KR102403385B1 - 전극 활물질 상에 고체 전해질 물질을 증착하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

전극 활물질 상에 고체 전해질 물질을 증착하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

전극 활물질(2) 상에 고체 전해질 물질(4)을 증착하기 위한 방법이, 제1 저장 유닛(3)으로부터 제1 투여 수단(8)으로 상기 전극 활물질(2)을 공급하는 동시에 제2 저장 유닛(3')으로부터 제2 투여 수단(8')으로 고체 전해질 물질(4)을 공급하는 단계(20), 불활성 가스 공급 수단(10, 10')을 이용하여 제1 투여 수단(8) 및 제2 투여 수단(8')으로 불활성 가스를 공급하는 단계(22), 제1 투여 수단(8)을 통해 반응 챔버(9) 내로 전극 활물질(2)을 공급하는 동시에 제2 투여 수단(8')을 통해 반응 챔버(9) 내로 고체 전해질 물질(4)을 공급하는 단계(24)를 포함하고; 제1 투여 수단(8) 및 제2 투여 수단(8')을 이용하여 반응 챔버(9)로 공급하는 단계(24) 도중에, 전극 활물질(2) 및 고체 전해질 물질(4)의 전자 구조는, 고체 전해질 물질(4)의 결정 구조를 유지하는 가운데, 전극 활물질(2) 및 고체 전해질 물질(4)이 적어도 부분적으로 서로 결합하는 방식(28)으로, 영향을 받는다.

Description

전극 활물질 상에 고체 전해질 물질을 증착하기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DEPOSITING A SOLID ELECTROLYTE MATERIAL ON ELECTRODE ACTIVE MATERIAL}
본 발명은, 전극 활물질 상에 고체 전해질 물질을 증착하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
간행물 DE 10 2015 217 749 A1호는, 배터리 셀을 위한 코팅된 캐소드 활물질에 관한 것으로, 여기서 코팅은, 리튬-이온 전도성 고체 전해질로서 형성되며, 그리고 코팅 방법으로서, 물리적, 기계적 또는 습식 화학적 방법이 이용된다.
간행물 US 2017/0018760 A1호는, 이차 리튬 셀 및 배터리를 위한 코팅된 활성 캐소드 물질에 관한 것으로, 여기서 코팅은, 20 내지 50nm의 층 두께의 고체 리튬-이온 전도체로서 형성되며, 그리고 코팅 방법으로서, 물리적 프로세스, 예를 들어 ALD, PECVD, 또는 PLD가 이용된다.
간행물 WO 2016/196688 A1호는, 애노드 물질 및 캐소드 물질을 코팅하기 위한 방법에 관한 것으로, 여기서 코팅은, 예를 들어 금속 산화물, 금속 할로겐화물, 금속 산화 할로겐화물, 금속 인산화물 등의 형태로 형성되며, 그리고 코팅 방법으로서, ALD, MLD, CVD, PVD 등이 이용된다.
간행물 US 2011/0045348 A1호는, 저항 감소 코팅 물질을 갖는 코팅된 캐소드 활물질 및 캐소드 활물질을 사용하기 위한 리튬 배터리에 관한 것이다.
간행물 US 2014/0234715 A1호는, 캐소드 활물질을 위한 보호 코팅에 관한 것으로, 여기서 코팅은, 침지, 분무 코팅 또는 ALD에 의한 알루미늄 산화물, 알루미늄 인산화물 또는 알루미늄 불화물의 형태로, 형성된다.
전술한 방법의 단점은, 사용되는 많은 고체 전해질이 고전압에 대해 안정적이지 않으며, 그리고 그에 따라 보호 코팅으로서 부적합하다는 것이다. 특정 방법에 의한 이러한 물질들의 합성 또한, 실행될 수 없다. 더불어, 전술한 여러 방법은, 매우 복잡하고 비용이 많이 들며, 그리고 그에 따라 산업적 규모로 적용하기에 어렵다. 부가적으로, 일부의 방법은, 일반적으로 부가적인 정제단계들을 필요로 하며, 이러한 단계들은 또한, 프로세스 요건에 의존하여 비용이 매우 많이 들 수 있다.
따라서, 본 발명의 과제는, 전술한 단점들을 적어도 부분적으로 제거하는 것이고, 특히 본 발명의 과제는, 다방면으로 적용 가능하며 그리고 간단하고 저렴하게 실시 가능한, 전극 활물질 상에 고체 전해질 물질을 증착하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제는, 청구항 제1항의 특징들을 갖는 방법 및 청구항 제10항에 따른 시스템에 의해 해결된다. 본 발명의 다른 특징들 및 세부 사항은, 종속 청구항들, 상세한 설명 및 도면으로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 방법에 대해 개시된 기술적 특징들은 또한 본 발명에 따른 시스템과 관련하여서도 적용되며, 그 반대도 마찬가지이므로, 본 발명의 개별 양상들에 관한 공개 내용에 대해서 항상 상호 참조될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항들에 명시된다.
전극 활물질 상에 고체 전해질 물질을 증착하기 위한 본 발명에 따른 방법에서 먼저, 제1 저장 유닛으로부터 제1 투여 수단으로 전극 활물질이 공급되는 동시에, 제2 저장 유닛으로부터 제2 투여 수단으로 고체 전해질 물질이 공급된다. 전극 활물질은, 이 경우 애노드 활물질 또는 캐소드 활물질로서 형성될 수 있을 것이다. 이 경우 저장 유닛은 바람직하게, 반응기, 반응 용기, 반응 컨테이너 등으로 형성될 수 있을 것이다.
전극 활물질 및 고체 전해질 물질의 공급 이후에, 본 발명에 따른 방법의 부분으로서, 불활성 가스가, 불활성 가스 공급 수단을 이용하여 제1 투여 수단 및 제2 투여 수단으로 공급된다. 불활성 가스로서, 이 경우 바람직하게, 희가스, 특히 아르곤, 뿐만아니라 예를 들어 질소 등과 같은 다른 가스가 또한 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 제1 투여 수단 및 제2 투여 수단으로의 불활성 가스의 공급 이후에, 본 방법에 따라, 제1 투여 수단을 통해 반응 챔버 내로 전극 활물질이 공급되는 동시에, 제2 투여 수단을 통해 반응 챔버로 고체 전해질 물질이 공급된다. 이 경우, 물질들은 유리하게, 가능한 한 큰 반응 표면을 제공하기 위해, 반응 챔버로 공급되는 도중에, 무화될 수 있다.
본 방법에 따른 반응 챔버로의 전극 활물질 및 고체 전해질 물질의 공급은, 반응 챔버로의 공급 도중에 전극 활물질 및 고체 전해질 물질의 전자 구조가, 고체 전해질 물질의 결정 구조를 유지하는 가운데 전극 활물질 및 고체 전해질 물질이 적어도 부분적으로 서로 결합하는 방식으로, 영향을 받도록, 이루어진다. 결합은, 이 경우, 예를 들어 쌍극자 상호 작용, 이온 상호 작용, 공유 상호 작용 또는 다른 유형의 상호 작용을 통해 이루어질 수 있으며, 제시되는 경우에 바람직하게, 고체 전해질 물질은, 전극 활물질 상에 배열되며, 특히 전극 활물질 상에 증착된다.
본 발명의 맥락에서, 전자 구조에 영향을 미치는 것은, 전극 활물질 및 고체 전해질 물질의 전하 캐리어의 정렬 또는 공간적 재분배 내지 전하 캐리어의 수용 또는 방출까지로 이해되어야 한다.
본 발명의 맥락에서, 고체 전해질 물질의 결정 구조의 유지는, 고체 전해질 물질의 결정 구조의 기본적인 원자 배치 또는 기본적인 원자 구조가, 본 발명에 따른 프로세스 도중에, 변경되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이는, 고체 전해질 물질의 결정들 내부에서의 결합 길이의 변화가 발생할 수 있지만, 원자 결합 상대는 동일하게 유지된다는 것을 의미한다.
고체 전해질 코팅에 의해, 전극 물질은, 전극 물질이 액상 음극물질(리튬-이온 배터리의 경우) 또는 고상 음극물질(catholyte)(고체 배터리의 경우)과 더 이상 직접 접촉하지 않으며 그리고 그에 따라 셀의 더 긴 수명을 보장하기 때문에, 보호된다.
본 방법에 의해, 특히, 코팅 프로세스 도중에 고체 전해질의 구조를 유지하는 것이 가능하다. 결과적으로, 한편으로는 고온이 작용하지 않으며 그리고 다른 한편으로는 전극 활물질은 화학적으로도 부식되지 않기 때문에, 코팅 시 전극 활물질은 보호된다. 전극 활물질의 보호에 부가하여, 본 방법은, 분말 형태로 제조될 수 있는 다양한 물질과 더불어 수행될 수 있으며, 그리고 어떠한 후처리 단계도 요구하지 않는다.
본 발명에 따른 방법의 수행의 범위 내에서 고체 전해질 물질 및 전극 활물질의 가장 유연하고 미세하게 투여되는 공급을 보장하기 위해, 구체적으로, 고체 전해질 물질 및 전극 활물질이 각각, 투여 수단으로 공급되기 이전에, 서로 별도로 용매 중에 현탁되는 것이 제공될 수 있다. 이 경우 물질들의 별도의 저장 및 현탁은, 특히 적합한 용매의 유연한 선택을 가능하게 한다. 따라서, 고체 전해질 물질 및 전극 활물질의 현탁을 위해, 특히 쉽게 휘발되는 비양자성 용매, 예를 들어 THF, 시클로헥산, 메틸 아세테이트, 클로로포름, NMP(n-메틸피롤리돈), NEP(n-에틸피롤리돈), 크실렌, 펜탄, 디클로로메탄, 디에틸에테르, 아세토니트릴 등이 사용될 수 있다.
더불어, 고체 전해질 물질 및 전극 활물질의 가급적 유연하며 그리고 최상의 맞춤형 공급을 또한 가능하게 하기 위해, 본 발명에 따라 추가로, 2개의 상이한 공급 수단에 의한, 제1 투여 수단으로의 전극 활물질의 공급 및 제2 투여 수단으로의 고체 전해질 물질의 공급이, 제공될 수 있다. 공급 수단은 이 경우, 특히 펌프 등의 형태로, 예를 들어 연동 펌프, 회전식 베인 펌프, 스크롤 펌프, 오일 확산 펌프, 터보 분자 펌프, 워터 제트 펌프 등의 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 개별적인 물질들을 투여 수단으로 공급하기 위한 상이한 진공이, 상이한 공급 수단의 사용에 의해, 생성될 수 있을 뿐만 아니라, 공급 수단은, 사용되는 용매에 대해 조정될 수도 있고, 이는, 모든 펌프가 모든 용매에 동일하게 적합하지 않기 때문에, 특히 유리하다.
반응 챔버로의 고체 전해질 물질의 가급적 다방면의 그리고 가변적으로 제어 가능하고 투여 가능한 공급을 가능하게 하기 위해, 불활성 가스가, 공급 도중에, 가열되는 것이, 본 발명에 따라 추가로 제공될 수 있다. 불활성 가스는, 이 경우, 바람직하게, 적어도 부분적으로 희가스, 예를 들어 아르곤, 헬륨 등을 포함할 수 있다. 또한, 질소 또는 다른 가스 또는 특정 가스 혼합물이, 또한 사용될 수 있다. 불활성 가스의 전술한 가열에 의해, 특히 맞춤형 공급 조건이, 마련될 수 있다. 이 경우, 불활성 가스가 제1 불활성 가스-공급 수단 및 제2 불활성 가스-공급 수단을 통해 각각 별도로 제1 투여 수단 및 제2 투여 수단으로 공급되는 것이 고려될 수도 있고, 이는 반응 챔버로의 공급 조건에 대한 유연성의 측면에서 추가적인 개선을 제공한다.
전극 활물질 상에 고체 전해질 물질의 높은 결합 가능성을 고려하여, 본 발명에 따른 방법에 따르면, 2 내지 5nm 크기를 갖는 고체 전해질 물질이 공급되는 것이, 추가로 제공될 수 있다. 이 경우, 고체 전해질 물질은 바람직하게, 현탁 전에, 분쇄되거나 또는 달리 처리될 수 있다. 고체 전해질 물질은, 이 경우, 특히 밀링 프로세스 등과 같은 기계적-물리적 제조 프로세스를 통해 분쇄될 수 있다. 마찬가지로, 고체 전해질 물질은, 화학적-물리적 제조 방법을 통해, 예컨대 침전 프로세스 또는 분무 열분해 등을 통해, 액체상 또는 기체상으로, 준비될 수 있다. 고체 전해질 물질의 크기와 관련하여, 상기 크기는, 이 경우 바람직하게, 10nm 미만, 바람직하게 5nm 미만, 특히 3nm 미만의 크기로, 분쇄되거나 제조될 수 있다.
사용되는 코팅 물질의 가급적 넓은 전기 화학적 안정성 범위를 제공하기 위해, 본 발명에 따라, LLZO(가넷) 및/또는 NASICON이 고체 전해질 물질로서 사용되는 것이, 추가로 제공될 수 있다. 마찬가지로, 언급된 상기 2개의 고체 전해질 물질에 부가하여, 특히, 유사한 전기 화학적 안정성 범위를 갖는, 예를 들어 Li/Li+에 대해, 최대 약 0.01 V(애노드 물질을 위한 고체 전해질 물질로서) 또는 최대 약 4.9 V(캐소드 물질을 위한 전해질 물질로서)의 전기 화학적 안정성을 달성하는, 다른 물질들이 사용되는 것이, 본 발명에 따라 추가로 제공될 수 있다.
전극 활물질 상에의 고체 전해질 물질의 가급적 높은 결합 가능성 또는 증착 가능성을 보장하기 위해, 본 발명의 방법에 따라, 전극 활물질 및 고체 전해질 물질이, 반응 챔버로의 공급 도중에, 반대로 분극되는 것이, 추가로 제공될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 고전압이, 반응 챔버로의 공급 도중에, 투여 수단에 인가될 수 있으며, 따라서 전극 활물질 및 고체 전해질 물질이 공급 도중에 상응하게 분극된다.
특히 고체 전해질 물질과 전극 활물질 사이의 더 높은 결합 강도 또는 더 강한 결합 친화력을 보장하기 위해, 전극 활물질 및 고체 전해질 물질이, 반응 챔버로의 공급 도중에, 서로 반대로 이온화되는 것이 추가로 제공될 수 있다. 이는, 예를 들어 투여 수단에 높은 양의 전압 또는 음의 전압을 인가함에 의해 수행될 수 있다. 이 경우 특히, 전자 충격 이온화, 화학적 이온화, 전계 이온화, 전자 스프레이 이온화 등과 같은 다양한 이온화 방법이, 고체 전해질 물질 및 전극 활물질의 서로 반대되는 이온화를 위해 사용될 수 있을 것이다.
반응 챔버로부터의 전극 활물질과 고체 전해질 물질의 결합된 입자의 분리에 대한 간단한 동시에 비용 효율적인 방식과 관련하여, 본 발명의 방법에 따라, 전극 활물질 및 고체 전해질 물질의 결합된 입자가, 원심 분리기를 이용하여 반응 챔버로부터 분리되는 것이, 추가로 제공될 수 있다. 그러한 분리의 맥락에서, 이 경우 예를 들어, 전극 활물질 및 고체 전해질 물질의 서로 결합된 입자들이 수집 용기 내로 분리되는 동안, 예를 들어 펌프 등과 같은 배출 수단을 이용하여, 용매 함유 배출 공기의 유용하고 간단한 분리가, 이루어질 수 있다.
본 발명의 대상은 또한, 전극 활물질 상에 고체 전해질을 증착하기 위한 시스템이다. 이 경우, 본 시스템은, 전극 활물질 및 고체 전해질 물질을 저장하기 위한 제1 저장 유닛 및 제2 저장 유닛, 제1 투여 수단 및 제2 투여 수단으로 전극 활물질 및 고체 전해질 물질을 동시에 공급하기 위한 적어도 하나의 공급 수단, 및 제1 투여 수단 및 제2 투여 수단으로 불활성 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 불활성 가스-공급 수단을 포함한다. 또한, 본 시스템은, 반응 챔버로 전극 활물질을 공급하기 위한 제1 투여 수단, 및 반응 챔버로 고체 전해질 물질을 동시에 공급하기 위한 제2 투여 수단을 포함하며, 이 경우, 제1 투여 수단 및 제2 투여 수단은, 고체 전해질 물질의 결정 구조를 유지하는 가운데, 전극 활물질과 고체 전해질 물질이 적어도 부분적으로 서로 결합하는 방식으로, 반응 챔버로의 공급 도중에, 전극 활물질 및 고체 전해질 물질의 전자 구조가 영향을 받을 수 있도록, 형성된다. 따라서 본 발명에 따른 시스템은, 본 발명에 따른 방법과 관련하여 이미 상세히 설명된 것과 동일한 장점을 제공한다.
개별적인 시스템 구성 요소들의 효과적인 통신과 제어를 보장하기 위해, 개별적인 시스템 구성 요소들은 바람직하게, 통신 라인 및 제어 라인을 이용하여, 서로 연결될 수 있다. 본 발명에 따른 시스템의 특히 유연하고 쉽게 통합 가능한 구현의 범위에서, 개별적인 시스템 구성 요소들은 또한, 블루투스, WLAN, NFC, 지그비 등을 통해 무선으로 또는 비접촉식으로 통신할 수 있다.
본 발명은 또한, 전술한 방법에 따라 제조되는 전극, 특히 전술한 방법에 따라 제조되는 전극을 포함하는 리튬-이온 배터리 셀을 제공한다.
본 발명의 다른 장점, 특징 및 세부 사항은 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예가 상세히 설명된 하기 설명으로부터 명백해질 것이다. 청구 범위 및 상세한 설명에서 언급된 특징들은 각각 개별적으로 또는 임의의 조합으로 본 발명에 중요할 수 있다.
도 1은 전극 활물질 상에 고체 전해질 물질을 증착하기 위한 본 발명에 따른 시스템에 대한 개략적 도면이고,
도 2는 전극 활물질 상에 고체 전해질 물질을 증착하기 위한 본 발명에 따른 방법의 개별적인 단계들에 대한 개략적 도면이다.
도면들에서, 동일한 참조 번호가 동일한 기술적 특징부에 대해 사용된다.
도 1은 전극 활물질(2) 상에 고체 전해질 물질(4)을 증착하기 위한 본 발명에 따른 시스템(1)의 개략도를 도시한다. 제시되는 경우에, 전극 활물질(2)은, 제1 저장 유닛(3) 내에 배치된다. 고체 전해질 물질(4)은, 제2 저장 유닛(3') 내에 저장된다. 저장 유닛(3, 3')은, 이 경우, 특히 반응기, 반응 용기 또는 다른 유형의 컨테이너로서 형성될 수 있다. 이 경우, 고체 전해질 물질(4) 및 전극 활물질(2)은, 특히 저장 유닛들(3, 3') 내에 현탁액의 형태로 저장될 수 있다. 전극 활물질은, 황화물, 산화물, 할로겐화물, 인화물, 질화물, 칼코켄화물, 산황화물, 산불화물, 황-불화물, 또는 황산 불화물 등의 형태일 수 있을 것이다. 고체 전해질 물질은, 제시되는 경우에, 리튬-이온 전도성 고체 전해질, 특히 LLZO 및/또는 NASICON의 형태일 수 있지만, 알루미늄 산화물, 알루미늄 인화물 또는 알루미늄 불화물 등의 형태일 수도 있을 것이다.
고체 전해질 물질 및 전극 활물질은, 제시되는 경우에, 적합한 용매 중에 현탁된다. 적합한 용매는, 이 경우, 특히 비양성자성 용매, 예를 들어 THF, 시클로헥산, 에틸 아세테이트, 클로로포름 또는 이와 유사한 것이다.
제1 공급 수단 및 제2 공급 수단(6, 6')을 통해, 현탁된 전극 활물질(2) 및 고체 전해질 물질(4)은, 제1 투여 수단 및 제2 투여 수단(8, 8')으로 이송된다. 공급 수단들(6, 6')은, 이 경우, 특히 펌프, 예를 들어 연동 펌프, 회전식 베인 펌프, 스크롤 펌프, 터보 분자 펌프 또는 이와 유사한 것으로 형성될 수 있다.
공급 수단들(6, 6')을 통해 투여 수단들(8, 8')로의 전극 활물질(2) 및 고체 전해질 물질(4)의 공급 도중에, 예를 들어 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스가, 불활성 가스 공급 수단들(10, 10')을 통해 공급된다. 공급된 불활성 가스는, 이 경우, 제1 가열 수단 및 제2 가열 수단(7, 7')을 이용하여, 요구되는 공급 온도로 가열될 수 있다. 전극 활물질(2) 및 고체 전해질 물질(4)은 이어서, 제1 투여 수단 및 제2 투여 수단(8, 8')을 통해, 반응 챔버(9)로 공급된다.
공급 도중에, 물질들(2, 4)은 미세하게 분배되며, 이 경우, 반응 챔버(9)로의 공급 도중에, 전극 활물질(2) 및 고체 전해질 물질(4)의 전자 구조는, 고체 전해질 물질(4)의 결정 구조를 유지하는 가운데, 전극 활물질(2) 및 고체 전해질 물질(4)이 적어도 부분적으로 서로 결합하도록, 특히 고체 전해질 물질이 전극 활물질 상에 증착되도록, 부가적으로 영향을 받는다.
코팅 프로세스 도중에 고체 전해질의 구조를 유지함으로써, 한편으로는 고온이 작용하지 않으며 그리고 다른 한편으로는 전극 활물질이 화학적으로 부식되지 않기 때문에, 특히 전극 활물질이 보호된다.
전극 활물질(2) 및 고체 전해질 물질(4)의 전기적 구조에 대한 영향은, 특히 물질들(2, 4)의 분극 또는 이온화에 의해 유효해진다. 고체 전해질 물질 및 전극 활물질의 분극 또는 이온화를 위해, 예를 들어 높은 음의 전압 또는 양의 전압이 투여 수단(8, 8')에 인가될 수 있으며, 따라서, 투여 수단들(8, 8')을 통해 공급되는 전극 활물질(2) 및 고체 전해질 물질(4)의 전자 구조는, 반응 챔버(9) 내에서 이후에 반대로 분극된 또는 이온화된 물질들의 서로에 대한 결합이 이루어지도록, 서로 반대로 분극되거나 또는 이온화된다. 그러한 영향은, 예를 들어 전자 스프레이 이온화, 전자 충격 이온화와 같은 방법, 또는 다른 적합한 이온화 방법에 의해, 이루어질 수 있다.
전극 활물질(2)에 대한 고체 전해질 물질의 일부의 결합 또는 증착 후에, 결합된 물질들은, 운송 수단(11)을 통해 원심 분리기(14)로 이송되며, 상기 원심 분리기에 의해, 결합된 입자들은 분리된다. 운송 수단(11)에 의한 운반은, 이 경우, 예를 들어 정전기력의 활용에 의해, 또는 예를 들어 펌프를 이용하여, 수행될 수 있을 것이다. 용매는, 제시되는 경우에, 또한 펌프로서 형성될 수 있는, 배출 장치(13)를 통해, 시스템(1)으로부터 제거된다.
도 2는 전극 활물질 상에 고체 전해질을 증착하기 위한 본 발명에 따른 방법의 개략적 도면을 도시한다. 이 경우, 먼저 제1 단계에서, 제1 저장 유닛(3)으로부터 제1 투여 수단(8)으로 전극 활물질(2)의 공급(20)이 이루어지는 동시에, 제2 저장 유닛(3')으로부터 제2 투여 수단(8')으로 고체 전해질 물질(4)의 공급(20)이 이루어진다.
후속 단계에서, 불활성 가스 공급 수단들(10, 10')을 이용하여 제1 투여 수단 및 제2 투여 수단(8, 8')으로 불활성 가스의 공급(22)이 이루어진다. 선택적으로, 공급된 불활성 가스는, 이 경우, 제1 가열 수단 및 제2 가열 수단(7, 7')을 이용하여, 요구되는 공급 온도로 가열될 수 있다.
후속 단계에서, 제1 투여 수단(8)을 통한 반응 챔버(9) 내로 전극 활물질(2)의 공급(24)이 이루어지는 동시에, 제2 투여 수단(8')을 통한 반응 챔버(9) 내로의 고체 전해질 물질(4)의 공급(24)이 이루어진다.
반응 챔버(9) 내로의 전극 활물질(2)의 또는 고체 전해질 물질(4)의 공급(24) 이후 또는 도중에, 단계(26)에서, 물질들(2, 4)의 전자 구조는, 고체 전해질 물질(4)의 결정 구조를 유지하는 가운데, 물질들(2, 4)이, 후속 단계(28)에서, 적어도 부분적으로 서로 결합하는 방식으로, 또는 고체 전해질 물질(4)이 전극 활물질(2) 상에 증착되는 방식으로, 영향을 받는다.
이 경우, 물질들(2, 4)은, 공급 도중 또는 이후에, 특히 서로 반대로 분극되거나 이온화될 수 있으며, 따라서 물질들(2, 4)은, 반응 챔버(9)를 통한 추가적인 이송 도중에 결합을 형성하거나 또는 상이한 물질들(2, 4) 사이의 서로 끌어당기는 상호 작용이 우세하다. 이 경우, 이는, 투여 수단들(8, 8')에 높은 양의 전압 또는 음의 전압이 인가되어, 투여 수단들(8, 8')을 통해 공급되는 물질들(2, 4)이 분극되거나 또는 이온화되는 방식으로 이루어질 수 있다. 또한, 물질들(2, 4)은, 반응 챔버(9)로의 공급(24) 도중에 미세하게 무화될 수 있으며, 이는, 물질들 사이의 결합 가능성을 추가로 증가시킨다.
마지막 단계(30)에서, 전극 활물질(2) 및 고체 전해질 물질(4)의 서로 결합된 입자들은, 최종적으로, 운송 수단(11) 및 원심 분리기(14)에 의해 반응 챔버(9)로부터 분리된다.
전극 활물질(2) 상에 고체 전해질 물질(4)을 증착하기 위한 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 시스템에 의해, 특히, 매우 다양한 물질을 전극 활물질 상에 증착하기 위해 사용하는 것 및 간단하고 저렴하게 전극 활물질 상에 증착하는 것이 가능하다. 전극 활물질 상에 고체 전해질 물질의 증착에 의해, 특히 전극 활물질이 보호되고, 그에 따라 더 안정적이고 수명이 긴 전극 또는 전극을 포함하는 셀의 제조를 가능하게 한다.
1: 전극 활물질 상에 고체 전해질 물질을 증착하기 위한 시스템
2: 전극 활물질 3: 제1 저장 유닛
3': 제2 저장 유닛 4: 고체 전해질 물질
6: 제1 공급 수단 6': 제2 공급 수단
7: 제1 가열 수단 7': 제2 가열 수단
8: 제1 투여 수단 8': 제2 투여 수단
9: 반응 챔버 10: 제1 불활성 가스 공급 수단
10' 제2 불활성 가스 공급 수단 11: 운송 수단
13: 배출 장치 14: 원심 분리기
16: 고체 전해질 물질을 포함하는 증착된 전극 활물질
20: 고체 전해질 물질 또는 전극 활물질의 공급
22: 불활성 가스의 공급 24: 반응 챔버로의 공급
26: 전자 구조에 영향을 미침
28: 고체 전해질 물질과 전극 활물질 사이의 결합
30: 분리

Claims (10)

  1. 전극 활물질(2) 상에 고체 전해질 물질(4)을 증착하기 위한 방법으로서,
    제1 저장 유닛(3)으로부터 제1 투여 수단(8)으로 전극 활물질(2)을 공급(20)하는 동시에 제2 저장 유닛(3')으로부터 제2 투여 수단(8')으로 고체 전해질 물질(4)을 공급(20)하는 단계,
    불활성 가스 공급 수단(10, 10')을 통해 제1 투여 수단(8) 및 제2 투여 수단(8')으로 불활성 가스를 공급(22)하는 단계,
    상기 제1 투여 수단(8)을 통해 반응 챔버(9) 내로 상기 전극 활물질(2)을 공급(24)하는 동시에 상기 제2 투여 수단(8')을 통해 상기 반응 챔버(9) 내로 상기 고체 전해질 물질(4)을 공급(24)하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 투여 수단(8) 및 상기 제2 투여 수단(8')을 이용한 상기 반응 챔버(9)로의 공급(24) 도중에, 상기 고체 전해질 물질(4)의 결정 구조를 유지하는 가운데, 상기 전극 활물질(2) 및 상기 고체 전해질 물질(4)이 적어도 부분적으로 서로 결합(28)하는 것인 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고체 전해질 물질(4) 및 상기 전극 활물질(2)은 각각, 상기 제1 및 제2 투여 수단(8, 8')으로의 동시 공급(20) 이전에, 서로 별도로 용매 중에 현탁되는 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 투여 수단(8)으로의 상기 전극 활물질(2)의 공급(20) 및 상기 제2 투여 수단(8')으로의 상기 고체 전해질 물질(4)의 동시 공급(20)은, 2개의 상이한 공급 수단(6, 6')에 의해 이루어지는 것인 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 불활성 가스는, 공급(22) 도중에, 가열되는 것인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고체 전해질 물질(4)은 2 내지 5nm의 크기로 공급되는 것인 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    사용된 상기 고체 전해질 물질(4)은 LLZO(가넷), NASICON, 또는 LLZO(가넷) 및 NASICON인 것인 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극 활물질(2) 및 상기 고체 전해질 물질(4)은, 상기 반응 챔버(9)로의 동시 공급(24) 도중에, 반대로 분극되는 것인 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극 활물질(2) 및 상기 고체 전해질 물질(4)은, 상기 반응 챔버(9)로의 동시 공급(24) 도중에, 서로 반대로 이온화되는 것인 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극 활물질(2) 및 상기 고체 전해질 물질(4)의 결합된 입자들은, 원심 분리기(14)에 의해 반응 챔버(9)로부터 분리(30)되는 것인 방법.
  10. 전극 활물질(2) 상에 고체 전해질(4)을 증착하기 위한 시스템으로서,
    전극 활물질(2) 및 고체 전해질 물질(4)을 각각 저장하기 위한 제1 저장 유닛(3) 및 제2 저장 유닛(3');
    각각 제1 및 제2 투여 수단(8, 8')으로 각각 상기 전극 활물질(2) 및 상기 고체 전해질 물질(4)을 동시에 공급(20)하기 위한 적어도 하나의 공급 수단(6, 6'); 및
    상기 제1 및 제2 투여 수단(8, 8')으로 불활성 가스를 공급(22)하기 위한 적어도 하나의 불활성 가스 공급 수단(10, 10')을 포함하고,
    상기 제1 투여 수단(8)은 반응 챔버(9)로 상기 전극 활물질(2)을 공급(24)하기 위한 것이며,
    상기 제2 투여 수단(8')은 상기 반응 챔버(9)로 상기 고체 전해질 물질(4)을 동시에 공급(24)하기 위한 것이며,
    상기 투여 수단(8, 8')을 이용한 상기 반응 챔버(9)로의 공급(24) 도중에, 상기 고체 전해질 물질(4)의 결정 구조를 유지하는 가운데, 상기 전극 활물질(2)과 상기 고체 전해질 물질(4)이 적어도 부분적으로 서로 결합하는 것인 시스템.
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