices, small household power storage devices, motorcycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles. It is increasing. The proliferation of such applications is required to improve the safety and performance of lithium secondary batteries.

종래의 리튬이차전지는 액체전해질을 사용함에 따라 공기 중의 수분에 노출될 경우 쉽게 발화되어 안전성 문제가 항상 제기되어 왔다. 이러한 안전성 문제는 전기 자동차가 가시화되면서 더욱 이슈화되고 있다.Conventional lithium secondary batteries ignite easily when exposed to moisture in the air by using a liquid electrolyte has always raised safety issues. This safety issue is becoming more and more an issue as electric vehicles become 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 안전성, 고에너지 밀도, 고출력, 장수명, 제조공정의 단순화, 전지의 대형화/콤팩트화 및 저가화 등의 관점에서 차세대 이차전지로 주목되고 있다.Accordingly, recently, all-solid-state secondary batteries using solid electrolytes made of inorganic materials, which are non-combustible materials, have been actively researched for the purpose of improving safety. All-solid-state secondary batteries are attracting attention as next-generation secondary batteries in terms of safety, high energy density, high output, long life, simplification of manufacturing process, battery size / compact size and low cost.

전고체 이차전지의 핵심 기술은 높은 이온전도도를 나타내는 고체전해질을 개발하는 것이다. 현재까지 알려진 전고체 이차전지용 고체전해질에는 황화물 고체전해질과, 산화물 고체전해질이 있다. 산화물 고체전해질은 황화물 고체전해질에 비해 낮은 이온전도도를 보이지만 안정성이 우수하여 최근 주목 받고 있다.The core technology of the all-solid-state secondary battery is to develop a solid electrolyte showing high ion conductivity. Solid electrolytes for all-solid-state secondary batteries known to date include sulfide solid electrolytes and oxide solid electrolytes. Oxide solid electrolytes show lower ionic conductivity than sulfide solid electrolytes, but have recently attracted attention due to their excellent stability.

또한, 기존의 유기전해질을 적용한 전지보다 고체전해질을 적용한 전지의 경우, 계면제어가 유리하여 상대적으로 리튬 금속을 음극으로 사용할 수 있는 장점이 있어 전지의 고용량 및 고전압화를 가능하게 하고 있다. 특히, 전고체 리튬전지의 음극으로 흑연계 전극을 사용 할 경우, 1 cycle에서 비가역성이 매우 증가하므로 싸이클 특성이 급격하게 감소하는 문제점이 있어, 리튬금속을 음극으로 사용하는 것이 보다 유리한 것으로 알려져 있다.In addition, in the case of a battery in which a solid electrolyte is applied to a battery in which an organic electrolyte is applied, interface control is advantageous, and thus lithium metal may be used as a negative electrode, thereby enabling high capacity and high voltage of the battery. In particular, when the graphite-based electrode is used as the negative electrode of the all-solid lithium battery, since the irreversibility is greatly increased in one cycle, there is a problem in that the cycle characteristics decrease rapidly, and it is known that it is more advantageous to use lithium metal as the negative electrode.

그러나 고체전해질과 리튬금속을 직접적인 접촉으로 인해 계면을 형성할 경우, 싸이클 특성이 점차 감소하는 문제가 있었다.However, when the interface is formed by direct contact between the solid electrolyte and the lithium metal, there is a problem that the cycle characteristics gradually decrease.

본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 음극과 고체전해질층 사이에 복합계면층을 도입함으로써, 음극과 고체전해질 사이의 계면을 제어하여 충방전 특성 및 싸이클 특성이 우수한 복합계면층을 포함하는 전고체 리튬이차전지 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, by introducing a composite interface layer between the negative electrode and the solid electrolyte layer, by controlling the interface between the negative electrode and the solid electrolyte to provide a composite interface layer having excellent charge and discharge characteristics and cycle characteristics It is to provide an all-solid lithium secondary battery comprising and a method of manufacturing the same.

본 발명의 일 측면에 따르면, According to one aspect of the invention,

리튬 금속을 포함하는 음극; 상기 음극 상에 형성되고, 흑연, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제1 바인더를 포함하는 복합계면층; 상기 복합계면층 상에 형성되는 고체전해질층; 및 상기 고체전해질층 상에 형성되는 양극; 을 포함하는 전고체 리튬이차전지가 제공된다.A negative electrode comprising lithium metal; A composite interface layer formed on the cathode and including graphite, first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), and a first binder; A solid electrolyte layer formed on the composite interface layer; An anode formed on the solid electrolyte layer; There is provided an all-solid lithium secondary battery comprising a.

상기 복합계면층의 두께가 1 내지 50 ㎛ 일 수 있다.The composite interface layer may have a thickness of 1 to 50 μm.

상기 복합계면층의 두께가 10 내지 30 ㎛ 일 수 있다.The thickness of the composite interface layer may be 10 to 30 ㎛.

상기 복합계면층이 상기 흑연 100 중량부에 대하여 상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 400 내지 800 중량부와, 상기 제1 바인더 100 내지 500 중량부를 포함할 수 있다.The composite interface layer may include 400 to 800 parts by weight of the first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) and 100 to 500 parts by weight of the first binder based on 100 parts by weight of the graphite.

상기 복합계면층은 상기 제1 바인더 100 중량부에 대하여 제1 리튬염 5 내지 50 중량부를 추가로 포함할 수 있다.The composite interface layer may further include 5 to 50 parts by weight of the first lithium salt based on 100 parts by weight of the first binder.

상기 복합계면층에서 상기 흑연의 함량은 상기 제1 바인더 100 중량부 기준으로 10 내지 300 중량부일 수 있다. The content of the graphite in the composite interface layer may be 10 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the first binder.

바람직하게는 상기 복합계면층에서 상기 흑연의 함량은 상기 제1 바인더 100 중량부를 기준으로 50 내지 150 중량부일 수 있다.Preferably, the content of the graphite in the composite interface layer may be 50 to 150 parts by weight based on 100 parts by weight of the first binder.

상기 고체전해질층이 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 바인더 및 제2 리튬염을 포함하고, 상기 양극이 양극활물질, 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제3 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다.The solid electrolyte layer includes a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a second binder, and a second lithium salt, and the anode includes a cathode active material, a third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a third binder, and a conductive material. It may include.

상기 전고체 리튬이차전지가, 리튬 금속을 포함하는 음극; 상기 음극 상에 형성되고, 흑연, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 제1 리튬염을 포함하는 복합계면층; 상기 복합계면층 상에 형성되고, 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 바인더 및 제2 리튬염을 포함하는 고체전해질층; 및 상기 고체전해질층 상에 형성되고, 양극활물질, 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제3 바인더 및 도전재를 포함하는 양극;을 포함할 수 있다.The all-solid-state lithium secondary battery, the negative electrode containing a lithium metal; A composite interface layer formed on the cathode and including graphite, first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a first binder, and a first lithium salt; A solid electrolyte layer formed on the composite interface layer and including a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a second binder, and a second lithium salt; And a cathode formed on the solid electrolyte layer and including a cathode active material, a third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a third binder, and a conductive material.

상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)는 각각 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 알루미늄 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)일 수 있다. The first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), the second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) and the third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) are each independently aluminum-doped lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO). Can be.

[화학식 1][Formula 1]

LixLayZrzAlwO12(5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0<w≤1)Li x La y Zr z Al w O 12 (5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0 <w≤1)

상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)가 큐빅(cubic)구조 및 테트라고날(tetragonal)구조 중에서 선택된 1종 이상의 구조를 포함할 수 있다.The first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), the second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), and the third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) may have at least one structure selected from a cubic structure and a tetragonal structure. It may include.

상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)가 단일상의 큐빅 구조일 수 있다.The first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), the second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), and the third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) may have a single phase cubic structure.

상기 제1 바인더, 제2 바인더 및 제3 바인더가 각각 독립적으로 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴카보네이트(polyvinylidenecarbonate) 및 폴리비닐피롤리디논(polyvinyl pyrrolidinone) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The first binder, the second binder and the third binder are each independently polyethylene oxide, polyethyleneglycol, polyacrylonitrile, polyvinylchloride, polymethylmethacrylate. ), Polypropyleneoxide, polydimethylsiloxane, polyvinylidenefluoride, polyvinylidenecarbonate, and polyvinylpyrrolidinone. Can be.

상기 제1 바인더, 제2 바인더 및 제3 바인더가 각각 독립적으로 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide)를 포함할 수 있다.The first binder, the second binder, and the third binder may each independently include polyethylene oxide.

상기 제1 리튬염 및 제2 리튬염이 각각 독립적으로 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4) 및 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The first lithium salt and the second lithium salt are each independently lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) And lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ).

상기 양극활물질이 아래 화학식 2로 표시되는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC)일 수 있다.The cathode active material may be a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn represented by Chemical Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

LiNipCoqMnrO2 (0<p<0.9, 0<q<0.5, 0<r<0.5, p+q+r=1)LiNi p Co q Mn r O 2 (0 <p <0.9, 0 <q <0.5, 0 <r <0.5, p + q + r = 1)

상기 도전재가 카본블랙, 아세틸렌블랙, 및 케첸블랙 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The conductive material may include at least one selected from carbon black, acetylene black, and ketjen black.

본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the invention,

(a) 리튬 금속을 포함하는 음극을 형성하는 단계; (b) 상기 음극 상에, 흑연, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 제1 리튬염을 포함하는 복합계면층을 형성하는 단계; (c) 상기 복합계면층 상에, 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 바인더 및 제2 리튬염을 포함하는 고체전해질층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 고체전해질층 상에, 양극활물질, 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제3 바인더 및 도전재를 포함하는 양극을 형성하는 단계; 를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법이 제공된다.(a) forming a negative electrode comprising lithium metal; (b) forming a composite interface layer including graphite, first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a first binder, and a first lithium salt on the cathode; (c) forming a solid electrolyte layer including a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a second binder, and a second lithium salt on the composite interface layer; And (d) forming an anode including a cathode active material, a third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a third binder, and a conductive material on the solid electrolyte layer; Provided is a method of manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery comprising a.

본 발명의 전고체 리튬이차전지 및 그의 제조방법은 음극과 고체전해질층 사이에 복합계면층을 도입함으로써, 음극과 고체전해질 사이의 계면을 제어하여 충방전 특성 및 싸이클 특성이 개선되는 효과가 있다.The all-solid-state lithium secondary battery of the present invention and a method for manufacturing the same have an effect of improving charge and discharge characteristics and cycle characteristics by controlling an interface between the negative electrode and the solid electrolyte by introducing a composite interface layer between the negative electrode and the solid electrolyte layer.

도 1은 본 발명에 따른 전고체 리튬이차전지의 구조이다.
도 2는 비교예 1 및 2의 충방전 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 비교예 1 및 2의 싸이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 2-1 내지 2-3, 비교예 1의 충방전 1회 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 2-1 내지 2-3, 비교예 1의 싸이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 2-2 및 비교예 2의 충방전 1회 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 2-2 및 비교예 2의 싸이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 복합계면층이 적용되지 않은 대칭셀(symmetric cell)의 과전압 특성 그래프이다.
도 9는 실시예 1-1에 따른 복합계면층이 적용된 대칭셀(symmetric cell)의 과전압 특성 그래프이다.
1 is a structure of an all-solid-state lithium secondary battery according to the present invention.
2 is a graph showing charge and discharge characteristics of Comparative Examples 1 and 2. FIG.
3 is a graph showing cycle characteristics of Comparative Examples 1 and 2. FIG.
4 is a graph showing one-time charge and discharge characteristics of Examples 2-1 to 2-3 and Comparative Example 1. FIG.
5 is a graph showing the cycle characteristics of Examples 2-1 to 2-3, Comparative Example 1.
6 is a graph showing one-time charge and discharge characteristics of Example 2-2 and Comparative Example 2. FIG.
7 is a graph showing the cycle characteristics of Example 2-2 and Comparative Example 2.
8 is a graph of overvoltage characteristics of a symmetric cell to which a compound interface layer is not applied.
FIG. 9 is a graph of overvoltage characteristics of a symmetric cell to which a composite interface layer according to Example 1-1 is applied.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following descriptions are not intended to limit the present invention to specific embodiments, and detailed descriptions of well-known techniques related to the present invention will be omitted when it is determined that the present invention may obscure the gist of the present invention. .

본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, or combination thereof described in the specification, and one or more other features or It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, or combinations thereof.

도 1은 본 발명에 따른 전고체 리튬이차전지의 구조이다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.1 is a structure of an all-solid-state lithium secondary battery according to the present invention. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 전고체 리튬이차전지에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the all-solid-state lithium secondary battery of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.

본 발명의 전고체 리튬이차전지는 리튬 금속을 포함하는 음극; 상기 음극 상에 형성되고, 흑연, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제1 바인더를 포함하는 복합계면층; 상기 복합계면층 상에 형성되는 고체전해질층; 및 상기 고체전해질층 상에 형성되는 양극; 을 포함할 수 있다.The all-solid-state lithium secondary battery of the present invention is a negative electrode containing a lithium metal; A composite interface layer formed on the cathode and including graphite, first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), and a first binder; A solid electrolyte layer formed on the composite interface layer; An anode formed on the solid electrolyte layer; It may include.

상기 복합계면층의 두께가 1 내지 50 ㎛일 수 있다. The composite interface layer may have a thickness of 1 to 50 μm.

상기 복합계면층의 두께가 10 내지 30 ㎛ 일 수 있다.The thickness of the composite interface layer may be 10 to 30 ㎛.

상기 복합계면층이 상기 흑연 100 중량부에 대하여 상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 400 내지 800 중량부와, 상기 제1 바인더 100 내지 500 중량부를 포함할 수 있다. The composite interface layer may include 400 to 800 parts by weight of the first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) and 100 to 500 parts by weight of the first binder based on 100 parts by weight of the graphite.

상기 복합계면층이 상기 제1 바인더 100 중량부에 대하여 제1 리튬염 5 내지 50 중량부를 추가로 포함할 수 있다. The composite interface layer may further include 5 to 50 parts by weight of the first lithium salt based on 100 parts by weight of the first binder.

상기 복합계면층에서 상기 흑연의 함량은 상기 제1 바인더 100 중량부 기준으로 10 내지 300 중량부일 수 있다.The content of the graphite in the composite interface layer may be 10 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the first binder.

바람직하게는 상기 복합계면층에서 상기 흑연의 함량은 상기 제1 바인더 100 중량부를 기준으로 50 내지 150 중량부일 수 있다.Preferably, the content of the graphite in the composite interface layer may be 50 to 150 parts by weight based on 100 parts by weight of the first binder.

상기 고체전해질층이 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 바인더 및 제2 리튬염을 포함하고, 상기 양극이 양극활물질, 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제3 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다.The solid electrolyte layer includes a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a second binder, and a second lithium salt, and the anode includes a cathode active material, a third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a third binder, and a conductive material. It may include.

상기 전고체 리튬이차전지가, 리튬 금속을 포함하는 음극; 상기 음극 상에 형성되고, 흑연, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 제1 리튬염을 포함하는 복합계면층; 상기 복합계면층 상에 형성되고, 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 바인더 및 제2 리튬염을 포함하는 고체전해질층; 및 상기 고체전해질층 상에 형성되고, 양극활물질, 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제3 바인더 및 도전재를 포함하는 양극; 을 포함할 수 있다.The all-solid-state lithium secondary battery, the negative electrode containing a lithium metal; A composite interface layer formed on the cathode and including graphite, first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a first binder, and a first lithium salt; A solid electrolyte layer formed on the composite interface layer and including a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a second binder, and a second lithium salt; And a cathode formed on the solid electrolyte layer and including a cathode active material, a third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a third binder, and a conductive material. It may include.

상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)는 각각 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 알루미늄 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)일 수 있다.The first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), the second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) and the third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) are each independently aluminum-doped lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO). Can be.

[화학식 1][Formula 1]

LixLayZrzAlwO12(5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0<w≤1)Li x La y Zr z Al w O 12 (5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0 <w≤1)

상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)가 큐빅(cubic)구조 및 테트라고날(tetragonal)구조 중에서 선택된 1종 이상의 구조를 포함할 수 있다.The first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), the second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), and the third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) may have at least one structure selected from a cubic structure and a tetragonal structure. It may include.

상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)가 단일상의 큐빅 구조일 수 있다.The first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), the second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), and the third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) may have a single phase cubic structure.

상기 제1 바인더, 제2 바인더 및 제3 바인더가 각각 독립적으로 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴카보네이트(polyvinylidenecarbonate) 및 폴리비닐피롤리디논(polyvinyl pyrrolidinone) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The first binder, the second binder and the third binder are each independently polyethylene oxide, polyethyleneglycol, polyacrylonitrile, polyvinylchloride, polymethylmethacrylate. ), Polypropyleneoxide, polydimethylsiloxane, polyvinylidenefluoride, polyvinylidenecarbonate, and polyvinylpyrrolidinone. Can be.

상기 제1 바인더, 제2 바인더 및 제3 바인더가 각각 독립적으로 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide)를 포함할 수 있다.The first binder, the second binder, and the third binder may each independently include polyethylene oxide.

상기 제1 리튬염 및 제2 리튬염이 각각 독립적으로 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4) 및 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The first lithium salt and the second lithium salt are each independently lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) And lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ).

상기 양극활물질이 아래 화학식 2로 표시되는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC)일 수 있다.The cathode active material may be a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn represented by Chemical Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

LiNipCoqMnrO2 (0<p<0.9, 0<q<0.5, 0<r<0.5, p+q+r=1)LiNi p Co q Mn r O 2 (0 <p <0.9, 0 <q <0.5, 0 <r <0.5, p + q + r = 1)

상기 도전재가 카본블랙, 아세틸렌블랙, 및 케첸블랙 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The conductive material may include at least one selected from carbon black, acetylene black, and ketjen black.

이하, 본 발명의 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the manufacturing method of the all-solid-state lithium secondary battery of the present invention will be described in detail.

본 발명의 전고체 리튬이차전지의 제조방법은 (a) 리튬 금속을 포함하는 음극을 형성하는 단계; (b) 상기 음극 상에, 흑연, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 제1 리튬염을 포함하는 복합계면층을 형성하는 단계; (c) 상기 복합계면층 상에, 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 바인더 및 제2 리튬염을 포함하는 고체전해질층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 고체전해질층 상에, 양극활물질, 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제3 바인더 및 도전재를 포함하는 양극을 형성하는 단계; 를 포함할 수 있다.Method of manufacturing an all-solid lithium secondary battery of the present invention comprises the steps of (a) forming a negative electrode containing a lithium metal; (b) forming a composite interface layer including graphite, first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a first binder, and a first lithium salt on the cathode; (c) forming a solid electrolyte layer including a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a second binder, and a second lithium salt on the composite interface layer; And (d) forming an anode including a cathode active material, a third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a third binder, and a conductive material on the solid electrolyte layer; It may include.

[실시예]EXAMPLE

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described. However, this is for illustrative purposes and the scope of the present invention is not limited thereby.

제조예Production Example 1: 알루미늄이  1: aluminum 도핑된Doped 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Aluminum doped lithium lanthanum zirconium oxide, Al-LLZO)의 제조 Preparation of Lithium Lanthanum Zirconium Oxide (Al-LLZO)

증류수에 출발물질인 La:Zr:Al의 몰비율이 3:2:0.25가 되도록 란타늄 질산염 (La(NO3)3·6H2O), 지르코늄 질산염 (ZrO(NO3)2·2H2O) 및 알루미늄 질산염 (Al(NO3)3·9H2O)을 용해시켜 출발물질이 1몰 농도인 출발물질 수용액을 제조하였다.Lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 · 6H 2 O) and zirconium nitrate (ZrO (NO 3 ) 2 · 2H 2 O) so that the molar ratio of La: Zr: Al, starting material, in distilled water is 3: 2: 0.25. And aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O) to prepare an aqueous starting material solution having a concentration of 1 mol of starting material.

쿠에트 테일러 와류 반응기의 주입부를 통하여 상기 출발물질 용액, 착화제로 암모니아수 0.6몰, 및 수산화나트륨 수용액을 적정량 첨가하여 pH가 11로 조절된 혼합 용액이 되도록 하고 반응온도는 25℃, 반응시간은 4hr, 교반봉의 교반속도는 1,300 rpm으로 하여 공침시켜 액상 슬러리 형태의 전구체 슬러리를 토출부로 토출하였다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기의 공침 반응에서 테일러 수는 640 이상으로 하였다.The starting solution of the Kuet Taylor vortex reactor was added with an appropriate amount of the starting material solution, 0.6 mol of ammonia water, and an aqueous sodium hydroxide solution as a complexing agent to obtain a mixed solution having a pH of 11, and a reaction temperature of 25 ° C., a reaction time of 4 hr, The stirring speed of the stirring rod was coprecipitated at 1,300 rpm to discharge the precursor slurry in the form of a liquid slurry to the discharge part. In the coprecipitation reaction of the Kuet Taylor vortex reactor, the Taylor number was set to 640 or more.

상기 전구체 슬러리를 정제수로 세척한 후, 밤새 건조하였다. 건조된 전구체를 볼밀로 분쇄한 후, 과잉의 LiOH·H2O을 첨가하고, 볼밀로 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물의 LiOH·H2O 함량은 LiOH·H2O 중 Li의 함량이 생성되는 고체전해질 중 Li 100중량부에 대하여 103 중량부가 되도록 3 wt% 과잉 투입하였다. 상기 혼합물을 900℃에서 2시간 동안 하소한 후 분쇄하여 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO)를 제조하였다. The precursor slurry was washed with purified water and then dried overnight. The dried precursor was ground in a ball mill, then excess LiOH.H 2 O was added and mixed in a ball mill to prepare a mixture. The LiOH.H 2 O content of the mixture was added in an excessive amount of 3 wt% to 103 parts by weight based on 100 parts by weight of Li in the solid electrolyte in which the content of Li in LiOH.H 2 O was produced. The mixture was calcined at 900 ° C. for 2 hours and then ground to produce lithium lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO) doped with aluminum.

제조예 2: 양극의 제조Preparation Example 2 Preparation of Positive Electrode

양극활물질 NMC (리튬 니켈 코발트 망간 산화물) 100중량부에 대해서, 제조예 1에 따라 제조된 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO) 9.1중량부, 도전재 Super-P 18.2중량부, 바인더 PEO 54.5중량부를 혼합하여 NMC (리튬 니켈 코발트 망간 산화물), 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO), Super-P 및 PEO의 혼합물을 제조하였다.100 parts by weight of the positive electrode active material NMC (lithium nickel cobalt manganese oxide), 9.1 parts by weight of lithium-lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO) doped with aluminum prepared according to Preparation Example 1, 18.2 parts by weight of a conductive material Super-P, and a binder 54.5 parts by weight of PEO was mixed to prepare a mixture of NMC (lithium nickel cobalt manganese oxide), aluminum lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO), Super-P, and PEO.

이때, 상기 PEO 바인더는 PEO(Polyethylene Oxide, 분자량 60만, 용융온도: 65℃), ACN(Acetonitrile) 및 LiClO4 를 포함하는 혼합용액이고, 상기 PEO 바인더는 이온전도성을 가지도록 설계하였으며, PEO와 LiClO4의 함량비가 [EO] : [Li] = 15 : 1이 되도록 하였다.At this time, the PEO binder is a mixed solution containing PEO (polyethylene oxide, molecular weight 600,000, melting temperature: 65 ℃), ACN (Acetonitrile) and LiClO 4 , the PEO binder is designed to have an ion conductivity, and The content ratio of LiClO 4 was set to [EO]: [Li] = 15: 1.

구체적으로, 먼저 NMC, 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO) 및 Super-p를 상기 중량비로 칭량한 후, 막자 사발을 이용하여 30분 동안 혼합하여 혼합 분말을 제조하였다. 상기 혼합 분말은 싱키 혼합기(Thinky mixer) 전용 용기에 옮겨 담은 후 상기 중량비로 PEO 바인더를 혼합하고, 혼합기에 장착하여 1회 2,000rpm으로 5분동안 3회 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 다음으로, 상기 혼합물에 ACN(Acetonitrile)을 혼합하여 적절한 점도로 조절하고, 지르콘 볼을 넣은 후 2,000rpm으로 5분 동안 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 알루미늄 포일 상에 캐스팅 하고, 진공에서 건조하여 양극을 제조하였다.Specifically, NMC, lithium lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO) doped with aluminum and Super-p were weighed in the above weight ratio, and then mixed for 30 minutes using a mortar and pestle to prepare a mixed powder. The mixed powder was transferred to a dedicated container for Thinky mixer, mixed with PEO binder by the weight ratio, and mounted on a mixer to mix 3 times at 2,000 rpm for 5 minutes once to prepare a mixture. Next, ACN (Acetonitrile) was mixed with the mixture to adjust to an appropriate viscosity, and zircon balls were added and mixed at 2,000 rpm for 5 minutes to prepare a slurry. The slurry was cast on aluminum foil and dried in vacuo to prepare a positive electrode.

제조예 3: 고체전해질층의 제조Preparation Example 3 Preparation of Solid Electrolyte Layer

제조예 1에 따라 제조된 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO) 100중량부에 대하여 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 42.9중량부를 칭량하고, 싱키 혼합기(Thinky mixer)를 이용하여 2,000rpm으로 5분 동안 교반하여 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO) 및 PEO의 혼합물을 제조하였다.42.9 parts by weight of polyethylene oxide (PEO) was weighed based on 100 parts by weight of aluminum-doped lithium lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO) prepared according to Preparation Example 1, and 5 minutes at 2,000 rpm using a Thinky mixer. Stirring to prepare a mixture of aluminum lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO) and PEO doped with aluminum.

이때, 상기 PEO 고체전해질 바인더는 PEO(Polyethylene Oxide, 분자량 20만, 용융온도: 65℃), ACN(Acetonitrile) 및 LiClO4 를 포함하는 혼합 용액이고, 상기 PEO 고체전해질 바인더는 이온전도성을 가지도록 설계하였으며, PEO와 LiClO4의 함량비가 [EO] : [Li] = 15 : 1이 되도록 하였다.In this case, the PEO solid electrolyte binder is a mixed solution containing PEO (polyethylene oxide, molecular weight 200,000, melting temperature: 65 ℃), ACN (Acetonitrile) and LiClO 4 , the PEO solid electrolyte binder is designed to have an ion conductivity The content ratio of PEO and LiClO 4 was set to [EO]: [Li] = 15: 1.

상기 혼합물에 ACN을 혼합하고, 싱키 혼합기로 교반하여 적절한 점도로 조절하였다. 다음으로, 2mm 지르콘 볼을 첨가하고 싱키 혼합기로 2,000rpm으로 5분 동안 교반하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리는 PET(polyethylene terephthalate) 필름 상에 캐스팅하고 상온 건조하였으며, 그 두께가 150㎛가 되도록 조절하여 고체전해질층을 제조하였다.ACN was mixed into the mixture and stirred with a syncy mixer to adjust to an appropriate viscosity. Next, 2 mm zircon balls were added and stirred for 5 minutes at 2,000 rpm with a syncy mixer to prepare a slurry. The slurry was cast on a polyethylene terephthalate (PET) film, dried at room temperature, and adjusted to a thickness of 150 μm to prepare a solid electrolyte layer.

실시예 1: 복합계면층의 제조Example 1 Preparation of Composite Interface Layer

실시예 1-1: 복합계면층Example 1-1: Compound Interface Layer

상기 흑연 100 중량부를 기준으로 제조예 1의 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO) 600 중량부 및 PEO 바인더 300 중량부를 혼합하여 흑연, 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO) 및 PEO의 혼합물을 제조하였다.600 parts by weight of aluminum-doped lithium lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO) and 300 parts by weight of PEO binder based on 100 parts by weight of the graphite were mixed with graphite and aluminum doped lithium lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO). And a mixture of PEO.

이때, 상기 PEO 바인더는 PEO(Polyethylene Oxide), ACN(Acetonitrile) 및 LiClO4 를 포함하는 혼합용액이고, 상기 PEO 바인더는 이온전도성을 가지도록 설계하였으며, PEO 100 중량부 대비 ACN 284 중량부 및 LiClO4 16 중량부로 준비하여 먼저 LiClO4 와 ACN을 상온에서 약 5분 동안 교반한 후, PEO를 추가하여 상온에서 24시간 교반하여 제조하였다.In this case, the PEO binder is a mixed solution containing polyethylene oxide (PEO), acetonitrile (ACN) and LiClO 4 , the PEO binder is designed to have ionic conductivity, and ACN 284 parts by weight and LiClO 4 compared to 100 parts by weight of PEO. Prepared by 16 parts by weight, LiClO 4 and ACN was first stirred at room temperature for about 5 minutes, and then PEO was added to prepare at room temperature for 24 hours.

구체적으로, 먼저 건조 상태의 상기 흑연과 제조예 1의 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO)를 교반기 또는 막자사발로 약 10분 정도 혼합한 후, 상기 PEO 바인더 용액을 첨가하여 싱키 혼합기(Thinky mixer)에서 약 2,000 rpm으로 5분씩 3회 교반하면서, ACN 으로 캐스팅에 적합한 슬러리 점도를 조절한 후, 캐스팅을 실시하며 약 10 내지 30 ㎛으로 복합계면층을 제조하였다.Specifically, first, the graphite in the dry state and lithium lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO) doped with aluminum of Preparation Example 1 are mixed with a stirrer or mortar for about 10 minutes, and then the PEO binder solution is added to the silky mixer. (Thinky mixer) while stirring three times at about 2,000 rpm three times, after adjusting the slurry viscosity suitable for casting with ACN, the casting was carried out to prepare a composite interface layer at about 10 to 30 ㎛.

실시예 1-2: 복합계면층Example 1-2 Composite Interface Layer

실시예 1-1에서 상기 흑연 100 중량부를 기준으로, 제조예 1의 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO) 600 중량부 및 PEO 바인더 300 중량부를 혼합하는 대신에 상기 흑연 100 중량부를 기준으로, 제조예 1의 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO) 133 중량부 및 PEO 바인더 100 중량부를 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 복합계면층을 제조하였다.Based on 100 parts by weight of the graphite in Example 1-1, instead of mixing 600 parts by weight of lithium lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO) doped with aluminum of the Preparation Example 1 and 300 parts by weight of PEO binder based on 100 parts by weight of the graphite By using the same method as in Example 1-1, except that 133 parts by weight of lithium-lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO) doped with aluminum and 100 parts by weight of the PEO binder were mixed.

실시예 1-3: 복합계면층Example 1-3 Composite Layer

실시예 1-1에서 상기 흑연 100 중량부를 기준으로, 제조예 1의 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO) 600 중량부 및 PEO 바인더 300 중량부를 혼합하는 대신에 상기 흑연 100 중량부를 기준으로, 제조예 1의 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO) 17 중량부 및 PEO 바인더 50 중량부를 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 복합계면층을 제조하였다.Based on 100 parts by weight of the graphite in Example 1-1, instead of mixing 600 parts by weight of lithium lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO) doped with aluminum of the Preparation Example 1 and 300 parts by weight of PEO binder based on 100 parts by weight of the graphite By using the same method as in Example 1-1, except that 17 parts by weight of lithium lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO) doped with aluminum and 50 parts by weight of a PEO binder were mixed.

실시예 2: 전고체 리튬이차전의 제조Example 2: Preparation of All Solid Lithium Secondary Battery

실시예 2-1: 전고체 리튬이차전지Example 2-1: All-Solid Lithium Secondary Battery

제조예 2에 따라 제조된 양극 / 제조예 3에 따라 제조된 고체전해질층 / 실시예 1-1에 따라 제조된 복합계면층 / 0.05t(50㎛)의 리튬 메탈을 적용한 음극을 2032 규격의 코인셀로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다. Anode prepared according to Preparation Example 2 / Solid electrolyte layer prepared according to Preparation Example 3 / Composite interface layer prepared according to Example 1-1 / Cathode applying 0.05 t (50 μm) of lithium metal to a coin of 2032 standard An all-solid lithium secondary battery was produced as a cell.

실시예 2-2: 전고체 리튬이차전지Example 2-2: All-Solid Lithium Secondary Battery

실시예 1-1에 따라 제조된 복합계면층을 사용하는 대신에 실시예 1-2에 따라 제조된 복합계면층을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.An all-solid-state lithium secondary battery in the same manner as in Example 2-1 except for using the compound interface layer prepared according to Example 1-2 instead of using the compound interface layer prepared according to Example 1-1. Paper was prepared.

실시예 2-3: 전고체 리튬이차전지Example 2-3: All-Solid Lithium Secondary Battery

실시예 1-1에 따라 제조된 복합계면층을 사용하는 대신에 실시예 1-3에 따라 제조된 복합계면층을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.An all-solid-state lithium secondary battery in the same manner as in Example 2-1 except for using the compound interface layer prepared according to Example 1-3 instead of using the compound interface layer prepared according to Example 1-1. Paper was prepared.

비교예 1: 전고체 리튬이차전지Comparative Example 1: All-Solid Lithium Secondary Battery

실시예 1-1에 따라 제조된 복합계면층을 사용하는 대신에 실시예 1-1에 따라 제조된 복합계면층을 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.Instead of using the composite interface layer prepared according to Example 1-1, except that the composite interface layer prepared according to Example 1-1 was not used, all solid lithium was prepared in the same manner as in Example 2-1. A secondary battery was manufactured.

비교예 2: 전고체 리튬이차전지Comparative Example 2: All-Solid Lithium Secondary Battery

0.05t의 리튬 메탈을 적용한 음극을 사용하는 대신에 0.2t의 리튬 메탈을 적용한 음극을 사용하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.An all-solid lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except for using the negative electrode having 0.2 t lithium metal instead of the negative electrode having 0.05 t lithium metal.

[시험예][Test Example]

시험예 1: 리튬금속 두께에 따른 충방전 특성 및 싸이클 특성Test Example 1: Charging and Discharging Characteristics and Cycle Characteristics According to Lithium Metal Thickness

도 2 및 3은 비교예 1 및 2의 충방전 특성 및 싸이클 특성을 나타낸 그래프이다. 측정 조건은 0.1C 충방전 전류로 3.0∼4.1V 구간에서 측정하였다.2 and 3 are graphs showing charge and discharge characteristics and cycle characteristics of Comparative Examples 1 and 2. FIG. Measurement conditions were measured in the 3.0 ~ 4.1V section with 0.1C charge-discharge current.

도 2 및 3에 따르면, 리튬금속(음극)의 두께를 0.2t로 적용한 비교예 2에 비해, 리튬금속(음극)의 두께를 0.05t로 적용한 비교예 1의 초기 용량이 다소 우수하나, 싸이클의 반복에 따른 용량 감소율이 보다 더 증가함을 알 수 있었다.According to FIGS. 2 and 3, the initial capacity of Comparative Example 1 in which the thickness of the lithium metal (cathode) is 0.05t is slightly superior to that of Comparative Example 2 in which the thickness of the lithium metal (cathode) is 0.2t. It was found that the rate of dose reduction with repetition was further increased.

따라서, 이를 개선하기 위해 0.05t의 리튬금속과 고체전해질층 사이에 복합계면층을 적용하였다.Therefore, in order to improve this, a compound interface layer was applied between the lithium metal and the solid electrolyte layer of 0.05t.

시험예 2: 흑연 함유량에 따른 충방전 특성 및 싸이클 특성Test Example 2: Charge and Discharge Characteristics and Cycle Characteristics According to Graphite Content

도 4 및 5는 실시예 2-2 및 2-3, 비교예 1의 충방전 1회 특성 및 싸이클 특성을 나타낸 그래프이다. 측정 조건은 0.1C 충방전 전류로 3.0∼4.1V 구간에서 측정하였다.4 and 5 are graphs showing the charge-discharge one-time characteristics and the cycle characteristics of Examples 2-2 and 2-3 and Comparative Example 1; Measurement conditions were measured in the 3.0 ~ 4.1V section with 0.1C charge-discharge current.

도 4에 따르면, 비교예 1에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지에 비해 실시예 2-2 및 2-3에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지의 초기 용량은 모두 증가하였다. According to FIG. 4, the initial capacities of the all-solid-state lithium secondary batteries manufactured according to Examples 2-2 and 2-3 were increased compared to the all-solid lithium secondary batteries prepared according to Comparative Example 1.

그러나 도 5에 따르면, 실시예 2-3에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지가 실시예 2-1 및 2-2에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지에 비해 싸이클 특성이 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. 이는 흑연이 과도하게 적용되어 싸이클 특성이 감소한 것으로 추정할 수 있다.However, according to FIG. 5, it can be seen that the cycle characteristics of the all-solid-state lithium secondary battery prepared according to Example 2-3 decreased compared to the all-solid-state lithium secondary batteries prepared according to Examples 2-1 and 2-2. there was. This can be presumed to reduce the cycle characteristics due to excessive application of graphite.

따라서, 실시예 2-2에 의해 제조된 전고체 리튬이차전지의 흑연 조성이 가장 적절하다는 사실을 알 수 있었다.Therefore, it was found that the graphite composition of the all-solid-state lithium secondary battery prepared in Example 2-2 was most suitable.

시험예 3: 복합계면층 적용에 따른 충방전 특성 및 싸이클 특성Test Example 3: Charge and Discharge Characteristics and Cycle Characteristics by Application of Composite Interface Layer

도 6 및 7은 실시예 2-2 및 비교예 2의 충방전 1회 특성 및 싸이클 특성을 나타낸 그래프이다. 측정 조건은 0.1C 충방전 전류로 3.0∼4.1V 구간에서 측정하였다.6 and 7 are graphs showing one-time charge and discharge characteristics and cycle characteristics of Example 2-2 and Comparative Example 2. FIG. Measurement conditions were measured in the 3.0 ~ 4.1V section with 0.1C charge-discharge current.

도 6 및 7에 따르면, 실시예 2-2에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지(복합계면층 적용)가 비교예 2에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지(복합계면층 미적용)에 비해 초기용량 및 싸이클 특성이 모두 개선되는 효과를 확인할 수 있었다. 6 and 7, the initial capacity of the all-solid-state lithium secondary battery (composite interface layer applied) prepared according to Example 2-2 compared to the all-solid-state lithium secondary battery (not applied composite interface layer) prepared according to Comparative Example 2 And it was confirmed that the effect of the cycle characteristics are all improved.

따라서, 음극으로 리튬금속을 사용하는 경우 데드리튬(덴드라이트)이 발생하여 싸이클 특성이 감소하는데, 복합계면층을 적용함으로써 싸이클 특성이 개선되는 효과를 확인할 수 있었다. Therefore, when lithium metal is used as the negative electrode, dead cell (dendrite) is generated and cycle characteristics are reduced. By applying the composite interface layer, it was confirmed that the cycle characteristics were improved.

시험예 4: 복합계면층 적용에 따른 과전압 특성Test Example 4: Overvoltage Characteristics by Application of Composite Interface Layer

도 8 및 9는 복합계면층 적용 여부에 따른 대칭셀(symmetric cell)의 과전압 특성 그래프이다. 0.05t의 리튬 금속(음극)에 대한 대칭셀(symmetric cell)을 제작하여, 70℃에서 전류 밀도 0.1 mA/cm2 로 1시간 동안 충방전을 실시하여 총 65시간 동안 실험을 진행하였다.8 and 9 are graphs of overvoltage characteristics of symmetric cells according to the application of a compound interface layer. A symmetric cell was fabricated for a lithium metal (cathode) of 0.05t, and charged and discharged at a current density of 0.1 mA / cm 2 for 1 hour at 70 ° C. for a total of 65 hours.

도 8을 참고하면, 고체전해질층의 양면에 리튬금속을 적용한 대칭셀(symmetric cell)의 경우, 리튬 strip을 통한 전위의 폭이 약 ±0.05V 인 것으로 나타났다.Referring to FIG. 8, in the case of a symmetric cell in which lithium metal is applied to both surfaces of the solid electrolyte layer, the width of the potential through the lithium strip is about ± 0.05V.

또한 도 9를 참조하면, 고체전해질층의 양면에 실시예 1-1에 따른 복합계면층과 리튬금속을 적용한 대칭셀(symmetric cell) 리튬 strip을 통한 전위의 폭이 약 ±0.04V 인 것을 나타났다.9, the width of the potential through the symmetric cell lithium strip to which the composite interface layer and the lithium metal according to Example 1-1 were applied to both surfaces of the solid electrolyte layer was about ± 0.04V.

따라서, 복합계면층을 적용할 경우 과전압이 감소하는 사실을 알 수 있었다.Therefore, it can be seen that the overvoltage is reduced when the composite interface layer is applied.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (18)

리튬 금속을 포함하는 음극;
상기 음극 상에 형성되고, 흑연, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제1 바인더를 포함하는 복합계면층;
상기 복합계면층 상에 형성되는 고체전해질층; 및
상기 고체전해질층 상에 형성되는 양극; 을 포함하고,
상기 복합계면층이 상기 흑연 100 중량부에 대하여 상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 400 내지 800 중량부와, 상기 제1 바인더 100 내지 500 중량부를 포함하는 전고체 리튬이차전지.
A negative electrode comprising lithium metal;
A composite interface layer formed on the cathode and including graphite, first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), and a first binder;
A solid electrolyte layer formed on the composite interface layer; And
An anode formed on the solid electrolyte layer; Including,
And the composite interface layer includes 400 to 800 parts by weight of the first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) and 100 to 500 parts by weight of the first binder, based on 100 parts by weight of the graphite.
제1항에 있어서,
상기 복합계면층의 두께가 1 내지 50 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
The method of claim 1,
The thickness of the composite interface layer is an all-solid lithium secondary battery, characterized in that 1 to 50 ㎛.
제1항에 있어서,
상기 복합계면층의 두께가 10 내지 30 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
The method of claim 1,
The thickness of the composite interface layer is an all-solid lithium secondary battery, characterized in that 10 to 30 ㎛.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복합계면층이 제1 바인더 100 중량부에 대하여 제1 리튬염 5 내지 50 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
The method of claim 1,
And the composite interface layer further comprises 5 to 50 parts by weight of the first lithium salt based on 100 parts by weight of the first binder.
제1항에 있어서,
상기 복합계면층에서 상기 흑연의 함량은 상기 제1 바인더 100 중량부를 기준으로 10 내지 300 중량부인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
The method of claim 1,
The content of the graphite in the composite interface layer is an all-solid lithium secondary battery, characterized in that 10 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the first binder.
제6항에 있어서,
상기 복합계면층에서 상기 흑연의 함량은 상기 제1 바인더 100 중량부를 기준으로 50 내지 150 중량부인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
The method of claim 6,
The content of the graphite in the composite interface layer is an all-solid lithium secondary battery, characterized in that 50 to 150 parts by weight based on 100 parts by weight of the first binder.
제1항에 있어서,
상기 고체전해질층이 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 바인더 및 제2 리튬염을 포함하고,
상기 양극이 양극활물질, 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제3 바인더 및 도전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
The method of claim 1,
The solid electrolyte layer includes a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a second binder, and a second lithium salt,
And the cathode comprises a cathode active material, a third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a third binder, and a conductive material.
제1항에 있어서, 상기 전고체 리튬이차전지가,
리튬 금속을 포함하는 음극;
상기 음극 상에 형성되고, 흑연, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 제1 리튬염을 포함하는 복합계면층;
상기 복합계면층 상에 형성되고, 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 바인더 및 제2 리튬염을 포함하는 고체전해질층; 및
상기 고체전해질층 상에 형성되고, 양극활물질, 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제3 바인더 및 도전재를 포함하는 양극; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
The method of claim 1, wherein the all-solid-state lithium secondary battery,
A negative electrode comprising lithium metal;
A composite interface layer formed on the cathode and including graphite, first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a first binder, and a first lithium salt;
A solid electrolyte layer formed on the composite interface layer and including a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a second binder, and a second lithium salt; And
A positive electrode formed on the solid electrolyte layer and including a positive electrode active material, a third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a third binder, and a conductive material; All-solid-state lithium secondary battery comprising a.
제9항에 있어서,
상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)는 각각 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 알루미늄 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)인 전고체 리튬이차전지.
[화학식 1]
LixLayZrzAlwO12(5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0<w≤1)
The method of claim 9,
The first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), the second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) and the third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) are each independently aluminum-doped lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO). Phosphorus all-solid lithium secondary battery.
[Formula 1]
Li x La y Zr z Al w O 12 (5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0 <w≤1)
제9항에 있어서,
상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)가 큐빅(cubic)구조 및 테트라고날(tetragonal)구조 중에서 선택된 1종 이상의 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
The method of claim 9,
The first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), the second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), and the third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) may have at least one structure selected from a cubic structure and a tetragonal structure. All-solid-state lithium secondary battery comprising a.
제11항에 있어서,
상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)이 단일상의 큐빅 구조인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
The method of claim 11,
The first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), the second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) and the third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) all solid lithium secondary battery, characterized in that the cubic structure.
제9항에 있어서,
상기 제1 바인더, 제2 바인더 및 제3 바인더가 각각 독립적으로 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴카보네이트(polyvinylidenecarbonate) 및 폴리비닐피롤리디논(polyvinyl pyrrolidinone) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
The method of claim 9,
The first binder, the second binder and the third binder are each independently polyethylene oxide, polyethyleneglycol, polyacrylonitrile, polyvinylchloride, polymethylmethacrylate. ), Polypropylene oxide, polydimethylsiloxane, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene carbonate, and at least one selected from polyvinyl pyrrolidinone. All-solid-state lithium secondary battery, characterized in that.
제13항에 있어서,
상기 제1 바인더, 제2 바인더 및 제3 바인더가 각각 독립적으로 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
The method of claim 13,
And the first binder, the second binder, and the third binder each independently include polyethylene oxide.
제9항에 있어서,
상기 제1 리튬염 및 제2 리튬염이 각각 독립적으로 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LipF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4) 및 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
The method of claim 9,
The first lithium salt and the second lithium salt are each independently lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LipF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) And lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) All-solid lithium secondary battery comprising at least one selected from.
제8항에 있어서,
상기 양극활물질이 아래 화학식 2로 표시되는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC)인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
[화학식 2]
LiNipCoqMnrO2 (0<p<0.9, 0<q<0.5, 0<r<0.5, p+q+r=1)
The method of claim 8,
The cathode active material is an all-solid lithium secondary battery, characterized in that the three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn represented by the formula (2).
[Formula 2]
LiNi p Co q Mn r O 2 (0 <p <0.9, 0 <q <0.5, 0 <r <0.5, p + q + r = 1)
제8항에 있어서,
상기 도전재가 카본블랙, 아세틸렌블랙, 및 케첸블랙 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
The method of claim 8,
And the conductive material comprises at least one selected from carbon black, acetylene black, and ketjen black.
(a) 리튬 금속을 포함하는 음극을 형성하는 단계;
(b) 상기 음극 상에, 흑연, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 제1 리튬염을 포함하는 복합계면층을 형성하는 단계;
(c) 상기 복합계면층 상에, 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제2 바인더 및 제2 리튬염을 포함하는 고체전해질층을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 고체전해질층 상에, 양극활물질, 제3 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제3 바인더 및 도전재를 포함하는 양극을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 복합계면층이 상기 흑연 100 중량부에 대하여 상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 400 내지 800 중량부와, 상기 제1 바인더 100 내지 500 중량부를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
(a) forming a negative electrode comprising lithium metal;
(b) forming a composite interface layer including graphite, first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a first binder, and a first lithium salt on the cathode;
(c) forming a solid electrolyte layer including a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a second binder, and a second lithium salt on the composite interface layer; And
(d) forming an anode including a cathode active material, a third lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a third binder, and a conductive material on the solid electrolyte layer;
And the composite interface layer comprises 400 to 800 parts by weight of the first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) and 100 to 500 parts by weight of the first binder with respect to 100 parts by weight of the graphite.
KR1020180018452A 2018-02-14 2018-02-14 All solid lithium secondary battery including composite interfacial layer and method for manufacturing the same KR102012414B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180018452A KR102012414B1 (en) 2018-02-14 2018-02-14 All solid lithium secondary battery including composite interfacial layer and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180018452A KR102012414B1 (en) 2018-02-14 2018-02-14 All solid lithium secondary battery including composite interfacial layer and method for manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102012414B1 true KR102012414B1 (en) 2019-08-20

Family

ID=67807603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180018452A KR102012414B1 (en) 2018-02-14 2018-02-14 All solid lithium secondary battery including composite interfacial layer and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102012414B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022080767A1 (en) * 2020-10-13 2022-04-21 성균관대학교산학협력단 Energy storage device, lithium growth control layer therefor, and electrode structure
KR20230158222A (en) 2022-05-11 2023-11-20 주식회사 디아이티 Manufacturing method of all solid state secondary batteries using polymer solution method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170116464A (en) * 2016-04-11 2017-10-19 삼성전자주식회사 Composite solid electrolyte, protected anode and lithium battery including the same, and method of preparing the composite solid electrolyte
KR20170141498A (en) * 2016-06-15 2017-12-26 한국생산기술연구원 All solid lithium secondary battery and method for manufacturing the same
KR20180011207A (en) * 2015-06-01 2018-01-31 뉴매티코트 테크놀로지스 엘엘씨 Method for manufacturing a battery containing a nano-engineered coating and a nano-engineered coating for an anode active material, a cathode active material, and a solid-state electrolyte

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180011207A (en) * 2015-06-01 2018-01-31 뉴매티코트 테크놀로지스 엘엘씨 Method for manufacturing a battery containing a nano-engineered coating and a nano-engineered coating for an anode active material, a cathode active material, and a solid-state electrolyte
KR20170116464A (en) * 2016-04-11 2017-10-19 삼성전자주식회사 Composite solid electrolyte, protected anode and lithium battery including the same, and method of preparing the composite solid electrolyte
KR20170141498A (en) * 2016-06-15 2017-12-26 한국생산기술연구원 All solid lithium secondary battery and method for manufacturing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022080767A1 (en) * 2020-10-13 2022-04-21 성균관대학교산학협력단 Energy storage device, lithium growth control layer therefor, and electrode structure
KR20230158222A (en) 2022-05-11 2023-11-20 주식회사 디아이티 Manufacturing method of all solid state secondary batteries using polymer solution method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101793168B1 (en) All solid lithium secondary batterie including llzo solid electrolyte and manufacturing method for the same
KR101850901B1 (en) All solid lithium secondary battery comprising gel polymer electrolyte and method for manufacturing the same
KR101847035B1 (en) All solid lithium secondary batteries including conducting polymer and manufacturing method for the same
KR101865834B1 (en) All solid lithium secondary battery and method for manufacturing the same
KR101939142B1 (en) ALL SOLID LITHIUM SECONDARY BATTERY INCLUDING Ga-DOPED LLZO SOLID ELECTROLYTE AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME
Ahniyaz et al. Progress in solid-state high voltage lithium-ion battery electrolytes
KR102601603B1 (en) Lithium metal battery
JP5099168B2 (en) Lithium ion secondary battery
KR101946381B1 (en) Thin film type solid electrolyte composite sheet and all-solid-state lithium secondary battery comprising the same
KR102101466B1 (en) All solid lithium secondary battery using solid electrolyte of complex lithium salt and method for manufacturing the same
JP2012206925A (en) Sodium, manganese, titanium and nickel composite oxide, method for manufacturing the same, and sodium secondary battery using the same as member
CN102160215A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
KR101768452B1 (en) Anode, all solid lithium secondary batteries including the same and manufacturing method for the same
KR20200000192A (en) Organic/inorganic hybrid solid electrolyte and all solid lithium secondary battery comprising the same
JP2009211910A (en) All-solid lithium secondary battery
KR20200086111A (en) Method of manufacturing cathode active material coated titanium dioxide
KR102272459B1 (en) Double layer composite solid electrolyte, all solid lithium secondary battery comprising same and method of preparing same
KR102016622B1 (en) All solid lithium secondary battery having improved electric potential stability and method for manufacturing the same
CN101499538A (en) Non-aqueous electrolyte cell, anode and manufacturing method of the same
KR102012414B1 (en) All solid lithium secondary battery including composite interfacial layer and method for manufacturing the same
KR20130004826A (en) Cathod slurry composition, cathode prepared from the slurry, and lithium battery comprising the cathode
KR20170092264A (en) All solid lithium secondary batteries including conducting polymer and manufacturing method for the same
CN110176626B (en) Ionic-electronic co-conductive material and preparation method and application thereof
KR102347799B1 (en) All solid lithium secondary battery haviing high voltage stability comprising sulfide based and oxide based hybrid solid electrolyte and method of preparing same
KR20060119382A (en) Positive electrode active material for lithium ion secondary cell coated with hetero metal oxide on the surface and lithium ion secondary cell comprising thereof

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant