KR102406179B1 - 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법 - Google Patents

침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법은 에틸 에스터(Ethyl Ester)계 유기 용매, Li2S, P2S5, 및 LiCl을 혼합하여 고체 전해질 용액을 형성하는 단계, 상기 고체 전해질 용액을 30 내지 60oC에서 22 내지 26시간 동안 교반하여 고체 전해질을 합성하는 단계, 상기 고체 전해질을 80 내지 120 rpm에서 5 내지 10분동안 제1 교반하는 단계, 상기 제1 교반한 고체 전해질을 250 내지 300 rpm에서 제2 교반하는 단계, 상기 제2 교반한 고체 전해질을 12 내지 24 시간 동안 진공 건조하는 단계, 및 상기 진공 건조한 고체 전해질을 350 내지 550oC에서 1 내지 5 시간 동안 열처리하여 침상형 황화물계 고체 전해질을 제조하는 단계를 포함한다.

Description

침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법{THE FABRICATION METHOD OF NEEDLE LIKE SOLID ELECTROLYTE BASED ON SULFIDE}
본 발명은 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전고체 전지의 충방전 용량을 향상시키고, 충방전이 진행되더라도 충방전 용량의 감소를 줄일 수 있는 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 황화물계 고체 전해질을 합성하는 대량 생산 공정으로 Li2S-P2S5를 극성 유기 용매 중에서 반응시켜 황화물계 고체 전해질을 합성하는 방법이 제시되었다. 다만 이러한 합성 방법으로 제조된 고체 전해질은 용매 중에서 반응이 일어나기 때문에 불균질한 구형에 가까운 무정형 입자를 갖는다. 무정형의 고체 전해질은 비표면적이 작고 복합 전극에서 고체 전해질과 전극 활물질간의 접촉면적이 제한되는 문제점을 초래한다.
미국 공개 번호 2014-0314098호에는 미세 입자를 제어하기 위해 용해도가 다른 두 용매를 혼합하는 방법이 개시되어 있으나 침상형 황화물계 고체 전해질에 대해서는 개시되어 있지 않고, 미국 공개 번호 2014-0227610호에는 밀링 기계와 온도 유지 반응 용기를 이용하여 입자를 미립화하는 방법이 개시되어 있지만, 반응 장치가 대형화되는 문제점이 있다.
미국 공개 번호 2014-0314098호 미국 공개 번호 2014-0227610호
본 발명의 목적은 충방전 용량을 향상시키고, 충방전이 진행되더라도 충방전 용량의 감소를 줄일 수 있는 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법은 에틸 에스터(Ethyl Ester)계 유기 용매, Li2S, P2S5, 및 LiCl을 혼합하여 고체 전해질 용액을 형성하는 단계, 상기 고체 전해질 용액을 30 내지 60oC에서 22 내지 26시간 동안 교반하여 고체 전해질을 합성하는 단계, 상기 고체 전해질을 80 내지 120 rpm에서 5 내지 10분동안 제1 교반하는 단계, 상기 제1 교반한 고체 전해질을 250 내지 300 rpm에서 제2 교반하는 단계, 상기 제2 교반한 고체 전해질을 12 내지 24 시간 동안 진공 건조하는 단계, 및 상기 진공 건조한 고체 전해질을 350 내지 550oC에서 1 내지 5 시간 동안 열처리하여 침상형 황화물계 고체 전해질을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 고체 전해질 용액을 형성하는 단계에서, 상기 에틸 에스터계 유기 용매는 메틸 에스터계 유기 용매, 프로필 에스터계 유기 용매, 부틸 에스터계 유기 용매, 및 아밀 에스터계 유기 용매 중 적어도 하나인 것일 수 있다.
상기 고체 전해질 용액을 형성하는 단계에서, 상기 에틸 에스터계 유기 용매는 에틸 아세테이트(Ethyl Acetate)인 것일 수 있다.
상기 고체 전해질 용액을 형성하는 단계는 Li2SO4, P2S3, P2O5, 및 GeS2 중 적어도 하나를 더 혼합하는 것일 수 있다.
상기 진공 건조하는 단계는 20 내지 60 oC에서 수행되는 것일 수 있다.
상기 침상형 황화물계 고체 전해질을 제조하는 단계는 비표면적이 0.2 내지 1.0 m2/g인 침상형 황화물계 고체 전해질을 제조하는 것일 수 있다.
상기 제1 교반하는 단계는 상기 고체 전해질 용액 내에서, 상기 Li2S, 상기 P2S5, 및 상기 LiCl이 고착되는 것을 방지하고, 균일하게 혼합되도록 하는 것일 수 있다.
상기 제2 교반하는 단계는 상기 에틸 에스터(Ethyl Ester)계 유기 용매와 상기 Li2S, 상기 P2S5, 및 상기 LiCl를 반응시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법에 의하면, 전고체 전지의 충방전 용량을 향상시키고, 충방전이 진행되더라도 충방전 용량의 감소를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 실시예 1의 열처리 전 사진이다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 실시예 1의 열처리 후 사진이다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 비교예 1의 열처리 전 사진이다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 비교예 1의 열처리 후 사진이다.
도 6은 비교예 1, 비교예 2, 및 실시예 1의 충방전 횟수에 따른 커패시티를 측정한 그래프이다.
도 7은 비교예 1, 비교예 2, 및 실시예 1의 충방전 횟수에 따른 커패시티를 측정한 그래프이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법은 에틸 에스터(Ethyl Ester)계 유기 용매, Li2S, P2S5, 및 LiCl을 혼합하여 고체 전해질 용액을 형성하는 단계(S100), 고체 전해질 용액을 30 내지 60oC에서 22 내지 26시간 동안 교반하여 고체 전해질을 합성하는 단계(S200), 고체 전해질을 80 내지 120 rpm에서 5 내지 10분동안 제1 교반하는 단계(S300), 제1 교반한 고체 전해질을 250 내지 300 rpm에서 제2 교반하는 단계(S400), 제2 교반한 고체 전해질을 12 내지 24 시간 동안 진공 건조하는 단계(S500), 및 진공 건조한 고체 전해질을 350 내지 550oC에서 1 내지 5 시간 동안 열처리하여 침상형 황화물계 고체 전해질을 제조하는 단계(S600)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 침상형 황화물계 고체 전해질을 제조하는 방법에 의해 제조된 고체 전해질은 예를 들어, 전고체 전지에 사용될 수 있다. 이 때 양극은 LiCoO2(LCO), Li[Ni,Co,Mn]O2(NCM) 등의 리튬 전이금속 산화물일 수 있고, 음극은 리튬-인듐(Li-In), 그라파이트(graphite), Li4Ti5O12(LTO)일 수 있다.
먼저, 에틸 에스터(Ethyl Ester)계 유기 용매, Li2S, P2S5, 및 LiCl을 혼합하여 고체 전해질 용액을 형성한다(S100). 유기 용매는 유기물을 포함하는 용매를 의미하는 것일 수 있다. "~계" 유기 용매는 "~기" 또는 "~화합물"을 포함하는 유기 용매를 의미하는 것일 수 있다. 고체 전해질 용액을 형성하는 단계(S100)에서, 에틸 에스터계 유기 용매는 예를 들어, 메틸 에스터계 유기 용매, 프로필 에스터계 유기 용매, 부틸 에스터계 유기 용매, 및 아밀 에스터계 유기 용매 중 적어도 하나인 것일 수 있다. Li2S, P2S5, 및 LiCl는 서로 반응하여, Li6PS5Cl를 형성할 수 있다.
고체 전해질 용액을 형성하는 단계(S100)는 Li2SO4, P2S3, P2O5, 및 GeS2 중 적어도 하나를 더 혼합하는 것일 수 있다.
고체 전해질 용액을 30 내지 60oC에서 22 내지 26시간 동안 교반하여 고체 전해질을 합성한다(S200). 상기 범위 미만에서 고체 전해질이 합성되면, 반응이 충분히 일어나지 않아 고체 전해질이 충분히 합성되지 않고, 상기 범위 초과에서 고체 전해질이 합성되면, 반응이 과도하게 일어나 생성된 고체 전해질의 내구성에 문제가 생길 수 있다.
다음으로, 고체 전해질을 80 내지 120 rpm에서 5 내지 10분동안 제1 교반한다(S300). 제1 교반하는 단계는 고체 전해질 용액 내에서, Li2S, P2S5, 및 LiCl이 고착되는 것을 방지하고, 균일하게 혼합되도록 하는 것일 수 있다. 이를 통해, Li2S, P2S5, 및 LiCl이 반응에 참여하지 않고, 침전되는 것을 방지할 수 있다. 제1 교반하는 단계(S300)가 상기 범위 미만에서 수행되면, Li2S, P2S5, 및 LiCl 중 적어도 하나가 고착되거나, Li2S, P2S5, 및 LiCl가 균일하게 혼합되지 않을 수 있다. 제1 교반하는 단계(S300)가 상기 범위 초과에서 수행되면, 교반에 제공되는 rpm과 시간 대비하여 혼합 효율이 떨어진다.
제1 교반한 고체 전해질을 250 내지 300 rpm에서 제2 교반한다(S400). 교반 시간은 특별히 한정되지 않고, 유기 용매의 존재 하에서 Li2S, P2S5, 및 LiCl이 모두 반응할 때까지 교반할 수 있다. 제2 교반하는 단계는 에틸 에스터(Ethyl Ester)계 유기 용매와 Li2S, P2S5, 및 LiCl를 반응시키는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법은 제2 교반 하는 단계에서 유기 용매와 Li2S, P2S5, 및 LiCl가 반응하도록 하여, 특별한 형상을 갖지 않는 무정형의 황화물계 고체 전해질이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 제2 교반하는 단계(S400)가 상기 범위 미만에서 수행되면, 유기 용매와, Li2S, P2S5, 및 LiCl의 반응 정도가 떨어질 수 있고, 제2 교반하는 단계(S400)가 상기 범위 초과에서 수행되면, 교반에 제공되는 rpm과 시간 대비하여 반응 효율이 떨어진다.
제2 교반한 고체 전해질을 12 내지 24 시간 동안 진공 건조한다(S500). 진공 건조하는 단계(S500)는 20 내지 60 oC에서 수행되는 것일 수 있다. 진공 건조하는 단계(S500)에서 유기 용매를 증발시켜 제거할 수 있다. 진공 건조하는 단계(S500)가 상기 범위 미만에서 수행되면, 유기 용매가 충분히 증발되지 못할 수 있고, 진공 건조하는 단계(S500)가 상기 범위 초과에서 수행되면, 잔존하는 고체 전해질의 내구성에 문제가 생길 수 있다.
진공 건조한 고체 전해질을 350 내지 550oC에서 1 내지 5 시간 동안 열처리하여 침상형 황화물계 고체 전해질을 제조한다(S600). 열처리하는 단계(S600)를 통해 침상형의 황화물계 고체 전해질을 제조할 수 있다. 침상형은 대략적으로 바늘 형상을 의미하는 것일 수 있다. 황화물계는 황화물을 포함하는 것을 의미하는 것일 수 있다. 침상형의 황화물계 고체 전해질은, 고체 전해질의 입자들이 황화물을 포함하고, 각각이 침상형을 갖는 것을 의미하는 것일 수 있다. 열처리하는 단계(S600)가 상기 범위 미만에서 수행되면, 침상형의 고체 전해질을 충분히 얻을 수 없고, 열처리하는 단계(S600)가 상기 범위 초과에서 수행되면, 가해지는 열이 많아 고체 전해질에 크랙이 발생하는 등 내구성에 문제가 생길 수 있다.
침상형 황화물계 고체 전해질을 제조하는 단계(S600)는 비표면적이 0.2 내지 1.0 m2/g인 침상형 황화물계 고체 전해질을 제조하는 것일 수 있다. 비표면적이 0.2 m2/g 미만의 침상형 황화물계 고체 전해질은 제조 방법을 제어하여 얻기 어렵고, 비표면적이 1.0 m2/g 초과이면, 이는 황화물계 고체 전해질의 형상이 침상형이 아니라 구형인 것을 의미하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법은 무정형 예를 들어, 구형의 황화물계 고체 전해질이 아닌 침상형 황화물계 고체 전해질을 제조할 수 있다. 이에 따라 이를 포함하는 전고체 전지의 충방전 용량을 향상시키고, 충방전이 진행되더라도 충방전 용량의 감소를 줄일 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 8
에틸 아세테이트, Li2S, P2S5, 및 LiCl을 혼합하여 고체 전해질 용액을 형성하였다. 고체 전해질 용액을 30 내지 60oC에서 24시간 동안 교반하여 고체 전해질을 합성하였다. 고체 전해질을 100 rpm에서 5 내지 10분동안 제1 교반하였다. 제1 교반한 고체 전해질을 250 내지 300 rpm에서 고체전해질의 합성이 완료될 때까지 제2 교반하였다. 제2 교반한 고체 전해질을 12 내지 24 시간 동안 진공 건조하였다. 진공 건조한 고체 전해질을 350 내지 550oC에서 1 내지 5 시간 동안 열처리하여 침상형 황화물계 고체 전해질을 제조하였다.
실시예 1 내지 8 각각의 전해질 조성과 합성 온도, 열처리 온도는 하기 표 1과 같다.
전해질 조성 합성온도(oC) 열처리 온도(oC)
실시예 1 Li6PS5Cl 30 550
실시예 2 Li6PS5Cl 40 550
실시예 3 Li6PS5Cl 50 550
실시예 4 Li6PS5Cl 60 550
실시예 5 Li6PS5Cl 40 350
실시예 6 Li6PS5Cl 40 450
실시예 7 Li6PS5Cl 40 550
실시예 8 Li6PS5Cl + Li4P2S6 40 650
비교예 1
에탄올에 Li2S, P2S5 및 LiCl를 혼합시켜 용해하였다. 상온에서 24시간동안 교반하여 용액중에서 황화물계 고체전해질을 합성시켰다. 반응을 마친 후에 상온 진공 건조를 통해 유기 용매를 휘발시켰다. 황화물계 고체전해질을 550 oC 에서 5시간 동안 열처리하였다.
비교예 2
테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran)에 Li2S, P2S5 및 LiCl를 혼합시켜 용해하였다. 상온에서 24시간동안 교반하여 용액중에서 황화물계 고체전해질을 합성시켰다. 반응을 마친 후에 상온 진공 건조를 통해 유기 용매를 휘발시켰다. 황화물계 고체전해질을 550 oC 에서 5시간 동안 열처리하였다.
물성 평가
1. 형상 확인
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 실시예 1의 열처리 전 사진이다. 도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 실시예 1의 열처리 후 사진이다. 도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 비교예 1의 열처리 전 사진이다. 도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 비교예 1의 열처리 후 사진이다.
도 2a 내지 도 5c를 참조하면, 실시예 1과 비교예 1 모두 열처리 후에 이물질이 제거된 것을 확인할 수 있었고, 비교예 1은 구형을 갖지만, 실시예 1은 침상형을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
2. 비표면적
비표면적(m2/g)
실시예 1 0.49
비교예 1 2.1
비교예 2 2.3
표 2를 참조하면, 실시예 1이 비교예 1 및 2보다 낮은 비표면적을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
3. 셀 성능평가
실시예 1, 비교예 1, 및 2이 고체 전해질을 형성하였고, Li[Ni,Co,Mn]O2(NCM)을 양극으로, 리튬-인듐(Li-In)을 음극으로 형성하여 전고체 전지를 제조하였다. 각각의 전고체 전지의 충반전 횟수에 따른 커패시티를 측정하여 도 6 및 도 7에 나타내었다.
도 6을 참조하면, 실시예 1은 충방전의 횟수가 지속됨에 따라 커패시티의 변화가 거의 없음을 알 수 있다.
도 7은 셀의 용량에 대한 전류량을 변화시키면서 충방전을 진행할 때의 커패시티를 측정한 것이다. 1C 방전시 전지를 1시간 사용할 수 있고, 2C 방전시는 30분을 사용할 수 있다. 이를 참조하면, 실시예 1은 셀의 용량에 대한 전류량을 변화시키면서 충방전을 진행할 때에도 역시 커패시티의 변화가 거의 없음을 알 수 있다.
4. 방전 용량 평가
표 3은 실시예 1내지 8, 비교예 1 및 2의 50번 충방전을 실시하여, 50번째의 방전 용량을 나타낸 것이다. 표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 8은 비교예 1 및 2보다 방전 용량이 높은 것을 확인할 수 있었다.
50th 방전용량
(mAh/g)
실시예 1 115.68
실시예 2 121.91
실시예 3 105.65
실시예 4 100.18
실시예 5 108.68
실시예 6 111.47
실시예 7 121.91
실시예 8 98.19
비교예 1 79.66
비교예 2 58.61
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 비교예 1의 양극 복합체층은 실시예 1과 비교할 때, 상대적으로 치밀하지 않고 크랙 등을 확인할 수 있었다. 이에 따라 표 1에 나타난 바와 같이, 에너지 밀도가 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (8)

  1. 에틸 에스터(Ethyl Ester)계 유기 용매, Li2S, P2S5, 및 LiCl을 혼합하여 고체 전해질 용액을 형성하는 단계;
    상기 고체 전해질 용액을 30 내지 60oC에서 22 내지 26시간 동안 교반하여 고체 전해질을 합성하는 단계;
    상기 고체 전해질을 80 내지 120 rpm에서 5 내지 10분동안 제1 교반하는 단계;
    상기 제1 교반한 고체 전해질을 250 내지 300 rpm에서 제2 교반하는 단계;
    상기 제2 교반한 고체 전해질을 12 내지 24 시간 동안 진공 건조하는 단계; 및
    상기 진공 건조한 고체 전해질을 350 내지 550oC에서 1 내지 5 시간 동안 열처리하여 침상형 황화물계 고체 전해질을 제조하는 단계;를 포함하는 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고체 전해질 용액을 형성하는 단계에서,
    상기 에틸 에스터계 유기 용매는
    메틸 에스터계 유기 용매, 프로필 에스터계 유기 용매, 부틸 에스터계 유기 용매, 및 아밀 에스터계 유기 용매 중 적어도 하나인 것인 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고체 전해질 용액을 형성하는 단계에서,
    상기 에틸 에스터계 유기 용매는
    에틸 아세테이트(Ethyl Acetate)인 것인 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고체 전해질 용액을 형성하는 단계는
    Li2SO4, P2S3, P2O5, 및 GeS2 중 적어도 하나를 더 혼합하는 것인 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 진공 건조하는 단계는
    20 내지 60 oC에서 수행되는 것인 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 침상형 황화물계 고체 전해질을 제조하는 단계는
    비표면적이 0.2 내지 1.0 m2/g인 침상형 황화물계 고체 전해질을 제조하는 것인 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 교반하는 단계는
    상기 고체 전해질 용액 내에서, 상기 Li2S, 상기 P2S5, 및 상기 LiCl이 고착되는 것을 방지하고, 균일하게 혼합되도록 하는 것인 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 교반하는 단계는
    상기 에틸 에스터(Ethyl Ester)계 유기 용매와 상기 Li2S, 상기 P2S5, 및 상기 LiCl를 반응시키는 것인 침상형 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110120510B (zh) * 2019-05-23 2021-07-13 桑德新能源技术开发有限公司 一种全固态电池及其制备方法
CN112670559A (zh) 2019-10-15 2021-04-16 通用汽车环球科技运作有限责任公司 固态电解质和制备其的方法
DE102020125123B4 (de) 2020-09-25 2022-06-30 GM Global Technology Operations LLC Verfahren zur Herstellung eines Festkörperelektrolyten
KR20220069203A (ko) * 2020-11-19 2022-05-27 한국전자기술연구원 에스터계 유기용매를 이용한 황화물계 고체전해질의 제조 방법, 그 제조 방법으로 제조된 황화물계 고체전해질 및 전고체전지
CN112820936B (zh) * 2021-01-07 2022-05-03 北京理工大学 一种基于无机固态电解质基体的金属锂复合负极及其制备方法
KR20240029388A (ko) 2022-08-26 2024-03-05 한국전기연구원 미세 황화물계 고체전해질의 제조방법, 이에 의해 제조된 미세 황화물계 고체전해질 및 이를 포함하는 전고체전지
KR20240063625A (ko) 2022-11-03 2024-05-10 한국전기연구원 황화물계 고체전해질의 제조방법, 이에 의해 제조된 황화물계 고체전해질 및 이를 포함하는 전고체전지
KR20240063639A (ko) 2022-11-03 2024-05-10 한국전기연구원 미세리튬설파이드와 저독성 용매를 이용한 황화물계 고체전해질의 제조방법, 이에 의해 제조된 황화물계 고체전해질 및 이를 포함하는 전고체전지

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140227610A1 (en) 2011-09-22 2014-08-14 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Glass particles
KR101707351B1 (ko) 2009-04-10 2017-02-15 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 고체 전해질 입자로 이루어지는 유리 및 리튬 전지

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102959646B (zh) 2010-06-29 2016-02-24 丰田自动车株式会社 硫化物固体电解质材料的制造方法、锂固体电池的制造方法
JP5708467B2 (ja) 2011-03-18 2015-04-30 トヨタ自動車株式会社 スラリー、固体電解質層の製造方法、電極活物質層の製造方法、および全固体電池の製造方法
JP5443445B2 (ja) * 2011-07-06 2014-03-19 トヨタ自動車株式会社 硫化物固体電解質材料、リチウム固体電池、および、硫化物固体電解質材料の製造方法
KR102107514B1 (ko) 2013-04-18 2020-05-07 삼성전자주식회사 방송 시스템에서 동적 큐 관리 방법 및 장치
JP5918171B2 (ja) 2013-05-17 2016-05-18 フクビ化学工業株式会社 Frp製織物、及びfrp製織物を用いた成形用材料、及びfrp製織物の製造方法
JP6077403B2 (ja) * 2013-06-28 2017-02-08 トヨタ自動車株式会社 硫化物固体電解質材料の製造方法
WO2015011937A1 (ja) * 2013-07-25 2015-01-29 三井金属鉱業株式会社 リチウムイオン電池用硫化物系固体電解質
JP2015072773A (ja) 2013-10-02 2015-04-16 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. 硫化物固体電解質、および硫化物固体電解質の製造方法
CN103500853B (zh) * 2013-10-08 2016-03-30 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 硫化物电解质材料及其制备方法
JP2015137218A (ja) * 2014-01-24 2015-07-30 トヨタ自動車株式会社 硫化物固体電解質の製造方法
JP5873533B2 (ja) * 2014-07-16 2016-03-01 三井金属鉱業株式会社 リチウムイオン電池用硫化物系固体電解質
WO2016013224A1 (ja) * 2014-07-23 2016-01-28 出光興産株式会社 固体電解質組成物、その製造方法、固体電解質含有層の製造方法、電解質層及び電池
KR101684130B1 (ko) * 2015-06-16 2016-12-07 현대자동차주식회사 리튬 이온 전도성 황화물의 제조방법, 이에 의하여 제조된 리튬 이온 전도성 황화물, 및 이를 포함하는 고체전해질, 전고체 배터리
KR102003300B1 (ko) * 2015-10-30 2019-07-24 주식회사 엘지화학 황화물계 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전고체 전지
CN107768612B (zh) * 2016-08-23 2022-10-14 松下知识产权经营株式会社 电极材料和电池
JP2018106974A (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. リチウムイオン二次電池、電極活物質粒子の製造方法およびリチウムイオン二次電池の製造方法
JP7369988B2 (ja) * 2017-06-14 2023-10-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 硫化物固体電解質材料を用いた電池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101707351B1 (ko) 2009-04-10 2017-02-15 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 고체 전해질 입자로 이루어지는 유리 및 리튬 전지
US20140227610A1 (en) 2011-09-22 2014-08-14 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Glass particles

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Publication number Publication date
US10777846B2 (en) 2020-09-15
US20190115622A1 (en) 2019-04-18
CN109671976A (zh) 2019-04-23
KR20190041735A (ko) 2019-04-23
CN109671976B (zh) 2021-10-29

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