KR102102212B1 - Aluminum-galium doped solid electrolyte material for all-solid-state lithium secondary battery and method for preparing the same - Google Patents

Aluminum-galium doped solid electrolyte material for all-solid-state lithium secondary battery and method for preparing the same Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 고체전해질 및 그의 제조방법은 출발물질의 알루미늄 함량, 갈륨 함량 및 리튬 함량을 조절하고 원료 공급 유속을 제어함으로써, 고정도의 큐빅(Cubic) 구조 형성 및 소결 특성 향상에 의해 고체전해질의 이온전도도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
[화학식 1]
LixAlyGazLawZruO12 (5≤x≤9, 0<y≤4, 0<z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)
The present invention relates to an LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) represented by Chemical Formula 1, and a method for manufacturing the same. The solid electrolyte of the present invention and its manufacturing method control the aluminum content, gallium content and lithium content of the starting material and control the feed rate of the raw material, thereby forming a high-precision cubic structure and improving the sintering properties to improve the ion conductivity of the solid electrolyte. It has the effect of improving.
[Formula 1]
Li x Al y Ga z La w Zr u O 12 (5≤x≤9, 0 <y≤4, 0 <z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)

Description

전고체 리튬이차전지용 알루미늄-갈륨 도핑 고체전해질 및 그의 제조방법{ALUMINUM-GALIUM DOPED SOLID ELECTROLYTE MATERIAL FOR ALL-SOLID-STATE LITHIUM SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}Aluminum-gallium doped solid electrolyte for all-solid lithium secondary battery and its manufacturing method {ALUMINUM-GALIUM DOPED SOLID ELECTROLYTE MATERIAL FOR ALL-SOLID-STATE LITHIUM SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 전고체 리튬이차전지용 알루미늄-갈륨 도핑 고체전해질 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 출발물질의 알루미늄(Al) 함량, 갈륨(Ga) 함량 및 리튬(Li) 함량을 조절하고 테일러 반응 공법에 의해 공침반응을 수행하되 혼합물질의 유동제어(난류제어)에 의해 고정도의 큐빅(Cubic) 구조 형성 및 소결 특성 향상에 의해 고체전해질의 이온전도도를 향상시킬 수 있는 전고체 리튬이차전지용 고체전해질 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum-gallium doped solid electrolyte for an all-solid lithium secondary battery and a method for manufacturing the same, more specifically, to control the aluminum (Al) content, gallium (Ga) content and lithium (Li) content of the starting material, For a solid-state lithium secondary battery capable of improving ion conductivity of a solid electrolyte by forming a highly accurate cubic structure and improving sintering characteristics by performing a coprecipitation reaction by a Taylor reaction method, but by controlling flow of mixture (turbulent control) It relates to a solid electrolyte and a method of manufacturing the same.

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

종래의 리튬이차전지는 액체전해질을 사용함에 따라 공기 중의 물에 노출될 경우 쉽게 발화되어 안정성 문제가 항상 제기되어 왔다. 이러한 안정성 문제는 전기 자동차가 가시화되면서 더욱 이슈화되고 있다.Conventional lithium secondary batteries are easily ignited when exposed to water in the air by using a liquid electrolyte, and stability problems have always been raised. This stability 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 안정성, 고에너지 밀도, 고출력, 장수명, 제조공정의 단순화, 전지의 대형화/콤팩트화 및 저가화 등의 관점에서 차세대 이차전지로 주목되고 있다.Accordingly, recently, for the purpose of improving safety, research on an all-solid-state secondary battery using a solid electrolyte made of a non-combustible inorganic material has been actively conducted. The all-solid-state secondary battery is drawing attention as a next-generation secondary battery from the viewpoints of stability, high energy density, high output, long life, simplification of the manufacturing process, and large / compact and low cost of the battery.

전고체 리튬 이차전지는 양극/고체전해질층/음극으로 구성되는데, 이 중 고체전해질층의 고체전해질에는 높은 이온전도도 및 낮은 전자전도도가 요구된다. 또한, 전극층인 양극 및 음극 층의 구성 요소에도 고체전해질이 포함되는데, 전극층에서 사용되는 고체전해질에는 이온전도도와 전자전도도가 모두 높은 혼합전도성 재료가 유리하다.The all-solid lithium secondary battery is composed of an anode / solid electrolyte layer / cathode, of which high ion conductivity and low electron conductivity are required for the solid electrolyte of the solid electrolyte layer. In addition, a solid electrolyte is also included in the components of the anode and cathode layers, which are electrode layers, and a mixed conductive material having both high ionic conductivity and electron conductivity is advantageous for the solid electrolyte used in the electrode layer.

전고체 이차전지의 고체전해질 층의 요구 조건을 만족하는 고체전해질에는 황화물계, 산화물계 등이 있다. 이 중 황화물계 고체전해질은 양극 활물질 또는 음극 활물질과의 계면 반응에 의해 저항 성분이 생성되고, 흡습성이 강하며, 유독 가스인 황화수소(H2S) 가스가 발생된다는 문제점이 있다.There are sulfide-based and oxide-based solid electrolytes that satisfy the requirements of the solid electrolyte layer of the all-solid-state secondary battery. Among them, the sulfide-based solid electrolyte has a problem in that a resistance component is generated by an interface reaction with a positive electrode active material or a negative electrode active material, has strong hygroscopicity, and generates hydrogen sulfide (H 2 S) gas, which is a toxic gas.

일본 등록특허공보 제4,779,988호에는 양극/고체전해질층/음극의 적층구조를 가지며, 황화물계 고체 전해질층으로 이루어진 전고체 리튬 이차전지가 개시되어 있다.Japanese Patent Publication No. 4,779,988 discloses an all-solid lithium secondary battery having a stacked structure of an anode / solid electrolyte layer / cathode and comprising a sulfide-based solid electrolyte layer.

산화물계 고체 전해질에는 LATP(Li1 . 3Al0 . 3Ti1 .7(PO4)3), LLTO(Li3xLa2/(3-x)TiO3)계, LLZO(Li7La3Zr2O12) 등이 널리 알려져 있으며, 그 중 LLTO계에 비해 비교적 입계 저항이 높지만 전위창 특성이 우수한 것으로 알려진 LLZO가 유망한 재료로 주목 받고 있다.Oxide-based solid electrolyte is LATP (Li 1. 3 Al 0 . 3 Ti 1 .7 (PO 4) 3), LLTO (Li 3x La 2 / (3x) TiO 3) based, LLZO (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ), etc. are widely known, and among them, LLZO, which has a relatively high grain boundary resistance compared to LLTO, but is known to have excellent dislocation window characteristics, is attracting attention as a promising material.

상기 LLZO는 높은 이온전도도, 전극 재료와의 낮은 반응성, 넓은 전위창(Potential Window, 0-6V) 등의 장점에도 불구하고, 소결 공정에서의 리튬(Li)의 휘발로 인해 공정 조건을 잡기가 어렵고, 난소결성으로 인해 그 제조 공정이 복잡하고 까다로워 실제 적용하는 데에는 어려움이 있다. 또한, 결정구조에 따라 이온전도도의 차이가 크므로 출발물질의 조성, 소결 특성 등을 조절하여 LLZO의 결정 구조를 제어하는 기술의 개발이 필요하다.The LLZO is difficult to grasp process conditions due to volatilization of lithium (Li) in the sintering process, despite the advantages of high ionic conductivity, low reactivity with the electrode material, and wide potential window (0-6V). However, due to the sinterability, the manufacturing process is complicated and difficult, so there is a difficulty in practical application. In addition, since the difference in ionic conductivity is large depending on the crystal structure, it is necessary to develop a technique for controlling the crystal structure of LLZO by adjusting the composition of the starting material, sintering characteristics, and the like.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 출발물질의 알루미늄(Al) 함량, 갈륨(Ga) 함량 및 리튬(Li) 함량을 조절하고 테일러 반응 공법의 원료 혼합물질의 유동제어(난류제어)에 의해 고정도의 큐빅 구조 형성 및 소결 특성 향상에 의해 이온전도도가 향상된 고체전해질 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to adjust the aluminum (Al) content, gallium (Ga) content and lithium (Li) content of the starting material and mix the raw materials of the Taylor reaction method It is to provide a solid electrolyte having improved ionic conductivity by forming a high-precision cubic structure and improving sintering characteristics by controlling the flow of materials (turbulent control) and a method for manufacturing the same.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 하기 화학식 1로 표시되는 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(lithium lanthanum zirconium oxide, LLZO) 고체전해질에 관한 것이다.One aspect of the present invention for achieving the above object, relates to a lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) represented by the formula (1) will be.

[화학식 1][Formula 1]

LixAlyGazLawZruO12 (5≤x≤9, 0<y≤4, 0<z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)Li x Al y Ga z La w Zr u O 12 (5≤x≤9, 0 <y≤4, 0 <z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)

또한 상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질이 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.In addition, the LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) may be represented by the following Chemical Formula 2.

[화학식 2][Formula 2]

Li7-3(x+y)AlxGayLa3Zr2O12 (0<x<0.4, 0<y<0.4, 0.1≤x+y≤0.4)Li 7-3 (x + y) Al x Ga y La 3 Zr 2 O 12 (0 <x <0.4, 0 <y <0.4, 0.1≤x + y≤0.4)

또한 상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질은 상기 알루미늄(Al)과 갈륨(Ga)의 몰비가 5:25 내지 25:5일 수 있다.Also, the LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) may have a molar ratio of aluminum (Al) and gallium (Ga) of 5:25 to 25: 5.

또한 상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질은 상기 알루미늄(Al)과 갈륨(Ga)의 몰비가 5:22 내지 5:18일 수 있다.In addition, the LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) may have a molar ratio of aluminum (Al) and gallium (Ga) of 5:22 to 5:18.

또한 상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질은 이온전도도가 3.0 x 10-4 내지 1.5 x 10-3 이고, 단일상의 큐빅 구조를 가질 수 있다.In addition, the LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) has an ion conductivity of 3.0 x 10 -4 to 1.5 x 10 -3 and may have a single phase cubic structure.

본 발명의 또 하나의 양상은, 하기 화학식 1로 표시되는 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(lithium lanthanum zirconium oxide, LLZO) 고체전해질; 및 전도성 고분자;를 포함하는 복합고체전해질에 관한 것이다.Another aspect of the present invention, a lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) represented by the following Chemical Formula 1; And conductive polymer; relates to a composite solid electrolyte containing.

[화학식 1][Formula 1]

LixAlyGazLawZruO12 (5≤x≤9, 0<y≤4, 0<z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)Li x Al y Ga z La w Zr u O 12 (5≤x≤9, 0 <y≤4, 0 <z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)

본 발명의 또 하나의 양상은, (a) 란타늄(La), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)을 포함하는 금속 수용액과, 착화제와, pH 조절제가 혼합된 혼합 용액을 공침 반응시켜 고체전해질 전구체 슬러리를 제조하는 단계; (b) 상기 고체전해질 전구체 슬러리를 세척하고 건조하여 고체전해질 전구체를 제조하는 단계; (c) 상기 고체전해질 전구체를 리튬 소스와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 혼합물을 600 내지 1,000℃에서 하소(calcination)하여 화학식 1로 표시되는 알루미늄 및 갈륨이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(lithium lanthanum zirconium oxide, LLZO) 고체전해질을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 단계 (a)가 쿠에트 테일러 와류 반응기에서 수행되는 것인 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질의 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention, (a) lanthanum (La), zirconium (Zr), aluminum (Al) and a metal aqueous solution containing gallium (Ga), a complexing agent, a mixed solution mixed with a pH adjuster Preparing a solid electrolyte precursor slurry by coprecipitation reaction; (b) washing and drying the solid electrolyte precursor slurry to prepare a solid electrolyte precursor; (c) mixing the solid electrolyte precursor with a lithium source to prepare a mixture; And (d) calcining the mixture at 600 to 1,000 ° C. to prepare a lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte doped with aluminum and gallium doped with Formula 1; , The step (a) relates to a method for producing an LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga), which is performed in a Kuet Taylor vortex reactor.

[화학식 1][Formula 1]

LixAlyGazLawZruO12 (5≤x≤9, 0<y≤4, 0<z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)Li x Al y Ga z La w Zr u O 12 (5≤x≤9, 0 <y≤4, 0 <z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)

또한 상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질이 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.In addition, the LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) may be represented by the following Chemical Formula 2.

[화학식 2][Formula 2]

Li7-3(x+y)AlxGayLa3Zr2O12 (0<x<0.4, 0<y<0.4, 0.1≤x+y≤0.4)Li 7-3 (x + y) Al x Ga y La 3 Zr 2 O 12 (0 <x <0.4, 0 <y <0.4, 0.1≤x + y≤0.4)

또한 단계 (c)의 리튬 소스의 리튬원소의 몰수(M1)에 대한 단계 (a)의 금속 수용액의 알루미늄원소 및 갈륨원소의 몰수의 합(M2)의 비(M1:M2)를 조절하여 상기 화학식 1의 리튬원소의 몰수(m1)에 대한 알루미늄원소 및 갈륨원소의 몰수의 합(m2)의 비(m1:m2)를 6.7:0.1 내지 5.8:0.4가 되도록 제어할 수 있다.In addition, by adjusting the ratio (M1: M2) of the sum (M2) of the number of moles of the aluminum element and the gallium element of the metal aqueous solution of step (a) with respect to the mole number (M1) of the lithium element of the lithium source in step (c) The ratio (m1: m2) of the sum (m2) of the number of moles of aluminum element and gallium element (m1) to the number of moles (m1) of lithium element 1 can be controlled to be 6.7: 0.1 to 5.8: 0.4.

또한 단계 (c)의 리튬 소스의 리튬원소의 몰수(M1)에 대한 단계 (a)의 금속 수용액의 알루미늄원소 및 갈륨원소의 몰수의 합(M2)의 비(M1:M2)를 조절하여 상기 화학식 1의 리튬원소의 몰수(m1)에 대한 알루미늄원소 및 갈륨원소의 몰수의 합(m2)의 비(m1:m2)를 6.4:0.2 내지 6.1:0.3가 되도록 제어할 수 있다.In addition, by adjusting the ratio (M1: M2) of the sum (M2) of the number of moles of the aluminum element and the gallium element of the metal aqueous solution of step (a) with respect to the mole number (M1) of the lithium element of the lithium source in step (c) The ratio (m1: m2) of the sum (m2) of the number of moles of aluminum and gallium elements (m1) to the number of moles (m1) of lithium element 1 can be controlled to be 6.4: 0.2 to 6.1: 0.3.

또한 단계 (d) 이후에, 상기 화학식 1로 표시되는 고체전해질을 1,000 내지 1,300℃에서 소결(sintering)하는 단계 (e)를 추가로 포함할 수 있다.In addition, after step (d), the solid electrolyte represented by Chemical Formula 1 may further include a step (e) of sintering at 1,000 to 1,300 ° C.

또한 상기 금속 수용액이 란타늄 질산염 수화물(La(NO3)3·xH2O), 지르코늄 염산염 수화물(ZrOCl2·xH2O), 알루미늄 질산염 수화물(Al(NO3)3·xH2O) 및 갈륨 질산염 수화물(Ga(NO3)3·xH2O)을 포함하고, x는 각각 독립적으로 1 내지 9의 정수 중 어느 하나일 수 있다.In addition, the metal aqueous solution is lanthanum nitrate hydrate (La (NO 3 ) 3 · xH 2 O), zirconium hydrochloride hydrate (ZrOCl 2 · xH 2 O), aluminum nitrate hydrate (Al (NO 3 ) 3 · xH 2 O) and gallium Nitrate hydrate (Ga (NO 3 ) 3 · xH 2 O), and x may be each independently an integer of 1 to 9.

또한 상기 착화제가 수산화암모늄(NH4·OH)일 수 있다.In addition, the complexing agent may be ammonium hydroxide (NH 4 · OH).

또한 상기 pH 조절제가 수산화나트륨(NaOH)일 수 있다.In addition, the pH adjusting agent may be sodium hydroxide (NaOH).

또한 상기 리튬 소스가 수산화리튬수화물(LiOH·H2O)일 수 있다.In addition, the lithium source may be lithium hydroxide hydrate (LiOH · H 2 O).

또한 상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질은 이온전도도가 3.0 x 10-4 내지 1.5 x 10-3 이고, 단일상의 큐빅 구조일 수 있다.In addition, the LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) has an ion conductivity of 3.0 x 10 -4 to 1.5 x 10 -3 and may be a single phase cubic structure.

본 발명의 또 하나의 양상은, 상기와 같은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질을 포함하는 전고체 리튬이차전지에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to an all-solid lithium secondary battery comprising an LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) produced by the production method according to the present invention as described above.

본 발명의 고체전해질의 제조방법은 출발물질의 알루미늄(Al) 함량, 갈륨(Ga) 함량 및 리튬(Li) 함량을 조절하고 테일러 반응 공법에 의해 공침반응을 수행하되 원료 공급 유속을 제어함으로써, 고정도의 큐빅(Cubic) 구조 형성 및 소결 특성 향상에 의해 고체전해질의 이온전도도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The method for preparing the solid electrolyte of the present invention controls the aluminum (Al) content, gallium (Ga) content, and lithium (Li) content of the starting material and performs a coprecipitation reaction by a Taylor reaction method, but controls the feed rate of the raw material, thereby ensuring high precision. It has the effect of improving the ionic conductivity of the solid electrolyte by forming the cubic structure and improving the sintering properties.

도 1은 본 발명의 고체전해질의 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 쿠에트 테일러 와류 반응기의 개략도이다.
도 3은 실시예 1, 3 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 펠렛 소결체에 대해 EIS 방법으로 측정된 저항값을 이온전도도로 변환한 그래프이다.
도 4는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 고체전해질 분말에 대한 XRD 분석 결과이다.
도 5는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 펠렛 소결체의 단면에 대한 SEM 관찰 결과이다.
도 6은 실시예 1, 3 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 복합고체전해질 시트의 LSV 특성 평가 그래프이다.
1 is a flow chart of a method for producing a solid electrolyte of the present invention.
2 is a schematic diagram of a Kuet Taylor vortex reactor.
3 is a graph obtained by converting resistance values measured by the EIS method to ionic conductivity for pellet sintered bodies prepared according to Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 and 2.
4 is a result of XRD analysis of the solid electrolyte powder prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.
Figure 5 is a SEM observation of the cross-section of the pellet sintered body prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.
6 is a graph of LSV characteristics evaluation of the composite solid electrolyte sheet prepared according to Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 and 2.

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

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 description is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and when it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. .

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 terms used herein are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, or combination thereof described in the specification exists, or that one or more other features or It should be understood that the existence or addition possibilities of numbers, steps, actions, elements, or combinations thereof are not excluded in advance.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질을 제공한다.The present invention provides an LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) represented by Chemical Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

LixAlyGazLawZruO12 (5≤x≤9, 0<y≤4, 0<z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)Li x Al y Ga z La w Zr u O 12 (5≤x≤9, 0 <y≤4, 0 <z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)

상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.The LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) may be represented by the following Chemical Formula 2.

[화학식 2][Formula 2]

Li7-3(x+y)AlxGayLa3Zr2O12 (0<x<0.4, 0<y<0.4, 0.1≤x+y≤0.4)Li 7-3 (x + y) Al x Ga y La 3 Zr 2 O 12 (0 <x <0.4, 0 <y <0.4, 0.1≤x + y≤0.4)

상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질은 상기 알루미늄(Al)과 갈륨(Ga)의 몰비가 5:25 내지 25:5, 바람직하게는 5:22 내지 5:18일 수 있다. The aluminum (Al) and gallium (Ga) doped LLZO solid electrolyte may have a molar ratio of aluminum (Al) and gallium (Ga) of 5:25 to 25: 5, preferably 5:22 to 5:18. have.

상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질은 이온전도도가 3.0 x 10-4 내지 1.5 x 10-3, 바람직하게는 1.0 x 10-3 내지 1.3 x 10- 3 이고, 단일상의 큐빅 구조를 가질 수 있다.LLZO solid electrolyte, the aluminum (Al) and gallium (Ga) is doped with the ion conductivity of 3.0 x 10 -4 to 1.5 x 10 -3, preferably from 1.0 x 10 -3 to 1.3 x 10 - 3, and, on the single It can have a cubic structure.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(lithium lanthanum zirconium oxide, LLZO) 고체전해질; 및 전도성 고분자;를 포함하는 복합고체전해질을 제공한다.The present invention is a lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) represented by Formula 1; And a conductive polymer; provides a composite solid electrolyte containing.

[화학식 1][Formula 1]

LixAlyGazLawZruO12 (5≤x≤9, 0<y≤4, 0<z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)Li x Al y Ga z La w Zr u O 12 (5≤x≤9, 0 <y≤4, 0 <z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질의 제조방법에 대한 흐름도이다.1 is a flowchart of a method for manufacturing an LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) according to the present invention.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, a method of manufacturing an LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of claims to be described later.

본 발명의 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질의 제조방법은 (a) 란타늄(La), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)을 포함하는 금속 수용액과, 착화제와, pH 조절제가 혼합된 혼합 용액을 공침 반응시켜 고체전해질 전구체 슬러리를 제조하는 단계; (b) 상기 고체전해질 전구체 슬러리를 세척하고 건조하여 고체전해질 전구체를 제조하는 단계; (c) 상기 고체전해질 전구체를 리튬 소스와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 혼합물을 600 내지 1,000℃에서 하소(calcination)하여 화학식 1로 표시되는 알루미늄 및 갈륨이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(lithium lanthanum zirconium oxide, LLZO) 고체전해질을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 단계 (a)가 쿠에트 테일러 와류 반응기에서 수행될 수 있다.The method of manufacturing an LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) of the present invention includes (a) a metal aqueous solution containing lanthanum (La), zirconium (Zr), aluminum (Al), and gallium (Ga). , Preparing a solid electrolyte precursor slurry by coprecipitating a mixed solution of a complexing agent and a pH adjusting agent; (b) washing and drying the solid electrolyte precursor slurry to prepare a solid electrolyte precursor; (c) mixing the solid electrolyte precursor with a lithium source to prepare a mixture; And (d) calcining the mixture at 600 to 1,000 ° C. to prepare a lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte doped with aluminum and gallium doped with Formula 1; , Step (a) may be performed in a Kuet Taylor vortex reactor.

[화학식 1][Formula 1]

LixAlyGazLawZruO12 (5≤x≤9, 0<y≤4, 0<z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)Li x Al y Ga z La w Zr u O 12 (5≤x≤9, 0 <y≤4, 0 <z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)

또한 상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질은 하기 화학식 2로 표시될 수 잇다.In addition, the LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) may be represented by the following Chemical Formula 2.

[화학식 2][Formula 2]

Li7-3(x+y)AlxGayLa3Zr2O12 (0<x<0.4, 0<y<0.4, 0.1≤x+y≤0.4)Li 7-3 (x + y) Al x Ga y La 3 Zr 2 O 12 (0 <x <0.4, 0 <y <0.4, 0.1≤x + y≤0.4)

먼저, 란타늄, 지르코늄, 알루미늄 및 갈륨(Ga)을 포함하는 금속 수용액과, 착화제와, pH 조절제가 혼합된 혼합 용액을 공침 반응시켜 First, a metal solution containing lanthanum, zirconium, aluminum, and gallium (Ga) is co-precipitated with a mixed solution of a complexing agent and a pH adjusting agent. 고체전해질Solid electrolyte 전구체 슬러리를 제조한다(단계 a). Prepare a precursor slurry (step a).

상기 금속 수용액이 란타늄 질산염 수화물(La(NO3)3·xH2O), 지르코늄 염산염 수화물(ZrOCl2·xH2O), 알루미늄 질산염 수화물(Al(NO3)3·xH2O) 및 갈륨 질산염 수화물(Ga(NO3)3·xH2O)을 포함하고, x는 각각 독립적으로 1 내지 9의 정수 중 어느 하나일 수 있다.Nitrate, the metal solution lanthanum hydrate (La (NO 3) 3 · xH 2 O), zirconium hydrochloride hydrate (ZrOCl 2 · xH 2 O) , aluminum nitrate hydrate (Al (NO 3) 3 · xH 2 O) and gallium nitrate Hydrate (Ga (NO 3 ) 3 · xH 2 O), and x may be any one of an integer of 1 to 9, each independently.

또한 상기 착화제는 수산화암모늄(NH4·OH), 수산화나트륨 등이 가능할 수 있다.In addition, the complexing agent may be ammonium hydroxide (NH 4 · OH), sodium hydroxide and the like.

또한 상기 pH 조절제는 수산화나트륨(NaOH), 암모니아 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이온전도성 고체산화물의 물성에 영향을 끼치지 않으면서 혼합 용액의 pH를 조절할 수 있는 다른 어떠한 pH 조절제도 가능하다.In addition, the pH adjusting agent may include sodium hydroxide (NaOH), ammonia, and the like, but is not limited thereto. Any other pH adjusting agent capable of adjusting the pH of the mixed solution is possible without affecting the physical properties of the ion-conducting solid oxide.

단계 (a)가 쿠에트 테일러 와류 반응(Couette-Taylor vortices reaction)기에서 수행될 수 있다.Step (a) can be carried out in a Couette-Taylor vortices reaction.

도 2는 테일러 와류 반응기의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a Taylor vortex reactor.

도 2를 참조하면, 쿠에트 테일러 와류 반응을 수행할 수 있는 쿠에트 테일러 와류 반응기는 외부고정원통과 그 내부에서 회전하는 내부회전원통을 포함하여 이루어진다. 내부회전원통은 외부고정원통의 종축과 일치하는 회전축을 갖는다. 내부회전원통과 외부고정원통은 소정의 간격으로 서로 이격되도록 설치되어 내부회전원통과 외부고정원통 사이에는 반응액체가 흐르는 유체통로가 형성된다. 내부회전원통이 회전하면 유체통로에서 내부회전원통 쪽에 위치하고 있던 유체가 원심력에 의해 외부고정원통 방향으로 나가려는 경향을 가지게 되고 이로 인하여 유체는 불안정하게 되어 회전축을 따라 규칙적이며 서로 반대방향으로 회전하는 고리쌍 배열의 와류가 형성된다. 이를 테일러 혹은 쿠에트 테일러 와류하고 한다. 쿠에트 테일러 와류는 공침 반응을 촉진시킴으로서 종래의 공침 반응기보다 더 유리하게 전구체를 제조할 수 있다. Referring to FIG. 2, a Kuet Taylor vortex reactor capable of performing a Kuet Taylor vortex reaction includes an external fixed cylinder and an internal rotating cylinder rotating therein. The inner rotating cylinder has a rotating shaft coinciding with the longitudinal axis of the outer fixed cylinder. The inner rotating cylinder and the outer fixed cylinder are installed to be spaced apart from each other at predetermined intervals, thereby forming a fluid passage through which the reaction liquid flows between the inner rotating cylinder and the outer fixed cylinder. When the inner rotating cylinder rotates, the fluid located on the inner rotating cylinder side in the fluid passage tends to go outward in the direction of the external fixed cylinder by centrifugal force, and as a result, the fluid becomes unstable and regularly rotates in the opposite direction along the rotation axis. A vortex in a twin pair is formed. It is said to be vortexed by Taylor or Kuet Taylor. The Kuet Taylor vortex promotes the co-precipitation reaction, thereby making the precursor more advantageous than the conventional co-precipitation reactor.

이 때 쿠에트-테일러 반응기는 무차원 변수인 테일러 넘버 (Taylor number, Ta)를 사용하여 유체흐름의 특징을 구별하고 각 특징 별로 해당 영역에 대한 정의를 나타낼 수 있다. 테일러 넘버(Ta)는 레이놀즈 넘버 (Reynolds number, Re)의 함수로 나타내어지며 아래와 같이 식 1로 표현된다.At this time, the Kuet-Taylor reactor can distinguish the characteristics of the fluid flow by using a Taylor number (Ta), which is a dimensionless variable, and can express the definition of the corresponding area for each characteristic. Taylor number (Ta) is represented as a function of Reynolds number (Re) and is expressed by Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112018089728513-pat00001
Figure 112018089728513-pat00001

식 1에서 w는 내부실린더의 각속도를 의미하고, ri는 내부실린더의 반지름, d는 두 실린더 사이의 평행한 거리, v는 동점도를 나타낸다. 일반적으로 내부실린더의 각속도로 표현되는 분당 회전수(RPM)을 이용하여 테일러 넘버(Ta)의 값을 조절한다. 일반적으로 두 평판 사이에 유체가 흐르는 경우 전단응력에 의해 쿠에트 흐름이 발생하게 되고 이와 마찬가지로 두 실린더 사이에서도 낮은 RPM의 경우 쿠에트 흐름이 발생한다. 하지만 내부실린더의 RPM이 일정 임계값을 넘어서게 되면 쿠에트 흐름은 새로운 정상상태인 쿠에트-테일러 흐름이 되고, 쿠에트 흐름에서 볼 수 없었던 테일러 와류가 발생하게 된다. 테일러 와류는 두 개의 와류가 한 쌍으로 이루어져 선대칭의 특징을 가지고 트로이달(toroidal) 방향으로 위치하게 된다. 따라서 시계방향으로 회전하는 와류의 양 옆에는 반 시계 방향으로 회전하는 와류가 존재하게 되어 각각의 와류에 서로 영향을 미치게 된다. 쿠에트-테일러 흐름에서 일정 크기의 RPM을 증가시키면 테일러 와류의 불안정성의 증가로 인해 새로운 흐름으로 변모하게 되고 이때 테일러 와류는 방위각 파수(azimuthal wavenumber)를 가지게 된다. 이 흐름은 Wavy 와류 흐름이라고 불리고, 이 때의 혼합 효과는 쿠에트-테일러 흐름보다 증가할 수 있다.In equation 1, w is the angular velocity of the inner cylinder, r i is the radius of the inner cylinder, d is the parallel distance between the two cylinders, and v is the dynamic viscosity. In general, the value of the Taylor number (Ta) is adjusted by using the revolutions per minute (RPM) expressed by the angular velocity of the inner cylinder. In general, when a fluid flows between two plates, a Kuet flow occurs due to shear stress, and similarly, a Kuet flow occurs at a low RPM between two cylinders. However, when the RPM of the internal cylinder exceeds a certain threshold, the Kuet flow becomes a new Kuet-Taylor flow, and a Taylor vortex that cannot be seen in the Kuet flow occurs. Taylor vortex consists of a pair of two vortices and has a characteristic of line symmetry and is located in a toroidal direction. Therefore, vortices rotating counterclockwise exist on both sides of the vortex rotating clockwise, and each vortex affects each other. When the RPM of a certain size is increased in the Kuet-Taylor flow, it becomes a new flow due to the increase in the instability of the Taylor vortex, where the Taylor vortex has an azimuthal wavenumber. This flow is called a Wavy vortex flow, and the mixing effect at this time may increase than the Kuet-Taylor flow.

다음으로, 상기 Next, above 고체전해질Solid electrolyte 전구체 슬러리를 세척하고 건조하여  The precursor slurry is washed and dried 고체전해질Solid electrolyte 전구체를 제조한다(단계 b). Prepare the precursor (step b).

상기 고체 전해질 전구체 슬러리를 물로 세척하여 상기 고체 전해질 전구체의 pH는 약 7이 될 수 있다.The pH of the solid electrolyte precursor may be about 7 by washing the solid electrolyte precursor slurry with water.

이어서, 상기 세척하고 건조된 Then, the washed and dried 고체전해질Solid electrolyte 전구체를 리튬 소스와 혼합하여 혼합물을 제조한다(단계 c). The precursor is mixed with a lithium source to prepare a mixture (step c).

단계 (c)의 리튬 소스의 리튬원소의 몰수(M1)에 대한 단계 (a)의 금속 수용액의 알루미늄원소 및 갈륨원소의 몰수의 합(M2)의 비(M1:M2)를 조절하여 상기 화학식 1의 리튬원소의 몰수(m1)에 대한 알루미늄원소 및 갈륨원소의 몰수의 합(m2)의 비(m1:m2)를 6.7:0.1 내지 5.8:0.4가 되도록 제어할 수 있고, 바람직하게는 6.4:0.2 내지 6.1:0.3가 되도록 제어할 수 있다.Formula (1) by adjusting the ratio (M1: M2) of the sum (M2) of the number of moles of the aluminum element and the gallium element of the metal aqueous solution of step (a) to the mole number (M1) of the lithium element of the lithium source of step (c) The ratio (m1: m2) of the sum (m2) of the number of moles of aluminum and gallium elements (m1: m2) to the number of moles (m1) of lithium elements can be controlled to be 6.7: 0.1 to 5.8: 0.4, preferably 6.4: 0.2 To 6.1: 0.3.

여기서, 상기 단계 (c)의 리튬 소스의 리튬원소의 몰수(M1)에 대한 단계 (a)의 금속 수용액의 알루미늄원소 및 갈륨원소의 몰수의 합(M2)의 비(M1:M2)를 조절하여 고체전해질의 결정구조 제어 및 소결성을 향상시킬 수 있다. 몰수의 비(M1:M2)가 6.7:0.1 미만이면, Cubic 구조 형성에 필요한 Al 및 Ga 도핑량이 부족하여 소결성 제어가 곤란하여 이온전도도가 낮아질 수 있고, 5.8:0.4 초과해도, Al 및 Ga이 과잉되어 펠렛 소결 밀도가 감소하는 현상이 발생하여 이온전도도가 낮아질 수 있다.Here, by adjusting the ratio (M1: M2) of the sum (M2) of the number of moles of the aluminum element and the gallium element of the metal aqueous solution of step (a) to the mole number (M1) of the lithium element of the lithium source in step (c) It is possible to improve the crystal structure control and sinterability of the solid electrolyte. If the ratio of moles (M1: M2) is less than 6.7: 0.1, the amount of Al and Ga doping required for the formation of the Cubic structure is insufficient, so it is difficult to control the sintering property and the ion conductivity may be lowered. Even if it exceeds 5.8: 0.4, Al and Ga are excessive As a result, a phenomenon in which the pellet sintering density decreases may occur, resulting in lower ion conductivity.

또한 상기 리튬 소스가 수산화리튬수화물(LiOH·H2O), 수산화리튬(LiOH), 질산리튬(LiNO3) 등 일 수 있다.In addition, the lithium source may be lithium hydroxide hydrate (LiOHH 2 O), lithium hydroxide (LiOH), lithium nitrate (LiNO 3 ), or the like.

상기 리튬 소스의 리튬 함량은 하소 또는 소결시 증발하는 리튬량을 고려하여 과잉으로 첨가될 수 있으며, 최종 생성물인 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질의 리튬 함량 100중량부에 대하여 상기 리튬 소스의 리튬 함량 101 내지 120 중량부, 바람직하게는 103 내지 115 중량부, 더욱 바람직하게는 105 내지 115 중량부를 포함하도록 상기 혼합물에 포함될 수 있다.The lithium content of the lithium source may be added excessively in consideration of the amount of lithium evaporated during calcination or sintering, and the lithium content of 100 parts by weight of the LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) as final products The lithium content of the lithium source with respect to 101 to 120 parts by weight, preferably 103 to 115 parts by weight, more preferably 105 to 115 parts by weight may be included in the mixture.

구조적으로 큐빅 구조인 것이 이온전도도 측면에서 유리하며, 테트라고날 구조일 경우 이온전도도가 낮아질 수 있다. The structural cubic structure is advantageous in terms of ion conductivity, and in the case of the tetragonal structure, the ion conductivity may be lowered.

경우에 따라, 상기 전구체와 상기 리튬 소스를 혼합하기 전에 상기 전구체를 분쇄할 수 있다. In some cases, the precursor may be pulverized before mixing the precursor and the lithium source.

상기 분쇄 및 혼합은 볼밀 공정으로 수행될 수 있다.The grinding and mixing may be performed by a ball mill process.

마지막으로, 상기 혼합물을 600 내지 1,000℃에서 Finally, the mixture at 600 to 1,000 ℃ 하소(calcination)하여By calcination 화학식 1로 표시되는 알루미늄 및 갈륨이  Aluminum and gallium represented by the formula (1) 도핑된Doped 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(lithium lanthanum zirconium oxide, LLZO) 고체전해질을 제조한다(단계 d). A lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte is prepared (step d).

[화학식 1][Formula 1]

LixAlyGazLawZruO12 (5≤x≤9, 0<y≤4, 0<z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)Li x Al y Ga z La w Zr u O 12 (5≤x≤9, 0 <y≤4, 0 <z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)

또한 상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.In addition, the LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) may be represented by the following Chemical Formula 2.

[화학식 2][Formula 2]

Li7-3(x+y)AlxGayLa3Zr2O12 (0<x<0.4, 0<y<0.4, 0.1≤x+y≤0.4)Li 7-3 (x + y) Al x Ga y La 3 Zr 2 O 12 (0 <x <0.4, 0 <y <0.4, 0.1≤x + y≤0.4)

상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질은 이온전도도가 3.0 x 10-4 내지 1.5 x 10-3, 바람직하게는 1.0 x 10-3 내지 1.3 x 10- 3 이고, 단일상의 큐빅 구조일 수 있다.LLZO solid electrolyte, the aluminum (Al) and gallium (Ga) is doped with the ion conductivity of 3.0 x 10 -4 to 1.5 x 10 -3, preferably from 1.0 x 10 -3 to 1.3 x 10 - 3, and, on the single It may be a cubic structure.

상기 하소는 600 내지 1,000℃에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 800 내지 950℃, 더욱 바람직하게는 880 내지 920℃에서 수행될 수 있다.The calcination may be performed at 600 to 1,000 ° C, preferably 800 to 950 ° C, more preferably 880 to 920 ° C.

상기 하소는 1 내지 20시간 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 1 내지 7시간 동안 수행될 수 있다. 그러나, 하소 시간이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 하소 온도에 따라 달라질 수 있다. The calcination can be performed for 1 to 20 hours, and preferably for 1 to 7 hours. However, the calcination time is not necessarily limited to this, and may vary depending on the calcination temperature.

경우에 따라, 단계 (d) 이후에, 상기 화학식 1로 표시되는 고체전해질을 1,000 내지 1,300℃에서 소결(sintering)하는 단계 (e)를 추가로 포함할 수 있다.Optionally, after step (d), the solid electrolyte represented by Chemical Formula 1 may further include a step (e) of sintering at 1,000 to 1,300 ° C.

상기 소결은 1,000 내지 1,300℃에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 1,100 내지 1,250℃, 더욱 바람직하게는 1,150 내지 1,220℃에서 수행될 수 있다. The sintering may be performed at 1,000 to 1,300 ° C, preferably 1,100 to 1,250 ° C, and more preferably 1,150 to 1,220 ° C.

상기 소결은 3 내지 7시간 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 4시간 내지 6시간 동안 수행될 수 있다. 그러나, 소결 시간이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 소결 온도에 따라 달라질 수 있다.The sintering may be performed for 3 to 7 hours, preferably 4 to 6 hours. However, the sintering time is not necessarily limited to this, and may vary depending on the sintering temperature.

상기 고체전해질 및 상기 고체전해질 소결체는 큐빅(cubic)구조 및 테트라고날(tetragonal)구조 중에서 선택된 1종 이상의 구조를 포함하며, 바람직하게는 상기 고체전해질 및 상기 고체전해질 소결체는 단일상의 큐빅 구조일 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 고체전해질은 큐빅 구조인 것이 이온전도도 측면에서 유리하며, 테트라고날 구조일 경우 이온전도도가 낮아질 수 있다.The solid electrolyte and the solid electrolyte sintered body include at least one structure selected from a cubic structure and a tetragonal structure, and preferably, the solid electrolyte and the solid electrolyte sintered body may be a single phase cubic structure. . As described above, it is advantageous in terms of ion conductivity that the solid electrolyte has a cubic structure, and in the case of a tetragonal structure, ion conductivity may be lowered.

본 발명은 상기와 같은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질을 포함하는 전고체 리튬이차전지를 제공한다.The present invention provides an all-solid lithium secondary battery comprising LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) produced by the manufacturing method according to the present invention as described above.

[실시예] [Example]

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, this is for illustrative purposes, and the scope of the present invention is not limited thereby.

실시예Example 1: Al  1: Al 0.2mole0.2mole 및 Ga  And Ga 0.05mole0.05mole 도핑된Doped 고체전해질Solid electrolyte  And 펠렛Pellet 소결체 제조 Sintered body manufacturing

출발물질인 란타늄 질산염(La(NO3)3·6H2O), 지르코늄 염산염(ZrOCl2·2H2O), 알루미늄 질산염(Al(NO3)3·9H2O) 및 갈륨 질산염(Ga(NO3)3·9H2O)을 그들의 금속원소인 La:Zr:Al:Ga의 몰비율이 3:2:0.2:0.05가 되도록 증류수에 용해시켜 출발물질이 1몰 농도인 출발물질 용액을 제조하였다. Starting materials are lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 · 6H 2 O), zirconium hydrochloride (ZrOCl 2 · 2H 2 O), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) and gallium nitrate (Ga (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) was dissolved in distilled water so that the molar ratio of their metal elements La: Zr: Al: Ga was 3: 2: 0.2: 0.05 to prepare a starting material solution having a starting material concentration of 1 mol. .

도 2를 참조하면, 쿠에트 테일러 와류 반응기를 사용하여 고체전해질을 제조하였다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기는 용액주입부(1), 온도조절용액 토출부(2), 온도조절용액 주입부(3), 반응용액드레인부(4), 반응물(슬러리형태) 토출부(5), 교반봉(6), 용액반응부(7), 반응용액 온도 조절부(8)를 포함한다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기의 주입부(1)를 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 1,000 rpm으로 하여 공침시켜 액상 슬러리 형태의 전구체 슬러리를 토출부(5)로 토출하였다. Referring to FIG. 2, a solid electrolyte was prepared using a Kuet Taylor vortex reactor. The Kuet Taylor vortex reactor includes a solution injection part (1), a temperature control solution discharge part (2), a temperature control solution injection part (3), a reaction solution drain part (4), and a reactant (slurry form) discharge part (5). , A stirring rod (6), a solution reaction unit (7), a reaction solution temperature control unit (8). An appropriate amount of the starting material solution, 0.6 mol of ammonia water, and an aqueous sodium hydroxide solution is added as a complexing agent through the injection section 1 of the Kuet Taylor vortex reactor so that the pH is adjusted to 11 and the reaction temperature is 25 ° C. The reaction time was 4 hr, and the stirring speed of the stirring rod was co-precipitated at 1,000 rpm to discharge the precursor slurry in the form of a liquid slurry to the discharge portion 5.

상기 전구체 슬러리를 정제수로 세척한 후, 24시간 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 110중량부가 되도록 10 wt% 과잉 투입하였다. 상기 혼합물을 900℃에서 2시간 동안 하소한 후 분쇄하여 알루미늄(Al)이 0.2mole, 갈륨(Ga)이 0.05mole 도핑된 Li6 . 25Al0 . 2Ga0 . 05La3Zr2O12 고체전해질을 제조하였다. The precursor slurry was washed with purified water and dried for 24 hours. After pulverizing the dried precursor with a ball mill, excess LiOHH 2 O was added and mixed with a ball mill to prepare a mixture. The LiOH · H 2 O content of the mixture was added in excess of 10 wt% so that 110 parts by weight of Li in 100 parts by weight of Li in the solid electrolyte in which the content of Li in LiOH · H 2 O was generated. The mixture was calcined at 900 ° C. for 2 hours, and then pulverized, so that aluminum (Al) 0.2 mole, gallium (Ga) 0.05 mole doped Li 6 . 25 Al 0 . 2 Ga 0 . 05 La 3 Zr 2 O 12 A solid electrolyte was prepared.

이어서, 상기 하소된 분말에 대해 성형 몰드로 펠렛을 제작한 후 1,200℃에서 5시간 동안 소결하여 펠렛 소결체를 제조하였다.Subsequently, pellets were produced by using a molding mold for the calcined powder, and then sintered at 1,200 ° C for 5 hours to prepare pellet sintered bodies.

실시예Example 2: Al  2: Al 0.2mole0.2mole 및 Ga  And Ga 0.1mole0.1mole 도핑된Doped 고체전해질Solid electrolyte  And 펠렛Pellet 소결체 제조 Sintered body manufacturing

출발물질인 란타늄 질산염(La(NO3)3·6H2O), 지르코늄 염산염(ZrOCl2·2H2O), 알루미늄 질산염(Al(NO3)3·9H2O) 및 갈륨 질산염(Ga(NO3)3·9H2O)을 그들의 금속원소인 La:Zr:Al:Ga의 몰비율이 3:2:0.2:0.1가 되도록 증류수에 용해시켜 출발물질이 1몰 농도인 출발물질 용액을 제조하였다. Starting materials are lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 · 6H 2 O), zirconium hydrochloride (ZrOCl 2 · 2H 2 O), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) and gallium nitrate (Ga (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) was dissolved in distilled water so that the molar ratio of their metal element La: Zr: Al: Ga was 3: 2: 0.2: 0.1 to prepare a starting material solution having a starting material concentration of 1 mol. .

도 2를 참조하면, 쿠에트 테일러 와류 반응기를 사용하여 고체전해질을 제조하였다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기는 용액주입부(1), 온도조절용액 토출부(2), 온도조절용액 주입부(3), 반응용액드레인부(4), 반응물(슬러리형태) 토출부(5), 교반봉(6), 용액반응부(7), 반응용액 온도 조절부(8)를 포함한다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기의 주입부(1)를 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 1,000 rpm으로 하여 공침시켜 액상 슬러리 형태의 전구체 슬러리를 토출부(5)로 토출하였다. Referring to FIG. 2, a solid electrolyte was prepared using a Kuet Taylor vortex reactor. The Kuet Taylor vortex reactor includes a solution injection part (1), a temperature control solution discharge part (2), a temperature control solution injection part (3), a reaction solution drain part (4), and a reactant (slurry form) discharge part (5). , A stirring rod (6), a solution reaction unit (7), a reaction solution temperature control unit (8). An appropriate amount of the starting material solution, 0.6 mol of ammonia water, and an aqueous sodium hydroxide solution is added as a complexing agent through the injection section 1 of the Kuet Taylor vortex reactor so that the pH is adjusted to 11 and the reaction temperature is 25 ° C. The reaction time was 4 hr, and the stirring speed of the stirring rod was co-precipitated at 1,000 rpm to discharge the precursor slurry in the form of a liquid slurry to the discharge portion 5.

상기 전구체 슬러리를 정제수로 세척한 후, 24시간 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 110중량부가 되도록 10 wt% 과잉 투입하였다. 상기 혼합물을 900℃에서 2시간 동안 하소한 후 분쇄하여 알루미늄(Al)이 0.2mole, 갈륨(Ga)이 0.1mole 도핑된 Li6 . 1Al0 . 2Ga0 . 1La3Zr2O12 고체전해질을 제조하였다. The precursor slurry was washed with purified water and dried for 24 hours. After pulverizing the dried precursor with a ball mill, excess LiOHH 2 O was added and mixed with a ball mill to prepare a mixture. The LiOH · H 2 O content of the mixture was added in excess of 10 wt% so that 110 parts by weight of Li in 100 parts by weight of Li in the solid electrolyte in which the content of Li in LiOH · H 2 O was generated. The mixture was calcined at 900 ° C. for 2 hours and then pulverized, so that Li 6 doped with 0.2 mol of aluminum (Al) and 0.1 mol of gallium (Ga) . 1 Al 0 . 2 Ga 0 . A 1 La 3 Zr 2 O 12 solid electrolyte was prepared.

이어서, 상기 하소된 분말에 대해 성형 몰드로 펠렛을 제작한 후 1,200℃에서 5시간 동안 소결하여 펠렛 소결체를 제조하였다.Subsequently, pellets were produced by using a molding mold for the calcined powder, and then sintered at 1,200 ° C for 5 hours to prepare pellet sintered bodies.

실시예Example 3: Al  3: Al 0.05mole0.05mole 및 Ga  And Ga 0.2mole0.2mole 도핑된Doped 고체전해질Solid electrolyte  And 펠렛Pellet 소결체 제조 Sintered body manufacturing

출발물질인 란타늄 질산염(La(NO3)3·6H2O), 지르코늄 염산염(ZrOCl2·2H2O), 알루미늄 질산염(Al(NO3)3·9H2O) 및 갈륨 질산염(Ga(NO3)3·9H2O)을 그들의 금속원소인 La:Zr:Al:Ga의 몰비율이 3:2:0.05:0.2가 되도록 증류수에 용해시켜 출발물질이 1몰 농도인 출발물질 용액을 제조하였다. Starting materials are lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 · 6H 2 O), zirconium hydrochloride (ZrOCl 2 · 2H 2 O), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) and gallium nitrate (Ga (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) was dissolved in distilled water so that the molar ratio of their metal elements La: Zr: Al: Ga was 3: 2: 0.05: 0.2 to prepare a starting material solution having a starting material concentration of 1 mol. .

도 2를 참조하면, 쿠에트 테일러 와류 반응기를 사용하여 고체전해질을 제조하였다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기는 용액주입부(1), 온도조절용액 토출부(2), 온도조절용액 주입부(3), 반응용액드레인부(4), 반응물(슬러리형태) 토출부(5), 교반봉(6), 용액반응부(7), 반응용액 온도 조절부(8)를 포함한다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기의 주입부(1)를 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 1,000 rpm으로 하여 공침시켜 액상 슬러리 형태의 전구체 슬러리를 토출부(5)로 토출하였다. Referring to FIG. 2, a solid electrolyte was prepared using a Kuet Taylor vortex reactor. The Kuet Taylor vortex reactor includes a solution injection part (1), a temperature control solution discharge part (2), a temperature control solution injection part (3), a reaction solution drain part (4), and a reactant (slurry form) discharge part (5). , A stirring rod (6), a solution reaction unit (7), a reaction solution temperature control unit (8). An appropriate amount of the starting material solution, 0.6 mol of ammonia water, and an aqueous sodium hydroxide solution is added as a complexing agent through the injection section 1 of the Kuet Taylor vortex reactor so that the pH is adjusted to 11 and the reaction temperature is 25 ° C. The reaction time was 4 hr, and the stirring speed of the stirring rod was co-precipitated at 1,000 rpm to discharge the precursor slurry in the form of a liquid slurry to the discharge portion 5.

상기 전구체 슬러리를 정제수로 세척한 후, 24시간 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 110중량부가 되도록 10 wt% 과잉 투입하였다. 상기 혼합물을 900℃에서 2시간 동안 하소한 후 분쇄하여 알루미늄(Al)이 0.05mole, 갈륨(Ga)이 0.2mole 도핑된 Li6 . 25Al0 . 05Ga0 . 2La3Zr2O12 고체전해질을 제조하였다. The precursor slurry was washed with purified water and dried for 24 hours. After pulverizing the dried precursor with a ball mill, excess LiOHH 2 O was added and mixed with a ball mill to prepare a mixture. The LiOH · H 2 O content of the mixture was added in excess of 10 wt% so that 110 parts by weight of Li in 100 parts by weight of Li in the solid electrolyte in which the content of Li in LiOH · H 2 O was generated. The mixture was calcined at 900 ° C. for 2 hours and then pulverized, so that Li 6 doped with aluminum (Al) 0.05 mole and gallium (Ga) 0.2 mole . 25 Al 0 . 05 Ga 0 . A 2 La 3 Zr 2 O 12 solid electrolyte was prepared.

이어서, 상기 하소된 분말에 대해 성형 몰드로 펠렛을 제작한 후 1,200℃에서 5시간 동안 소결하여 펠렛 소결체를 제조하였다.Subsequently, pellets were produced by using a molding mold for the calcined powder, and then sintered at 1,200 ° C for 5 hours to prepare pellet sintered bodies.

실시예Example 4: Al  4: Al 0.1mole0.1mole 및 Ga  And Ga 0.2mole0.2mole 도핑된Doped 고체전해질Solid electrolyte  And 펠렛Pellet 소결체 제조 Sintered body manufacturing

출발물질인 란타늄 질산염(La(NO3)3·6H2O), 지르코늄 염산염(ZrOCl2·2H2O), 알루미늄 질산염(Al(NO3)3·9H2O) 및 갈륨 질산염(Ga(NO3)3·9H2O)을 그들의 금속원소인 La:Zr:Al:Ga의 몰비율이 3:2:0.1:0.2가 되도록 증류수에 용해시켜 출발물질이 1몰 농도인 출발물질 용액을 제조하였다. Starting materials are lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 · 6H 2 O), zirconium hydrochloride (ZrOCl 2 · 2H 2 O), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) and gallium nitrate (Ga (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) was dissolved in distilled water so that the molar ratio of their metal elements La: Zr: Al: Ga was 3: 2: 0.1: 0.2 to prepare a starting material solution having a starting material concentration of 1 mol. .

도 2를 참조하면, 쿠에트 테일러 와류 반응기를 사용하여 고체전해질을 제조하였다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기는 용액주입부(1), 온도조절용액 토출부(2), 온도조절용액 주입부(3), 반응용액드레인부(4), 반응물(슬러리형태) 토출부(5), 교반봉(6), 용액반응부(7), 반응용액 온도 조절부(8)를 포함한다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기의 주입부(1)를 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 1,000 rpm으로 하여 공침시켜 액상 슬러리 형태의 전구체 슬러리를 토출부(5)로 토출하였다. Referring to FIG. 2, a solid electrolyte was prepared using a Kuet Taylor vortex reactor. The Kuet Taylor vortex reactor includes a solution injection part (1), a temperature control solution discharge part (2), a temperature control solution injection part (3), a reaction solution drain part (4), and a reactant (slurry form) discharge part (5). , A stirring rod (6), a solution reaction unit (7), a reaction solution temperature control unit (8). An appropriate amount of the starting material solution, 0.6 mol of ammonia water, and an aqueous sodium hydroxide solution is added as a complexing agent through the injection section 1 of the Kuet Taylor vortex reactor so that the pH is adjusted to 11 and the reaction temperature is 25 ° C. The reaction time was 4 hr, and the stirring speed of the stirring rod was co-precipitated at 1,000 rpm to discharge the precursor slurry in the form of a liquid slurry to the discharge portion 5.

상기 전구체 슬러리를 정제수로 세척한 후, 24시간 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 110중량부가 되도록 10 wt% 과잉 투입하였다. 상기 혼합물을 900℃에서 2시간 동안 하소한 후 분쇄하여 알루미늄(Al)이 0.1mole, 갈륨(Ga)이 0.2mole 도핑된 Li6 . 1Al0 . 1Ga0 . 2La3Zr2O12 고체전해질을 제조하였다. The precursor slurry was washed with purified water and dried for 24 hours. After pulverizing the dried precursor with a ball mill, excess LiOHH 2 O was added and mixed with a ball mill to prepare a mixture. The LiOH · H 2 O content of the mixture was added in excess of 10 wt% so that 110 parts by weight of Li in 100 parts by weight of Li in the solid electrolyte in which the content of Li in LiOH · H 2 O was generated. The mixture was calcined at 900 ° C. for 2 hours and then pulverized, so that Li 6 doped with 0.1 mol of aluminum (Al) and 0.2 mol of gallium (Ga) . 1 Al 0 . 1 Ga 0 . A 2 La 3 Zr 2 O 12 solid electrolyte was prepared.

이어서, 상기 하소된 분말에 대해 성형 몰드로 펠렛을 제작한 후 1,200℃에서 5시간 동안 소결하여 펠렛 소결체를 제조하였다.Subsequently, pellets were produced by using a molding mold for the calcined powder, and then sintered at 1,200 ° C for 5 hours to prepare pellet sintered bodies.

실시예 5: 실시예 1을 이용한 복합고체전해질 시트 제조Example 5: Preparation of composite solid electrolyte sheet using Example 1

실시예 1에 따라 제조된 Al-Ga-LLZO 및 폴리에틸렌옥사이드(PEO, 용융온도: 65℃) 전체 중량(Al-Ga-LLZO + PEO)에 대해 Al-Ga-LLZO의 함량이 70wt%가 되도록 Al-Ga-LLZO와 PEO 고체전해질 바인더를 칭량하고, 싱키 혼합기(Thinky mixer)를 이용하여 2,000rpm으로 15분 동안 교반하여 혼합물을 제조하였다.Al-Ga-LLZO and polyethylene oxide (PEO, melting temperature: 65 ° C) prepared according to Example 1, Al-Ga-LLZO content is 70 wt% based on the total weight (Al-Ga-LLZO + PEO) -Ga-LLZO and PEO solid electrolyte binder were weighed and stirred at 2,000 rpm for 15 minutes using a Sinky mixer to prepare a mixture.

이때, 상기 PEO 고체전해질 바인더는 PEO, ACN 및 LiClO4 를 포함하는 혼합 용액이며, 또한 상기 PEO 고체전해질 바인더는 이온전도성을 가지도록 설계하였으며, PEO와 LiClO4의 함량비가 [PEO] : [LiClO4] = 15 : 1이 되도록 하였다.At this time, the PEO solid electrolyte binder is a mixed solution containing PEO, ACN and LiClO 4 , and the PEO solid electrolyte binder is designed to have ion conductivity, and the content ratio of PEO and LiClO 4 is [PEO]: [LiClO 4 ] = 15: 1.

상기 혼합물에 ACN을 혼합하고, 싱키 혼합기로 교반하여 적절한 점도로 조절하였다. 다음으로, 5mm 지르콘 볼을 첨가하고 싱키 혼합기로 2,000rpm으로 15분 동안 교반하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리는 PET(polyethylene terephthalate) 필름 상에 캐스팅하고 상온 건조하였으며, 그 두께가 150㎛가 되도록 조절하여 복합고체전해질 시트를 제조하였다.ACN was mixed with the mixture, and the mixture was stirred with a syncy mixer to adjust the viscosity. Next, a slurry was prepared by adding 5 mm zircon balls and stirring at 2,000 rpm for 15 minutes with a Sinky mixer. The slurry was cast on a PET (polyethylene terephthalate) film, dried at room temperature, and adjusted to a thickness of 150 μm to prepare a composite solid electrolyte sheet.

실시예 6: 실시예 3을 이용한 복합고체전해질 시트 제조Example 6: Preparation of a composite solid electrolyte sheet using Example 3

실시예 1에 따라 제조된 Al-Ga-LLZO 대신에 실시예 3에 따라 제조된 Al-Ga-LLZO을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 복합고체전해질 시트를 제조하였다.A composite solid electrolyte sheet was prepared in the same manner as in Example 5, except that Al-Ga-LLZO prepared according to Example 3 was used instead of Al-Ga-LLZO prepared according to Example 1.

비교예 1: Al 0.25mole 도핑된 고체전해질 및 펠렛 소결체 제조Comparative Example 1: Preparation of Al 0.25mole doped solid electrolyte and pellet sintered body

출발물질인 란타늄 질산염(La(NO3)3·6H2O), 지르코늄 염산염(ZrOCl2·2H2O) 및 알루미늄 질산염(Al(NO3)3·9H2O)을 그들의 금속원소인 La:Zr:Al의 몰비율이 3:2:0.25가 되도록 증류수에 용해시켜 출발물질이 1몰 농도인 출발물질 용액을 제조하였다. The starting materials lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 · 6H 2 O), zirconium hydrochloride (ZrOCl 2 · 2H 2 O) and aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) are their metal elements La: A starting material solution having a starting material concentration of 1 mol was prepared by dissolving Zr: Al in distilled water so that the molar ratio was 3: 2: 0.25.

도 2를 참조하면, 쿠에트 테일러 와류 반응기를 사용하여 고체전해질을 제조하였다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기는 용액주입부(1), 온도조절용액 토출부(2), 온도조절용액 주입부(3), 반응용액드레인부(4), 반응물(슬러리형태) 토출부(5), 교반봉(6), 용액반응부(7), 반응용액 온도 조절부(8)를 포함한다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기의 주입부(1)를 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 1,000 rpm으로 하여 공침시켜 액상 슬러리 형태의 전구체 슬러리를 토출부(5)로 토출하였다. Referring to FIG. 2, a solid electrolyte was prepared using a Kuet Taylor vortex reactor. The Kuet Taylor vortex reactor includes a solution injection part (1), a temperature control solution discharge part (2), a temperature control solution injection part (3), a reaction solution drain part (4), and a reactant (slurry form) discharge part (5). , A stirring rod (6), a solution reaction unit (7), a reaction solution temperature control unit (8). An appropriate amount of the starting material solution, 0.6 mol of ammonia water, and an aqueous sodium hydroxide solution is added as a complexing agent through the injection section 1 of the Kuet Taylor vortex reactor so that the pH is adjusted to 11 and the reaction temperature is 25 ° C. The reaction time was 4 hr, and the stirring speed of the stirring rod was co-precipitated at 1,000 rpm to discharge the precursor slurry in the form of a liquid slurry to the discharge portion 5.

상기 전구체 슬러리를 정제수로 세척한 후, 24시간 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 110중량부가 되도록 10 wt% 과잉 투입하였다. 상기 혼합물을 900℃에서 2시간 동안 하소한 후 분쇄하여 알루미늄(Al)이 0.25mole 도핑된 Li6.25Al0.25La3Zr2O12 고체전해질을 제조하였다. The precursor slurry was washed with purified water and dried for 24 hours. After pulverizing the dried precursor with a ball mill, excess LiOHH 2 O was added and mixed with a ball mill to prepare a mixture. The LiOH · H 2 O content of the mixture was added in excess of 10 wt% so that 110 parts by weight of Li in 100 parts by weight of Li in the solid electrolyte in which the content of Li in LiOH · H 2 O was generated. The mixture was calcined at 900 ° C. for 2 hours and then pulverized to prepare Li 6.25 Al 0.25 La 3 Zr 2 O 12 solid electrolyte doped with aluminum (Al) 0.25 mole.

이어서, 상기 하소된 분말에 대해 성형 몰드로 펠렛을 제작한 후 1,200℃에서 5시간 동안 소결하여 펠렛 소결체를 제조하였다.Subsequently, pellets were produced by using a molding mold for the calcined powder, and then sintered at 1,200 ° C for 5 hours to prepare pellet sintered bodies.

비교예 2: Ga 0.25mole 도핑된 고체전해질 및 펠렛 소결체 제조Comparative Example 2: Preparation of Ga 0.25mole doped solid electrolyte and pellet sintered body

출발물질인 란타늄 질산염(La(NO3)3·6H2O), 지르코늄 염산염(ZrOCl2·2H2O) 및 갈륨 질산염(Ga(NO3)3·9H2O)을 그들의 금속원소인 La:Zr:Ga의 몰비율이 3:2:0.25가 되도록 증류수에 용해시켜 출발물질이 1몰 농도인 출발물질 용액을 제조하였다. The starting materials lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 · 6H 2 O), zirconium hydrochloride (ZrOCl 2 · 2H 2 O) and gallium nitrate (Ga (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) are their metal elements, La: A starting material solution having a starting material concentration of 1 mol was prepared by dissolving in distilled water so that the molar ratio of Zr: Ga is 3: 2: 0.25.

도 2를 참조하면, 쿠에트 테일러 와류 반응기를 사용하여 고체전해질을 제조하였다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기는 용액주입부(1), 온도조절용액 토출부(2), 온도조절용액 주입부(3), 반응용액드레인부(4), 반응물(슬러리형태) 토출부(5), 교반봉(6), 용액반응부(7), 반응용액 온도 조절부(8)를 포함한다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기의 주입부(1)를 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 1,000 rpm으로 하여 공침시켜 액상 슬러리 형태의 전구체 슬러리를 토출부(5)로 토출하였다. Referring to FIG. 2, a solid electrolyte was prepared using a Kuet Taylor vortex reactor. The Kuet Taylor vortex reactor includes a solution injection part (1), a temperature control solution discharge part (2), a temperature control solution injection part (3), a reaction solution drain part (4), and a reactant (slurry form) discharge part (5). , A stirring rod (6), a solution reaction unit (7), a reaction solution temperature control unit (8). An appropriate amount of the starting material solution, 0.6 mol of ammonia water, and an aqueous sodium hydroxide solution is added as a complexing agent through the injection section 1 of the Kuet Taylor vortex reactor so that the pH is adjusted to 11 and the reaction temperature is 25 ° C. The reaction time was 4 hr, and the stirring speed of the stirring rod was co-precipitated at 1,000 rpm to discharge the precursor slurry in the form of a liquid slurry to the discharge portion 5.

상기 전구체 슬러리를 정제수로 세척한 후, 24시간 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 110중량부가 되도록 10 wt% 과잉 투입하였다. 상기 혼합물을 900℃에서 2시간 동안 하소한 후 분쇄하여 갈륨(Ga)이 0.25mole 도핑된 Li6.25Ga0.25La3Zr2O12 고체전해질을 제조하였다. The precursor slurry was washed with purified water and dried for 24 hours. After pulverizing the dried precursor with a ball mill, excess LiOHH 2 O was added and mixed with a ball mill to prepare a mixture. The LiOH · H 2 O content of the mixture was added in excess of 10 wt% so that 110 parts by weight of Li in 100 parts by weight of Li in the solid electrolyte in which the content of Li in LiOH · H 2 O was generated. The mixture was calcined at 900 ° C. for 2 hours and then pulverized to prepare Li 6.25 Ga 0.25 La 3 Zr 2 O 12 solid electrolyte doped with gallium (Ga) 0.25 mole.

이어서, 상기 하소된 분말에 대해 성형 몰드로 펠렛을 제작한 후 1,200℃에서 5시간 동안 소결하여 펠렛 소결체를 제조하였다.Subsequently, pellets were produced by using a molding mold for the calcined powder, and then sintered at 1,200 ° C for 5 hours to prepare pellet sintered bodies.

비교예 3: 비교예 1을 이용한 복합고체전해질 시트 제조Comparative Example 3: Preparation of a composite solid electrolyte sheet using Comparative Example 1

실시예 1에 따라 제조된 Al-Ga-LLZO 대신에 비교예 1에 따라 제조된 Al-LLZO을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 복합고체전해질 시트를 제조하였다.A composite solid electrolyte sheet was prepared in the same manner as in Example 5, except that Al-LLZO prepared according to Comparative Example 1 was used instead of Al-Ga-LLZO prepared according to Example 1.

비교예 4: 비교예 2를 이용한 복합고체전해질 시트 제조Comparative Example 4: Preparation of a composite solid electrolyte sheet using Comparative Example 2

실시예 1에 따라 제조된 Al-Ga-LLZO 대신에 비교예 2에 따라 제조된 Ga-LLZO을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 복합고체전해질 시트를 제조하였다.A composite solid electrolyte sheet was prepared in the same manner as in Example 5, except that Ga-LLZO prepared according to Comparative Example 2 was used instead of Al-Ga-LLZO prepared according to Example 1.

[시험예][Test Example]

시험예 1: 이온전도도 및 비저항 측정Test Example 1: Measurement of ion conductivity and specific resistance

실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 펠렛 소결체에 대해 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 방법으로 이온전도도, 비저항을 측정한 결과를 각각 표 1 및 도 3에 나타내었다.Tables 1 and 3 show the results of measuring ionic conductivity and specific resistance by the Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) method for the pellet sintered bodies prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.

LLZO Doping 조성
(Al:Ga, 몰비)
LLZO doping composition
(Al: Ga, molar ratio)
비저항 (Ω.cm)Specific resistance (Ω.cm) 이온전도도 (S/cm) at R.TIon conductivity (S / cm) at R.T
실시예 1Example 1 0.20:0.050.20: 0.05 16271627 6.15 x 10-4 6.15 x 10 -4 실시예 2Example 2 0.20:0.100.20: 0.10 25922592 3.86 x 10-4 3.86 x 10 -4 실시예 3Example 3 0.05:0.200.05: 0.20 873873 1.14 x 10-3 1.14 x 10 -3 실시예 4Example 4 0.10:0.200.10: 0.20 23782378 4.21 x 10-4 4.21 x 10 -4 비교예 1Comparative Example 1 0.25:0.000.25: 0.00 33043304 3.03 x 10-4 3.03 x 10 -4 비교예 2Comparative Example 2 0.00:0.250.00: 0.25 954954 1.05 x 10-3 1.05 x 10 -3

표 1 및 도 3을 참조하면 알루미늄(Al)을 도핑한 비교예 1의 이온전도도 3.03 x 10-4 S/cm에 대해 갈륨(Ga)을 일정 비율로 변경하여 합성한 결과 Ga 조성을 증가시킴으로써 실시예 3의 Li6 . 25Al0 . 05Ga0 . 2La3Zr2O12의 이온전도도가 1.14 x 10-3 S/cm까지 증가한 것을 확인할 수 있었다.Referring to Table 1 and FIG. 3, the ion composition of Comparative Example 1 doped with aluminum (Al) was changed to gallium (Ga) at a specific ratio with respect to 3.03 x 10 -4 S / cm. 3 of Li 6 . 25 Al 0 . 05 Ga 0 . It was confirmed that the ion conductivity of 2 La 3 Zr 2 O 12 increased to 1.14 x 10 -3 S / cm.

도핑함량이 0.25에서 0.3으로 증가하는 조성인 실시예 2 및 실시예 4는 Ga 함량의 증가에도 불구하고 이온전도도의 증가폭이 매우 적은 것을 확인할 수 있었다. Al, Ga 조성에서 Ga 함량을 증가시킬 경우 코스트 상승 요인이 되어 Ga 함량을 최소화하여 합성하는 연구가 요구된다.It was confirmed that in Examples 2 and 4, in which the doping content was increased from 0.25 to 0.3, the increase in ionic conductivity was very small despite the increase in the Ga content. In the case of increasing the Ga content in the Al and Ga compositions, it is a factor of cost increase and a study is required to synthesize the Ga content by minimizing it.

시험예 2: 공정 및 도핑원소 조성에 따른 LLZO 소재의 결정구조 특성(XRD)Test Example 2: Crystal structure characteristics (XRD) of LLZO material according to the process and doping element composition

실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 고체전해질 분말에 대한 XRD 분석 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4를 참조하면 비교예 1의 경우 불순물 피크가 확인되고 일부 테트라고날(Tetragonal) 피크도 관찰되는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 실시예 1 내지 4, 비교예 2는 Ga 함량 증가에 따라 전형적인 Cubic 구조를 나타내고 있었다.XRD analysis results for the solid electrolyte powders prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in FIG. 4. Referring to FIG. 4, in the case of Comparative Example 1, it was confirmed that an impurity peak was observed, and some tetragonal peaks were also observed. However, Examples 1 to 4 and Comparative Example 2 showed typical Cubic structures with increasing Ga content.

시험예 3: 공정 및 도핑원소 조성에 따른 LLZO 펠렛의 소결 특성(SEM)Test Example 3: Sintering characteristics of LLZO pellets according to the process and doping element composition (SEM)

실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 펠렛 소결체의 단면에 대한 SEM 관찰 결과를 도 5에 나타내었다. 비교예 1 및 실시예 1의 경우 펠렛의 단면은 입자의 Grain boundary가 명확하게 관찰되는 특성으로 소결이 충분하게 이루어지지 않은 것을 확인할 수 있었다. Ga 도핑 함량 증가에 따라 소결특성은 향상되며 실시예 2 내지 4, 비교예 2에서 거의 유사한 소결특성이 관찰되었다. 소결특성만이 이온전도성을 결정하는 것이 아니고, 도핑되는 이종원소가 0.25몰비로 제어되면서 소결이 향상되는 조건인 실시예 3 및 비교예 2의 이온전도값에서 확인할 수 있다.The results of SEM observation of the cross-sections of the pellet sintered bodies prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in FIG. 5. In the case of Comparative Example 1 and Example 1, the cross-section of the pellet was a property in which grain boundaries of particles were clearly observed, and it was confirmed that sintering was not sufficiently performed. As the Ga doping content increased, the sintering properties improved and almost similar sintering properties were observed in Examples 2 to 4 and Comparative Example 2. The sintering characteristics alone do not determine the ion conductivity, and can be confirmed from the ion conductivity values of Examples 3 and 2, which are conditions under which sintering is improved while the doped heterogeneous elements are controlled at a 0.25 mole ratio.

시험예 4: 복합고체전해질 필름 시트의 LSV 특성평가Test Example 4: Evaluation of LSV characteristics of the composite solid electrolyte film sheet

도 6은 실시예 5, 6 및 비교예 3, 4에 따라 제조된 복합고체전해질 시트에 대해 LSV(Linear Sweep Voltammetry)에 의한 고전위 안정성을 평가한 그래프이다. 도 6을 참조하면 실시예 5의 경우 실시예 6, 비교예 3, 4에 비해 전기화학적 산화전위가 약 0.5V 이상 (+) 방향으로 이동해 5.0V 이상 전위에서 발생하는 현상이 관찰되었다. 즉 Al 0.2 몰비에 Ga 0.05 몰비로 합성된 Li6 . 25Al0 . 2Ga0 . 05La3Zr2O12 조성의 LLZO 분말 적용 복합고체전해질 시트의 경우 전기화학적 전위안정성이 가장 우수한 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 그러나, Al 0.25 몰비 조성으로 설계된 LLZO 분말 적용 복합고체전해질 시트인 비교예 1은 4.75V 부근에서 산화피크가 시작되어, Ga 0.05 몰비 도핑 여부가 산화피크를 (+) 방향으로 이동시키는데 큰 역할을 하고 있음을 알 수 있다. 이온전도도는 Ga 도핑 함량이 비교적 높은 실시예 3 또는 비교예 2에 의해 제조된 LLZO의 경우 ~10-3 S/cm 수준으로 우수한 특성을 보였으나, 고전위 안정성은 상대적으로 감소하는 특성을 확인하였으며, Al 도핑 함량이 상대적으로 높은 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 LLZO의 경우 ~10-4 S/cm의 이온전도도 특성을 보이나, 고전위 안정성은 상대적으로 향상되는 특성을 확인하였다. 따라서 셀이 요구하는 특성에 따라 이온전도도가 중요한 인자일 경우 Ga 도핑 함량을 증가시키고, 전위창 인자를 더 중요시할 경우에는 Al 도핑 함량을 증가시키는 조건이 요구되며, 두 조건을 동시에 만족하기 위해서는 Al-Ga을 적절한 조성으로 도핑하는 조건이 요구되며, 본 발명에서는 이온전도도 및 전위창을 동시에 만족하는 특성은 실시예 1에 의한 조성으로 제조된 LLZO를 적용한 복합고체전해질 시트인 실시예 5가 가장 우수한 특성을 나타내고 있다.6 is a graph evaluating the high potential stability by Linear Sweep Voltammetry (LSV) for the composite solid electrolyte sheets prepared according to Examples 5 and 6 and Comparative Examples 3 and 4. Referring to FIG. 6, in the case of Example 5, a phenomenon in which the electrochemical oxidation potential shifted in the direction of about 0.5 V or more (+) compared to Example 6 and Comparative Examples 3 and 4 occurred at a potential of 5.0 V or more was observed. In other words, Li 6 synthesized at a molar ratio of 0.2 to 0.05 molar ratio of Ga . 25 Al 0 . 2 Ga 0 . 05 It can be seen that the composite solid electrolyte sheet with LLZO powder of La 3 Zr 2 O 12 composition exhibits the best electrochemical potential stability. However, in Comparative Example 1, which is an LLZO powder-applied composite solid electrolyte sheet designed with an Al 0.25 molar ratio composition, the oxidation peak started at around 4.75 V, and Ga 0.05 molar ratio doping played a large role in moving the oxide peak in the (+) direction. You can see that there is. In the case of LLZO prepared by Example 3 or Comparative Example 2 having a relatively high Ga doping content, ionic conductivity showed excellent properties at a level of ~ 10 -3 S / cm, but the high potential stability was confirmed to be relatively reduced. , In the case of LLZO prepared by Example 1 and Comparative Example 1 having a relatively high Al doping content, the ion conductivity of ~ 10 -4 S / cm was shown, but the high potential stability was confirmed to be relatively improved. Therefore, depending on the characteristics required by the cell, if the ion conductivity is an important factor, the Ga doping content is increased, and when the potential window factor is more important, the Al doping content is required. To satisfy the two conditions at the same time, Al -Conditions for doping Ga with an appropriate composition are required, and in the present invention, the characteristic that satisfies the ionic conductivity and the potential window at the same time is Example 5, the composite solid electrolyte sheet using LLZO prepared with the composition according to Example 1, is the best. It shows characteristics.

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 indicated by the following claims rather than the above detailed description, and it should be interpreted that all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are included in the scope of the present invention. do.

Claims (17)

(a) 란타늄 질산염 수화물(La(NO3)3·xH2O), 지르코늄 염산염 수화물(ZrOCl2·xH2O), 알루미늄 질산염 수화물(Al(NO3)3·xH2O) 및 갈륨 질산염 수화물(Ga(NO3)3·xH2O)을 포함하고, x는 각각 독립적으로 1 내지 9의 정수 중 어느 하나인 금속 수용액과, 착화제와, pH 조절제가 혼합된 혼합 용액을 공침 반응시켜 고체전해질 전구체 슬러리를 제조하는 단계;
(b) 상기 고체전해질 전구체 슬러리를 세척하고 건조하여 고체전해질 전구체를 제조하는 단계;
(c) 상기 고체전해질 전구체를 리튬 소스와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
(d) 상기 혼합물을 600 내지 1,000℃에서 하소(calcination)하여 하기 화학식 1로 표시되는 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(lithium lanthanum zirconium oxide, LLZO) 고체전해질을 제조하는 단계; 및
(e) 상기 고체전해질을 1,000 내지 1,300℃에서 소결(sintering)하는 단계;를 포함하고,
상기 단계 (a)가 쿠에트 테일러 와류 반응기에서 수행되고,
상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질은 상기 알루미늄(Al)과 갈륨(Ga)의 몰비가 5:22 내지 5:18인 것인 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질의 제조방법:
[화학식 1]
LixAlyGazLawZruO12 (5≤x≤9, 0<y≤4, 0<z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)
(a) lanthanum nitrate hydrate (La (NO 3) 3 · xH 2 O), zirconium hydrochloride hydrate (ZrOCl 2 · xH 2 O) , aluminum nitrate hydrate (Al (NO 3) 3 · xH 2 O) and gallium nitrate hydrate (Ga (NO 3 ) 3 · xH 2 O), and x is a solid solution by coprecipitating a mixed solution of a metal aqueous solution, a complexing agent, and a pH adjusting agent, each independently being an integer of 1 to 9, Preparing an electrolyte precursor slurry;
(b) washing and drying the solid electrolyte precursor slurry to prepare a solid electrolyte precursor;
(c) mixing the solid electrolyte precursor with a lithium source to prepare a mixture;
(d) The mixture is calcined at 600 to 1,000 ° C. to prepare a lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) represented by Chemical Formula 1 below. To do; And
(e) sintering the solid electrolyte at 1,000 to 1,300 ° C;
Step (a) is carried out in a Kuet Taylor vortex reactor,
The aluminum (Al) and gallium (Ga) doped LLZO solid electrolytes have aluminum (Al) and gallium (Ga) in which the molar ratio of the aluminum (Al) and gallium (Ga) is 5:22 to 5:18. Method for preparing doped LLZO solid electrolyte:
[Formula 1]
Li x Al y Ga z La w Zr u O 12 (5≤x≤9, 0 <y≤4, 0 <z≤4, 2≤w≤4, 1≤u≤3)
제1항에 있어서,
상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질이 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질의 제조방법.
[화학식 2]
Li7-3(x+y)AlxGayLa3Zr2O12 (0<x<0.4, 0<y<0.4, 0.1≤x+y≤0.4)
According to claim 1,
A method of manufacturing an LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga), wherein the LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga) is represented by the following Chemical Formula 2.
[Formula 2]
Li 7-3 (x + y) Al x Ga y La 3 Zr 2 O 12 (0 <x <0.4, 0 <y <0.4, 0.1≤x + y≤0.4)
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질은 이온전도도가 1.14 x 10-3 이고, 단일상의 큐빅 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질의 제조방법.
According to claim 1,
The aluminum (Al) and gallium (Ga) doped LLZO solid electrolyte has an ionic conductivity of 1.14 x 10 -3 and has a single phase cubic structure, and the aluminum (Al) and gallium (Ga) doped LLZO Method for preparing solid electrolyte.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
단계 (c)의 리튬 소스의 리튬원소의 몰수(M1)에 대한 단계 (a)의 금속 수용액의 알루미늄원소 및 갈륨원소의 몰수의 합(M2)의 비(M1:M2)를 조절하여 상기 화학식 1의 리튬원소의 몰수(m1)에 대한 알루미늄원소 및 갈륨원소의 몰수의 합(m2)의 비(m1:m2)를 6.7:0.1 내지 5.8:0.4가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질의 제조방법.
According to claim 1,
Formula (1) by adjusting the ratio (M1: M2) of the sum (M2) of the number of moles of the aluminum element and the gallium element of the metal aqueous solution of step (a) to the mole number (M1) of the lithium element of the lithium source of step (c) Aluminum (Al), characterized in that the ratio of the sum of the number of moles of aluminum elements and gallium elements (m2) (m1: m2) to the number of moles of lithium elements (m1) of 6.7: 0.1 to 5.8: 0.4 Method for manufacturing LLZO solid electrolyte doped with gallium (Ga).
제1항에 있어서,
단계 (c)의 리튬 소스의 리튬원소의 몰수(M1)에 대한 단계 (a)의 금속 수용액의 알루미늄원소 및 갈륨원소의 몰수의 합(M2)의 비(M1:M2)를 조절하여 상기 화학식 1의 리튬원소의 몰수(m1)에 대한 알루미늄원소 및 갈륨원소의 몰수의 합(m2)의 비(m1:m2)를 6.4:0.2 내지 6.1:0.3가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질의 제조방법.
According to claim 1,
Formula (1) by adjusting the ratio (M1: M2) of the sum (M2) of the number of moles of the aluminum element and the gallium element of the metal aqueous solution of step (a) to the mole number (M1) of the lithium element of the lithium source of step (c) Aluminum (Al), characterized in that the ratio of the sum of the number of moles of aluminum elements and gallium elements (m2) (m1: m2) to the number of moles of lithium elements (m1) of 6.4: 0.2 to 6.1: 0.3 and Method for manufacturing LLZO solid electrolyte doped with gallium (Ga).
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 착화제가 수산화암모늄(NH4·OH)인 것을 특징으로 하는 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질의 제조방법.
According to claim 1,
The complexing agent is ammonium hydroxide (NH 4 · OH), characterized in that the aluminum (Al) and gallium (Ga) doped LLZO solid electrolyte manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 pH 조절제가 수산화나트륨(NaOH)인 것을 특징으로 하는 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질의 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing an LLZO solid electrolyte doped with aluminum (Al) and gallium (Ga), characterized in that the pH adjusting agent is sodium hydroxide (NaOH).
제1항에 있어서,
상기 리튬 소스가 수산화리튬수화물(LiOH·H2O)인 것을 특징으로 하는 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 LLZO 고체전해질의 제조방법.
According to claim 1,
The lithium source is a lithium hydroxide hydrate (LiOH · H 2 O) characterized in that the aluminum (Al) and gallium (Ga) doped LLZO solid electrolyte manufacturing method.
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WO2017135461A1 (en) * 2016-02-05 2017-08-10 株式会社村田製作所 Solid electrolyte and all-solid-state battery

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