KR102379198B1 - 고체전해질막 및 그를 포함하는 전고체전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 얇은 막으로 제조할 수 있고, 더불어 기계적 물성(접착력, 강도 및 휘어짐 특성), 이온전도도, 대면적화 가능 측면에서 요구되는 특성을 만족시킬 수 있는 고체전해질막 및 그를 포함하는 전고체전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전고체전지용 고체전해질막은 고체전해질와, 소수성 고분자를 구비하는 바인더를 포함한다.

Description

고체전해질막 및 그를 포함하는 전고체전지{Solid electrolyte membrane and all-solid batteries comprising the same}
본 발명은 전고체전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체전해질을 기반으로 얇은 두께로 제조되는 고체전해질막 및 그를 포함하는 전고체전지에 관한 것이다.
전기자동차 및 대용량 전력 저장장치의 요구가 높아지면서 이를 충족시키기 위한 다양한 전지의 개발이 이루어져 왔다.
리튬 이차전지는 다양한 이차전지 중에서 에너지밀도 및 출력 특성이 가장 우수하여 널리 상용화되었다. 리튬 이차전지로는 유기용매를 포함하는 액체 타입의 전해질을 포함하는 리튬 이차전지(이하 '액체 타입 이차전지'라 함)가 주로 사용되고 있다.
하지만 액체 타입 이차전지는 액체전해질이 전극 반응에 의해 분해되어 전지의 팽창을 야기하고 액체전해질의 누출에 의한 발화의 위험성이 지적되고 있다. 이러한 액체 타입 이차전지의 문제점을 해소하기 위해서, 안정성이 우수한 고체전해질을 적용한 리튬 이차전지(이하 '전고체전지'라 함)가 주목받고 있다.
고체전해질은 산화물계, 할라이드계 및 황화물계로 나눌 수 있다. 황화물계 고체전해질은 산화물계 고체전해질과 대비하여 분말이 무르기 때문에, 소결 공정 없이 상온 가압만으로도 입자간 접촉 특성이 우수하다. 이로 인해 황화물계 고체전해질은 산화물계 고체전해질과 대비하여 접촉 저항이 낮아 높은 이온전도도를 발현하는 것이 가능하기 때문에 주목을 받고 있다.
하지만 황화물계 고체전해질은 화학적 안정성이 산화물계 고체전해질보다 상대적으로 낮기 때문에, 전고체전지의 작동이 안정적이지 못한 단점을 가지고 있다. 즉 황화물계 고체전해질은 잔존 L2S나 구조 내에 포함되어 있는 P2S7 가교황 등 여러 요인에 의해 대기 중 수분 또는 공정 상 유입되는 수분과 반응하기 쉽다. 이로 인해 황화물계 고체전해질은 수분과의 반응을 통해 황화수소(H2S) 가스를 발생할 우려가 있기 때문에, 아르곤 가스 분위기의 글로브박스, 수분을 제거한 드라이룸 등의 환경에서 취급하고 있다. 그리고 황화물계 고체전해질은 수분과의 반응성이 높아 황화수소 가스의 발생으로 이온전도도가 저하되는 등의 제작 공정 상의 문제점을 갖고 있다.
더욱이 전고체전지의 에너지밀도를 높이고 저항을 감소시키기 위해서는 얇은 막 형태의 고체전해질막 제조 및 적용이 필수적이다. 하지만 반응성이 높은 황화물계 고체전해질을 박형화하는데 있어서, 현재의 제한적인 슬러리 용매 및 바인더 기술로는 한계가 있다. 즉 기존에는 고체전해질막용 바인더로 니트릴-부타디엔 고무(nitrile-butadiene rubber; NBR)가 주로 사용되고 있으나, 얇은 두께로 제조할 경우 수분 안정성, 기계적 특성 및 제조 공정성 면에서 문제점이 있다.
고체전해질막은 앞서 언급한 바와 고에너지밀도 및 저항 감소를 목적으로 얇은 막으로 제조할 필요가 있고, 더불어 기계적 물성(접착력, 강도 및 휘어짐 특성), 이온전도도, 대면적화 가능 측면에서 요구되는 특성을 만족시켜야 한다.
그리고 황화물계 고체전해질 뿐만 아니라 산화물계 또는 할라이드계 고체전해질 또한 고체전해질막으로 구현할 때에도, 황화물계 고체전해질로 고체전해질을 형성할 때 동일하게 대기 중 수분 환경에 대해 안정성이 떨어져 얇은 막으로 제조하는 데 한계가 있다.
등록특허공보 제10-20445506호 (2019.11.13. 공고)
따라서 본 발명의 목적은 얇은 막으로 제조할 수 있고, 더불어 기계적 물성(접착력, 강도 및 휘어짐 특성), 이온전도도, 대면적화 가능 측면에서 요구되는 특성을 만족시킬 수 있는 고체전해질막 및 그를 포함하는 전고체전지를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고체전해질; 및 소수성 고분자를 구비하는 바인더;를 포함하는 전고체전지용 고체전해질막을 제공한다.
본 발명에 따른 고체전해질막은 상기 고체전해질 90 내지 99.5 wt%와, 상기 소수성 고분자 0.5 내지 10 wt%를 포함한다.
상기 고체전해질은 산화물계, 할라이드계 및 황화물계 중에 적어도 하나를 포함한다.
상기 소수성 고분자는 PDMS(Polydimethylsiloxane), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리염화비닐(Polyvinylchloride), PTFE(Polytetrafluorethylene), PMMA(Polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(비스페놀 A)(Polycarbonate (bisphenol A)), 나일론 66(Nylon 66) 및 폴리에테르-우레탄(Polyether-urethane) 중에 적어도 하나를 포함한다.
상기 고체전해질은 Li10GeP2S12, Li6PS5Cl 또는 Li2S-P2S5을 포함하는 황화물계이고, 상기 소수성 고분자는 PDMS 일 수 있다.
상기 바인더는 니트릴-부타디엔 고무(nitrile-butadiene rubber; NBR)를 더 포함할 수 있다.
상기 고체전해질은, 고체전해질 분말; 및 상기 고체전해질 분말의 표면에 코팅된 소수성 고분자;를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명은 상기 고체전해질막을 포함하는 전고체전지를 제공한다.
본 발명에 따르면, 고체전해질막의 제조 시 바인더로 소수성 고분자를 사용함으로써, 고체전해질막을 얇은 막으로 제조할 수 있고, 더불어 기계적 물성(접착력, 강도 및 휘어짐 특성), 이온전도도, 대면적화 가능 측면에서 요구되는 특성을 만족시킬 수 있다.
고체전해질막을 제조할 때, 바인더인 소수성 고분자가 고체전해질의 표면을 둘러싸기 때문에, 고체전해질막을 얇은 막으로 제조하더라도 고체전해질의 대기 중 수분 환경에 대해 우수한 안정성과 향상된 이온전도도를 제공할 수 있다. 특히 황화물계 고체전해질과 소수성 고분자로 제조된 고체전해질막은 수분 안정성의 향상으로 황화수소(H2S) 가스의 발생량을 줄일 수 있기 때문에, 대기 노출 후에도 이온전도도의 저하를 억제할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 고체전해질막은 대기 중 양호한 수분 안정성을 제공하기 때문에, 고체전해질막의 보관이 쉽고 고체전해질막을 이용한 전고체전지의 제조 공정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고체전해질막을 보여주는 도면이다.
도 2는 실시예1에 따른 고체전해질막의 XRD 패턴을 보여주는 그래프이다.
도 3은 실시예1에 따른 고체전해질막의 전도도를 보여주는 그래프이다.
도 4는 실시예1 및 비교예1에 따른 고체전해질막을 적용한 전고체전지의 충방전 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 실시예1 및 비교예1에 따른 고체전해질막을 적용한 전고체전지의 충방전 수명 특성을 보여주는 그래프이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고체전해질막을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고체전해질막(100)은 고체전해질(10)과, 소수성 고분자(20)를 포함한다.
여기서 고체전해질(10)은 산화물계, 할라이드계 및 황화물계 중에 적어도 하나를 포함한다.
여기서 황화물계 고체전해질은 Li6PS5Cl(LPSCl), Li10GeP2S12(LGPS), Li2S-P2S5(LPS) 고용계 소재를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 황화물계 고체전해질로는 아지로다이트 구조를 갖는 LPSCl가 사용될 수 있다.
산화물계 고체전해질은 Li3xLa2/3-xTiO3(LLTO), L7La3Zr2O12(LLZO) 등을 포함할 수 있다.
그리고 할라이드계 고체전해질은 Li3YCl6, Li3YBr6 등을 포함할 수 있다.
소수성 고분자(20)는 고체전해질(10) 분말을 둘러싸면서 결속하는 바인더로 사용된다.
소수성 고분자(20)는 PDMS(Polydimethylsiloxane), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리염화비닐(Polyvinylchloride), PTFE(Polytetrafluorethylene), PMMA(Polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(비스페놀 A)(Polycarbonate (bisphenol A)), 나일론 66(Nylon 66) 및 폴리에테르-우레탄(Polyether-urethane) 중에 적어도 하나를 포함하며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
여기서 소수성 고분자(20)로 실리콘계인 PDMS를 사용할 경우, 고체전해질막(100)을 얇게 제조하더라도 안정적인 기계적인 물성(접착력, 강도 및 휘어짐 특성)을 제공할 수 있다.
그 외 본 발명에 따른 고체전해질막(100)은 바인더로서 소수성 고분자(20) 이외에 NBR을 더 포함할 수 있다. 바인더에서 소수성 고분자(20)의 함량이 NBR의 함량 보다는 높다.
이러한 본 발명에 따른 고체전해질막(100)은 황화물계 고체전해질 90 내지 99.5 wt%와, 소수성 고분자(20) 0.5 내지 10 wt%를 포함한다. 여기서 소수성 고분자(20)의 함량이 0.5 wt% 미만인 경우, 소수성 고분자(20)로 인한 대기 중 수분 안정성의 효과가 미미하다. 반대로 소수성 고분자(20)의 함량이 10 wt%를 초과하는 경우, 고체전해질막(100)의 저항이 상승하여 전고체전지의 성능이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
이와 같은 고체전해질막(100)은 다음과 같이 제조할 수 있다. 먼저 고체전해질(10) 분말을 비극성 용매에 분산시키고, 그 안에 바인더로 소수성 고분자(20)를 투입하여 슬러리를 제조한다. 그리고 제조한 슬러리를 지지막에 코팅하고 경화시킨 후 탈착하는 방식으로 고체전해질막(100)을 얻을 수 있다.
한편 본 발명에서는 표면 처리하지 않은 고체전해질(10)을 그대로 사용하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 고체전해질로서 고체전해질 분말의 표면에 소수성 고분자가 코팅된 고체전해질을 사용할 수 있다. 여기서 고체전해질에 코팅된 소수성 고분자는 고체전해질막에서 바인더로 사용되는 소수성 고분자와 동일한 소재가 사용될 수 있다. 소수성 고분자가 코팅된 고체전해질에 포함된 소수성 고분자와 바인더로 투입되는 소수성 고분자의 합은 0.5 내지 10 wt%일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 고체전해질(10)의 표면에 소수성 고분자(20)를 코팅함으로써, 고체전해질막(100)의 대기 중 수분 환경에 대해 우수한 안정성과 향상된 이온전도도를 제공할 수 있다. 특히 소수성 고분자(20)를 바인더로 사용한 황화물계 고체전해질막은 수분 안정성의 향상으로 황화수소(H2S) 가스의 발생량을 줄일 수 있기 때문에, 대기 노출 후에도 이온전도도의 저하를 억제할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 고체전해질막(100)은 대기 중 양호한 수분 안정성을 제공하기 때문에, 고체전해질막(100)의 보관이 쉽고 고체전해질막(100)을 이용한 전고체전지의 제조 공정성을 향상시킬 수 있다.
실시예 및 비교예
이와 같은 본 발명에 따른 고체전해질막의 수분 안정성, 이온전도도, 충방전 특성, 수명 특성과 같은 전기적 특성을 확인하기 위해서, 아래와 같이 실시예 및 비교예에 따른 황화물계 고체전해질막의 제조하였다. 제조된 황화물계 고체전해질막의 리튬이온전도도, 대기 노출 시의 황화수소 발생량, 충방전 특성 및 수명 특성을 측정하여 비교하였다.
실시예 및 비교예에 따른 고체전해질 분말로는 아지로다이트 구조를 갖는 LPSCl를 사용하였다. 고체전해질 분말을 비극성 용매인 n-butyl butyrate(NBB)에 분산시키고, 그 안에 바인더 투입하여 슬러리를 제조하였다. 그리고 제조한 슬러리를 지지막에 코팅하고 경화시킨 후 탈착하는 방식으로 고체전해질막을 얻었다.
구체적으로 비교예 및 비교예에 따른 고체전해질막은 아래와 같이 제조하였다. 여기서 고체전해질 분말의 제조는 수분에 노출되지 않는 글로브박스 혹은 드라이룸에서 수행하였다.
[고체전해질 분말 제조]
고체전해질의 출발물질은 Li2S, P2S5, LiCl을 사용하였다. 고체전해질 합성량 10g 기준으로 출발물질을 칭량하고 혼합한 후, 350 rpm, 2시간 밀링 공정 처리를 수행하였다. 회수된 분말을 전기로를 이용하여 열처리 하였으며, 열처리 조건은 550도, 6시간, 진공 분위기에서 처리하였다. 전술한 과정을 통해 실시예 및 비교예에 사용될 고체전해질 분말을 제조하였다. 고체전해질 분말은 이온전도도가 1.6 mS/cm으로서, 일반적인 LPSCl의 이온전도도가 구현됨을 확인하였다.
[비교예1 : NBR 바인더를 적용한 LPSCl 전해질막 제조]
LPSCl과 NBR을 95:5 무게비로 NBB 비극성 용매에 분산시켜 코팅하기에 적절한 점도를 갖는 슬러리로 형성하였다. 이후 Ni 또는 PET 지지막에 코팅하고 진공 오븐 내에서 용매를 건조한 후, 1축 압연을 실시하고 지지막으로부터 탈착시켜 독립된 비교예1에 따른 고체전해질막을 얻었다.
[실시예1 : PDMS 바인더를 적용한 LPSCl 전해질막 제조]
LPSCl와 PDMS를 95:5 무게비로 NBB 비극성 용매에 분산시켜 코팅하기에 적절한 점도를 갖는 슬러리로 형성시킨다. 이후 슬러리에 PDMS 무게의 1/10량의 경화제를 투입하여 교반한 후, Ni 또는 PET 지지체에 코팅하고 70도 진공 오븐 내에서 용매를 건조하고 경화시킨다. 이후, 1축 압연을 실시하고 지지막으로부터 탈착시켜 독립된 실시예 1에 따른 고체전해질막을 얻었다.
[박형화 및 물리적 특성 평가]
도 2는 실시예1에 따른 고체전해질막의 XRD 패턴을 보여주는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 실시예1에 따른 고체전해질막의 XRD 패턴으로, 기존의 LPSCl에 해당하는 XRD 패턴을 확인하였다. 실시예1에 따른 고체전해질막의 XRD 패턴은 PDMS가 적용된 제조 공정이 LPSCl을 손상시키지 않음을 보여준다.
도 3은 실시예1에 따른 고체전해질막의 전도도를 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 실시예1 및 비교예1에 따른 고체전해질막의 임피던스 나이퀴스트(Nyquist) 그래프로서, 실시예1의 경우 상대적으로 좌측으로 이동되어 있음을 확인할 수 있으며, 이는 저항이 감소되었음을 나타낸다.
이러한 측정 결과를 이온전도도와 두께로 비교하여 아래의 표1에 정리하였다. NBR을 바인더로 적용한 비교예1에 비하여 PDMS를 바인더로 적용한 실시예1에서 향상된 이온전도도, 낮은 두께 및 저항을 확인할 수 있었다.
따라서 PDMS를 바인더로 적용한 고체전해질막이, 기존의 고체전해질막과 비교하여, 향상된 물성을 구현할 수 있음을 보여준다.
이온전도도(mS/cm) 두께(㎛) 이온전도(mS)
비교예1 0.1 53 25
실시예1 0.2 52 40
[수분 안정성 평가]
실시예1 및 비교예1에 따른 고체전해질막의 대기 중 수분 안정성을 확인하기 위하여, 대기 노출 시의 황화수소 발생량을 측정하였다.
제조된 고체전해질막을 별도의 밀폐용기에 온습도계, 황화수소 가스 농도 측정기와 함께 넣어 준비하였다. 상기 과정은 모두 노점 -50도 이하의 드라이룸에서 수행하였다. 이후, 상대습도 RH 50%로 제어된 공기를 용기에 플로우하여 고체전해질막에 노출시켰으며, 1 시간 이후 황화수소 발생량을 측정하여 수분과의 반응성을 확인하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
H2S 검출량(ppm)
비교예1 95
실시예1 16
표 2를 참조하면, PDMS를 바인더로 적용한 고체전해질막은 비교예1에 비해 황화수소 발생량이 현격히 감소됨을 확인할 수 있었다.
따라서 PDMS를 바인더로 적용한 고체전해질막이, 기존의 고체전해질막과 비교하여, 대기 안정성이 크게 개선된 것을 확인할 수 있었다.
[전고체전지의 충방전 특성 평가]
실시예1 및 비교예1에 따른 고체전해질막을 이용하여 전고체전지를 제작하여 충방전 특성을 측정하였다. 여기서 전고체전지는 음극으로 리튬금속을 사용하였고, 양극으로 Ni70%의 NCM 양극을 사용하였다.
전고체전지에 대한 충방전 특성을 측정한 결과는 도 4와 같다. 여기서 도 4는 실시예1 및 비교예1에 따른 고체전해질막을 적용한 전고체전지의 충방전 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 실시예1에 따른 고체전해질막이 적용된 전고체전지가 비교예1에 따른 고체전해질막이 적용된 전고체전지 보다 높은 용량과 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이것은 실시예1에 따른 고체전해질막이 균일하고, 전극과 안정적인 계면을 형성함으로써, 실시예1에 따른 전고체전지가 양호한 충방전 특성을 나타내는 것으로 판단된다.
[전고체전지의 수명 특성 평가]
실시예1 및 비교예1에 따른 고체전해질막을 이용하여 전고체전지의 충방전 수평 특성을 평가하였고, 평가 결과는 도 5와 같다. 여기서 도 5는 실시예1 및 비교예1에 따른 고체전해질막을 적용한 전고체전지의 충방전 수명 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 비교예1에 따른 고체전해질막이 적용된 전고체전지는 용량 저하가 발생하다가 4번째 싸이클에서 전지 단락이 발생하였다.
반면에 실시예1에 따른 고체전해질막이 적용된 전고체전지는 우수한 용량 유지 특성을 보여주고 있다.
이것은 실시예1에 따른 전고체전지의 충방전 특성에서 설명한 바와 같이, 실시예1에 따른 고체전해질막이 균일하고, 전극과 안정적인 계면을 형성함으로써, 실시예1에 따른 전고체전지가 양호한 충방전 수명 특성을 나타내는 것으로 판단된다.
이 또한 실시예1의 고체전해질막이 균일하고 전극과의 계면형성이 안정적인 특성을 갖고 있음을 보여주고 있다.
따라서, 본 발명에서 제시한 소수성 고분자를 바인더로 적용한 고체전해질막은 고체전해질의 물성을 손상시키지 않으면서, 이온전도도와 대기 안정성을 대폭 향상시킬 수 있다. 이러한 고체전해질막을 적용한 전고체전지에서도 향상된 충방전 특성 및 수명 특성을 구현할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 고체전해질
20 : 소수성 고분자
30 : 고체전해질막

Claims (12)

  1. 고체전해질 90 내지 99.5 wt%; 및
    소수성 고분자를 구비하는 바인더 0.5 내지 10 wt%;를 포함하고,
    상기 바인더는 소수성 고분자인 PDMS(Polydimethylsiloxane)와, 니트릴-부타디엔 고무(nitrile-butadiene rubber; NBR)를 포함하고,
    상기 바인더에서 PDMS의 함량이 NBR의 함량 보다는 높은 것을 특징으로 하는 전고체전지용 고체전해질막.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고체전해질은 산화물계, 할라이드계 및 황화물계 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체전지용 고체전해질막.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소수성 고분자는 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리염화비닐(Polyvinylchloride), PTFE(Polytetrafluorethylene), PMMA(Polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(비스페놀 A)(Polycarbonate (bisphenol A)), 나일론 66(Nylon 66) 및 폴리에테르-우레탄(Polyether-urethane) 중에 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체전지용 고체전해질막.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고체전해질은 Li10GeP2S12, Li6PS5Cl 또는 Li2S-P2S5을 포함하는 황화물계인 것을 특징으로 하는 전고체전지용 고체전해질막.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 고체전해질은,
    고체전해질 분말; 및
    상기 고체전해질 분말의 표면에 코팅된 소수성 고분자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체전지용 고체전해질막.
  8. 고체전해질막을 포함하는 전고체전지로서,
    상기 고체전해질막은,
    고체전해질 90 내지 99.5 wt%; 및
    소수성 고분자를 구비하는 바인더 0.5 내지 10 wt%;를 포함하고,
    상기 바인더는 소수성 고분자인 PDMS(Polydimethylsiloxane)와, 니트릴-부타디엔 고무(nitrile-butadiene rubber; NBR)를 포함하고,
    상기 바인더에서 PDMS의 함량이 NBR의 함량 보다는 높은 것을 특징으로 하는 전고체전지.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 고체전해질은 산화물계, 할라이드계 및 황화물계 중에 적어도 하나를 포함하고,
    상기 소수성 고분자는 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리염화비닐(Polyvinylchloride), PTFE(Polytetrafluorethylene), PMMA(Polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(비스페놀 A)(Polycarbonate (bisphenol A)), 나일론 66(Nylon 66) 및 폴리에테르-우레탄(Polyether-urethane) 중에 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체전지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 고체전해질은 Li10GeP2S12, Li6PS5Cl 또는 Li2S-P2S5을 포함하는 황화물계인 것을 특징으로 하는 전고체전지.
  12. 삭제
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102588591B1 (ko) * 2023-09-08 2023-10-16 디에이치 주식회사 전고체전지 제조공정 중 노칭공정에서의 프레스 세정장치
WO2024010337A1 (ko) * 2022-07-04 2024-01-11 주식회사 엘지화학 복합 고체 전해질 및 이를 포함하는 전고체 전지

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117174988B (zh) * 2023-09-01 2024-04-30 哈尔滨工业大学 一种锂/钠离子电池材料的制备方法及其在锂/钠离子电池中的应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011076792A (ja) * 2009-09-29 2011-04-14 Toyota Motor Corp 固体電解質層、電極活物質層、全固体リチウム電池、固体電解質層の製造方法、および電極活物質層の製造方法
JP2018521173A (ja) 2015-06-24 2018-08-02 クアンタムスケイプ コーポレイション 複合電解質

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102044506B1 (ko) 2017-11-29 2019-11-13 전자부품연구원 고체 전해질, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 전고체 전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011076792A (ja) * 2009-09-29 2011-04-14 Toyota Motor Corp 固体電解質層、電極活物質層、全固体リチウム電池、固体電解質層の製造方法、および電極活物質層の製造方法
JP2018521173A (ja) 2015-06-24 2018-08-02 クアンタムスケイプ コーポレイション 複合電解質

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024010337A1 (ko) * 2022-07-04 2024-01-11 주식회사 엘지화학 복합 고체 전해질 및 이를 포함하는 전고체 전지
KR102588591B1 (ko) * 2023-09-08 2023-10-16 디에이치 주식회사 전고체전지 제조공정 중 노칭공정에서의 프레스 세정장치

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