KR102193945B1 - Method of manufacturing a solid electrolyte layer and electrode composite layer containing a sulfide-based solid electrolyte - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 전극복합체층의 제조방법 및 이를 포함하는 전고체전지에 있어서, 황화물계 비정질 고체전해질을 준비하는 단계와; 상기 황화물계 비정질 고체전해질을 포함하는 슬러리를 제조하는 단계와; 상기 슬러리를 집전체에 도포한 후 열처리 및 압착하여 고체전해질을 결정화하는 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 비정질 고체전해질을 집전체에 도포한 후 열처리 및 압착을 통해 비정질을 결정질 또는 유리-결정질로 결정화함으로써 고체전해질 입자간 및 고체전해질 입자와 활물질 입자간의 분산도, 치밀도, 이온전도도 특성을 향상시킬 수 있다.The present invention provides a method for producing a solid electrolyte layer and an electrode composite layer including a sulfide-based solid electrolyte, and an all-solid-state battery comprising the same, comprising: preparing a sulfide-based amorphous solid electrolyte; Preparing a slurry containing the sulfide-based amorphous solid electrolyte; The technical summary is to include the step of crystallizing a solid electrolyte by applying the slurry to a current collector, followed by heat treatment and compression. Accordingly, the dispersion, density, and ionic conductivity characteristics between solid electrolyte particles and between solid electrolyte particles and active material particles are improved by crystallizing amorphous into crystalline or glass-crystalline through heat treatment and compression after applying amorphous solid electrolyte to the current collector. I can make it.

Description

황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 전극복합체층의 제조방법{Method of manufacturing a solid electrolyte layer and electrode composite layer containing a sulfide-based solid electrolyte}Method of manufacturing a solid electrolyte layer and electrode composite layer containing a sulfide-based solid electrolyte}

본 발명은 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 전극복합체층의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비정질 상태의 고체전해질을 집전체에 도포한 후 열처리 및 압착을 통해 비정질을 결정질 또는 유리-결정질로 결정화함으로써 고체전해질 입자간 및 고체전해질 입자와 활물질 입자간의 분산도, 치밀도, 이온전도도 특성을 향상시킬 수 있는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 전극복합체층의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a solid electrolyte layer including a sulfide-based solid electrolyte and an electrode composite layer, and more particularly, after applying a solid electrolyte in an amorphous state to a current collector, heat treatment and compression to make amorphous or free -A method of manufacturing a solid electrolyte layer containing a sulfide-based solid electrolyte and an electrode composite layer capable of improving dispersion, density, and ionic conductivity properties between solid electrolyte particles and between solid electrolyte particles and active material particles by crystallization into crystalline will be.

이차전지는 주로 모바일기기나 노트북 컴퓨터 등의 소형 분야에 적용되어 왔지만 최근에는 그 적용방향이 중대형 분야로 확장되고 있으며, 주로 에너지저장장치(energy storage system, ESS) 또는 전기자동차 (electric vehicle, EV) 등과 관련하여 고에너지 및 고출력이 요구되는 분야로 확장되고 있다. 이러한 중대형 이차전지의 경우 소형과는 달리 온도, 충격 등과 같은 작동환경이 가혹할 뿐만 아니라 더욱 많은 전지를 사용해야 하기 때문에 우수한 성능이나 적절한 가격과 함께 안전성이 확보될 필요가 있다. 현재 상용화된 대부분의 이차전지는 리튬염을 유기용매에 녹인 유기액체 전해질을 이용하고 있기 때문에 누액을 비롯하여 발화 및 폭발에 대한 잠재적인 위험성을 안고 있다. Secondary batteries have been mainly applied to small-sized fields such as mobile devices and notebook computers, but in recent years, the direction of application has been expanded to mid-to-large-sized fields, mainly energy storage systems (ESS) or electric vehicles (EV). It is expanding to fields that require high energy and high output in relation to such. Unlike small-sized secondary batteries, the operating environment such as temperature and impact is severe, and since more batteries must be used, it is necessary to ensure safety along with excellent performance or an appropriate price. Since most of the secondary batteries currently commercialized use an organic liquid electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent, there is a potential risk of ignition and explosion, including leakage.

따라서 최근에는 전고체전지(all-solid-state battery)에 대한 개발이 이루어지고 있는데, 전고체전지는 불연성의 무기 고체전해질을 이용하는 전지로서 종래의 가연성 유기액체 전해질을 사용하는 리튬이차전지에 비해 열적 안정성이 높다는 장점이 있다. 전고체전지는 일반적으로 음극집전체층, 음극전극복합체층, 고체전해질층, 양극전극복합체층 및 양극집전체층의 적층 구조를 가지고 있다. 이러한 전고체전지에 대한 종래기술 중 대량생산에 적합한 공정으로는 '대한민국특허청 등록특허 제10-1506833호 슬러리, 고체 전해질층의 제조방법, 전극 활물질층의 제조 방법 및 전고체 전지의 제조 방법'과 같은 슬러리 도포 방식의 기술이 개발되고 있다. 고체전해질은 산화물계와 황화물계가 있으나 산화물계 고체전해질은 열처리 온도가 400℃ 이상으로 높아서 전극 및 전해질층의 제조 후 열처리가 불가능하므로, 본 발명의 제조방법에서는 종래기술에 기재된 것과 같이 황화물계 고체전해질 재료를 사용한다. 황화물계 고체전해질을 고체전해질의 재료로 할 때, 이온전도도가 높은 재료를 얻기 위해서 열처리 과정이 이루어져야 한다. 따라서 종래기술은 열처리 과정을 통해 제조된 결정질(crystalline) 또는 유리-결정질(glass-ceramic)의 황화물계 고체전해질 재료를 포함하는 슬러리를 준비하는 단계와, 슬러리로 고체전해질층 형성용 코팅피막을 형성하는 코팅단계와, 코팅피막을 건조시킴으로써 고체전해질층을 건조하는 단계를 포함하도록 이루어져 있다.Therefore, in recent years, development of an all-solid-state battery is being made, and the all-solid-state battery is a battery that uses a non-flammable inorganic solid electrolyte, and has thermal stability compared to a lithium secondary battery that uses a conventional combustible organic liquid electrolyte. It has the advantage of being high. An all-solid-state battery generally has a stacked structure of a negative electrode current collector layer, a negative electrode composite layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode composite layer, and a positive electrode current collector layer. Among the conventional technologies for such an all-solid-state battery, processes suitable for mass production include'Korean Intellectual Property Office Registration Patent No. 10-1506833 slurry, a method of manufacturing a solid electrolyte layer, a method of manufacturing an electrode active material layer, and a method of manufacturing an all-solid-state battery' The same slurry application technique is being developed. Solid electrolytes include oxide and sulfide, but oxide-based solid electrolytes have a high heat treatment temperature of 400°C or higher, so heat treatment is impossible after the electrode and electrolyte layers are prepared. Therefore, in the manufacturing method of the present invention, as described in the prior art, Use ingredients. When the sulfide-based solid electrolyte is used as a material of the solid electrolyte, a heat treatment process must be performed to obtain a material having high ionic conductivity. Therefore, in the prior art, a slurry containing a crystalline or glass-ceramic sulfide-based solid electrolyte material manufactured through a heat treatment process is prepared, and a coating film for forming a solid electrolyte layer is formed from the slurry. It consists of a coating step and a step of drying the solid electrolyte layer by drying the coating film.

하지만 이와 같이 결정질 또는 유리-결정질의 황화물계 고체전해질을 전해질로 적용할 경우 이온전도도가 높은 황화물계 고체전해질 재료를 얻기 위한 열처리 과정에서 입자의 조대화(coarsening)가 발생하게 된다. 따라서 슬러리의 제조를 위해서는 이를 미분화하는 추가적인 공정이 필요하게 되는데, 미분화 공정에서 고체전해질의 이온전도도가 낮아진다는 문제점이 있다.However, when a crystalline or glass-crystalline sulfide-based solid electrolyte is applied as an electrolyte, coarsening of particles occurs in the heat treatment process to obtain a sulfide-based solid electrolyte material having high ion conductivity. Therefore, in order to prepare the slurry, an additional process of pulverizing the slurry is required, but there is a problem in that the ionic conductivity of the solid electrolyte is lowered in the pulverization process.

대한민국특허청 등록특허 제10-1506833호Korean Intellectual Property Office Registration Patent No. 10-1506833 대한민국특허청 등록특허 제10-1460113호Korean Intellectual Property Office Registered Patent No. 10-1460113 대한민국특허청 공개특허 제10-2014-0073400호Republic of Korea Patent Office Publication No. 10-2014-0073400

따라서 본 발명의 목적은, 비정질 상태의 고체전해질을 집전체에 도포한 후 열처리 및 압착을 통해 비정질을 결정질 또는 유리-결정질로 결정화함으로써 고체전해질 입자간 및 고체전해질 입자와 활물질 입자간의 분산도, 치밀도, 이온전도도 특성을 향상시킬 수 있는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 전극복합체층의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to apply a solid electrolyte in an amorphous state to a current collector, and then crystallize the amorphous into crystalline or glass-crystalline through heat treatment and compression, thereby dispersing between solid electrolyte particles and between solid electrolyte particles and active material particles. Also, it is to provide a method of manufacturing a solid electrolyte layer and an electrode composite layer including a sulfide-based solid electrolyte capable of improving ionic conductivity characteristics.

상기한 목적은, Li2S, P2S5, LiX(X는 Cl, Br, I 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 원소) 등의 비정질 고체전해질의 원료를 건식 밀링, 습식 밀링, 용해 혼합 또는 반죽 혼합과 같은 방법으로 황화물계 비정질 고체전해질을 제조하는 단계와; 상기 황화물계 비정질 고체전해질을 포함하는 슬러리를 제조하는 단계와; 상기 슬러리를 집전체에 도포한 후 열처리 및 압착하여 고체전해질을 결정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 전극복합체층 제조방법에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 황화물계 비정질 고체전해질은, 결정화를 통해 10-4 내지 10-2S/cm의 이온전도도를 갖는 고체전해질로, 상기 황화물계 비정질 고체전해질은, LPSX(LixPySzX, 여기서, x, y, z는 양의 상수, X는 Cl, Br, I 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 원소, 예를 들어 Li7P2S8I, Li6PS5Cl) 조성으로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 황화물계 비정질 고체전해질은, LPSX(LixPySzX, 여기서, x, y, z는 양의 상수, X는 Cl, Br, I 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 원소) 조성의 고체전해질에 LGPS(Li10GeP2S12) 또는 LPS(Li7P3S11)계 결정질 또는 유리-결정질 고체전해질을 1 내지 50중량%로 함유하고 있거나 또는, 상기 황화물계 비정질 고체전해질은, LPSX(LixPySzX, 여기서, x, y, z는 양의 상수, X는 Cl, Br, I 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 원소) 조성의 고체전해질에 리튬(Li), 인(P), 황(S), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I)를 제외한 다른 원소가 1 내지 10중량%로 함유된 것이 바람직하며, 상기 황화물계 비정질 고체전해질은, 0.1 내지 10㎛의 입자 사이즈를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 슬러리는, 상기 황화물계 비정질 고체전해질, 바인더 및 용매로 이루어진 고체전해질 슬러리와, 상기 황화물계 비정질 고체전해질, 바인더, 도전재, 전극활물질 및 용매로 이루어진 전극복합체 슬러리이며, 상기 고체전해질을 결정화하는 단계는, 상기 전극복합체 슬러리를 도포한 후 열처리 및 압착하여 전극복합체층을 형성하고, 상기 전극복합체층의 상부에 상기 고체전해질 슬러리를 도포한 후 열처리 및 압착하여 고체전해질층을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 고체전해질을 결정화하는 단계는, 140 내지 250℃에서 열처리 및 10 내지 500MPa의 압력으로 압착하는 것이 바람직하다.
상기한 목적은 또한, 집전체와; 상기 집전체의 상부에 형성되며, 0.1 내지 10㎛ 사이즈의 황화물계 비정질 고체전해질로부터 결정화된 황화물계 결정질 또는 유리-결정질 고체전해질, 바인더, 도전재 및 활물질을 포함하는 음극복합체층 및 양극복합체층으로 이루어진 전극복합체층과; 상기 전극복합체층의 상부에 적층되며, 0.1 내지 10㎛ 사이즈의 황화물계 비정질 고체전해질로부터 결정화된 황화물계 결정질 고체전해질 또는 유리-결정질 고체전해질 및 바인더를 포함하는 고체전해질층으로 이루어지며, 상기 집전체-상기 양극복합체층-상기 고체전해질층-상기 음극복합체층-상기 집전체로 적층 형성되는 것을 특징으로 하는 전고체전지에 의해서도 달성된다.
The above object is dry milling, wet milling, dissolution mixing of raw materials of amorphous solid electrolytes such as Li 2 S, P 2 S 5 , LiX (X is any one element selected from Cl, Br, and I group). Or preparing a sulfide-based amorphous solid electrolyte by a method such as dough mixing; Preparing a slurry containing the sulfide-based amorphous solid electrolyte; It is achieved by a method for producing a solid electrolyte layer including a sulfide-based solid electrolyte and an electrode composite layer comprising the step of crystallizing the solid electrolyte by applying the slurry to a current collector, followed by heat treatment and compression.
Here, the sulfide-based amorphous solid electrolyte is a solid electrolyte having an ionic conductivity of 10 -4 to 10 -2 S/cm through crystallization, and the sulfide-based amorphous solid electrolyte is LPSX (Li x P y S z X, Here, x , y , z are positive constants, X is Cl, Br, any one element selected from group I, for example, Li 7 P 2 S 8 I, Li 6 PS 5 Cl) It is desirable.
In addition, the sulfide-based amorphous solid electrolyte is LPSX (Li x P y S z X, where x , y , z are positive constants, X is any one element selected from Cl, Br, and I group) In the solid electrolyte of the composition, LGPS (Li 10 GeP 2 S 12 ) or LPS (Li 7 P 3 S 11 )-based crystalline or glass-crystalline solid electrolyte is contained in an amount of 1 to 50% by weight, or the sulfide-based amorphous solid electrolyte Silver, LPSX (Li x P y S z X, where x , y , z are positive constants, X is Cl, Br, any one element selected from group I) in a solid electrolyte of lithium (Li ), phosphorus (P), sulfur (S), chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I) other elements other than it is preferably contained in an amount of 1 to 10% by weight, the sulfide-based amorphous solid electrolyte , It is preferable to have a particle size of 0.1 to 10㎛.
In addition, the slurry is a solid electrolyte slurry consisting of the sulfide-based amorphous solid electrolyte, a binder, and a solvent, and an electrode composite slurry consisting of the sulfide-based amorphous solid electrolyte, a binder, a conductive material, an electrode active material, and a solvent. In the step of crystallizing, the electrode composite slurry is applied, heat treated, and compressed to form an electrode composite layer, and the solid electrolyte slurry is applied to the top of the electrode composite layer, followed by heat treatment and compression to form a solid electrolyte layer. desirable.
In the step of crystallizing the solid electrolyte, it is preferable to perform heat treatment at 140 to 250° C. and compression at a pressure of 10 to 500 MPa.
The above object is also a current collector; A negative electrode composite layer and a positive electrode composite layer comprising a sulfide-based crystalline or glass-crystalline solid electrolyte crystallized from a sulfide-based amorphous solid electrolyte having a size of 0.1 to 10 μm, a binder, a conductive material, and an active material. An electrode composite layer made of; It is laminated on the top of the electrode composite layer and comprises a sulfide-based crystalline solid electrolyte crystallized from a sulfide-based amorphous solid electrolyte having a size of 0.1 to 10 μm or a solid electrolyte layer including a glass-crystalline solid electrolyte and a binder, and the current collector -The positive electrode composite layer-the solid electrolyte layer-the negative electrode composite layer-the current collector is laminated and formed by an all-solid-state battery.

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상술한 본 발명의 구성에 따르면, 비정질 상태의 고체전해질을 집전체에 도포한 후 열처리 및 압착을 통해 비정질을 결정질 또는 유리-결정질로 결정화함으로써 고체전해질 입자간 및 고체전해질 입자와 활물질 입자간의 분산도, 치밀도, 이온전도도 특성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.According to the configuration of the present invention described above, the dispersion degree between the solid electrolyte particles and between the solid electrolyte particles and the active material particles by crystallizing the amorphous into crystalline or glass-crystalline through heat treatment and compression after applying a solid electrolyte in an amorphous state to a current collector. , It is possible to obtain the effect of improving the density and ion conductivity characteristics.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고체전해질층 및 전극복합체층 제조방법의 순서도이고,
도 2는 슬러리 내에서 비정질 및 유리-결정질 고체전해질의 입자크기 분포를 나타낸 그래프이고,
도 3은 비정질 고체전해질을 열처리한 후 온도에 따른 상 변화를 나타낸 그래프이고,
도 4는 비정질 고체전해질을 열처리한 후 온도에 따른 이온전도도를 나타낸 그래프이고,
도 5는 실시예 및 비교예를 통해 제조된 전고체전지의 충방전 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a flow chart of a method for manufacturing a solid electrolyte layer and an electrode composite layer according to an embodiment of the present invention,
2 is a graph showing the particle size distribution of an amorphous and glass-crystalline solid electrolyte in a slurry,
3 is a graph showing a phase change according to temperature after heat treatment of an amorphous solid electrolyte,
4 is a graph showing ionic conductivity according to temperature after heat treatment of an amorphous solid electrolyte,
5 is a graph showing the charging and discharging results of all-solid-state batteries manufactured through Examples and Comparative Examples.

이하 본 발명에 따른 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 전극복합체층의 제조방법를 도면을 통해 상세히 설명한다.
본 발명의 전고체전지는, 집전체와, 집전체의 상부에 형성되며, 0.1 내지 10㎛ 사이즈의 황화물계 비정질 고체전해질로부터 결정화된 황화물계 결정질 또는 유리-결정질 고체전해질, 바인더, 도전재 및 활물질을 포함하는 음극복합체층 및 양극복합체층으로 이루어진 전극복합체층과, 전극복합체층의 상부에 적층되며, 0.1 내지 10㎛ 사이즈의 황화물계 비정질 고체전해질로부터 결정화된 황화물계 결정질 또는 유리-결정질 고체전해질 및 바인더를 포함하는 고체전해질층으로 이루어지며, 집전체-양극복합체층-고체전해질층-음극복합체층-집전체로 적층 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이 먼저 황화물계 비정질 고체전해질을 준비한다(S1).
황화물계 비정질 고체전해질은 Li2S, P2S5, LiX (X는 Cl, Br, I 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 원소) 등의 비정질 고체전해질의 원료를 건식 밀링, 습식 밀링, 용해 혼합 또는 반죽 혼합과 같은 방법으로 제조되며, 결정질 또는 유리-결정질이 아닌 비정질 상태의 고체전해질을 의미한다. 바람직한 황화물계 비정질 고체전해질은 결정화시 LPSX(LixPySzX, 여기서, x, y, z는 양의 상수, X는 Cl, Br, I 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 원소, 예를 들어 Li7P2S8I, Li6PS5Cl) 조성을 갖는 고체전해질이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다. 황화물계 고체전해질을 비정질이 아닌 결정질 또는 유리-결정질을 사용할 경우 결정화 과정에서 입도가 커지는 문제가 발생하게 되어 슬러리 제조시 균일한 도포가 어렵고 활물질과의 혼합에서도 균일한 분산이 어렵다. 이에 비해 비정질 황화물계 고체전해질은 결정질 또는 유리-결정질보다 입도가 작아 균일한 도포 및 균일한 분산에 유리하다. 여기서 황화물계 비정질 고체전해질은 0.1 내지 10㎛의 입자 사이즈로 존재하는 것이 바람직하다.

황화물계 비정질 고체전해질을 포함하는 슬러리를 제조한다(S2).
황화물계 비정질 고체전해질에 다른 처리를 하지 않은 비정질 상태 그대로를 바인더가 녹아있는 용매와 혼합하여 슬러리를 제조한다. 고체전해질층을 이루게 되는 고체전해질 슬러리의 경우 황화물계 비정질 고체전해질, 바인더(binder) 및 용매로 이루어지며, 전극복합체층을 형성하는 전극복합체 슬러리의 경우에는 양극활물질 또는 음극활물질, 황화물계 비정질 고체전해질, 바인더, 용매에 도전재를 추가하여 형성할 수 있다. 여기서 양극활물질 또는 음극활물질은 통상의 이차전지에 사용되는 활물질이거나 황화물계 고체전해질과의 화학적 반응성을 줄이기 위해 표면처리된 활물질을 제한 없이 사용 가능하다.
바인더는 폴리아미드이미드(polyamide-imide, PAI), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리아믹산(polyamic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide, PEO), PEPMNB(poly(ethylene-co-propylene-co-5-methylene-2-norbornene)), 폴리비닐리딘플루라이드(polyviylidene fluoride, PVDF), PVDF-HFP(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), NBR(nitrile-butadiene rubber), PS-NBR(polystyrene nitrile-butadiene rubber), PMMA-NBR(poly(methacrylate)nitrile-butadiene rubber) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다. 또한 전극복합체 슬러리에 포함되는 도전재는, 활성탄(active carbon), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 탄소섬유(carbon fiber), 그래핀(graphene), 그라파이드(graphite), 카본블랙(carbon black), 아세틸렌블랙(acetylene black), 케천블랙(ketjen black, KR), super P, 금속나노선 및 이의 혼합으로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.

슬러리를 도포한 후 열처리 및 압착하여 고체전해질을 결정화한다(S3).
전극복합체 슬러리를 집전체에 도포한 후 열처리 및 압착하여 전극복합체층을 형성하고, 전극복합체층의 상부에 고체전해질 슬러리를 도포한 후 열처리 및 압착하여 고체전해질층을 형성한다. 여기서 고체전해질층 및 전극복합체층에 포함된 고체전해질은 열처리 및 압착에 의해 비정질에서 결정질 또는 유리-결정질로 결정화된다. 즉 도전성을 가지는 금속 집전체를 준비하고 여기에 전극복합체 슬러리를 도포하는데, 슬러리는 집전체의 상부에 10 내지 500㎛의 얇은 막으로 코팅한 후 이를 건조한다. 그 다음 전극복합체 슬러리 및 금속 집전체를 바인더가 분해되거나 변형되지 않은 온도인 140 내지 250℃에서 10 내지 500MPa의 압력으로 슬러리를 가압하고 열처리한다. 더욱 바람직한 열처리 온도는 140 내지 200℃이다. 이러한 조건은 고체전해질층을 제조할 때도 동일하게 적용된다.
고체전해질층 및 전극복합체층을 형성하기 위해서는 바인더의 용융 또는 변형을 최소화할 수 있는 온도에서 결정화가 이루어져야 하는데, 열처리 온도가 140℃ 미만일 경우 고체전해질의 결정화가 제대로 이루어지지 않으며 250℃를 초과할 경우 바인더의 변형이 발생할 수 있다. 일반적으로 10-2S/cm 이상의 높은 이온전도도를 나타내는 고체전해질인 LGPS(Li10GeP2S12)계 고체전해질은 결정화 온도가 400℃ 이상이며, 10-3 내지 10-2S/cm 수준의 이온전도도를 나타내는 LPS(Li7P3S11) 상의 고체전해질도 250℃를 초과하는 온도에서 결정화가 이루어지는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 발명의 고체전해질층 및 전극복합체층에 사용될 수 있는 결정상으로는 200 내지 250℃ 사이에서 10-4 내지 10-2S/cm 리튬이온전도도를 나타내는 LPSX(LixPySzX, 여기서, x, y, z는 양의 상수, X는 Cl, Br, I 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 원소, 예를 들어 Li7P2S8I, Li6PS5Cl) 조성의 고체전해질을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 200℃ 이하의 열처리 온도에서 가장 높은 이온전도도를 나타내는 결정질 또는 유리-결정질 고체전해질을 재료로 선택하는 것이 바람직하다.
또한 비정질 LPSX 고체전해질의 이온전도도를 높이기 위해 결정질 또는 유리-결정질의 LGPS 및 LPS 고체전해질 분말을 혼합하여 고체전해질을 제조할 수도 있다. 이를 상세히 설명하면 LPSX(LixPySzX, 여기서, x, y, z는 양의 상수, X는 Cl, Br, I 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 원소) 조성의 고체전해질에 LGPS(Li10GeP2S12) 또는 LPS(Li7P3S11)계 결정질 또는 유리-결정질 고체전해질을 1 내지 50중량%로 함유하도록 혼합하는 것이다. 이 뿐만 아니라 황화물계 비정질 고체전해질은, LPSX(LixPySzX, 여기서, x, y, z는 양의 상수, X는 Cl, Br, I 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 원소) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 고체전해질에 리튬(Li), 인(P), 황(S), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I)를 제외한 다른 원소가 1 내지 10중량%로 함유된 것을 사용할 수도 있다.

비정질 입자의 높은 소성변형률에 따른 고체전해질층의 공극최소화 및 고체전해질 입자 간 계면저항 최소화를 통해 리튬이온의 이온전도도가 향상된 고체전해질층을 제조할 수 있다. 또한 비정질 고체전해질과 함께 전극활물질, 도전재, 바인더가 녹아있는 용매를 집전체에 도포하여 고체전해질층과 마찬가지로 10 내지 500㎛의 얇은 막을 형성한 후, 이를 건조하고 가압 및 열처리를 하여 전극층의 밀집도, 고체전해질의 이온전도도 및 고체전해질과 전극활물질의 접촉성을 향상시킨 전극복합체층을 제조할 수 있다. 여기서 전극복합체층은 슬러리에 포함된 전극활물질이 양극활물질일 경우 양극복합체층이 형성되며, 음극활물질일 경우 음극복합체층이 형성된다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 좀 더 구체적으로 설명한다.

<실시예>
200℃ 이하의 온도에서 이온전도도가 높은 고체전해질로 결정화가 이루어질 수 있는 황화물계 재료인 80(0.75Li2S·0.25P2S5)·20LiI 조성으로 이루어진 LPSI를 선택하였다.
우선 비정질의 LPSI 고체전해질을 얻기 위해 상기 조성에 따르는 Li2S, P2S5 및 LiI 분말 2g을 헵탄(heptane) 8g이 채워진 볼밀(ball mill) 반응용기에 넣고 직경 5mm의 지르코니아 볼(zirconia ball) 53g과 함께 500rpm으로 고에너지 습식 볼밀링(ball milling)을 시행하여 고체전해질 분말이 분산된 헵탄 용액을 얻었다. 이때 반응용기의 지나친 온도 상승을 막기 위해 30분간 작동 후 30분간 휴지하는 방식으로 10 내지 80회를 반복하였다. 비정질 고체전해질 분말은 상기 분산용액을 100℃에서 1시간 건조하여 얻을 수 있다.
이와 같은 방법으로 제조된 비정질 고체전해질 분말을 이용하여 전고체전지 실험셀을 제조하는 순서는 다음과 같다. 우선, 양극복합체층은 LiNbO3가 10nm 코팅된 LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 양극활물질이고, 고체전해질은 비정질 LPSI이며, 도전재는 super P, 바인더는 PEPMNB로 이들을 70 : 25 : 2.5 : 2.5 중량비로 헵탄에 혼합한 슬러리를 제조한다. 그 다음 슬러리를 알루미늄(Al) 집전체에 도포하고 건조한 후 압착하여 양극복합체층을 제조하였다. 이어 고체전해질층은 양극복합체층 위에 비정질 LPSI와 바인더가 분산된 헵탄 슬러리를 도포하고 건조하여 제조하였다.
이렇게 제조된 양극복합체층/고체전해질층을 동시에 200MPa의 압력으로 압착한 후 180℃에서 열처리하고, 인듐 상대전극을 취부하여 시험셀을 제조하였다. 이때 상대전극 대신 흑연과 같은 리튬이온전지용 음극활물질을 이용하여 양극복합체와 동일한 방식으로 고체전해질과 혼합하여 제조된 음극복합체 층이나 리튬금속전극을 사용함으로써 시험셀이 아닌 전고체전지를 제조할 수 있다.
반면 비교예에서는 180℃에서 먼저 열처리한 유리-결정질의 LPSI 고체전해질을 실시예의 양극복합체층 및 고체전해질층 제조방법과 동일하게 적용하여 전극복합체층 및 고체전해질층을 제조하였다. 그 후 200MPa로 압착한 후 별도의 열처리 없이 인듐 상대전극과 취부하여 실험셀을 제조하였다.

도 2는 상기 습식 볼밀 반응으로 제조된 비정질 LPSI 분말과 이를 180℃에서 열처리한 유리-결정질 LPSI 분말을 디부틸에테르(dibutyl ether)와 헵탄의 혼합용매에 재분산하여 결정화 여부에 따른 입도를 비교 분석한 것이다. 이를 통해 비정질 LPSI 분말은 주로 0.1 내지 10㎛의 입자 사이즈를 가지는 반면에, 유리-결정질 LPSI 분말은 0.1 내지 100㎛ 입자 사이즈를 가져 비정질 LPSI 분말에 비해 사이즈가 큰 것을 확인할 수 있다. 특히 결정화 단계에서 D(0.5) 입도는 2배 가량, D(0.9) 입도는 4배 가량 증가한 것을 알 수 있다. 따라서 고체전해질층 및 전극복합체층을 제조함에 있어서, 결정질 또는 유리-결정질의 고체전해질보다 입도가 작은 비정질의 고체전해질을 사용하는 것이 균일한 혼합 전극을 얻는데 유리하다. 또한 입도가 작은 비정질 입자는 고체전해질층이나 전극복합체층을 압착할 때에도 공극과 계면을 최소화하는 데 도움이 된다.
도 3은 헵탄에 분산되어 있는 비정질 LPSI를 100℃, 160℃, 180℃, 200℃, 250℃, 300℃의 온도로 아르곤(Ar) 분위기 하에서 1시간 동안 각각 건조하고, 열처리 온도를 달리하면서 결정상의 형성을 관찰한 것이다. 열처리는 아르곤 분위기 하에서 각각 3시간씩 시행하였다. 200℃ 이하인 100℃, 160℃, 180℃ 및 200℃에서는 Phase I과 Phase II의 상이 나타나는데, Phase II의 경우 Li7P2S8I 상으로 리튬이온전도도가 3×10-4S/cm 수준으로 알려져 있다. 이에 비해 250℃에서는 Phase I 상이 완전히 소멸되고 Phase III 상이 나타남을 알 수 있다.
도 4는 열처리 온도에 따른 리튬이온전도도를 온도에 따라 측정한 것을 나타낸 그래프로, 160℃에서 열처리한 고체전해질층이 가장 높은 이온전도도를 나타냄을 알 수 있다. 이는 도 3에서 140 내지 200℃ 사이에서 나타나는 Phase I 상과 관련이 있으며, 250℃ 이상에서는 Phase III 상에 의해 리튬이온전도도가 급속히 낮아지는 것을 볼 수 있다. 따라서 본 실시예에서 사용된 LPSI 조성은 바인더의 용융이나 변형이 일어나지 않는 140 내지 200℃의 낮은 온도에서 열처리를 통해 이온전도도를 향상시킬 수 있는 고체전해질로 활용될 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 실시예(example)의 방법과 비교예(comparative example)의 방법으로 각각 제조된 양극복합체층과 고체전해질층을 인듐 상대전극에 대해 충방전 속도를 달리하여 전고체전지의 특성을 평가한 그래프이다. 용량은 실시예의 첫 사이클 충전 용량에 대한 상대 값으로 표시하였으며, 속도는 rate 1 < rate 2 < rate 3으로 시험하였다. 이를 비교해보면 실시예의 실험셀에서 비교예의 실험셀보다 초기 용량 및 충방전 율특성이 우수한 전지가 제조됨을 알 수 있다.

종래의 방법에서 고체전해질층의 경우 일반적으로 리튬의 이온전도도가 높은 결정질 또는 유리-결정질 고체전해질 분말을 바인더가 녹아있는 용매에 혼합하여 수십 내지 수백 ㎛의 얇은 막으로 코팅한 후 건조하여 제조하였다. 또한 종래의 전극복합체층의 경우 음극활물질 또는 양극활물질, 결정질 또는 유리-결정질 고체전해질, 도전재를 바인더가 녹아있는 용매에 혼합하여 수십 내지 수백 마이크로미터의 얇은 막으로 코팅한 후 이를 건조하여 제조하였다. 이와 같은 방법을 통해 고체전해질층 및 전극복합체층을 형성할 경우 입도가 큰 결정질 또는 유리-결정질 고체전해질에 의해 균일도가 떨어지고 분산성과 치밀도가 좋지 않아 전지의 용량이 감소하여 고효율의 특성을 얻지 못한다는 문제점이 있다. 이에 비해 본 발명의 경우 비정질 고체전해질을 이용하여 고체전해칠층 및 전극복합체층을 형성하고 열처리 및 가압을 통해서 비정질을 결정질 또는 유리-결정질로 결정화시키게 된다. 이 경우 입도가 작은 비정질 고체전해질이 슬러리 상태에서 집전체에 도포됨으로써 고체전해질 입자간 및 고체전해질 입자와 활물질 입자간의 분산도와 치밀도를 향상시켜 최종적으로 제조되는 고체전해질층 및 전극복합체층은 높은 이온전도도를 가질 수 있으며, 이를 포함하는 전지의 용량 증가 및 고효율 특성을 가질 수 있다.
Hereinafter, a method of manufacturing a solid electrolyte layer including a sulfide-based solid electrolyte and an electrode composite layer according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The all-solid-state battery of the present invention includes a current collector and a sulfide-based crystalline or glass-crystalline solid electrolyte crystallized from a sulfide-based amorphous solid electrolyte having a size of 0.1 to 10 μm, a binder, a conductive material, and an active material. A sulfide-based crystalline or glass-crystalline solid electrolyte and a binder crystallized from a sulfide-based amorphous solid electrolyte having a size of 0.1 to 10 μm and laminated on the electrode composite layer and the electrode composite layer consisting of a negative electrode composite layer and a positive electrode composite layer including It is made of a solid electrolyte layer including, and is formed by stacking a current collector-a positive electrode composite layer-a solid electrolyte layer-a negative electrode composite layer-a current collector.
As shown in FIG. 1, first, a sulfide-based amorphous solid electrolyte is prepared (S1).
Sulfide-based amorphous solid electrolyte is dry milling, wet milling, and dissolution of raw materials of amorphous solid electrolytes such as Li 2 S, P 2 S 5 , and LiX (X is any one element selected from Cl, Br, and I group). It is prepared by a method such as mixing or kneading, and refers to a solid electrolyte in an amorphous state that is not crystalline or glass-crystalline. Preferred sulfide-based amorphous solid electrolyte is LPSX (Li x P y S z X, where x , y , z are positive constants, X is any one element selected from Cl, Br, and I group) when crystallized. For example, a solid electrolyte having a composition of Li 7 P 2 S 8 I, Li 6 PS 5 Cl) is preferred, but is not limited thereto. When the sulfide-based solid electrolyte is crystalline or glass-crystalline rather than amorphous, the problem of increasing the particle size during the crystallization process occurs, making it difficult to apply uniformly during slurry preparation, and it is difficult to uniformly disperse even when mixed with an active material. In contrast, the amorphous sulfide-based solid electrolyte has a smaller particle size than that of crystalline or glass-crystalline, which is advantageous for uniform application and uniform dispersion. Here, the sulfide-based amorphous solid electrolyte is preferably present in a particle size of 0.1 to 10 μm.

A slurry containing a sulfide-based amorphous solid electrolyte is prepared (S2).
A slurry is prepared by mixing a sulfide-based amorphous solid electrolyte in an amorphous state without any other treatment with a solvent in which a binder is dissolved. The solid electrolyte slurry that forms the solid electrolyte layer consists of a sulfide-based amorphous solid electrolyte, a binder, and a solvent, and in the case of the electrode composite slurry forming the electrode composite layer, a positive electrode active material or a negative electrode active material, a sulfide-based amorphous solid electrolyte , It can be formed by adding a conductive material to a binder, a solvent. Here, the positive electrode active material or the negative electrode active material may be an active material used in a general secondary battery, or an active material surface-treated to reduce chemical reactivity with a sulfide-based solid electrolyte may be used without limitation.
Binders are polyamide-imide (PAI), polyimide (PI), polyamide (PA), polyamic acid, polyethylene oxide (PEO), PEPMNB (poly(ethylene)). -co-propylene-co-5-methylene-2-norbornene)), polyviylidene fluoride (PVDF), PVDF-HFP (poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), NBR (nitrile-butadiene rubber)) , PS-NBR (polystyrene nitrile-butadiene rubber), PMMA-NBR (poly(methacrylate) nitrile-butadiene rubber), and mixtures thereof are preferably selected from the group consisting of, but are not limited to, and are included in the electrode composite slurry. The conductive material is active carbon, carbon nanotube, carbon fiber, graphene, graphite, carbon black, acetylene black, It may be selected from the group consisting of ketjen black (KR), super P, metal nanowires, and mixtures thereof.

After applying the slurry, the solid electrolyte is crystallized by heat treatment and compression (S3).
After applying the electrode composite slurry to the current collector, heat treatment and compression are applied to form an electrode composite layer, and a solid electrolyte slurry is applied on the top of the electrode composite layer, followed by heat treatment and compression to form a solid electrolyte layer. Here, the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer and the electrode composite layer is crystallized from amorphous to crystalline or glass-crystalline by heat treatment and compression. That is, a conductive metal current collector is prepared and an electrode composite slurry is applied thereto. The slurry is coated with a thin film of 10 to 500 µm on the top of the current collector, and then dried. Then, the electrode composite slurry and the metal current collector are pressurized and heat treated at a temperature of 140 to 250°C at which the binder is not decomposed or deformed at a pressure of 10 to 500 MPa. A more preferable heat treatment temperature is 140 to 200°C. These conditions apply equally to the production of the solid electrolyte layer.
In order to form the solid electrolyte layer and the electrode composite layer, crystallization must be performed at a temperature that can minimize the melting or deformation of the binder. If the heat treatment temperature is less than 140℃, the solid electrolyte does not crystallize properly and exceeds 250℃. Deformation of the binder may occur. In general, LGPS (Li 10 GeP 2 S 12 )-based solid electrolyte, which is a solid electrolyte exhibiting high ionic conductivity of 10 -2 S/cm or more, has a crystallization temperature of 400° C. or higher, and has a level of 10 -3 to 10 -2 S/cm. It is known that the solid electrolyte in LPS (Li 7 P 3 S 11 ) showing ionic conductivity is crystallized at a temperature exceeding 250°C. Therefore, as a crystal phase that can be used in the solid electrolyte layer and the electrode composite layer of the present invention, LPSX (Li x P y S z X, where, it shows a lithium ion conductivity of 10 -4 to 10 -2 S/cm between 200 and 250 °C) x , y , z are positive constants, X is a solid electrolyte having a composition of any one element selected from Cl, Br, and I groups, for example Li 7 P 2 S 8 I, Li 6 PS 5 Cl) Can be used. More preferably, it is preferable to select a crystalline or glass-crystalline solid electrolyte having the highest ionic conductivity at a heat treatment temperature of 200° C. or less as the material.
In addition, in order to increase the ionic conductivity of the amorphous LPSX solid electrolyte, a solid electrolyte may be prepared by mixing crystalline or glass-crystalline LGPS and LPS solid electrolyte powders. If this is described in detail, LGPS in the solid electrolyte of the composition of LPSX (Li x P y S z X, where x , y , z are positive constants, X is any one element selected from Cl, Br, and I group) (Li 10 GeP 2 S 12 ) or LPS (Li 7 P 3 S 11 )-based crystalline or glass-crystalline solid electrolyte is mixed to contain 1 to 50% by weight. In addition, the sulfide-based amorphous solid electrolyte is LPSX (Li x P y S z X, where x , y , z are positive constants, X is any one element selected from Cl, Br, and I group) And in the solid electrolyte selected from the group consisting of mixtures thereof, 1 to 10% by weight of other elements except lithium (Li), phosphorus (P), sulfur (S), chlorine (Cl), bromine (Br), and iodine (I) It is also possible to use those contained as.

A solid electrolyte layer with improved ionic conductivity of lithium ions can be prepared by minimizing the voids of the solid electrolyte layer and minimizing the interfacial resistance between the solid electrolyte particles according to the high plastic deformation rate of the amorphous particles. In addition, a solvent in which an electrode active material, a conductive material, and a binder are dissolved together with an amorphous solid electrolyte is applied to the current collector to form a 10 to 500 μm thin film like the solid electrolyte layer, and then dried, pressurized, and heat treated to increase the density of the electrode layer. , An electrode composite layer having improved ionic conductivity of the solid electrolyte and the contact property between the solid electrolyte and the electrode active material can be prepared. Here, as for the electrode composite layer, a positive electrode composite layer is formed when the electrode active material included in the slurry is a positive electrode active material, and a negative electrode composite layer is formed if the negative electrode active material is a negative electrode active material.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail.

<Example>
LPSI consisting of 80 (0.75Li 2 S·0.25P 2 S 5 )·20LiI composition, which is a sulfide-based material capable of crystallization from a solid electrolyte having high ion conductivity at a temperature of 200°C or less, was selected.
First, in order to obtain an amorphous LPSI solid electrolyte, 2 g of Li 2 S, P 2 S 5 and LiI powder according to the above composition were put into a ball mill reaction vessel filled with 8 g of heptane and zirconia balls having a diameter of 5 mm. ) High energy wet ball milling was performed at 500 rpm with 53 g to obtain a heptane solution in which solid electrolyte powder was dispersed. At this time, 10 to 80 times were repeated in a manner of stopping for 30 minutes after operation for 30 minutes to prevent excessive temperature rise of the reaction vessel. The amorphous solid electrolyte powder can be obtained by drying the dispersion solution at 100° C. for 1 hour.
The procedure for manufacturing an all-solid-state battery test cell using the amorphous solid electrolyte powder prepared in this way is as follows. First, the positive electrode composite layer is a LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 positive electrode active material coated with 10 nm of LiNbO 3 , the solid electrolyte is amorphous LPSI, the conductive material is super P, the binder is PEPMNB, and these are 70:25:2.5:2.5 by weight. A slurry mixed with heptane is prepared. Then, the slurry was applied to an aluminum (Al) current collector, dried, and compressed to prepare a positive electrode composite layer. Then, the solid electrolyte layer was prepared by coating and drying a heptane slurry in which amorphous LPSI and a binder were dispersed on the positive electrode composite layer.
The thus prepared positive electrode composite layer/solid electrolyte layer was simultaneously compressed at a pressure of 200 MPa and then heat-treated at 180° C., and an indium counter electrode was attached to prepare a test cell. At this time, by using a negative electrode active material for lithium ion batteries such as graphite instead of the counter electrode, and using a negative electrode composite layer or a lithium metal electrode prepared by mixing with a solid electrolyte in the same manner as a positive electrode composite, an all-solid battery, not a test cell, can be manufactured. .
On the other hand, in Comparative Example, an electrode composite layer and a solid electrolyte layer were prepared by applying a glass-crystalline LPSI solid electrolyte first heat-treated at 180° C. in the same manner as in the method of manufacturing the positive electrode composite layer and the solid electrolyte layer of the Example. After that, it was compressed at 200 MPa and then attached to an indium counter electrode without separate heat treatment to prepare an experimental cell.

2 is a comparative analysis of particle size according to crystallization by re-dispersing the amorphous LPSI powder prepared by the wet ball mill reaction and the glass-crystalline LPSI powder heat-treated at 180° C. in a mixed solvent of dibutyl ether and heptane. I did it. Through this, it can be seen that the amorphous LPSI powder mainly has a particle size of 0.1 to 10 µm, whereas the glass-crystalline LPSI powder has a particle size of 0.1 to 100 µm, so that the size is larger than that of the amorphous LPSI powder. In particular, it can be seen that the D(0.5) particle size increased by about 2 times and the D(0.9) particle size by about 4 times during the crystallization step. Therefore, in preparing the solid electrolyte layer and the electrode composite layer, it is advantageous to use an amorphous solid electrolyte having a particle size smaller than that of a crystalline or glass-crystalline solid electrolyte to obtain a uniform mixed electrode. In addition, amorphous particles having a small particle size help to minimize voids and interfaces even when compressing a solid electrolyte layer or an electrode composite layer.
Figure 3 is amorphous LPSI dispersed in heptane 100 ℃, 160 ℃, 180 ℃, 200 ℃, 250 ℃, dried for 1 hour in an argon (Ar) atmosphere at a temperature of 300 ℃, and determined while varying the heat treatment temperature The formation of the phase was observed. Heat treatment was performed for 3 hours each in an argon atmosphere. At 100℃, 160℃, 180℃ and 200℃ below 200℃, the phases of Phase I and Phase II appear. In the case of Phase II, the lithium ion conductivity of the Li 7 P 2 S 8 I phase is 3×10 -4 S/cm. Known as. In contrast, at 250℃, it can be seen that the Phase I phase completely disappears and the Phase III phase appears.
4 is a graph showing the measurement of the lithium ion conductivity according to the heat treatment temperature according to the temperature, and it can be seen that the solid electrolyte layer heat-treated at 160° C. exhibits the highest ionic conductivity. This is related to the Phase I phase appearing between 140 to 200°C in FIG. 3, and it can be seen that the lithium ion conductivity is rapidly lowered by the Phase III phase at 250°C or higher. Therefore, it can be seen that the LPSI composition used in this embodiment can be used as a solid electrolyte capable of improving ionic conductivity through heat treatment at a low temperature of 140 to 200° C. where no melting or deformation of the binder occurs.
5 is an evaluation of the characteristics of an all-solid-state battery by varying the charging and discharging rates of the positive electrode composite layer and the solid electrolyte layer prepared by the method of the example and the method of the comparative example, respectively, with respect to the indium counter electrode. It is a graph. The capacity was expressed as a relative value to the first cycle charging capacity of the examples, and the rate was tested as rate 1 <rate 2 <rate 3. Comparing this, it can be seen that a battery having superior initial capacity and charge/discharge rate characteristics was manufactured in the experimental cell of the Example compared to the experimental cell of the Comparative Example.

In the case of a solid electrolyte layer in a conventional method, in general, a crystalline or glass-crystalline solid electrolyte powder having a high ionic conductivity of lithium was mixed with a solvent in which a binder was dissolved, coated with a thin film of tens to hundreds of µm, and dried. In addition, in the case of a conventional electrode composite layer, a negative electrode active material or a positive electrode active material, a crystalline or glass-crystalline solid electrolyte, and a conductive material were mixed with a solvent in which a binder was dissolved, coated with a thin film of tens to hundreds of micrometers, and dried. . When the solid electrolyte layer and the electrode composite layer are formed through such a method, the uniformity is poor due to the large particle size of the crystalline or glass-crystalline solid electrolyte, and the dispersibility and density are poor, so the capacity of the battery decreases, and high efficiency characteristics are not obtained. Has a problem. In contrast, in the case of the present invention, a solid electrolytic coating layer and an electrode composite layer are formed using an amorphous solid electrolyte, and amorphous is crystallized into crystalline or glass-crystalline through heat treatment and pressurization. In this case, an amorphous solid electrolyte with a small particle size is applied to the current collector in a slurry state, thereby improving the dispersion and density between the solid electrolyte particles and between the solid electrolyte particles and the active material particles, and the resulting solid electrolyte layer and electrode composite layer are highly ionic. It may have conductivity, and may have increased capacity and high efficiency characteristics of a battery including the same.

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Claims (10)

황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 전극복합체층의 제조방법에 있어서,
유리-결정질이 아닌 LPSX(LixPySzX, 여기서, x, y, z는 양의 상수, X는 Cl, Br, I 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 원소) 조성인 0.1 내지 10㎛ 입자 사이즈의 황화물계 비정질 고체전해질을 준비하는 단계와;
상기 황화물계 비정질 고체전해질에 다른 처리를 하지 않은 비정질 상태 그대로를 바인더가 녹아있는 용매와 혼합하여 슬러리를 제조하되, 상기 슬러리는 상기 황화물계 비정질 고체전해질, 바인더 및 용매로 이루어진 고체전해질 슬러리와, 상기 황화물계 비정질 고체전해질, 바인더, 도전재, 전극활물질 및 용매로 이루어진 전극복합체 슬러리인 단계와;
상기 전극복합체 슬러리를 도포한 후 열처리 및 압착하여 전극복합체층을 형성하고, 상기 전극복합체층의 상부에 상기 고체전해질 슬러리를 도포한 후 열처리 및 압착하여 고체전해질층을 형성하되, 140 내지 250℃에서 열처리 및 10 내지 500MPa의 압력으로 압착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 전극복합체층의 제조방법.
In the method for producing a solid electrolyte layer and an electrode composite layer comprising a sulfide-based solid electrolyte,
Non-glass-crystalline LPSX (Li x P y S z X, where x , y , z are positive constants, X is Cl, Br, any one element selected from group I) composition of 0.1 to 10 Preparing a sulfide-based amorphous solid electrolyte having a particle size of µm;
A slurry is prepared by mixing the sulfide-based amorphous solid electrolyte in an amorphous state without any other treatment with a solvent in which a binder is dissolved, wherein the slurry comprises a solid electrolyte slurry consisting of the sulfide-based amorphous solid electrolyte, a binder, and a solvent, and the An electrode composite slurry comprising a sulfide-based amorphous solid electrolyte, a binder, a conductive material, an electrode active material, and a solvent;
After applying the electrode composite slurry, heat treatment and compression are applied to form an electrode composite layer, and the solid electrolyte slurry is applied on the top of the electrode composite layer, followed by heat treatment and compression to form a solid electrolyte layer, at 140 to 250°C. A method for producing a solid electrolyte layer and an electrode composite layer comprising a sulfide-based solid electrolyte, comprising: heat treatment and pressing at a pressure of 10 to 500 MPa.
제 1항에 있어서,
상기 황화물계 비정질 고체전해질은,
결정화시 10-4 내지 10-2S/cm의 이온전도도를 갖는 고체전해질인 것을 특징으로 하는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 전극복합체층의 제조방법.
The method of claim 1,
The sulfide-based amorphous solid electrolyte,
A method of producing a solid electrolyte layer and an electrode composite layer comprising a sulfide-based solid electrolyte, characterized in that it is a solid electrolyte having an ionic conductivity of 10 -4 to 10 -2 S/cm upon crystallization.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 황화물계 비정질 고체전해질은,
LPSX(LixPySzX, 여기서, x, y, z는 양의 상수, X는 Cl, Br, I 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 원소) 조성의 고체전해질에 LGPS(Li10GeP2S12) 또는 LPS(Li7P3S11)계 결정질 또는 유리-결정질 고체전해질을 1 내지 50중량%로 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 전극복합체층의 제조방법.
The method of claim 1,
The sulfide-based amorphous solid electrolyte,
LGPS (Li 10 GeP) in a solid electrolyte of LPSX (Li x P y S z X, where x , y , z are positive constants, X is any one element selected from Cl, Br, and I group) 2 S 12 ) or LPS (Li 7 P 3 S 11 )-based crystalline or glass-crystalline solid electrolyte containing 1 to 50% by weight of a solid electrolyte layer and electrode composite layer comprising a sulfide-based solid electrolyte Method of manufacturing.
제 1항에 있어서,
상기 황화물계 비정질 고체전해질은,
LPSX(LixPySzX, 여기서, x, y, z는 양의 상수, X는 Cl, Br, I 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 원소) 조성의 고체전해질에 리튬(Li), 인(P), 황(S), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I)를 제외한 다른 원소가 1 내지 10중량%로 함유된 것을 특징으로 하는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 전극복합체층의 제조방법.
The method of claim 1,
The sulfide-based amorphous solid electrolyte,
Lithium (Li) in a solid electrolyte of LPSX (Li x P y S z X, where x , y , z are positive constants, X is any one element selected from Cl, Br, and group I), A solid electrolyte containing a sulfide-based solid electrolyte, characterized in that it contains 1 to 10% by weight of other elements excluding phosphorus (P), sulfur (S), chlorine (Cl), bromine (Br), and iodine (I) Method for producing a layer and an electrode composite layer.
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