KR102402004B1 - Manufacturing Method of solid electrolyte with specific pattern - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특정 형태의 고체 전해질의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 형태의 고체 전해질의 제조 방법은 (a) 전구체 물질을 포함하는 전구체 용액을 생성하는 단계; (b) 상기 전구체 용액에 특정 형태의 가이드 부재를 함침시키는 단계; (c) 상기 함침된 가이드 부재를 건조시키는 단계; 및 (d) 상기 건조된 가이드 부재를 열처리하여 상기 건조된 가이드 부재로부터 상기 특정 형태의 고체 전해질을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다. The present invention relates to a process for the preparation of certain types of solid electrolytes. A method of manufacturing a specific type of solid electrolyte according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: (a) generating a precursor solution including a precursor material; (b) impregnating a guide member of a specific shape in the precursor solution; (c) drying the impregnated guide member; and (d) heat-treating the dried guide member to generate the solid electrolyte of the specific type from the dried guide member.

Description

특정 형태의 고체 전해질의 제조 방법{Manufacturing Method of solid electrolyte with specific pattern}Manufacturing method of solid electrolyte with specific pattern

본 발명은 고체 전해질의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 특정 형태를 갖는 고체 전해질의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a solid electrolyte, and more particularly, to a method for manufacturing a solid electrolyte having a specific shape.

이차 전지는 충전 시에 금속 이온(예: 리튬 이온, 나트륨 이온)이 양극에서 음극으로 이동하고, 방전 시에는 금속 이온이 음극에서 양극으로 이동한다. 이 경우, 양극부와 음극부 사이의 고체 전해질은 금속 이온의 전달을 용이하게 하고 전기적으로는 절연 상태를 유지해야 한다. 이에, 이차 전지는 다양한 물질 및 디자인을 포함하고, 높은 유도전류 효율이 필요한 이차 전지는 고체 전해질 분리막을 사용한다. 따라서, 경제성 및 범용성을 고려한 고체 전해질을 제조할 필요가 있으나, 아직까지 이에 대한 연구 결과는 미흡한 실정이다.In a secondary battery, metal ions (eg, lithium ions, sodium ions) move from the positive electrode to the negative electrode during charging, and metal ions move from the negative electrode to the positive electrode during discharging. In this case, the solid electrolyte between the anode part and the cathode part should facilitate the transfer of metal ions and maintain an electrically insulating state. Accordingly, secondary batteries include various materials and designs, and secondary batteries requiring high induced current efficiency use a solid electrolyte separator. Therefore, there is a need to manufacture a solid electrolyte in consideration of economy and versatility, but research results on this are still insufficient.

[특허문헌 1] 한국등록특허 제10-0294467호[Patent Document 1] Korean Patent No. 10-0294467

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특정 형태의 고체 전해질의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was created to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid electrolyte of a specific type.

또한, 본 발명은 전구체 용액에 함침된 가이드 부재를 열처리하여, 가이드 부재의 형태로 고체 전해질을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid electrolyte in the form of a guide member by heat-treating a guide member impregnated in a precursor solution.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood from the description below.

상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 형태의 고체 전해질의 제조 방법은, (a) 전구체 물질을 포함하는 전구체 용액을 생성하는 단계; (b) 상기 전구체 용액에 특정 형태의 가이드 부재를 함침시키는 단계; (c) 상기 함침된 가이드 부재를 건조시키는 단계; 및 (d) 상기 건조된 가이드 부재를 열처리하여 상기 건조된 가이드 부재로부터 상기 특정 형태의 고체 전해질을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다. In order to achieve the above objects, a method for manufacturing a solid electrolyte of a specific type according to an embodiment of the present invention includes the steps of: (a) generating a precursor solution including a precursor material; (b) impregnating a guide member of a specific shape in the precursor solution; (c) drying the impregnated guide member; and (d) heat-treating the dried guide member to generate the solid electrolyte of the specific type from the dried guide member.

실시예에서, 상기 (a) 단계는, 상기 전구체 물질을 에탄올 용매에 용해시켜 상기 전구체 용액을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다. In an embodiment, the step (a) may include dissolving the precursor material in an ethanol solvent to generate the precursor solution.

실시예에서, 상기 (d) 단계는, 상기 건조된 가이드 부재를 제1 온도에서 열처리하여, 상기 가이드 부재를 열분해시키는 단계;를 포함할 수 있다. In an embodiment, the step (d) may include thermally decomposing the guide member by heat-treating the dried guide member at a first temperature.

실시예에서, 상기 (d) 단계는, 상기 건조된 가이드 부재를 상기 제1 온도에서 열처리하여, 상기 가이드 부재에 포함된 상기 전구체 물질을 상기 특정 형태로 수축시키는 단계;를 포함할 수 있다. In an embodiment, the step (d) may include heat-treating the dried guide member at the first temperature to shrink the precursor material included in the guide member into the specific shape.

실시예에서, 상기 제1 온도는, 500 내지 600

Figure 112019130652157-pat00001
를 포함할 수 있다. In an embodiment, the first temperature is 500 to 600
Figure 112019130652157-pat00001
may include

실시예에서, 상기 (d) 단계는, 상기 특정 형태로 수축된 전구체 물질을 제2 온도에서 열처리하여, 상기 특정 형태로 수축된 전구체 물질을 소결하여 상기 특정 형태의 고체 전해질을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다. In an embodiment, the step (d) comprises the steps of heat-treating the precursor material shrunk in the specific shape at a second temperature, sintering the precursor material shrunk in the specific shape to produce a solid electrolyte of the specific shape; may include

실시예에서, 상기 제2 온도는, 900 내지 1100

Figure 112019130652157-pat00002
를 포함할 수 있다. In an embodiment, the second temperature is 900 to 1100
Figure 112019130652157-pat00002
may include

상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific details for achieving the above objects will become clear with reference to the embodiments to be described in detail below in conjunction with the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, it may be configured in various different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs ( Hereinafter, "a person skilled in the art") is provided to fully inform the scope of the invention.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 기존 단순한 펠렛 형태로 소결만 가능했던 전구체 물질을 특정한 형상으로 소결하여 특정한 형상의 고체 전해질을 제조할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a solid electrolyte having a specific shape may be manufactured by sintering a precursor material, which has only been sintered in the form of a simple pellet, into a specific shape.

본 발명의 일 실시예에 의하면, Li, Na 등 이온만 선택적으로 통과시키는 고체 전해질을 다양한 가이드 부재의 형상으로 제작하게 되면 플랙서블 배터리(Flexible battery), 박막 배터리(Thin film battery) 등 다양한 전지 시스템에 적용시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when a solid electrolyte that selectively passes only ions such as Li and Na is manufactured in the shape of various guide members, various battery systems such as a flexible battery and a thin film battery can be applied to

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 용액 형태로 제작된 전구체로 원하는 모양의 가이드 부재만 사용하면 고체 전해질의 대량 생산이 가능할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, mass production of a solid electrolyte may be possible if only a guide member having a desired shape is used as a precursor manufactured in the form of a solution.

본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and potential effects expected by the technical features of the present invention will be clearly understood from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 형태의 고체 전해질의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 2a는 종래의 일 실시예에 따른 전구체 용액을 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전구체 용액을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 형태의 고체 전해질의 제조 과정을 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 부재를 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 부재가 함침된 전구체 용액을 도시한 도면이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 전해질을 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 전해질의 소결 과정을 도시한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 온도 별 고체 전해질을 도시한 도면이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 형태의 고체 전해질을 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 XRD 분석 그래프를 도시한 도면이다.
도 6b 내지 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 형태의 고체 전해질을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 전해질의 이온 전도도 그래프를 도시한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a method of manufacturing a specific type of solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.
2A is a diagram illustrating a precursor solution according to an exemplary embodiment of the related art.
2B is a diagram illustrating a precursor solution according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a manufacturing process of a specific type of solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.
Figure 4a is a view showing a guide member according to an embodiment of the present invention.
4B is a view illustrating a precursor solution impregnated with a guide member according to an embodiment of the present invention.
4C is a diagram illustrating a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.
5A is a diagram illustrating a sintering process of a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.
5B is a diagram illustrating a solid electrolyte for each heat treatment temperature according to an embodiment of the present invention.
5C is a view showing various types of solid electrolytes according to an embodiment of the present invention.
6A is a diagram illustrating an XRD analysis graph according to an embodiment of the present invention.
6B to 6E are diagrams illustrating various types of solid electrolytes according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an ionic conductivity graph of a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.

청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.Various features of the invention disclosed in the claims may be better understood upon consideration of the drawings and detailed description. The apparatus, methods, preparations, and various embodiments disclosed herein are provided for purposes of illustration. The disclosed structural and functional features are intended to enable those skilled in the art to specifically practice the various embodiments, and are not intended to limit the scope of the invention. The disclosed terms and sentences are for the purpose of easy-to-understand descriptions of various features of the disclosed invention, and are not intended to limit the scope of the invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 형태의 고체 전해질의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a specific type of solid electrolyte according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 형태의 고체 전해질의 제조 방법을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a method of manufacturing a specific type of solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, S101 단계는, 전구체 물질을 포함하는 전구체 용액을 생성하는 단계이다. 일 실시예에서, 전구체 물질을 에탄올 용매에 용해시켜 전구체 용액을 생성할 수 있다. Referring to FIG. 1 , step S101 is a step of generating a precursor solution including a precursor material. In one embodiment, the precursor material may be dissolved in an ethanol solvent to form a precursor solution.

예를 들어, 전구체 물질을 에탄올 용매에 넣고, 교반(stir)하여 투명한 전구체 용액을 생성할 수 있다. 또한, 예를 들어, 전구체 물질은 세라믹 전구체 물질을 포함할 수 있다. For example, the precursor material may be placed in an ethanol solvent and stirred to produce a transparent precursor solution. Also, for example, the precursor material may include a ceramic precursor material.

S103 단계는, 전구체 용액에 특정 형태의 가이드 부재를 함침시키는 단계이다. 일 실시예에서, 전구체 용액에 특정 형태의 가이드 부재를 1일(day) 이상 함침시킬 수 있다. Step S103 is a step of impregnating the guide member of a specific shape in the precursor solution. In one embodiment, the precursor solution may be impregnated with a specific type of guide member for one or more days.

여기서, 가이드 부재는 템플릿(template) 또는 이와 동등한 기술적 의미를 갖는 용어로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 가이드 부재는 탄소 섬유(carbon fiber) 템플릿을 포함할 수 있다. Here, the guide member may be referred to as a template or a term having an equivalent technical meaning. For example, the guide member may include a carbon fiber template.

S105 단계는, 함침된 가이드 부재를 건조시키는 단계이다. 일 실시예에서, 함침된 가이드 부재를 공기 중에 건조시킬 수 있다. Step S105 is a step of drying the impregnated guide member. In one embodiment, the impregnated guide member may be dried in the air.

S107 단계는, 건조된 가이드 부재를 열처리하여 상기 건조된 가이드 부재로부터 상기 특정 형태의 고체 전해질을 생성하는 단계이다. 예를 들어, 고체 전해질은 세라믹 고체 전해질을 포함할 수 있다. Step S107 is a step of heat-treating the dried guide member to generate the solid electrolyte of the specific type from the dried guide member. For example, the solid electrolyte may include a ceramic solid electrolyte.

일 실시예에서, 상기 건조된 가이드 부재를 제1 온도에서 열처리하여, 가이드 부재를 열분해시킬 수 있다. In an embodiment, the dried guide member may be heat-treated at a first temperature to thermally decompose the guide member.

일 실시예에서, 상기 건조된 가이드 부재를 제1 온도에서 열처리하여, 가이드 부재에 포함된 전구체 물질을 특정 형태로 수축시킬 수 있다. 여기서, 제1 온도는, 500 내지 600

Figure 112019130652157-pat00003
를 포함할 수 있다. 즉, 특정 형태로 전구체 물질의 결정상이 생성될 수 있다. In an embodiment, the dried guide member may be heat-treated at a first temperature to shrink the precursor material included in the guide member to a specific shape. Here, the first temperature is 500 to 600
Figure 112019130652157-pat00003
may include That is, a crystalline phase of the precursor material may be generated in a specific form.

일 실시예에서, 특정 형태로 수축된 전구체 물질을 제2 온도에서 열처리하여, 특정 형태로 수축된 전구체 물질을 소결하여 특정 형태의 고체 전해질을 생성할 수 있다. 여기서, 제2 온도는, 900 내지 1100

Figure 112019130652157-pat00004
를 포함할 수 있다. In an embodiment, the precursor material shrunk to a specific shape may be heat treated at a second temperature to sinter the precursor material shrunk to a specific shape to generate a solid electrolyte of a specific shape. Here, the second temperature is 900 to 1100
Figure 112019130652157-pat00004
may include

즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복잡한 조성의 고체 전해질 물질을 원하는 모양에 따라 소결시킬 수 있다. That is, according to an embodiment of the present invention, a solid electrolyte material having a complex composition may be sintered according to a desired shape.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존의 세라믹 고체 전해질은 부러지기 쉬운 펠렛 형태로만 제작되어 활용 범위가 넓지 못했지만, 본 발명의 경우 용액 상태의 전구체로 다양한 가이드 부재의 모양 그대로 고체 전해질을 제작할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the conventional ceramic solid electrolyte is produced only in the form of fragile pellets, so the application range is not wide. can

도 2a는 종래의 일 실시예에 따른 전구체 용액을 도시한 도면이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전구체 용액을 도시한 도면이다.2A is a diagram illustrating a precursor solution according to an exemplary embodiment of the related art. 2B is a diagram illustrating a precursor solution according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참고하면, 기존의 LATP 세라믹 전구체 용액은 기존의 고상 합성 또는 수계 합성법에 사용되는 전구체 용액을 포함할 수 있다. 이 경우, 전구체 혼합 후 가라앉은 분말을 건조한 후 소결 처리할 수 있다.Referring to FIG. 2A , the conventional LATP ceramic precursor solution may include a precursor solution used in the conventional solid-state synthesis or water-based synthesis method. In this case, the powder that has settled after mixing the precursor may be dried and then sintered.

예를 들어, 기존의 LATP 세라믹 전구체 용액은 LiCl, NH4H2PO4, Al(NO3)3

Figure 112019130652157-pat00005
9H2O 및 Ti(OC4H9)4를 물(H2O)과 혼합하여 생성될 수 있다. For example, conventional LATP ceramic precursor solutions are LiCl, NH 4 H 2 PO 4 , Al(NO 3 ) 3
Figure 112019130652157-pat00005
9H 2 O and Ti(OC 4 H 9 ) 4 may be produced by mixing water (H 2 O).

도 2b를 참고하면, 본 발명에 따른 전구체 용액의 경우, 각 원소를 포함하는 전구체 중, 에탄올 용매에 완전 용해되는 전구체 물질이 사용될 수 있다. 이 경우, 해당 전구체 용액이 에탄올 용매에 완전히 용해되기 때문에, 본 발명에 따른 전구체 용액은 액상으로 바로 사용될 수 있다.Referring to FIG. 2B , in the case of the precursor solution according to the present invention, a precursor material completely soluble in an ethanol solvent among precursors including each element may be used. In this case, since the precursor solution is completely dissolved in the ethanol solvent, the precursor solution according to the present invention can be directly used in the liquid phase.

예를 들어, 본 발명에 따른 전구체 용액은 LiCl, AlCl3, C3H9O4P 및 Ti(C3H5O)4를 에탄올 용매에 용해시켜 생성될 수 있다. For example, the precursor solution according to the present invention may be prepared by dissolving LiCl, AlCl 3 , C 3 H 9 O 4 P and Ti(C 3 H 5 O) 4 in an ethanol solvent.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 형태의 고체 전해질의 제조 과정(300)을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a manufacturing process 300 of a specific type of solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 특정 형태의 고체 전해질의 제조 과정(300)은 함침 과정(310), 열분해 과정(320) 및 소결 과정(330)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the manufacturing process 300 of a specific type of solid electrolyte may include an impregnation process 310 , a thermal decomposition process 320 , and a sintering process 330 .

함침 과정(310)에서, 특정 형태의 가이드 부재를 전구체 용액에 함침시킬 수 있다. 예를 들어, 도 4a를 참고하면, 가이드 부재는 스트랜드(strand) 형태, 패브릭(fabric) 형태, 천(woven) 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 4b를 참고하면, 이러한 가이드 부재가 함침된 전구체 용액을 확인할 수 있다. 이후, 함침된 가이드 부재를 건조시킬 수 잇다. In the impregnation process 310 , a guide member having a specific shape may be impregnated with the precursor solution. For example, referring to FIG. 4A , the guide member may have various shapes, such as a strand shape, a fabric shape, and a woven shape, but is not limited thereto. Also, referring to FIG. 4B , a precursor solution impregnated with such a guide member can be identified. Thereafter, the impregnated guide member may be dried.

열분해 과정(320)에서, 건조된 가이드 부재를 제1 온도에서 열처리하여, 상기 가이드 부재를 열분해시킬 수 있다. 이 경우, 가이드 부재가 열분해됨에 따라, 가이드 부재에 포함된 전구체 물질은 특정 형태로 수축될 수 있다. In the thermal decomposition process 320 , the dried guide member may be heat treated at a first temperature to thermally decompose the guide member. In this case, as the guide member is thermally decomposed, the precursor material included in the guide member may be contracted into a specific shape.

소결 과정(330)에서, 특정 형태로 수축된 전구체 물질을 제2 온도에서 열처리하여, 도 4c와 같이, 특정 형태로 수축된 전구체 물질을 소결시켜 특정 형태의 고체 전해질을 생성할 수 있다. In the sintering process 330 , the precursor material shrunk in a specific shape is heat-treated at a second temperature, and as illustrated in FIG. 4C , the precursor material shrunk in a specific shape is sintered to generate a solid electrolyte of a specific shape.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열분해 과정(320)과 소결 과정(330)과 같은 열처리 과정을 통해 가이드 부재의 특정 형태대로 고체 전해질을 생성할 수 있다. That is, according to an embodiment of the present invention, the solid electrolyte may be generated in a specific shape of the guide member through a heat treatment process such as the thermal decomposition process 320 and the sintering process 330 .

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 온도 별 고체 전해질의 소결 과정을 도시한 도면이다. 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 온도 별 고체 전해질을 도시한 도면이다. 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 형태의 고체 전해질을 도시한 도면이다.5A is a diagram illustrating a sintering process of a solid electrolyte for each heat treatment temperature according to an embodiment of the present invention. 5B is a diagram illustrating a solid electrolyte for each heat treatment temperature according to an embodiment of the present invention. 5C is a view showing various types of solid electrolytes according to an embodiment of the present invention.

도 5a를 참고하면, 전구체 용액에 함침되었던 가이드 부재를 150

Figure 112019130652157-pat00006
로 2시간 동안 열처리하여 수분을 제거할 수 있다.Referring to FIG. 5A , the guide member impregnated in the precursor solution is 150
Figure 112019130652157-pat00006
Moisture can be removed by heat treatment for 2 hours.

또한, 해당 가이드 부재를 500

Figure 112019130652157-pat00007
로 4시간 동안 열처리하여 가이드 부재를 열분해시킬 수 있다.In addition, the guide member
Figure 112019130652157-pat00007
The guide member can be thermally decomposed by heat treatment for 4 hours.

이후, 열분해를 통해 가이드 부재에 포함되었던 전구체 물질이 가이드 부재의 형태로 수축됨에 따라, 수축된 전구체 물질을 800

Figure 112019130652157-pat00008
로 4시간 동안 열처리하고, 950 내지 1100
Figure 112019130652157-pat00009
로 열처리하여 수축된 전구체 물질을 소결시킬 수 있다. Thereafter, as the precursor material included in the guide member is shrunk in the form of the guide member through thermal decomposition, the contracted precursor material is
Figure 112019130652157-pat00008
Heat treatment for 4 hours, 950 to 1100
Figure 112019130652157-pat00009
The shrunken precursor material can be sintered by heat treatment with a furnace.

이 경우, 도 5b를 참고하면, 각 열처리 온도에 따라, 가이드 부재가 열분해되고, 가이드 부재의 특정 형태와 동일하게 고체 전해질이 생성되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 5c를 참고하면, 가이드 부재는 스트랜드 형태, 패브릭 형태, 천 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In this case, referring to FIG. 5B , it can be confirmed that the guide member is thermally decomposed according to each heat treatment temperature, and a solid electrolyte is generated in the same manner as in the specific shape of the guide member. In addition, referring to FIG. 5C , the guide member may have various shapes such as a strand shape, a fabric shape, and a cloth shape, but is not limited thereto.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 XRD 분석 그래프를 도시한 도면이다. 도 6b 내지 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 전해질 이미지를 도시한 도면이다.6A is a diagram illustrating an XRD analysis graph according to an embodiment of the present invention. 6B to 6E are diagrams illustrating solid electrolyte images according to an embodiment of the present invention.

도 6a 내지 6e를 참고하면, 1000

Figure 112019130652157-pat00010
이상으로 소결한 후, XRD 분석을 통해 특정 형태로 전구체 물질의 LATP 결정상이 확인됨을 확인할 수 있다. 6A to 6E , 1000
Figure 112019130652157-pat00010
After sintering as described above, it can be confirmed that the LATP crystal phase of the precursor material in a specific form is confirmed through XRD analysis.

이 경우, 소결된 LATP 세라믹은 카본 기반 가이드 부재의 형상과 동일하게 소결된 것을 확인할 수 있다. 단면 이미지와 3D 구조 이미지를 확인하더라도 소결된 LATP 세라믹은 카본 기반 가이드 부재의 형상과 동일하게 소결되며, Li+ 이온 전달 채널이 생성됨을 확인할 수 있다. In this case, it can be confirmed that the sintered LATP ceramic is sintered in the same shape as the carbon-based guide member. Even if the cross-sectional image and the 3D structure image are checked, it can be confirmed that the sintered LATP ceramic is sintered in the same shape as the carbon-based guide member, and Li + ion transport channels are created.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 전해질의 이온 전도도 그래프를 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating an ionic conductivity graph of a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 고체 전해질은 가이드 부재와 동일한 형태를 가질 뿐만 아니라, 성능 측면에서도, 세라믹 고체 전해질의 이온 전도도를 그대로 유지함을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 고체 전해질은 전기화학적 특정은 그대로 유지한 상태로 형태를 조절할 수 있다. Referring to FIG. 7 , it can be seen that the solid electrolyte prepared according to an embodiment of the present invention not only has the same shape as the guide member, but also maintains the ionic conductivity of the ceramic solid electrolyte in terms of performance. That is, the shape of the solid electrolyte according to the present invention can be adjusted while maintaining the electrochemical characteristics.

일 실시예에서, 본 발명의 세라믹 고체 전해질은 리튬 및 이온의 전해질 역할로 적합한 다양한 물질로 구성될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment, the ceramic solid electrolyte of the present invention may be composed of various materials suitable as electrolytes for lithium and ions, but is not limited thereto.

예를 들어, 리튬 이온 전도성 세라믹 고체전해질은 NASICON-type의 (Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3, LAGP 등과 이의 혼합 및 이의 타 이온 도핑(doping) 류), LLTO-type (Li3xLa2/3-xTiO3 등), LISICON-type (Li14ZnGe4O16 등), Composite-type (LiI-Al2O3 등), LiPON (Li2.88PO3.73N0.14, Li3PO3.3N0.5 등), Thio-LISICON type (Li10GeP2S12, Li10SnP2S12, Li2S`30P2S5 등), 가넷 타입(Garnet type) (Li6La2BaTa2O12, Li7La3Zr2O12 등) 및 기타 리튬 이온 선택 투과성 세라믹 고체전해질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the lithium ion conductive ceramic solid electrolyte is a NASICON-type (Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , a mixture thereof with LAGP, etc. and other ion doping types thereof), LLTO-type (Li 3x La 2/3-x TiO 3 etc.), LISICON-type (Li 14 ZnGe 4 O 16 etc.), Composite-type (LiI-Al 2 O 3 etc.), LiPON (Li 2.88 PO 3.73 N 0.14 , Li 3 PO 3.3 N 0.5 , etc.), Thio-LISICON type (Li 10 GeP 2 S 12 , Li 10 SnP 2 S 12 , Li 2 S`30P 2 S 5 etc.), Garnet type (Li 6 La 2 BaTa 2 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , etc.) and other lithium ion selective permeable ceramic solid electrolytes.

또한, 예를 들어, 소듐 세라믹 고체전해질은 NASICON계 물질 (Na1+xZr2P3-xSixO12, 0< x <3 과 도핑(doping) 물질, NaMM'(PO4)3, M or M' = Na+, V3+, Nb3+, Ta3+, ..), 베타 알루미나(beta-Alumina) (

Figure 112019130652157-pat00011
-Al2O3), NaPS4 계열(정방 위상(tetragonal phase) NaPS4, 입방 위상(cubic phase) NaPS4 등과 이의 혼합 및 타 이온 도핑 류) 및 기타 소듐 이온 선택 투과성 세라믹 고체전해질을 포함할 수 있다. In addition, for example, the sodium ceramic solid electrolyte is a NASICON-based material (Na 1+x Zr 2 P 3-x Si x O 12 , 0< x <3 and a doping material, NaMM'(PO 4 ) 3 , M or M' = Na+, V3+, Nb3+, Ta3+, ..), beta-Alumina (
Figure 112019130652157-pat00011
-Al 2 O 3 ), NaPS 4 series (tetragonal phase NaPS 4 , cubic phase NaPS 4 and mixtures thereof and other ion doping types) and other sodium ion selective permeable ceramic solid electrolytes have.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to illustrate, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.

본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.The protection scope of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be understood to be included in the scope of the present invention.

300: 고체 전해질의 제조 과정
310: 함침 과정
320: 열분해 과정
330: 소결 과정
300: solid electrolyte manufacturing process
310: impregnation process
320: pyrolysis process
330: sintering process

Claims (7)

전구체 물질을 포함하는 전구체 용액을 생성하는 단계;
상기 전구체 용액에 특정 형태의 가이드 부재를 함침시키는 단계;
상기 함침된 가이드 부재를 건조시키는 단계;
상기 건조된 가이드 부재를 제1 온도에서 열처리하여, 상기 가이드 부재에 포함된 상기 전구체 물질을 상기 특정 형태로 수축시키는 단계; 및
상기 특정 형태로 수축된 전구체 물질을 제2 온도에서 열처리하여, 상기 특정 형태로 수축된 전구체 물질을 소결하여 상기 특정 형태의 고체 전해질을 생성하는 단계;
를 포함하는,
특정 형태의 고체 전해질의 제조 방법.
generating a precursor solution comprising a precursor material;
impregnating the precursor solution with a specific type of guide member;
drying the impregnated guide member;
heat-treating the dried guide member at a first temperature to shrink the precursor material included in the guide member into the specific shape; and
heat-treating the precursor material shrunk into the specific shape at a second temperature to sinter the precursor material shrunk to the specific shape to produce a solid electrolyte of the specific shape;
containing,
A method for preparing a specific type of solid electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 전구체 용액을 생성하는 단계는,
상기 전구체 물질을 에탄올 용매에 용해시켜 상기 전구체 용액을 생성하는 단계;
를 포함하는,
특정 형태의 고체 전해질의 제조 방법.
According to claim 1,
The step of generating the precursor solution comprises:
dissolving the precursor material in an ethanol solvent to produce the precursor solution;
containing,
A method for preparing a specific type of solid electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 수축시키는 단계는,
상기 건조된 가이드 부재를 제1 온도에서 열처리하여, 상기 가이드 부재를 열분해시키는 단계;
를 포함하는,
특정 형태의 고체 전해질의 제조 방법.
According to claim 1,
The shrinking step is
thermally decomposing the guide member by heat-treating the dried guide member at a first temperature;
containing,
A method for preparing a specific type of solid electrolyte.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 온도는, 500 내지 600
Figure 112021152453265-pat00032
를 포함하는,
특정 형태의 고체 전해질의 제조 방법.
According to claim 1,
The first temperature is 500 to 600
Figure 112021152453265-pat00032
containing,
A method for preparing a specific type of solid electrolyte.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 온도는, 900 내지 1100
Figure 112021152453265-pat00033
를 포함하는,
특정 형태의 고체 전해질의 제조 방법.
According to claim 1,
The second temperature is 900 to 1100
Figure 112021152453265-pat00033
containing,
A method for preparing a specific type of solid electrolyte.
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