KR102397881B1 - Method of manufacturing all solid lithium secondary battery comprising high density solid electrolyte and method of manufacturing bipolar all solid lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 양극활물질, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 도전재를 포함하는 양극을 제조하는 단계; (b) 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제2 바인더를 포함하는 고체전해질 시트를 제조하는 단계; (c) 상기 고체전해질 시트를 복수회 롤프레스하여 고체전해질층을 제조하는 단계; (d) 상기 양극과 상기 고체전해질층을 적층하여 적층체를 제조하는 단계; 및 (e) 상기 적층체의 고체전해질층 상에 리튬 금속을 포함하는 음극을 배치하는 단계;를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 전고체 리튬이차전지의 제조방법 및 그를 포함하는 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조방법은 고에너지밀도를 갖는 효과가 있다.The present invention comprises the steps of: (a) manufacturing a positive electrode comprising a positive electrode active material, a first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a first binder, and a conductive material; (b) preparing a solid electrolyte sheet including a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) and a second binder; (c) preparing a solid electrolyte layer by roll-pressing the solid electrolyte sheet a plurality of times; (d) preparing a laminate by laminating the positive electrode and the solid electrolyte layer; and (e) disposing an anode including lithium metal on the solid electrolyte layer of the laminate; The method for manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery of the present invention and the method for manufacturing a bipolar all-solid-state lithium secondary battery including the same have an effect of having a high energy density.

Description

고밀도 고체전해질 시트를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법 및 그를 포함하는 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING ALL SOLID LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING HIGH DENSITY SOLID ELECTROLYTE AND METHOD OF MANUFACTURING BIPOLAR ALL SOLID LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}A method for manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery comprising a high-density solid electrolyte sheet and a method for manufacturing a bipolar all-solid-state lithium secondary battery comprising the same SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 전고체 리튬이차전지의 제조방법 및 그를 포함하는 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고밀도 고체전해질 시트를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법 및 그를 포함하는 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery and a method for manufacturing a bipolar all-solid-state lithium secondary battery comprising the same, and more particularly, to a method for manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery including a high-density solid electrolyte sheet and the method including the same It relates to a method for manufacturing a bipolar all-solid-state lithium secondary battery.

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.Because lithium secondary batteries have large electrochemical capacity, high operating potential, and excellent charge/discharge cycle characteristics, they are in demand for use in portable information terminals, portable electronic devices, household small power storage devices, motorcycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles. is increasing In accordance with the spread of such uses, there is a demand for improved safety and high performance of lithium secondary batteries.

종래의 리튬이차전지는 액체전해질을 사용함에 따라 공기 중의 물에 노출될 경우 쉽게 발화되어 안전성 문제가 항상 제기되어 왔다. 이러한 안전성 문제는 전기 자동차가 가시화되면서 더욱 이슈화되고 있다.As a conventional lithium secondary battery uses a liquid electrolyte, it easily ignites when exposed to water in the air, so safety issues have always been raised. These safety issues are becoming more and more issues as electric vehicles become visible.

이에 따라, 최근 안전성 향상을 목적으로 불연 재료인 무기 재료로 이루어진 고체 전해질을 이용한 전고체 이차전지(All-Solid-State Secondary Battery)의 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 전고체 이차전지는 안전성, 고에너지 밀도, 고출력, 장수명, 제조공정의 단순화, 전지의 대형화/콤팩트화 및 저가화 등의 관점에서 차세대 이차전지로 주목되고 있다.Accordingly, research on an All-Solid-State Secondary Battery using a solid electrolyte made of an inorganic material, which is a non-flammable material, has been actively conducted in recent years for the purpose of improving safety. All-solid-state secondary batteries are attracting attention as next-generation secondary batteries from the viewpoints of safety, high energy density, high output, long life, simplification of manufacturing processes, enlargement/compactness of batteries, and low cost.

전고체 리튬이차전지는 가연성의 유기용매를 사용하지 않고 불연성 전해질 소재를 사용하기 때문에 화재 및 폭발의 위험이 없고 전위안전성이 우수하여 고전압 양극소재 및 리튬메탈의 적용이 가능하다. 그에 따라 고에너지밀도화가 가능하며 이를 위해서는 양극재의 로딩량 및 활물질의 비율을 증가시키고, 고체전해질 및 리튬메탈의 두께를 감소시켜야 한다. 또한 바이폴라 구조로 셀을 적층할 경우, 고체전해질의 손상이 일어나 충전과정 중에 단락현상이 발생하는 문제가 있어 고체전해질의 두께를 감소시키고, 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 방안이 필요한 실정이다.All-solid-state lithium secondary batteries do not use flammable organic solvents and use non-flammable electrolyte materials, so there is no risk of fire or explosion, and high-voltage cathode materials and lithium metal can be applied because of their excellent potential safety. Accordingly, high energy density is possible. For this, the loading amount of the positive electrode material and the ratio of the active material must be increased, and the thickness of the solid electrolyte and lithium metal must be reduced. In addition, when cells are stacked in a bipolar structure, there is a problem in that the solid electrolyte is damaged and a short circuit occurs during the charging process, so a method is needed to reduce the thickness of the solid electrolyte and improve the mechanical properties.

본 발명의 목적은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 양극의 로딩량 및 활물질 비율을 증가시키고, 양극을 복수회 압연함으로써 활물질의 이용률이 저하되는 것을 방지하고, 고전압 안정성을 향상시킬 수 있으며, 양극활물질의 계면을 제어하여 높은 로딩량에서도 우수한 방전용량을 구현할 수 있는 전고체 리튬이차전지의 제조방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to solve the above problems, to increase the loading amount and the active material ratio of the positive electrode, to prevent the utilization rate of the active material from being lowered by rolling the positive electrode a plurality of times, to improve the high voltage stability, the positive electrode active material An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery that can realize excellent discharge capacity even at high loading by controlling the interface of

또한 고체전해질을 복수회 압연함으로써 밀도가 높아지고, 두께가 감소하여 여러겹 적층하지 않고, 단일층으로 사용할 수 있으며, 기계적 특성이 향상된 복합고제전해질층을 제조할 수 있는 전고체 리튬이차전지의 제조방법을 제공하는데 있다.In addition, by rolling the solid electrolyte a plurality of times, the density is increased and the thickness is decreased, so that it can be used as a single layer without stacking multiple layers, and a composite solid electrolyte layer with improved mechanical properties can be manufactured. is to provide

또한 양극의 로딩량 및 활물질 비율을 증가시키고, 고체전해질층의 두께를 감소시켜 고에너지밀도를 갖는 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a bipolar all-solid-state lithium secondary battery having a high energy density by increasing the loading amount and the active material ratio of the positive electrode and reducing the thickness of the solid electrolyte layer.

본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 양극활물질, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 도전재를 포함하는 양극을 제조하는 단계; (b) 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제2 바인더를 포함하는 고체전해질 시트를 제조하는 단계; (c) 상기 고체전해질 시트를 복수회 롤프레스하여 고체전해질층을 제조하는 단계; (d) 상기 양극과 상기 고체전해질층을 적층하여 적층체를 제조하는 단계; 및 (e) 상기 적층체의 고체전해질층 상에 리튬 금속을 포함하는 음극을 배치하는 단계;를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법을 제공한다.According to one aspect of the present invention, (a) manufacturing a positive electrode comprising a positive electrode active material, a first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a first binder and a conductive material; (b) preparing a solid electrolyte sheet including a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) and a second binder; (c) preparing a solid electrolyte layer by roll-pressing the solid electrolyte sheet a plurality of times; (d) preparing a laminate by laminating the positive electrode and the solid electrolyte layer; and (e) disposing an anode including lithium metal on the solid electrolyte layer of the laminate;

단계 (c)가 (c-1) 상기 고체전해질 시트를 10 내지 30%의 압연률로 롤프레스하는 제1 압연 단계; 및 (c-2) 상기 제1 압연이 수행된 상기 고체전해질 시트를 30 내지 50%의 압연률로 롤프레스하는 제2 압연 단계;를 포함할 수 있다.Step (c) is (c-1) a first rolling step of roll-pressing the solid electrolyte sheet at a rolling ratio of 10 to 30%; and (c-2) a second rolling step of roll-pressing the solid electrolyte sheet on which the first rolling has been performed at a rolling ratio of 30 to 50%.

단계 (c-1)에서 상기 제1 압연은 1 내지 3회 반복하여 수행되고, 단계 (c-2)에서 상기 제2 압연은 1회 내지 10회 반복하여 수행될 수 있다.In step (c-1), the first rolling may be performed repeatedly 1 to 3 times, and in step (c-2), the second rolling may be performed repeatedly 1 to 10 times.

단계 (c-1)은 0.5 내지 5 MPa의 압력으로 수행되고, 단계 (c-2)는 5 내지 10 MPa의 압력으로 수행될 수 있다.Step (c-1) may be performed at a pressure of 0.5 to 5 MPa, and step (c-2) may be performed at a pressure of 5 to 10 MPa.

상기 고체전해질층의 두께가 40 내지 60 ㎛일 수 있다.The solid electrolyte layer may have a thickness of 40 to 60 μm.

단계 (a) 이후에, 상기 양극을 복수회 롤프레스하여 프레스된 양극을 제조하는 단계 (a');를 추가로 포함할 수 있다.After step (a), the positive electrode is roll-pressed a plurality of times to prepare a pressed positive electrode (a'); may further include.

단계 (a')가 (a'-1) 상기 양극을 10 내지 30%의 압연률로 롤프레스하는 제1 압연 단계; 및 (a'-2) 상기 제1 압연이 수행된 상기 양극을 30 내지 50%의 압연률로 롤프레스하는 제2 압연 단계;를 포함할 수 있다.Step (a') is (a'-1) a first rolling step of roll-pressing the positive electrode at a rolling ratio of 10 to 30%; and (a'-2) a second rolling step of roll-pressing the positive electrode on which the first rolling has been performed at a rolling ratio of 30 to 50%.

단계 (a'-1) 에서 상기 제1 압연은 1 내지 3회 반복하여 수행되고, 단계 (a'-2) 에서 상기 제2 압연은 1회 내지 10회 반복하여 수행될 수 있다.In step (a'-1), the first rolling may be performed repeatedly 1 to 3 times, and in step (a'-2), the second rolling may be performed by repeating 1 to 10 times.

단계 (a'-1) 은 0.5 내지 5 MPa의 압력으로 수행되고, 단계 (a'-2) 는 5 내지 10 MPa의 압력으로 수행될 수 있다.Step (a'-1) may be performed at a pressure of 0.5 to 5 MPa, and step (a'-2) may be performed at a pressure of 5 to 10 MPa.

상기 양극의 로딩량이 13 내지 14 mg/cm2 일 수 있다.The loading amount of the positive electrode may be 13 to 14 mg/cm 2 .

상기 양극이 상기 양극활물질 100 중량부에 대하여, 상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 1 내지 10 중량부; 제1 바인더 1 내지 20 중량부; 및 상기 도전재 1 내지 10 중량부;를 포함할 수 있다.1 to 10 parts by weight of the first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) based on 100 parts by weight of the positive electrode active material; 1 to 20 parts by weight of the first binder; and 1 to 10 parts by weight of the conductive material.

상기 양극 및 고체전해질 시트가 각각 복합리튬염을 추가로 포함하고, 상기 복합리튬염이 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬비스플루오로설포닐이미드(Li(FSO2)2N), LiFSI), 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2, LiTFSI), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 디플루오로(비스(옥살라토))인산리튬(LiPF2(C2O4)2), 테트라플루오로(옥살라토)인산리튬(LiPF4(C2O4)), 디플루오로(옥살라토)붕산리튬(LiBF2(C2O4)) 및 비스(옥살라토)붕산리튬(LiB(C2O4)2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상을 포함할 수 있다.Each of the positive electrode and the solid electrolyte sheet further includes a composite lithium salt, and the composite lithium salt is lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium Bisfluorosulfonylimide (Li(FSO 2 ) 2 N), LiFSI), lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiTFSI), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ) ), difluoro(bis(oxalato))lithium phosphate (LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 ), tetrafluoro(oxalato) lithium phosphate (LiPF 4 (C 2 O 4 )), difluoro Rho (oxalato) lithium borate (LiBF 2 (C 2 O 4 )) and bis (oxalato) lithium borate (LiB(C 2 O 4 ) 2 ) may include two or more selected from the group consisting of .

상기 복합리튬염이 리튬퍼클로레이트(LiClO4) 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Li(FSO2)2N), LiFSI)을 포함할 수 있다.The complex lithium salt may include lithium perchlorate (LiClO 4 ) and lithium bisfluorosulfonylimide (Li(FSO 2 ) 2 N), LiFSI).

상기 양극 활물질이 화학식 1로 표시되는 리튬-니켈-코발트-망간계 산화물(NCM)을 포함할 수 있다.The positive active material may include a lithium-nickel-cobalt-manganese-based oxide (NCM) represented by Formula 1 .

[화학식 1][Formula 1]

Li1+aNixCoyMnzO2 (0≤a≤0.2, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, x+y+z=1)Li 1+a Ni x Co y Mn z O 2 (0≤a≤0.2, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, x+y+z=1)

상기 리튬-니켈-코발트-망간계 산화물(NCM)이 LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 및 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The lithium-nickel-cobalt-manganese oxide (NCM) is LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 At least one selected from the group consisting of may be included.

상기 제1 및 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)이 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.The first and second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) may be represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

LixAlpGaqLayZrzO12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 2≤y≤4, 1≤z≤3)Li x Al p Ga q La y Zr z O 12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 2≤y≤4, 1≤z≤3)

상기 제1 및 제2 바인더가 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴카보네이트(polyvinylidenecarbonate) 및 폴리비닐피롤리디논(polyvinyl pyrrolidinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The first and second binders are polyethyleneoxide, polyethyleneglycol, polyacrylonitrile, polyvinylchloride, polymethylmethacrylate, polypropyleneoxide. , polydimethylsiloxane, polyvinylidenefluoride, polyvinylidenecarbonate, and polyvinyl pyrrolidinone may include at least one selected from the group consisting of.

상기 도전재가 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The conductive material may include at least one selected from the group consisting of carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon fibers, carbon nanotubes, and graphene.

본 발명의 다른 일 측면에 있어서, (a) 바이폴라 집전체의 일면 상에 형성되고, 양극활물질, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 도전재를 포함하는 양극을 형성하는 단계; (b) 상기 바이폴라 집전체의 타면 상에 형성되고, 리튬 금속을 포함하는 음극을 형성하는 단계; (c) 상기 적층체의 음극 상에 고체 전해질층을 위치시켜 고체 전해질층/음극/바이폴라 집전체/양극의 바이폴라 적층 구조체를 제조하는 단계; (d) 상기 바이폴라 적층 구조체를 직렬로 복수개 적층하여 적층체를 제조하는 단계; 및 (e) 상기 적층체의 최상부에 위치하는 고체 전해질층 상에 양극/양극 집전체를 적층하고, 상기 적층체의 최하부에 위치하는 양극 상에 고체 전해질층/음극/음극 집전체를 적층하여 바이폴라 전고체 리튬이차전지를 제조하는 단계;를 포함하는 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조방법을 제공한다.In another aspect of the present invention, (a) forming on one surface of the bipolar current collector, the positive electrode active material, the first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), forming a positive electrode comprising a first binder and a conductive material; (b) forming a negative electrode formed on the other surface of the bipolar current collector and including lithium metal; (c) preparing a bipolar laminate structure of a solid electrolyte layer/anode/bipolar current collector/anode by locating a solid electrolyte layer on the anode of the laminate; (d) manufacturing a laminate by stacking a plurality of the bipolar laminate structures in series; and (e) bipolar by laminating a positive electrode/positive electrode current collector on the solid electrolyte layer positioned at the top of the laminate, and stacking a solid electrolyte layer/negative electrode/negative electrode current collector on the positive electrode positioned at the bottom of the laminate. It provides a method of manufacturing a bipolar all-solid-state lithium secondary battery comprising; manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery.

상기 바이폴라 집전체가 알루미늄/구리 클래드(Al/Cu clad), 스테인리스 금속(SUS), 니켈 및 니켈 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The bipolar current collector may include at least one selected from the group consisting of aluminum/copper clad (Al/Cu clad), stainless metal (SUS), nickel, and a nickel alloy.

상기 음극 집전체가 구리, 니켈, 은, 알루미늄/구리 클래드(Al/Cu clad) 및 스테인리스 강(SUS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 양극 집전체가 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 알루미늄/구리 클래드(Al/Cu clad) 및 스테인리스 강(SUS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The negative electrode current collector includes at least one selected from the group consisting of copper, nickel, silver, aluminum/copper clad (Al/Cu clad) and stainless steel (SUS), and the positive electrode current collector includes aluminum, aluminum alloy, titanium , and may include at least one selected from the group consisting of aluminum/copper clad (Al/Cu clad) and stainless steel (SUS).

본 발명의 전고체 리튬이차전지의 제조방법은 양극의 로딩량 및 활물질 비율을 증가시키고, 양극을 복수회 압연함으로써 활물질의 이용률이 저하되는 것을 방지하고, 고전압 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한 양극활물질의 계면을 제어하여 높은 로딩량에서도 우수한 방전용량을 구현할 수 있다.The method of manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery of the present invention increases the loading amount and the active material ratio of the positive electrode, and by rolling the positive electrode a plurality of times, it is possible to prevent a decrease in the utilization rate of the active material and improve the high voltage stability. In addition, by controlling the interface of the positive electrode active material, excellent discharge capacity can be realized even at a high loading amount.

또한 고체전해질을 복수회 압연함으로써 밀도가 높아지고, 두께가 감소하여 여러겹 적층하지 않고, 단일층으로 사용할 수 있으며, 기계적 특성이 향상된 고체전해질층을 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, by rolling the solid electrolyte a plurality of times, the density is increased and the thickness is decreased, so that it can be used as a single layer without stacking multiple layers, and there is an effect that a solid electrolyte layer with improved mechanical properties can be manufactured.

또한 본 발명의 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조방법은 고에너지밀도를 갖는 효과가 있다.In addition, the method of manufacturing a bipolar all-solid-state lithium secondary battery of the present invention has an effect of having a high energy density.

도 1은 본 발명에 따른 전고체 리튬이차전지의 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전고체 리튬이차전지의 제조방법 중 압연 공정 단계를 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전고체 리튬이차전지 단위셀(파우치형)의 구조도이다.
도 4는 본 발명에 따른 3단 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 구조도이다.
도 5 내지 8은 소자실시예 2 및 소자비교예 5 내지 8에 따라 제조된 바이폴라 전고체 리튬이차전지를 파우치 외장재로 최종 조립된 시작품의 충방전 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9 및 10은 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 바이폴라 적층 구조체의 FIB 단면 SEM 이미지이다.
1 is a flowchart of a method for manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery according to the present invention.
2 is a schematic view showing a rolling process step in the manufacturing method of the all-solid-state lithium secondary battery according to the present invention.
3 is a structural diagram of an all-solid-state lithium secondary battery unit cell (pouch type) according to the present invention.
4 is a structural diagram of a three-stage bipolar all-solid-state lithium secondary battery according to the present invention.
5 to 8 are graphs showing the charging and discharging characteristics of prototypes finally assembled with the bipolar all-solid-state lithium secondary batteries prepared according to Device Example 2 and Device Comparative Examples 5 to 8 as a pouch case.
9 and 10 are FIB cross-sectional SEM images of the bipolar stacked structures according to Device Example 1 and Device Comparative Example 1. FIG.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 로 명명될 수 있다. In addition, terms including ordinal numbers such as first, second, etc. to be used below may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, it may be named first without departing from the scope of the present invention.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when it is said that a certain component is "formed" or "stacked" on another component, it may be formed or laminated by being directly attached to the front surface or one surface on the surface of the other component, but in the middle It should be understood that there may be other components in the .

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, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 본 발명에 따른 전고체 리튬이차전지의 제조방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전고체 리튬이차전지의 제조방법 중 압연 공정 단계를 보여주는 개략도이다.1 is a flowchart of a manufacturing method of an all-solid-state lithium secondary battery according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a rolling process step in the manufacturing method of an all-solid-state lithium secondary battery according to the present invention.

이하, 도 1 및 2를 참조하여 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 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 all-solid-state lithium secondary battery will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2 . However, this is provided as an example, and the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.

먼저, 양극활물질, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 도전재를 포함하는 양극을 제조한다(단계 a).First, a positive electrode including a positive electrode active material, first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a first binder, and a conductive material is prepared (step a).

단계 (a)를 좀 더 상세하게 설명하면, 양극활물질, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 도전재를 혼합한 슬러리를 캐스팅한 후 건조하여 양극을 제조할 수 있다. If step (a) is described in more detail, a positive electrode may be manufactured by casting a slurry in which a positive electrode active material, first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a first binder, and a conductive material are mixed and then dried.

단계 (a) 이후에, 상기 양극을 복수회 롤프레스하여 프레스된 양극을 제조하는 단계 (a');를 추가로 포함할 수 있다.After step (a), the positive electrode is roll-pressed a plurality of times to prepare a pressed positive electrode (a'); may further include.

단계 (a')가 (a'-1) 상기 양극을 10 내지 30%의 압연률로 롤프레스하는 제1 압연 단계; 및 (a'-2) 상기 제1 압연이 수행된 상기 양극을 30 내지 50%의 압연률로 롤프레스하는 제2 압연 단계;를 포함할 수 있다.Step (a') is (a'-1) a first rolling step of roll-pressing the positive electrode at a rolling ratio of 10 to 30%; and (a'-2) a second rolling step of roll-pressing the positive electrode on which the first rolling has been performed at a rolling ratio of 30 to 50%.

단계 (a'-1) 에서 상기 제1 압연은 1 내지 3회 반복하여 수행되고, 단계 (a'-2) 에서 상기 제2 압연은 1 내지 10회 반복하여 수행될 수 있다.In step (a'-1), the first rolling may be repeated 1 to 3 times, and in step (a'-2), the second rolling may be performed 1 to 10 times.

상기 제1 압연을 3회 초과하여 수행하면 압연 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 상기 제2 압연을 10회 초과하여 수행하면 상기 양극이 손상될 수 있어 바람직하지 않다. If the first rolling is performed more than 3 times, the rolling effect is insignificant, which is not preferable, and if the second rolling is performed more than 10 times, the positive electrode may be damaged, which is not preferable.

단계 (a'-1) 은 0.5 내지 5 MPa의 압력으로 수행되고, 단계 (a'-2) 는 5 내지 10 MPa의 압력으로 수행될 수 있다.Step (a'-1) may be performed at a pressure of 0.5 to 5 MPa, and step (a'-2) may be performed at a pressure of 5 to 10 MPa.

원하는 두께를 가지는 양극을 얻기 위해 제1 압연과정이 없이 처음부터 압력을 5~8Mpa로 누른다면 전극이나 전해질이 찢어지거나 손상을 입을 수 있지만, 제 1압연과정을 거친 후 높은 압력을 가하는 제2 압연과정을 수행하면 활물질이나 전극이 모양을 갖추고 있어서 원하는 타켓까지의 두께로 압연할 수 있다.In order to obtain a positive electrode having a desired thickness, if the pressure is pressed at 5~8Mpa from the beginning without the first rolling process, the electrode or electrolyte may be torn or damaged, but after the first rolling process, a second rolling with high pressure is applied. When the process is performed, the active material or electrode has a shape and can be rolled to a desired thickness up to the target.

상기 양극의 로딩량이 13 내지 14 mg/cm2 일 수 있고, 단위 면적당 양극 로딩량은 단위 면적당 양극 집전체에 코팅되는 양극 활물질의 무게를 의미한다. The loading amount of the positive electrode may be 13 to 14 mg/cm 2 , and the positive loading amount per unit area means the weight of the positive electrode active material coated on the positive electrode current collector per unit area.

상기 양극이 상기 양극활물질 100 중량부에 대하여, 상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 1 내지 10 중량부; 제1 바인더 1 내지 20 중량부; 및 상기 도전재 1 내지 10 중량부;를 포함할 수 있다. 1 to 10 parts by weight of the first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) based on 100 parts by weight of the positive electrode active material; 1 to 20 parts by weight of the first binder; and 1 to 10 parts by weight of the conductive material.

상기 양극이 복합리튬염을 추가로 포함하고, 상기 복합리튬염이 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬비스플루오로설포닐이미드(Li(FSO2)2N), LiFSI), 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2, LiTFSI), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 디플루오로(비스(옥살라토))인산리튬(LiPF2(C2O4)2), 테트라플루오로(옥살라토)인산리튬(LiPF4(C2O4)), 디플루오로(옥살라토)붕산리튬(LiBF2(C2O4)) 및 비스(옥살라토)붕산리튬(LiB(C2O4)2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상을 포함하고, 바람직하게는 리튬퍼클로레이트(LiClO4) 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Li(FSO2)2N), LiFSI)을 포함할 수 있다.The positive electrode further includes a complex lithium salt, and the complex lithium salt is lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium bisfluorosulfonyl imide (Li(FSO 2 ) 2 N), LiFSI), lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiTFSI), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), difluoro (bis(oxalato))lithium phosphate (LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 ), tetrafluoro(oxalato)lithium phosphate (LiPF 4 (C 2 O 4 )), difluoro(oxalato) ) lithium borate (LiBF 2 (C 2 O 4 )) and bis(oxalato) lithium borate (LiB(C 2 O 4 ) 2 ) containing two or more selected from the group consisting of, preferably lithium perchlorate ( LiClO 4 ) and lithiumbisfluorosulfonylimide (Li(FSO 2 ) 2 N), LiFSI).

상기 양극 활물질이 화학식 1로 표시되는 리튬-니켈-코발트-망간계 산화물(NCM)을 포함할 수 있다.The positive active material may include a lithium-nickel-cobalt-manganese-based oxide (NCM) represented by Formula 1 .

[화학식 1][Formula 1]

Li1+aNixCoyMnzO2 (0≤a≤0.2, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, x+y+z=1)Li 1+a Ni x Co y Mn z O 2 (0≤a≤0.2, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, x+y+z=1)

상기 리튬-니켈-코발트-망간계 산화물(NCM)이 LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 및 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The lithium-nickel-cobalt-manganese oxide (NCM) is LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 At least one selected from the group consisting of may be included.

상기 도전재가 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The conductive material may include at least one selected from the group consisting of carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon fibers, carbon nanotubes, and graphene.

다음으로, 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제2 바인더를 포함하는 고체전해질 시트를 제조한다(단계 b).Next, a solid electrolyte sheet including a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) and a second binder is prepared (step b).

좀 더 상세하게 설명하면, 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제2 바인더를 혼합한 슬러리를 닥터 블레이드 방법으로 코팅하여 고체전해질 시트를 제조할 수 있다.In more detail, the solid electrolyte sheet may be manufactured by coating the slurry in which the second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) and the second binder are mixed by a doctor blade method.

상기 고체전해질 시트는 복합리튬염을 추가로 포함하고, 상기 복합리튬염은 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬비스플루오로설포닐이미드(Li(FSO2)2N), LiFSI), 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2, LiTFSI), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 디플루오로(비스(옥살라토))인산리튬(LiPF2(C2O4)2), 테트라플루오로(옥살라토)인산리튬(LiPF4(C2O4)), 디플루오로(옥살라토)붕산리튬(LiBF2(C2O4)) 및 비스(옥살라토)붕산리튬(LiB(C2O4)2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 리튬퍼클로레이트(LiClO4) 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Li(FSO2)2N), LiFSI)을 포함할 수 있다.The solid electrolyte sheet further includes a composite lithium salt, and the composite lithium salt is lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium bisfluoro Sulfonylimide (Li(FSO 2 ) 2 N), LiFSI), lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiTFSI), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), di Fluoro(bis(oxalato))lithium phosphate (LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 ), tetrafluoro(oxalato)lithium phosphate (LiPF 4 (C 2 O 4 )), difluoro(oxide) Salato) lithium borate (LiBF 2 (C 2 O 4 )) and bis(oxalato) lithium borate (LiB(C 2 O 4 ) 2 ) may include two or more selected from the group consisting of, preferably may include lithium perchlorate (LiClO 4 ) and lithium bisfluorosulfonylimide (Li(FSO 2 ) 2 N), LiFSI).

상기 제1 및 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)이 하기 화학식 2로 표시될 수 있고, 바람직하게는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.The first and second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) may be represented by the following formula (2), preferably represented by the following formula (3).

[화학식 2][Formula 2]

LixAlpGaqLayZrzO12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 2≤y≤4, 1≤z≤3)Li x Al p Ga q La y Zr z O 12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 2≤y≤4, 1≤z≤3)

[화학식 3][Formula 3]

Li7-3wAlwLa3Zr2O12 (0.1≤w≤0.4)Li 7-3w Al w La 3 Zr 2 O 12 (0.1≤w≤0.4)

상기 제1 및 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)이 단일상의 큐빅 구조를 포함할 수 있다.The first and second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) may include a single-phase cubic structure.

상기 제1 및 제2 바인더가 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴카보네이트(polyvinylidenecarbonate) 및 폴리비닐피롤리디논(polyvinyl pyrrolidinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide)를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 제1 바인더는 평균분자량(Mv)이 400,000 내지 1,000,000인 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide)를 포함할 수 있고, 상기 제2 바인더는 평균분자량(Mv)이 100,000 내지 400,000인 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide)를 포함할 수 있다.The first and second binders are polyethyleneoxide, polyethyleneglycol, polyacrylonitrile, polyvinylchloride, polymethylmethacrylate, polypropyleneoxide. , polydimethylsiloxane, polyvinylidenefluoride, polyvinylidenecarbonate, and polyvinyl pyrrolidinone may include at least one selected from the group consisting of, preferably may include polyethyleneoxide, and more preferably, the first binder may include polyethyleneoxide having an average molecular weight (Mv) of 400,000 to 1,000,000, and the second binder has an average molecular weight ( Mv) may include 100,000 to 400,000 polyethylene oxide (Polyethylene oxide).

상기 고체전해질 시트의 두께는 30 내지 150 ㎛일 수 있다.The thickness of the solid electrolyte sheet may be 30 to 150 μm.

다음으로, 상기 고체전해질 시트를 복수회 롤프레스하여 고체전해질층을 제조한다(단계 c).Next, the solid electrolyte sheet is roll-pressed a plurality of times to prepare a solid electrolyte layer (step c).

단계 (c)가 (c-1) 상기 고체전해질 시트를 10 내지 30%의 압연률로 롤프레스하는 제1 압연 단계; 및 (c-2) 상기 제1 압연이 수행된 상기 고체전해질 시트를 30 내지 50%의 압연률로 롤프레스하는 제2 압연 단계;를 포함할 수 있다.Step (c) is (c-1) a first rolling step of roll-pressing the solid electrolyte sheet at a rolling ratio of 10 to 30%; and (c-2) a second rolling step of roll-pressing the solid electrolyte sheet on which the first rolling has been performed at a rolling ratio of 30 to 50%.

단계 (c-1)에서 상기 제1 압연은 1 내지 3회 반복하여 수행되고, 단계 (c-2)에서 상기 제2 압연은 1 내지 10회 이상 반복하여 수행될 수 있다. In step (c-1), the first rolling may be repeatedly performed 1 to 3 times, and in step (c-2), the second rolling may be repeatedly performed 1 to 10 times or more.

상기 제1 압연을 3회 초과하여 수행하면 압연 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 상기 제2 압연을 10회 초과하여 수행하면 상기 고체전해질 시트가 손상될 수 있어 바람직하지 않다. If the first rolling is performed more than 3 times, the rolling effect is insignificant, which is not preferable, and if the second rolling is performed more than 10 times, the solid electrolyte sheet may be damaged, which is not preferable.

단계 (c-1)은 0.5 내지 5 MPa의 압력으로 수행되고, 단계 (c-2)는 5 내지 10 MPa의 압력으로 수행될 수 있다. Step (c-1) may be performed at a pressure of 0.5 to 5 MPa, and step (c-2) may be performed at a pressure of 5 to 10 MPa.

원하는 두께(약 50㎛)를 가지는 고체전해질을 얻기위해 제1 압연과정이 없이 처음부터 압력을 5~8Mpa로 누른다면 전극이나 전해질이 찢어지거나 손상을 입을 수 있지만, 제 1압연과정을 거친 후 높은 압력을 가하는 제2 압연과정을 수행하면 활물질이나 전극이 모양을 갖추고 있어서 원하는 타켓까지의 두께로 압연할 수 있다. In order to obtain a solid electrolyte having a desired thickness (about 50㎛), if the pressure is pressed at 5~8Mpa from the beginning without the first rolling process, the electrode or electrolyte may be torn or damaged, but after the first rolling process, high When the second rolling process of applying pressure is performed, the active material or electrode has a shape, so that it can be rolled to a thickness up to a desired target.

처음부터 강한 압력으로 압연하면 고체전해질 시트가 찢어지거나 LLZO의 입자가 손상될 수 있어, 단계 (c-1) 및 (c-2)로 나눠서 압연하는 것이 바람직하고, 압력을 다르게 하여 압연함으로써, 고용량이면서 고강도의 고체전해질층을 제조할 수 있다.If rolling with a strong pressure from the beginning, the solid electrolyte sheet may be torn or the particles of LLZO may be damaged, so it is preferable to divide the rolling into steps (c-1) and (c-2), and by rolling at different pressures, high capacity It is possible to manufacture a solid electrolyte layer with high strength.

상기 고체전해질층의 두께가 40 내지 60 ㎛일 수 있다. The solid electrolyte layer may have a thickness of 40 to 60 μm.

다음으로, 상기 양극과 상기 고체전해질층을 적층하여 적층체를 제조한다(단계 d).Next, the positive electrode and the solid electrolyte layer are laminated to prepare a laminate (step d).

좀 더 상세하게 설명하면, 상기 양극과 상기 고체전해질층을 적층하고, 30℃ 내지 90℃의 온도에서 0.01 MPa 내지 1.0 MPa의 압력으로 가압하여 적층체를 제조할 수 있다. In more detail, the positive electrode and the solid electrolyte layer may be laminated, and the laminate may be manufactured by pressing at a temperature of 30° C. to 90° C. with a pressure of 0.01 MPa to 1.0 MPa.

상기 가압은 0.1분 내지 5분 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 0.1분 내지 2분 동안 수행될 수 있다. The pressurization may be performed for 0.1 minutes to 5 minutes, preferably for 0.1 minutes to 2 minutes.

마지막으로, 상기 적층체의 고체전해질층 상에 리튬 금속을 포함하는 음극을 배치하여 전고체 리튬이차전지를 제조한다(단계 e).Finally, an all-solid-state lithium secondary battery is prepared by disposing a negative electrode including lithium metal on the solid electrolyte layer of the laminate (step e).

좀 더 상세하게 설명하면, 상기 적층체의 고체전해질층 상에 리튬 금속을 포함하는 음극을 적층하고, 30℃ 내지 90℃의 온도에서 0.01 MPa 내지 1.0 MPa의 압력으로 가압하여 전고체 리튬이차전지를 제조할 수 있다. More specifically, a negative electrode containing lithium metal is laminated on the solid electrolyte layer of the laminate and pressurized at a temperature of 30° C. to 90° C. at a pressure of 0.01 MPa to 1.0 MPa to form an all-solid-state lithium secondary battery. can be manufactured.

상기 가압은 0.1분 내지 5분 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 0.1분 내지 2분 동안 수행될 수 있다. The pressurization may be performed for 0.1 minutes to 5 minutes, preferably for 0.1 minutes to 2 minutes.

도 3은 본 발명에 따른 전고체 리튬이차전지 단위셀(파우치형)의 구조도이고, 도 4는 본 발명에 따른 3단 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 구조도이다. 이하, 도 3 및 4를 참조하여 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.3 is a structural diagram of an all-solid-state lithium secondary battery unit cell (pouch type) according to the present invention, and FIG. 4 is a structural diagram of a three-stage bipolar all-solid-state lithium secondary battery according to the present invention. Hereinafter, a method of manufacturing a bipolar all-solid-state lithium secondary battery will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4 .

바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조방법은 (a) 바이폴라 집전체의 일면 상에 형성되고, 양극활물질, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 도전재를 포함하는 양극을 형성하는 단계; (b) 상기 바이폴라 집전체의 타면 상에 형성되고, 리튬 금속을 포함하는 음극을 형성하는 단계; (c) 상기 적층체의 음극 상에 고체 전해질층을 위치시켜 고체 전해질층/음극/바이폴라 집전체/양극의 바이폴라 적층 구조체를 제조하는 단계; (d) 상기 바이폴라 적층 구조체를 직렬로 복수개 적층하여 적층체를 제조하는 단계; 및 (e) 상기 적층체의 최상부에 위치하는 고체 전해질층 상에 양극/양극 집전체를 적층하고, 상기 적층체의 최하부에 위치하는 양극 상에 고체 전해질층/음극/음극 집전체를 적층하여 바이폴라 전고체 리튬이차전지를 제조하는 단계;를 포함하는 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조방법을 포함할 수 있다.A method of manufacturing a bipolar all-solid-state lithium secondary battery includes the steps of (a) forming a positive electrode formed on one surface of a bipolar current collector, and including a positive electrode active material, a first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a first binder, and a conductive material ; (b) forming a negative electrode formed on the other surface of the bipolar current collector and including lithium metal; (c) preparing a bipolar laminate structure of a solid electrolyte layer/anode/bipolar current collector/anode by locating a solid electrolyte layer on the anode of the laminate; (d) manufacturing a laminate by stacking a plurality of the bipolar laminate structures in series; and (e) bipolar by laminating a positive electrode/positive electrode current collector on the solid electrolyte layer positioned at the top of the laminate, and stacking a solid electrolyte layer/negative electrode/negative electrode current collector on the positive electrode positioned at the bottom of the laminate. It may include a method of manufacturing a bipolar all-solid-state lithium secondary battery comprising; manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery.

상기 바이폴라 집전체가 알루미늄/구리 클래드(Al/Cu clad), 스테인리스 금속(SUS), 니켈 및 니켈 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The bipolar current collector may include at least one selected from the group consisting of aluminum/copper clad (Al/Cu clad), stainless metal (SUS), nickel, and a nickel alloy.

상기 음극 집전체가 구리, 니켈, 은, 알루미늄/구리 클래드(Al/Cu clad) 및 스테인리스 강(SUS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 양극 집전체가 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 알루미늄/구리 클래드(Al/Cu clad) 및 스테인리스 강(SUS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The negative electrode current collector includes at least one selected from the group consisting of copper, nickel, silver, aluminum/copper clad (Al/Cu clad) and stainless steel (SUS), and the positive electrode current collector includes aluminum, aluminum alloy, titanium , and may include at least one selected from the group consisting of aluminum/copper clad (Al/Cu clad) and stainless steel (SUS).

상기 바이폴라 집전체의 일면 및 타면에 양극 및 음극이 각각 형성된 상태에서 고체 전해질층을 결합한 바이폴라 적층 구조체를 적층함으로써 상기 양극 및 음극의 사이에 고체 전해질층이 형성된 단위셀을 기본으로 하는 바이폴라 전고체 리튬이차전지를 제조할 수 있다.Bipolar all-solid-state lithium based on a unit cell in which a solid electrolyte layer is formed between the positive electrode and the negative electrode by stacking a bipolar laminate structure in which a solid electrolyte layer is combined with a positive electrode and a negative electrode respectively formed on one side and the other side of the bipolar current collector A secondary battery can be manufactured.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred examples are presented to help the understanding of the present invention. However, the following examples are only provided for easier understanding of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.

[실시예] [Example]

제조예 1: 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Aluminum doped lithium lanthanum zirconium oxide, Al-LLZO)의 제조Preparation Example 1: Preparation of aluminum doped lithium lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO)

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

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

상기 전구체 슬러리를 정제수로 세척한 후, 24h 건조하였다. 건조된 전구체를 볼밀로 분쇄한 후, 과잉의 LiOH·H2O을 첨가하고, 볼밀로 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물의 LiOH·H2O 함량은 LiOH·H2O 중 Li의 함량이 생성되는 고체전해질 중 Li 100중량부에 대하여 103 중량부가 되도록 3 wt% 과잉 투입하였다. 상기 혼합물을 900℃에서 2시간 동안 하소한 후 분쇄하여 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO)를 제조하였다.The precursor slurry was washed with purified water and dried for 24 h. After the dried precursor was pulverized with a ball mill, excess LiOH·H 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 3 wt% so that the content of Li in LiOH·H 2 O was 103 parts by weight based on 100 parts by weight of Li in the generated solid electrolyte. The mixture was calcined at 900° C. for 2 hours and then pulverized to prepare aluminum-doped lithium lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO).

실시예 1: 양극의 제조Example 1: Preparation of positive electrode

NCM811 양극 활물질, 고체전해질, 바인더, 도전재의 중량비가 88 : 1.2 : 8 : 2.8이 되도록 혼합물을 제조하였다(순수 고형분 기준). 즉 양극 활물질 100 중량부를 기준으로 제조예 1에 따라 제조된 Al-LLZO 1.36 중량부, PEO 바인더(분자량 600,000) 9.09 중량부, 도전재 Super-P 3.18 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하였다. A mixture was prepared such that the weight ratio of the NCM811 positive electrode active material, the solid electrolyte, the binder, and the conductive material was 88:1.2:8:2.8 (based on pure solids). That is, 1.36 parts by weight of Al-LLZO prepared according to Preparation Example 1, 9.09 parts by weight of PEO binder (molecular weight 600,000), and 3.18 parts by weight of conductive material Super-P were mixed based on 100 parts by weight of the positive active material to prepare a mixture.

이때, 상기 PEO 바인더는 폴리에틸렌옥사이드(PEO, 분자량 600,000)와 LiClO4와 LiFSi을 혼합한 리튬염을 포함하고, 바인더(PEO)의 고형분을 8wt% 목표로 하여 상기 PEO와 상기 리튬염의 몰비가 [EO]: [LiClO4]: [LiFSi] 13 : 0.8 : 0.2이 되도록 하였다.At this time, the PEO binder includes a lithium salt mixed with polyethylene oxide (PEO, molecular weight 600,000) and LiClO 4 and LiFSi, and the molar ratio of PEO and the lithium salt is [EO ]: [LiClO 4 ]: [LiFSi] 13: 0.8: 0.2.

구체적으로, 먼저 양극 활물질, 제조예 1에 따라 제조된 Al-LLZO 및 Super-p를 상기 중량비로 칭량한 후, 막자 사발을 이용하여 30분 동안 혼합하여 혼합 분말을 제조하였다. 상기 혼합 분말은 싱키 혼합기(Thinky mixer) 전용 용기에 옮겨 담은 후 상기 중량비로 PEO 바인더를 혼합하고, 혼합기에 장착하여 1회 2,000rpm으로 5분동안 3회 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 다음으로, 상기 혼합물에 아세토니트릴(acetonitrile, ACN)을 혼합하여 적절한 점도로 조절하고, 지르콘 볼을 넣은 후 2,000rpm으로 5분 동안 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 로딩량을 약 13.1mg/cm2로 설정하고, 알루미늄 포일 상에 약 70㎛ 두께로 캐스팅 하였다. 이후 롤프레스를 이용하여 초기 두께의 20% 압연률을 갖도록 1~3Mpa의 압력으로 1 내지 2회 반복하여 압연공정을 수행하였고, 이후 초기 두께의 40% 압연률을 갖도록 5~8Mpa의 압력으로 1 내지 5회 반복하여 압연공정을 수행하여 양극을 제조하였다(두께 51㎛). Specifically, first, the positive electrode active material, Al-LLZO and Super-p prepared according to Preparation Example 1 were weighed in the above weight ratio, and then mixed using a mortar for 30 minutes to prepare a mixed powder. The mixed powder was transferred to a container dedicated to a Thinky mixer, mixed with a PEO binder in the above weight ratio, mounted on a mixer, and mixed three times for 5 minutes at 2,000 rpm once to prepare a mixture. Next, a slurry was prepared by mixing acetonitrile (ACN) with the mixture to adjust the appropriate viscosity, putting a zircon ball, and mixing at 2,000 rpm for 5 minutes. The slurry was set to a loading amount of about 13.1 mg/cm 2 and cast on aluminum foil to a thickness of about 70 μm. After that, the rolling process was repeated 1 to 2 times at a pressure of 1 to 3 Mpa to have a rolling rate of 20% of the initial thickness using a roll press, and then 1 at a pressure of 5 to 8 Mpa to have a rolling rate of 40% of the initial thickness. The rolling process was repeated 5 times to prepare a positive electrode (thickness of 51 μm).

실시예 2: 고체전해질층의 제조Example 2: Preparation of solid electrolyte layer

LLZO와 바인더의 중량비가 70:30이 되도록 혼합물을 제조하였다. 즉 제조예 1에 따라 제조된 Al-LLZO 100 중량부를 기준으로 PEO 바인더 42.9 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하였다.A mixture was prepared so that the weight ratio of LLZO and the binder was 70:30. That is, a mixture was prepared by mixing 42.9 parts by weight of a PEO binder based on 100 parts by weight of Al-LLZO prepared according to Preparation Example 1.

이때, 상기 PEO 바인더는 폴리에틸렌옥사이드(PEO, 분자량 200,000)와 LiClO4와 LiFSi을 혼합한 리튬염을 포함하고, 바인더(PEO)의 고형분을 25wt% 목표로 하여 상기 PEO와 상기 리튬염의 몰비가 [EO]: [LiClO4]: [LiFSi] = 13 : 0.8 : 0.2이 되도록 하였다.At this time, the PEO binder includes a lithium salt mixed with polyethylene oxide (PEO, molecular weight 200,000) and LiClO 4 and LiFSi, and the molar ratio of PEO and the lithium salt is [EO ]: [LiClO 4 ]: [LiFSi] = 13 : 0.8 : 0.2.

구체적으로, 먼저 제조예 1에 따라 제조된 Al-LLZO 및 PEO 바인더를 상기 중량비로 칭량한 후, 싱키 혼합기(Thinky mixer)를 이용하여 2,000rpm으로 5분 동안 교반하여 혼합물을 제조하였다.Specifically, first, Al-LLZO and PEO binder prepared according to Preparation Example 1 were weighed in the above weight ratio, and then stirred at 2,000 rpm for 5 minutes using a Thinky mixer to prepare a mixture.

상기 혼합물에 아세토니트릴(acetonitrile, ACN)을 혼합하고, 싱키 혼합기로 교반하여 적절한 점도로 조절하였다. 다음으로, 2mm 지르콘 볼을 첨가하고 싱키 혼합기로 2,000rpm으로 5분 동안 교반하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리는 캐스팅 블레이드를 통하여 100 ㎛으로 캐스팅 한 뒤, 캐스팅된 슬러리의 양면에 실리콘 코팅된 PET(polyethylene terephthalate)을 덧대고, 롤프레스를 이용하여 초기 두께의 20% 압연률을 갖도록 1~3Mpa의 압력으로 1 내지 2회 반복하여 압연공정을 수행하였고, 이후 초기 두께의 40% 압연률을 갖도록 5~8Mpa의 압력으로 1 내지 5회 반복하여 압연공정을 수행하여 고체전해질층을 제조하였다(두께 54㎛). Acetonitrile (acetonitrile, ACN) was mixed with the mixture, and stirred with a sinky mixer to adjust the appropriate viscosity. Next, a slurry was prepared by adding a 2mm zircon ball and stirring at 2,000 rpm for 5 minutes with a syncy mixer. The slurry is cast to 100 μm through a casting blade, silicone-coated PET (polyethylene terephthalate) is added to both sides of the cast slurry, and a roll press is used to have a rolling rate of 20% of the initial thickness. The rolling process was performed by repeating 1 to 2 times with pressure, and then the rolling process was repeated 1 to 5 times at a pressure of 5 to 8 Mpa to have a rolling rate of 40% of the initial thickness to prepare a solid electrolyte layer (thickness 54). μm).

비교예 1: 양극의 제조Comparative Example 1: Preparation of a positive electrode

NCM811 양극 활물질, 고체전해질, 바인더, 도전재의 중량비가 88 : 1.2 : 8 : 2.8이 되도록 혼합물을 제조하였다(순수 고형분 기준). 즉 양극 활물질 100 중량부를 기준으로 제조예 1에 따라 제조된 Al-LLZO 1.36 중량부, PEO 바인더(분자량 600,000) 9.09 중량부, 도전재 Super-P 3.18 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하였다. A mixture was prepared such that the weight ratio of the NCM811 positive electrode active material, the solid electrolyte, the binder, and the conductive material was 88:1.2:8:2.8 (based on pure solids). That is, 1.36 parts by weight of Al-LLZO prepared according to Preparation Example 1, 9.09 parts by weight of a PEO binder (molecular weight 600,000), and 3.18 parts by weight of a conductive material Super-P were mixed based on 100 parts by weight of the positive active material to prepare a mixture.

이때, 상기 PEO 바인더는 폴리에틸렌옥사이드(PEO, 분자량 600,000)와 LiClO4 (리튬염)을 포함하고, 바인더(PEO)의 고형분을 8wt% 목표로 하여 상기 PEO와 상기 리튬염의 몰비가 [EO]: [LiClO4] = 15 : 1이 되도록 하였다. At this time, the PEO binder contains polyethylene oxide (PEO, molecular weight 600,000) and LiClO 4 (lithium salt), and the molar ratio of the PEO and the lithium salt is [EO]: [ LiClO 4 ] = 15 : 1.

구체적으로, 먼저 양극 활물질, 제조예 1에 따라 제조된 Al-LLZO 및 Super-p를 상기 중량비로 칭량한 후, 막자 사발을 이용하여 30분 동안 혼합하여 혼합 분말을 제조하였다. 상기 혼합 분말은 싱키 혼합기(Thinky mixer) 전용 용기에 옮겨 담은 후 상기 중량비로 PEO 바인더를 혼합하고, 혼합기에 장착하여 1회 2,000rpm으로 5분동안 3회 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 다음으로, 상기 혼합물에 아세토니트릴(acetonitrile, ACN)을 혼합하여 적절한 점도로 조절하고, 지르콘 볼을 넣은 후 2,000rpm으로 5분 동안 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 로딩량을 8.8 mg/cm2로 설정하고, 알루미늄 포일 상에 약 60㎛ 두께로 캐스팅 하였다. 이후 롤프레스를 이용하여 초기 두께의 20% 압연률을 갖도록 1~3Mpa의 압력으로 1 내지 2회 반복하여 압연공정을 수행하여 양극을 제조하였다(두께 50㎛). Specifically, first, the positive electrode active material, Al-LLZO and Super-p prepared according to Preparation Example 1 were weighed in the above weight ratio, and then mixed using a mortar for 30 minutes to prepare a mixed powder. The mixed powder was transferred to a container dedicated to a Thinky mixer, mixed with a PEO binder in the above weight ratio, mounted on a mixer, and mixed three times for 5 minutes at 2,000 rpm once to prepare a mixture. Next, a slurry was prepared by mixing acetonitrile (ACN) with the mixture to adjust the appropriate viscosity, putting a zircon ball, and mixing at 2,000 rpm for 5 minutes. The slurry was set to a loading amount of 8.8 mg/cm 2 and cast on aluminum foil to a thickness of about 60 μm. Thereafter, the rolling process was repeated 1 to 2 times at a pressure of 1 to 3 Mpa to have a rolling rate of 20% of the initial thickness using a roll press to prepare a positive electrode (thickness 50 μm).

비교예 2: 양극의 제조Comparative Example 2: Preparation of a positive electrode

비교예 1에서 로딩량을 8.8 mg/cm2로 설정하는 대신에 로딩량을 10.2 mg/cm2로 설정하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.In Comparative Example 1, a positive electrode was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that the loading amount was set to 10.2 mg/cm 2 instead of setting the loading amount to 8.8 mg/cm 2 .

비교예 3: 양극의 제조Comparative Example 3: Preparation of a positive electrode

비교예 1에서 로딩량을 8.8 mg/cm2로 설정하는 대신에 로딩량을 11.4 mg/cm2로 설정하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.In Comparative Example 1, a positive electrode was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that the loading amount was set to 11.4 mg/cm 2 instead of setting the loading amount to 8.8 mg/cm 2 .

비교예 4: 양극의 제조Comparative Example 4: Preparation of a positive electrode

비교예 1에서 로딩량을 8.8 mg/cm2로 설정하는 대신에 로딩량을 12.2 mg/cm2로 설정하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.In Comparative Example 1, a positive electrode was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that the loading amount was set to 12.2 mg/cm 2 instead of setting the loading amount to 8.8 mg/cm 2 .

비교예 5: 고체전해질층의 제조Comparative Example 5: Preparation of solid electrolyte layer

LLZO와 바인더의 중량비가 70:30이 되도록 혼합물을 제조하였다. 즉 제조예 1에 따라 제조된 Al-LLZO 100 중량부를 기준으로 PEO 바인더 42.9 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하였다.A mixture was prepared so that the weight ratio of LLZO and the binder was 70:30. That is, a mixture was prepared by mixing 42.9 parts by weight of a PEO binder based on 100 parts by weight of Al-LLZO prepared according to Preparation Example 1.

이때, 상기 PEO 바인더는 폴리에틸렌옥사이드(PEO, 분자량 200,000)와 LiClO4 (리튬염)을 포함하고, 바인더(PEO)의 고형분을 25wt% 목표로 하여 상기 PEO와 상기 리튬염의 몰비가 [EO]: [LiClO4] = 15 : 1이 되도록 하였다. At this time, the PEO binder contains polyethylene oxide (PEO, molecular weight 200,000) and LiClO 4 (lithium salt), and the molar ratio of the PEO and the lithium salt is [EO]: [ LiClO 4 ] = 15 : 1.

구체적으로, 먼저 제조예 1에 따라 제조된 Al-LLZO 및 PEO 바인더를 상기 중량비로 칭량한 후, 싱키 혼합기(Thinky mixer)를 이용하여 2,000rpm으로 5분 동안 교반하여 혼합물을 제조하였다.Specifically, first, Al-LLZO and PEO binder prepared according to Preparation Example 1 were weighed in the above weight ratio, and then stirred at 2,000 rpm for 5 minutes using a Thinky mixer to prepare a mixture.

상기 혼합물에 아세토니트릴(acetonitrile, ACN)을 혼합하고, 싱키 혼합기로 교반하여 적절한 점도로 조절하였다. 다음으로, 2mm 지르콘 볼을 첨가하고 싱키 혼합기로 2,000rpm으로 5분 동안 교반하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리는 실리콘이 코팅된 PET(polyethylene terephthalate) 필름 상에 약 12㎛ 두께로 캐스팅하고, 60℃의 온도에서 라미네이션 장비(Bio330D DIC Corporation)를 사용하여 5겹을 적층하여 두께가 약 60㎛가 되도록 고체전해질층을 제조하였다.Acetonitrile (acetonitrile, ACN) was mixed with the mixture, and stirred with a sinky mixer to adjust the appropriate viscosity. Next, a slurry was prepared by adding a 2mm zircon ball and stirring at 2,000 rpm for 5 minutes with a syncy mixer. The slurry was cast on a silicone-coated PET (polyethylene terephthalate) film to a thickness of about 12 μm, and laminated 5 layers using a lamination equipment (Bio330D DIC Corporation) at a temperature of 60° C. to a thickness of about 60 μm. An electrolyte layer was prepared.

소자실시예 1: 바이폴라 적층 구조체의 제조Device Example 1: Preparation of a bipolar stacked structure

바이폴라 집전체의 일면 상에 실시예 1에 따라 제조된 양극을 위치시켜 양극층을 제조하고, 상기 바이폴라 집전체의 타면 상에 리튬 금속(0.02t)을 포함하는 음극을 위치시켜 음극층을 제조하였다.A positive electrode layer was prepared by positioning the positive electrode prepared according to Example 1 on one side of a bipolar current collector, and a negative electrode including lithium metal (0.02 t) was placed on the other side of the bipolar current collector to prepare a negative electrode layer .

이어서 45℃의 온도에서 라미네이션 장비(Bio330D DIC Corporation)를 이용하여 상기 음극층의 음극 상에 실시예 2에 따라 제조된 고체전해질층을 접착시키고, 가압하여 고체전해질층/음극/바이폴라 집전체/양극을 제조하여 바이폴라 적층 구조체를 제조하였다.Then, the solid electrolyte layer prepared according to Example 2 was adhered on the negative electrode of the negative electrode layer using lamination equipment (Bio330D DIC Corporation) at a temperature of 45° C., and the solid electrolyte layer / negative electrode / bipolar current collector / positive electrode was pressed. was prepared to prepare a bipolar laminated structure.

소자실시예 2: 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조Device Example 2: Preparation of bipolar all-solid-state lithium secondary battery

양극 집전체 상에 실시예 1에 따라 제조된 양극을 위치시켜 양극/양극 집전체를 제조하였다. 또한 음극 집전체 상에 리튬 금속(0.02t)을 포함하는 음극을 위치시켜 음극층을 제조하고 45℃의 온도에서 라미네이션 장비(Bio330D DIC Corporation)를 이용하여 상기 음극층의 음극 상에 실시예 2에 따라 제조된 고체전해질층을 접착시켜 고체 전해질층/음극/음극 집전체를 제조하였다.A positive electrode/positive electrode current collector was prepared by placing the positive electrode prepared according to Example 1 on the positive electrode current collector. In addition, the negative electrode layer was prepared by placing a negative electrode containing lithium metal (0.02t) on the negative electrode current collector, and using lamination equipment (Bio330D DIC Corporation) at a temperature of 45 ° C. on the negative electrode of the negative electrode layer in Example 2 A solid electrolyte layer/negative electrode/negative electrode current collector was prepared by adhering the prepared solid electrolyte layer.

소자실시예 1에 따라 제조된 바이폴라 적층 구조체를 직렬로 2개 적층하고 가압하여 적층체를 제조한 후, 상기 적층체의 최상부에 위치하는 고체 전해질층과 상기 양극/양극 집전체의 양극이 맞닿게 적층하고, 상기 적층체의 최하부에 위치하는 양극과 상기 고체 전해질층/음극/음극 집전체의 고체 전해질층이 맞닿게 적층하고 가압하여 단위셀이 3개가 적층된 바이폴라 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.After laminating two bipolar laminated structures prepared according to Device Example 1 in series and pressing to prepare a laminate, the solid electrolyte layer located on the top of the laminate and the positive electrode of the positive electrode/positive electrode current collector are in contact A bipolar all-solid-state lithium secondary battery in which three unit cells were stacked was manufactured by stacking the positive electrode positioned at the bottom of the stack and the solid electrolyte layer of the solid electrolyte layer/negative electrode/negative electrode current collector in contact with each other and pressing. .

소자비교예 1: 바이폴라 적층 구조체의 제조 Device Comparative Example 1: Preparation of a bipolar stacked structure

실시예 1에 따라 제조된 양극을 사용하는 대신에 비교예 1에 따라 제조된 양극을 사용하고, 실시예 2에 따라 제조된 고체전해질층을 사용하는 대신에 실시예 5에 따라 제조된 고체전해질층을 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 바이폴라 적층 구조체를 제조하였다.The positive electrode prepared according to Comparative Example 1 was used instead of the positive electrode prepared according to Example 1, and the solid electrolyte layer prepared according to Example 5 was used instead of the solid electrolyte layer prepared according to Example 2 A bipolar stacked structure was prepared in the same manner as in Device Example 1 except that

소자비교예 2: 바이폴라 적층 구조체의 제조 Device Comparative Example 2: Preparation of a bipolar stacked structure

실시예 1에 따라 제조된 양극을 사용하는 대신에 비교예 2에 따라 제조된 양극을 사용하고, 실시예 2에 따라 제조된 고체전해질층을 사용하는 대신에 실시예 5에 따라 제조된 고체전해질층을 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 바이폴라 적층 구조체를 제조하였다.The positive electrode prepared according to Comparative Example 2 was used instead of the positive electrode prepared according to Example 1, and the solid electrolyte layer prepared according to Example 5 was used instead of the solid electrolyte layer prepared according to Example 2 A bipolar stacked structure was prepared in the same manner as in Device Example 1 except that

소자비교예 3: 바이폴라 적층 구조체의 제조 Device Comparative Example 3: Preparation of a bipolar stacked structure

실시예 1에 따라 제조된 양극을 사용하는 대신에 비교예 3에 따라 제조된 양극을 사용하고, 실시예 2에 따라 제조된 고체전해질층을 사용하는 대신에 실시예 5에 따라 제조된 고체전해질층을 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 바이폴라 적층 구조체를 제조하였다.The positive electrode prepared according to Comparative Example 3 was used instead of the positive electrode prepared according to Example 1, and the solid electrolyte layer prepared according to Example 5 was used instead of the solid electrolyte layer prepared according to Example 2 A bipolar stacked structure was prepared in the same manner as in Device Example 1 except that

소자비교예 4: 바이폴라 적층 구조체의 제조 Device Comparative Example 4: Preparation of a bipolar stacked structure

실시예 1에 따라 제조된 양극을 사용하는 대신에 비교예 4에 따라 제조된 양극을 사용하고, 실시예 2에 따라 제조된 고체전해질층을 사용하는 대신에 실시예 5에 따라 제조된 고체전해질층을 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 바이폴라 적층 구조체를 제조하였다.The positive electrode prepared according to Comparative Example 4 was used instead of the positive electrode prepared according to Example 1, and the solid electrolyte layer prepared according to Example 5 was used instead of the solid electrolyte layer prepared according to Example 2 was used. A bipolar stacked structure was prepared in the same manner as in Device Example 1 except that

소자비교예 5: 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조 Device Comparative Example 5: Preparation of bipolar all-solid-state lithium secondary battery

소자실시예 1에 따라 제조된 바이폴라 적층 구조체를 적층하는 대신에 소자비교예 1에 따라 제조된 바이폴라 적층 구조체를 적층하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 바이폴라 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.A bipolar all-solid-state lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Device Example 1, except that the bipolar stacked structure prepared according to Device Comparative Example 1 was laminated instead of the bipolar stacked structure prepared according to Device Example 1 did

소자비교예 6: 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조 Device Comparative Example 6: Preparation of bipolar all-solid-state lithium secondary battery

소자실시예 1에 따라 제조된 바이폴라 적층 구조체를 적층하는 대신에 소자비교예 2에 따라 제조된 바이폴라 적층 구조체를 적층하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 바이폴라 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.A bipolar all-solid-state lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Device Example 1, except that the bipolar stacked structure prepared according to Device Comparative Example 2 was stacked instead of stacked with the bipolar stacked structure prepared according to Device Example 1 did

소자비교예 7: 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조 Device Comparative Example 7: Preparation of bipolar all-solid-state lithium secondary battery

소자실시예 1에 따라 제조된 바이폴라 적층 구조체를 적층하는 대신에 소자비교예 3에 따라 제조된 바이폴라 적층 구조체를 적층하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 바이폴라 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.A bipolar all-solid-state lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Device Example 1, except that the bipolar stacked structure prepared according to Device Comparative Example 3 was stacked instead of stacked with the bipolar stacked structure prepared according to Device Example 1 did

소자비교예 8: 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조 Device Comparative Example 8: Preparation of bipolar all-solid-state lithium secondary battery

실시예 1에 따라 제조된 바이폴라 적층 구조체를 적층하는 대신에 소자비교예 4에 따라 제조된 바이폴라 적층 구조체를 적층하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 바이폴라 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.A bipolar all-solid-state lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Device Example 1, except that the bipolar stacked structure prepared according to Device Comparative Example 4 was stacked instead of the bipolar stacked structure prepared according to Example 1 was stacked. .

[시험예] [Test Example]

시험예 1: 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 충방전 특성Test Example 1: Charge/discharge characteristics of bipolar all-solid-state lithium secondary battery

도 5 내지 8은 소자실시예 2 및 소자비교예 5 내지 8에 따라 제조된 바이폴라 전고체 리튬이차전지를 파우치 외장재로 최종 조립된 시작품의 충방전 특성을 나타낸 그래프이다. 소자실시예 2는 70℃에서 0.05C 충방전 전류로 9.0∼12.6V 구간에서 충방전 실험을 수행했고, 소자비교예 5 내지 8은 70℃에서 0.05C 충방전 전류로 9.0∼12.9V 구간에서 충방전 실험을 수행했다.5 to 8 are graphs showing the charging and discharging characteristics of prototypes finally assembled with the bipolar all-solid-state lithium secondary batteries prepared according to Device Example 2 and Device Comparative Examples 5 to 8 as a pouch case. In Device Example 2, charging and discharging experiments were performed in the range of 9.0 to 12.6V with a charge/discharge current of 0.05C at 70° C., and Comparative Examples 5 to 8 were charged in the range of 9.0 to 12.9V with a charge/discharge current of 0.05C at 70°C. Discharge experiments were performed.

도 5 내지 8을 참조하면, 양극의 크기는 약 4.3 cm x 2.7 cm이며, 충전 후 개로전압(OCV)은 약 12.6V, 그리고 평균 방전전압은 11.3V (기기에서 측정된 값)로서 단위셀 1개에 대해 적용하면 약 3.7V 방전전압과 거의 일치하는 방전전압을 확인할 수 있었다. 소자실시예 2에 따라 제조된 바이폴라 전고체 리튬이차전지는 70℃에서 전류밀도 0.05C 로 방전한 결과, 약 194 mAh/g, 25.9mAh의 방전용량을 구현하였다. 이는 압연공정을 거친 고강도 전해질을 사용함에 따라 고 로딩레벨에서도 셀의 충방전 과정이 원활하게 진행될 수 있었고, 양극의 이용률을 높여주어 방전용량 또한 제대로 구현할 수 있었다. 이를 통해 에너지밀도를 계산하면 소자실시예 2의 반응면적기준 총 부피는 0.0004807L가 되고, 0.026Ah(용량) X 11.29V(전압) = 0.2924Wh, 즉 608.3 Wh/L을 구현하였다. 따라서 본 발명에 의해 고에너지밀도를 갖는 바이폴라 구조에 의한 셀/스텍이 제작 가능함을 확인할 수 있었다.5 to 8 , the size of the positive electrode is about 4.3 cm x 2.7 cm, the open-circuit voltage (OCV) after charging is about 12.6V, and the average discharge voltage is 11.3V (measured in the device) of unit cell 1 When applied to dogs, it could be confirmed that the discharge voltage was almost identical to the discharge voltage of about 3.7V. As a result of discharging the bipolar all-solid-state lithium secondary battery prepared according to Device Example 2 at 70° C. with a current density of 0.05 C, discharge capacities of about 194 mAh/g and 25.9 mAh were realized. By using the high-strength electrolyte that has undergone the rolling process, the charging and discharging process of the cell could proceed smoothly even at a high loading level, and the discharge capacity could also be properly implemented by increasing the utilization rate of the positive electrode. When the energy density is calculated through this, the total volume based on the reaction area of Device Example 2 becomes 0.0004807L, and 0.026Ah (capacity) X 11.29V (voltage) = 0.2924Wh, that is, 608.3 Wh/L was realized. Therefore, it was confirmed that a cell/stack having a bipolar structure having a high energy density can be manufactured according to the present invention.

또한 고체전해질 시트를 5겹을 적층한 고체전해질층을 포함하는 소자비교예 5 내지 8의 충방전 곡선을 보면, 로딩레벨 9mg/cm2 이하의 셀(소자비교예 5)에서는 문제 없이 충방전이 진행되는 것을 확인할 수 있었고 그에 따라 부피에너지밀도는 412Wh/L를 달성하였다. 그러나 높은 에너지밀도를 위하여 로딩레벨(10mg/cm2 이상)을 높인 소자비교예 6 내지 8은 얇은 두께의 전해질로 인해 기계적 특성이 저하되어 충전과정에서 쇼트(단락) 현상이 나타났고, 로딩레벨에 따라 충전과정이 진행되지 않고 단락되는 현상이 빠르게 나타나며, 방전용량이 제대로 구현되지 못하는 현상이 발생하였다.In addition, looking at the charge-discharge curves of Comparative Examples 5 to 8 of the devices comprising a solid electrolyte layer in which 5 layers of a solid electrolyte sheet are laminated, the charging/discharging proceeds without any problem in the cells with a loading level of 9 mg/cm 2 or less (Comparative Device Example 5). It could be confirmed that the volumetric energy density was 412Wh/L. However, in Comparative Examples 6 to 8 of the devices in which the loading level (10 mg/cm 2 or more) was increased for high energy density, mechanical properties were lowered due to the thin electrolyte, and a short circuit occurred during the charging process, and the loading level Accordingly, the charging process did not proceed and a short circuit occurred quickly, and the discharge capacity was not implemented properly.

시험예 2: 고체 전해질층의 비교Test Example 2: Comparison of Solid Electrolyte Layers

도 9는 소자실시예 1에 따른 바이폴라 적층 구조체, 도 10은 소자비교예 1에 따른 바이폴라 적층 구조체의 FIB 단면 SEM 이미지이다.9 is a bipolar stacked structure according to Device Example 1, and FIG. 10 is an FIB cross-sectional SEM image of a bipolar stacked structure according to Device Comparative Example 1.

도 9 및 10을 참조하면, 소자비교예 1에 따른 바이폴라 적층 구조체의 경우, 적층된 고체전해질층을 사용한 것으로 인해 기공이나 균열 등을 확인할 수 있었다. 그러나 소자실시예 1에 따른 바이폴라 적층 구조체의 경우, 롤프레스 압연공정을 통해 제조한 하나의 고체전해질층을 사용함으로써, 기공이 전부 사라지고, 밀도가 높은 것을 확인할 수 있었다. 그에 따라 기계적 특성이 향상되어 높은 로딩레벨(13mg/cm2 이상)에서도 셀의 충방전이 원활하게 진행되는 것을 확인하였다.9 and 10 , in the case of the bipolar laminate structure according to Device Comparative Example 1, pores or cracks were confirmed due to the use of the stacked solid electrolyte layer. However, in the case of the bipolar laminate structure according to Device Example 1, it was confirmed that all pores disappeared and the density was high by using one solid electrolyte layer prepared through the roll press rolling process. As a result, the mechanical properties were improved, and it was confirmed that the charging and discharging of the cell proceeded smoothly even at a high loading level (13 mg/cm 2 or more).

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.As mentioned above, although preferred embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical spirit of the present invention. It is possible.

Claims (20)

(a) 양극활물질, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 도전재를 포함하는 양극을 제조하는 단계;
(a') 상기 양극을 복수회 롤프레스하여 프레스된 양극을 제조하는 단계;
(b) 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 및 제2 바인더를 포함하는 고체전해질 시트를 제조하는 단계;
(c-1) 상기 고체전해질 시트를 10 내지 30%의 압연률로 롤프레스하는 제1 압연 단계;
(c-2) 상기 제1 압연이 수행된 상기 고체전해질 시트를 30 내지 50%의 압연률로 롤프레스하는 제2 압연을 수행하여 고체전해질층을 제조하는 단계;
(d) 상기 프레스된 양극과 상기 고체전해질층을 적층하여 적층체를 제조하는 단계; 및
(e) 상기 적층체의 고체전해질층 상에 리튬 금속을 포함하는 음극을 배치하는 단계;를 포함하고,
단계 (c-1)에서 상기 제1 압연은 1 내지 3회 반복하여 수행되고,
단계 (c-2)에서 상기 제2 압연은 1회 내지 10회 반복하여 수행되고,
단계 (c-1)은 0.5 내지 5 MPa의 압력으로 수행되고,
단계 (c-2)는 5 내지 10 MPa의 압력으로 수행되고,
상기 고체전해질층의 두께가 40 내지 60 ㎛이고,
상기 프레스된 양극의 로딩량이 13 내지 14 mg/cm2 인 것인, 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
(a) preparing a positive electrode including a positive electrode active material, a first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a first binder, and a conductive material;
(a') roll-pressing the positive electrode a plurality of times to prepare a pressed positive electrode;
(b) preparing a solid electrolyte sheet including a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) and a second binder;
(c-1) a first rolling step of roll-pressing the solid electrolyte sheet at a rolling ratio of 10 to 30%;
(c-2) performing a second rolling of roll-pressing the solid electrolyte sheet on which the first rolling has been performed at a rolling ratio of 30 to 50% to prepare a solid electrolyte layer;
(d) laminating the pressed positive electrode and the solid electrolyte layer to prepare a laminate; and
(e) disposing a negative electrode including lithium metal on the solid electrolyte layer of the laminate;
In step (c-1), the first rolling is performed repeatedly 1 to 3 times,
In step (c-2), the second rolling is performed repeatedly 1 to 10 times,
step (c-1) is carried out at a pressure of 0.5 to 5 MPa,
Step (c-2) is carried out at a pressure of 5 to 10 MPa,
The thickness of the solid electrolyte layer is 40 to 60 μm,
The loading amount of the pressed positive electrode is 13 to 14 mg/cm 2 The manufacturing method of the all-solid-state lithium secondary battery.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
단계 (a')가
(a'-1) 상기 양극을 10 내지 30%의 압연률로 롤프레스하는 제1 압연 단계; 및
(a'-2) 상기 제1 압연이 수행된 상기 양극을 30 내지 50%의 압연률로 롤프레스하는 제2 압연 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
According to claim 1,
Step (a') is
(a'-1) a first rolling step of roll-pressing the positive electrode at a rolling ratio of 10 to 30%; and
(a'-2) a second rolling step of roll-pressing the positive electrode, on which the first rolling has been performed, at a rolling ratio of 30 to 50%;
제6항에 있어서,
단계 (a'-1) 에서 상기 제1 압연은 1 내지 3회 반복하여 수행되고,
단계 (a'-2) 에서 상기 제2 압연은 1 내지 10회 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
7. The method of claim 6,
In step (a'-1), the first rolling is performed repeatedly 1 to 3 times,
The method of manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery, characterized in that the second rolling in step (a'-2) is repeated 1 to 10 times.
제6항에 있어서,
단계 (a'-1) 은 0.5 내지 5 MPa의 압력으로 수행되고,
단계 (a'-2) 는 5 내지 10 MPa의 압력으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
7. The method of claim 6,
step (a'-1) is carried out at a pressure of 0.5 to 5 MPa,
Step (a'-2) is a method of manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery, characterized in that it is carried out at a pressure of 5 to 10 MPa.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 양극이 상기 양극활물질 100 중량부에 대하여,
상기 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 1 내지 10 중량부;
제1 바인더 1 내지 20 중량부; 및
상기 도전재 1 내지 10 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
The method of claim 1,
The positive electrode is based on 100 parts by weight of the positive electrode active material,
1 to 10 parts by weight of the first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO);
1 to 20 parts by weight of the first binder; and
1 to 10 parts by weight of the conductive material; all-solid-state lithium secondary battery manufacturing method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 양극 및 고체전해질 시트가 각각 복합리튬염을 추가로 포함하고,
상기 복합리튬염이 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬비스플루오로설포닐이미드(Li(FSO2)2N), LiFSI), 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2, LiTFSI), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 디플루오로(비스(옥살라토))인산리튬(LiPF2(C2O4)2), 테트라플루오로(옥살라토)인산리튬(LiPF4(C2O4)), 디플루오로(옥살라토)붕산리튬(LiBF2(C2O4)) 및 비스(옥살라토)붕산리튬(LiB(C2O4)2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
According to claim 1,
Each of the positive electrode and the solid electrolyte sheet further comprises a composite lithium salt,
The complex lithium salt is lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium bisfluorosulfonylimide (Li(FSO 2 ) 2 N), LiFSI), lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiTFSI), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), difluoro(bis(oxalato))lithium phosphate (LiPF) 2 (C 2 O 4 ) 2 ), tetrafluoro (oxalato) lithium phosphate (LiPF 4 (C 2 O 4 )), difluoro (oxalato) lithium borate (LiBF 2 (C 2 O 4 ) ) and bis (oxalato) lithium borate (LiB(C 2 O 4 ) 2 ) A method of manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery comprising at least two selected from the group consisting of.
제11항에 있어서,
상기 복합리튬염이 리튬퍼클로레이트(LiClO4) 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Li(FSO2)2N), LiFSI)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The method for manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery, wherein the composite lithium salt comprises lithium perchlorate (LiClO 4 ) and lithium bisfluorosulfonylimide (Li(FSO 2 ) 2 N), LiFSI).
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질이 화학식 1로 표시되는 리튬-니켈-코발트-망간계 산화물(NCM)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
[화학식 1]
Li1+aNixCoyMnzO2 (0≤a≤0.2, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, x+y+z=1)
According to claim 1,
The method for manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery, wherein the positive active material comprises a lithium-nickel-cobalt-manganese oxide (NCM) represented by Formula 1.
[Formula 1]
Li 1+a Ni x Co y Mn z O 2 (0≤a≤0.2, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, x+y+z=1)
제13항에 있어서,
상기 리튬-니켈-코발트-망간계 산화물(NCM)이 LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 및 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
14. The method of claim 13,
The lithium-nickel-cobalt-manganese oxide (NCM) is LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 A method of manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery comprising at least one selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)이 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
[화학식 2]
LixAlpGaqLayZrzO12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 2≤y≤4, 1≤z≤3)
According to claim 1,
The method of manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery, characterized in that the first and second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) is represented by the following formula (2).
[Formula 2]
Li x Al p Ga q La y Zr z O 12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 2≤y≤4, 1≤z≤3)
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 바인더가 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴카보네이트(polyvinylidenecarbonate) 및 폴리비닐피롤리디논(polyvinyl pyrrolidinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
According to claim 1,
The first and second binders are polyethyleneoxide, polyethyleneglycol, polyacrylonitrile, polyvinylchloride, polymethylmethacrylate, polypropyleneoxide. , polydimethylsiloxane (polydimethylsiloxane), polyvinylidene fluoride (polyvinylidenefluoride), polyvinylidene carbonate (polyvinylidenecarbonate) and polyvinyl pyrrolidinone (polyvinyl pyrrolidinone), characterized in that it contains at least one A method for manufacturing a solid lithium secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 도전재가 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
According to claim 1,
The method for manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery, wherein the conductive material comprises at least one selected from the group consisting of carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon fibers, carbon nanotubes, and graphene.
(a) 바이폴라 집전체의 일면 상에 형성되고, 양극활물질, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 제1 바인더 및 도전재를 포함하는 양극을 형성하는 단계;
(b) 상기 바이폴라 집전체의 타면 상에 형성되고, 리튬 금속을 포함하는 음극을 형성하는 단계;
(c) 상기 음극 상에 고체 전해질층을 위치시켜 고체 전해질층/음극/바이폴라 집전체/양극의 바이폴라 적층 구조체를 제조하는 단계;
(d) 상기 바이폴라 적층 구조체를 직렬로 복수개 적층하여 적층체를 제조하는 단계;
(e) 상기 적층체의 최상부에 위치하는 고체 전해질층 상에 양극/양극 집전체를 적층하고, 상기 적층체의 최하부에 위치하는 양극 상에 고체 전해질층/음극/음극 집전체를 적층하여 바이폴라 전고체 리튬이차전지를 제조하는 단계;를
포함하는 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
(a) forming a positive electrode formed on one surface of the bipolar current collector, the positive electrode including a positive electrode active material, first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), a first binder, and a conductive material;
(b) forming a negative electrode formed on the other surface of the bipolar current collector and including lithium metal;
(c) preparing a bipolar laminate structure of a solid electrolyte layer/anode/bipolar current collector/anode by locating a solid electrolyte layer on the anode;
(d) manufacturing a laminate by stacking a plurality of the bipolar laminate structures in series;
(e) stacking a positive electrode / positive electrode current collector on the solid electrolyte layer located at the top of the laminate, and stacking a solid electrolyte layer / negative electrode / negative electrode current collector on the positive electrode located at the bottom of the laminate to obtain bipolar Preparing a solid lithium secondary battery;
A method of manufacturing a bipolar all-solid-state lithium secondary battery comprising a.
제18항에 있어서,
상기 바이폴라 집전체가 알루미늄/구리 클래드(Al/Cu clad), 스테인리스 금속(SUS), 니켈 및 니켈 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
19. The method of claim 18,
Method of manufacturing a bipolar all-solid-state lithium secondary battery, wherein the bipolar current collector comprises at least one selected from the group consisting of aluminum/copper clad (Al/Cu clad), stainless metal (SUS), nickel, and a nickel alloy .
제18항에 있어서,
상기 음극 집전체가 구리, 니켈, 은, 알루미늄/구리 클래드(Al/Cu clad) 및 스테인리스 강(SUS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 양극 집전체가 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 알루미늄/구리 클래드(Al/Cu clad) 및 스테인리스 강(SUS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The negative electrode current collector includes at least one selected from the group consisting of copper, nickel, silver, aluminum/copper clad (Al/Cu clad) and stainless steel (SUS),
The positive electrode current collector of a bipolar all-solid-state lithium secondary battery, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of aluminum, aluminum alloy, titanium, aluminum / copper clad (Al / Cu clad) and stainless steel (SUS) manufacturing method.
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