KR102456770B1 - Method of manufacturing a solid electrolyte layer and cathode composite layer containing a sulfide-based solid electrolyte and all-solid electrolyte cell comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 양극복합체층의 제조방법 및 이를 포함하는 전고체전지에 있어서, 황화물계 고체전해질을 준비하는 단계와; 상기 황화물계 고체전해질, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리를 제조하는 단계와; 다공성 지지체의 기공 내로 상기 슬러리가 함침 및 지지되도록 상기 다공성 지지체에 상기 슬러리를 도포하여 맴브레인을 형성하는 단계와; 상기 맴브레인을 건조 및 압착하여 고체전해질층 및 양극복합체층을 얻는 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 황화물계 고체전해질에 바인더를 혼합하여 슬러리를 만들고, 슬러리를 지지해주는 다공성 지지체와 결합시켜 유연성이 증가하며 고체전해질이 충격 또는 수축 및 팽창 반복에 의해 깨지는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The present invention provides a method for manufacturing a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer comprising a sulfide-based solid electrolyte, and an all-solid-state battery comprising the same, comprising the steps of: preparing a sulfide-based solid electrolyte; preparing a slurry including the sulfide-based solid electrolyte, a binder, and a solvent; forming a membrane by applying the slurry to the porous support so that the slurry is impregnated and supported into the pores of the porous support; It is a technical gist to include the step of drying and pressing the membrane to obtain a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer. Thereby, a binder is mixed with a sulfide-based solid electrolyte to make a slurry, and flexibility is increased by combining with a porous support that supports the slurry, and the effect of preventing the solid electrolyte from being broken by impact or repeated contraction and expansion can be obtained. .

Figure 112017108943614-pat00001
Figure 112017108943614-pat00001

Description

황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 양극복합체층의 제조방법 및 이를 포함하는 전고체전지 {Method of manufacturing a solid electrolyte layer and cathode composite layer containing a sulfide-based solid electrolyte and all-solid electrolyte cell comprising the same}Method of manufacturing a solid electrolyte layer and cathode composite layer containing a sulfide-based solid electrolyte and all-solid electrolyte cell comprising the same the same}

본 발명은 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 양극복합체층의 제조방법 및 이를 포함하는 전고체전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 황화물계 고체전해질에 바인더를 혼합하여 슬러리를 만들고, 슬러리를 지지해주는 다공성 지지체와 결합시켜 유연성이 증가하며 고체전해질이 충격 또는 수축 및 팽창 반복에 의해 깨지는 것을 방지할 수 있는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 양극복합체층의 제조방법 및 이를 포함하는 전고체전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer comprising a sulfide-based solid electrolyte, and an all-solid-state battery comprising the same, and more particularly, to a slurry by mixing a binder with a sulfide-based solid electrolyte, and Method for manufacturing a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer containing a sulfide-based solid electrolyte, which increases flexibility by bonding with a supporting porous support and can prevent the solid electrolyte from being broken by impact or repeated contraction and expansion, and an electrode comprising the same It relates to solid-state batteries.

이차전지는 주로 모바일기기나 노트북 컴퓨터 등의 소형 분야에 적용되어 왔지만 최근에는 그 적용방향이 중대형 분야로 확장되고 있으며, 주로 에너지저장장치(energy storage system, ESS) 또는 전기자동차 (electric vehicle, EV) 등과 관련하여 고에너지 및 고출력이 요구되는 분야로 확장되고 있다. 이러한 중대형 이차전지의 경우 소형과는 달리 온도, 충격 등과 같은 작동환경이 가혹할 뿐만 아니라 더욱 많은 전지를 사용해야 하기 때문에 우수한 성능이나 적절한 가격과 함께 안전성이 확보될 필요가 있다. 현재 상용화된 대부분의 이차전지는 리튬염을 유기용매에 녹인 유기액체 전해질을 이용하고 있기 때문에 누액을 비롯하여 발화 및 폭발에 대한 잠재적인 위험성을 안고 있다.Secondary batteries have been mainly applied to small fields such as mobile devices and notebook computers, but recently their application direction has been extended to medium and large fields, mainly energy storage systems (ESS) or electric vehicles (EVs). It is expanding to fields requiring high energy and high output. In the case of these medium and large-sized secondary batteries, unlike the small ones, the operating environment such as temperature and shock is harsh, and since more batteries must be used, it is necessary to secure safety along with excellent performance or an appropriate price. Since most of the currently commercialized secondary batteries use an organic liquid electrolyte in which lithium salt is dissolved in an organic solvent, there is a potential risk of ignition and explosion, including leakage.

따라서 최근에는 전고체전지(all-solid-state battery)에 대한 개발이 이루어지고 있는데, 전고체전지는 불연성의 무기 고체전해질을 이용하는 전지로서 종래의 가연성 유기액체 전해질을 사용하는 리튬이차전지에 비해 열적 안정성이 높다는 장점이 있다. 전고체전지는 일반적으로 음극집전체층, 음극전극복합체층, 고체전해질층, 양극전극복합체층 및 양극집전체층의 적층 구조를 가지고 있다. 이러한 전고체전지에 대한 종래기술 중 대량생산에 적합한 공정으로는 '대한민국특허청 등록특허 제10-1506833호 슬러리, 고체 전해질층의 제조방법, 전극 활물질층의 제조 방법 및 전고체 전지의 제조 방법'과 같은 슬러리 도포 방식의 기술이 개발되고 있다.Therefore, recently, development of an all-solid-state battery has been made. The all-solid-state battery is a battery using a non-flammable inorganic solid electrolyte and has thermal stability compared to a lithium secondary battery using a conventional combustible organic liquid electrolyte. This has the advantage of being high. An all-solid-state battery generally has a stacked structure of a negative electrode current collector layer, a negative electrode composite layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode composite layer, and a positive electrode current collector layer. Among the prior art for all-solid-state batteries, suitable processes for mass production include 'Korean Intellectual Property Office Registration Patent No. 10-1506833 slurry, a method for manufacturing a solid electrolyte layer, a method for manufacturing an electrode active material layer, and a manufacturing method for an all-solid-state battery' The same slurry coating method is being developed.

고체전해질은 산화물계와 황화물계가 있으나 산화물계 고체전해질은 열처리 온도가 400℃ 이상으로 높아서 전극 및 전해질층의 제조 후 열처리가 불가능하므로, 본 발명의 제조방법에서는 종래기술에 기재된 것과 같이 황화물계 고체전해질 재료를 사용한다. 황화물계 고체전해질을 고체전해질의 재료로 할 때, 이온전도도가 높은 재료를 얻기 위해서 열처리 과정이 이루어져야 한다. 따라서 종래기술은 열처리 과정을 통해 제조된 결정질(crystalline) 또는 유리-결정질(glass-ceramic)의 황화물계 고체전해질 재료를 포함하는 슬러리를 준비하는 단계와, 슬러리로 고체전해질층 형성용 코팅피막을 형성하는 코팅단계와, 코팅피막을 건조시킴으로써 고체전해질층을 건조하는 단계를 포함하도록 이루어져 있다.There are oxide-based solid electrolytes and sulfide-based solid electrolytes, but since oxide-based solid electrolytes have a high heat treatment temperature of 400° C. or higher, heat treatment after manufacturing the electrode and electrolyte layer is impossible. use material. When a sulfide-based solid electrolyte is used as a material for the solid electrolyte, a heat treatment process must be performed in order to obtain a material with high ionic conductivity. Therefore, the prior art includes the steps of preparing a slurry containing a sulfide-based solid electrolyte material of crystalline or glass-ceramic prepared through a heat treatment process, and forming a coating film for forming a solid electrolyte layer with the slurry and a step of drying the solid electrolyte layer by drying the coating film.

하지만 이와 같은 고체전해질은 고체전해질 내부로 리튬이온 충전 및 방전이 이루어질 경우 고체전해질이 수축과 팽창을 반복하다가 깨어진다는 문제점이 있다.However, such a solid electrolyte has a problem in that when lithium ions are charged and discharged into the solid electrolyte, the solid electrolyte is broken while repeating contraction and expansion.

대한민국특허청 등록특허 제10-1506833호Korean Intellectual Property Office Registered Patent No. 10-1506833 대한민국특허청 등록특허 제10-1460113호Korean Intellectual Property Office Registered Patent No. 10-1460113 대한민국특허청 공개특허 제10-2014-0073400호Korean Patent Office Laid-Open Patent No. 10-2014-0073400

따라서 본 발명의 목적은, 황화물계 고체전해질에 바인더를 혼합하여 슬러리를 만들고, 슬러리를 지지해주는 다공성 지지체와 결합시켜 유연성이 증가하며 고체전해질이 충격 또는 수축 및 팽창 반복에 의해 깨지는 것을 방지할 수 있는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 양극복합체층의 제조방법 및 이를 포함하는 전고체전지를 제공하는 것이다.Therefore, an object of the present invention is to make a slurry by mixing a binder with a sulfide-based solid electrolyte, to increase flexibility by combining it with a porous support that supports the slurry, and to prevent the solid electrolyte from being broken by impact or repeated contraction and expansion. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer comprising a sulfide-based solid electrolyte, and an all-solid-state battery including the same.

상기한 목적은, 황화물계 고체전해질을 준비하는 단계와; 상기 황화물계 고체전해질, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리를 제조하는 단계와; 다공성 지지체의 기공 내로 상기 슬러리가 함침 및 지지되도록 상기 다공성 지지체에 상기 슬러리를 도포하여 맴브레인을 형성하는 단계와; 상기 맴브레인을 건조 및 압착하여 고체전해질층 및 양극복합체층을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 양극복합체층 제조방법에 의해서 달성된다.The above object comprises the steps of preparing a sulfide-based solid electrolyte; preparing a slurry including the sulfide-based solid electrolyte, a binder, and a solvent; forming a membrane by applying the slurry to the porous support so that the slurry is impregnated and supported into the pores of the porous support; It is achieved by a method for manufacturing a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer comprising a sulfide-based solid electrolyte, characterized in that it includes the step of drying and pressing the membrane to obtain a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer.

여기서, 상기 바인더는, 폴리아미드이미드(polyamide-imide, PAI), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리아믹산(polyamic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide, PEO), 폴리스티렌(polystyrene, PS), PEP-MNB(poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene)), PVDF(polyvinylidene fluoride), PVDF-HFP(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PS-NBR(polystyrene nitrile-butadiene rubber), PMMA-NBR(poly(methacrylate)nitrile-butadiene rubber) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되거나 또는 상기 황화물계 고체전해질은 LPSCl(Li-P-S-Cl) 계 고체전해질이고, 상기 바인더는 PEP-MNB(poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene))이며, 상기 용매는 헵탄(heptane)을 사용하는 것이 바람직하다.Here, the binder is polyamide-imide (PAI), polyimide (PI), polyamide (PA), polyamic acid, polyethylene oxide (PEO), polystyrene (polystyrene, PS), PEP-MNB (poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene)), PVDF (polyvinylidene fluoride), PVDF-HFP (poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PS -NBR (polystyrene nitrile-butadiene rubber), PMMA-NBR (poly(methacrylate) nitrile-butadiene rubber) and mixtures thereof, or the sulfide-based solid electrolyte is LPSCl (Li-P-S-Cl)-based solid electrolyte And, the binder is PEP-MNB (poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene)), and it is preferable to use heptane as the solvent.

또한, 상기 바인더는 상기 슬러리 전체 100중량% 중 0.1 내지 10중량% 포함되며, 상기 슬러리는, 상기 황화물계 고체전해질 및 바인더를 포함하는 고체전해질 슬러리와; 상기 황화물계 고체전해질, 바인더, 도전재 및 양극활물질 포함하는 양극복합체 슬러리를 포함하며, 상기 고체전해질층은 상기 고체전해질 슬러리를 통해 제조되며, 상기 양극복합체층은 상기 양극복합체 슬러리를 통해 제조되는 것이 바람직하다.In addition, the binder is included in an amount of 0.1 to 10% by weight based on 100% by weight of the total slurry, and the slurry includes: a solid electrolyte slurry including the sulfide-based solid electrolyte and a binder; A positive electrode composite slurry comprising the sulfide-based solid electrolyte, a binder, a conductive material and a positive electrode active material, wherein the solid electrolyte layer is prepared through the solid electrolyte slurry, and the positive electrode composite layer is prepared through the positive electrode composite slurry desirable.

상기 다공성 지지체는, 기공도가 10 내지 95부피%로 형성되며, 상기 건조 및 압착에 의해 기공도가 5 내지 10부피%로 감소하는 것이 바람직하며, 상기 건조 및 압착에 의해 상기 다공성 지지체는 20 내지 350㎛의 두께가 되는 것이 바람직하다.The porous support is preferably formed with a porosity of 10 to 95% by volume, and the porosity is reduced to 5 to 10% by volume by drying and compression, and the porous support is 20 to 10% by volume by drying and compression. It is preferable to become a thickness of 350 micrometers.

상기한 목적은 또한, 집전체와; 상기 집전체의 상부에 형성되며, 0.1 내지 10㎛ 사이즈의 비정질, 결정질 또는 비정질-결정질의 황화물계 고체전해질, 바인더, 도전재 및 활물질이 다공성 지지체에 지지된 양극복합체층과; 상기 양극복합체층의 상부에 적층되며, 0.1 내지 10㎛ 사이즈의 황화물계 고체전해질 및 바인더가 다공성 지지체에 지지된 고체전해질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체전지에 의해서도 달성된다.The above object also includes a current collector; a positive electrode composite layer formed on the current collector and having an amorphous, crystalline or amorphous-crystalline sulfide-based solid electrolyte having a size of 0.1 to 10 μm, a binder, a conductive material, and an active material supported on a porous support; It is also achieved by an all-solid-state battery, which is stacked on top of the positive electrode composite layer and includes a solid electrolyte layer in which a sulfide-based solid electrolyte having a size of 0.1 to 10 μm and a binder are supported on a porous support.

여기서, 상기 맴브레인의 기공도는 10부피% 이하인 것이 바람직하다.Here, the porosity of the membrane is preferably 10% by volume or less.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 황화물계 고체전해질에 바인더를 혼합하여 슬러리를 만들고, 슬러리를 지지해주는 다공성 지지체와 결합시켜 유연성이 증가하며 고체전해질이 충격 또는 수축 및 팽창 반복에 의해 깨지는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.According to the above-described configuration of the present invention, a slurry is made by mixing a binder with a sulfide-based solid electrolyte, and flexibility is increased by combining with a porous support supporting the slurry, and the solid electrolyte is prevented from being broken by impact or repeated contraction and expansion. possible effects can be obtained.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고체전해질층 및 양극복합체층 제조방법의 순서도이고,
도 2는 실시예를 통해 제조된 전고체전지의 전지 작동을 나타낸 그래프이고,
도 3은 다공성 지지체를 포함하는 황화물계 맴브레인의 리튬이온전도도를 측정한 임피던스 그래프이고,
도 4는 다공성 지지체를 포함하는 맴브레인의 사진이고,
도 5는 슬러리를 이용한 황화물고체전해질을 포함하는 양극복합체 양극과 다공성지지체를 포함하는 황화물계 멤브레인으로 구성된 황화물계 전고체전지의 작동을 나타내는 그래프이다.
1 is a flowchart of a method for manufacturing a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer according to an embodiment of the present invention;
2 is a graph showing the battery operation of the all-solid-state battery prepared in Examples,
3 is an impedance graph measuring lithium ion conductivity of a sulfide-based membrane including a porous support;
4 is a photograph of a membrane including a porous support,
5 is a graph showing the operation of a sulfide-based all-solid-state battery composed of a positive electrode composite positive electrode including a sulfide solid electrolyte and a sulfide-based membrane including a porous support using a slurry.

이하 본 발명에 따른 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 양극복합체층의 제조방법 및 이를 포함하는 전고체전지를 도면을 통해 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer including a sulfide-based solid electrolyte according to the present invention and an all-solid-state battery including the same will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명의 전고체전지는, 집전체와, 집전체의 상부에 형성되며, 0.1 내지 10㎛ 사이즈의 비정질, 결정질 또는 비정질-결정질의 황화물계 고체전해질, 바인더, 도전재 및 활물질이 다공성 지지체에 지지된 양극복합체층과, 양극복합체층의 상부에 적층되며, 0.1 내지 10㎛ 사이즈의 황화물계 고체전해질 및 바인더가 다공성 지지체에 지지된 고체전해질층을 포함한다. 이 이외에도 음극복합체층 더 포함할 수 있으며, 집전체-양극복합체층-고체전해질층-음극복합체층-집전체로 적층된 집천체를 얻을 수 있다. 여기서 바인더는 PEP-MNB(poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene))을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.The all-solid-state battery of the present invention includes a current collector and an amorphous, crystalline or amorphous-crystalline sulfide-based solid electrolyte having a size of 0.1 to 10 μm, a binder, a conductive material and an active material formed on the top of the current collector, supported on a porous support. It includes a positive electrode composite layer, and a solid electrolyte layer stacked on top of the positive electrode composite layer, in which a sulfide-based solid electrolyte having a size of 0.1 to 10 μm and a binder are supported on a porous support. In addition to this, a negative electrode composite layer may be further included, and a current collector laminated with a current collector - a positive electrode composite layer - a solid electrolyte layer - a negative electrode composite layer - a current collector can be obtained. Here, it is preferable to use PEP-MNB (poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene)) as the binder, but is not limited thereto.

이 중 고체전해질층 및 양극복합체층을 제조하는 방법으로는 도 1에 도시된 바와 같이 먼저, 황화물계 고체전해질을 준비한다(S1).Among them, as a method for preparing the solid electrolyte layer and the positive electrode composite layer, as shown in FIG. 1 , first, a sulfide-based solid electrolyte is prepared (S1).

비정질, 결정질 또는 비정질-결정질의 LPSCl(Li-P-S-Cl)계 고체전해질을 준비한다. 여기서 LPSCl 계 고체전해질은 비정질을 포함하는 아지로드광 상(argyrodite phase)으로 이루어질 수 있다. 경우에 따라서 LPSCl계 고체전해질이 아닌 LPSI(Li-P-S-I)계 고체전해질을 포함할 수도 있다. 고체전해질의 원료는 Li2S, P2S5, LiCl, LiI 분말의 조합으로 구성되며, 건식 밀링 또는 습식 밀링 방법을 통해 고체전해질을 제조하고, 이를 분쇄를 통해 작은 직경을 갖도록 미분화하는 단계를 거치게 된다. 고체전해질의 원료로부터 고체전해질을 제조하는 방법 및 고체전해질을 분쇄하여 미분화하는 단계는 지르코니아볼(zirconia ball)을 고체전해질과 섞은 후 지르코니아볼을 회전시켜 제조 및 분쇄과정을 거치는 것이 바람직하나 이러한 방법에 한정되지는 않는다.An amorphous, crystalline or amorphous-crystalline LPSCl (Li-PS-Cl)-based solid electrolyte is prepared. Here, the LPSCl-based solid electrolyte may be formed of an argyrodite phase including amorphous. In some cases, the LPSI (Li-PSI)-based solid electrolyte may be included instead of the LPSCl-based solid electrolyte. The raw material of the solid electrolyte is composed of a combination of Li 2 S, P 2 S 5 , LiCl, and LiI powder, and a solid electrolyte is prepared through dry milling or wet milling, and pulverizing it to have a small diameter through pulverization. will go through In the method for producing a solid electrolyte from the raw material of the solid electrolyte and pulverizing the solid electrolyte, it is preferable to mix the zirconia ball with the solid electrolyte and then rotate the zirconia ball to go through the manufacturing and grinding process. not limited

여기서 고체전해질은 비정질, 결정질 또는 비정질-결정질을 선택 가능한데, 비정질의 경우 결정질에 비해 작은 직경의 입자로 이루어지기 때문에 고체전해질층을 얇게 제조할 수 있다는 장점이 있으며, 결정질 고체전해질의 경우 비정질에 비해 입자의 직경은 크나 전도도가 우수하다는 장점이 있다. 따라서 전고체전지의 사용 용도에 따라 비정질, 결정질 또는 비정질-결정질 고체전해질을 선택 가능하다.Here, the solid electrolyte can be selected from amorphous, crystalline, or amorphous-crystalline. In the case of amorphous, since it consists of particles with a smaller diameter than crystalline, the solid electrolyte layer can be made thin, and in the case of crystalline solid electrolyte, compared to amorphous Although the particle diameter is large, it has the advantage of excellent conductivity. Therefore, it is possible to select an amorphous, crystalline, or amorphous-crystalline solid electrolyte depending on the intended use of the all-solid-state battery.

결정구조crystal structure 리튬이온전도도
(S/cm)
lithium ion conductivity
(S/cm)
LPSCl_ball mill
(합성상태)
LPSCl_ball mill
(synthetic state)
비정질 + 결정질amorphous + crystalline 1.51×10-3 1.51×10 -3
LPSCl_ball mill 합성 후
열처리 (550℃, 5h)
After synthesis of LPSCl_ball mill
Heat treatment (550℃, 5h)
결정질crystalline 1.92×10-3 1.92×10 -3
LPSCl_ball mill 합성 후
습식 볼밀링
After synthesis of LPSCl_ball mill
wet ball milling
비정질 + 결정질amorphous + crystalline 1.62×10-4 1.62×10 -4

표 1은 비정질 LPSCl 분말을 비정질과 결정화 여부, 미세화 여부에 따른 리튬이온전도도를 비교한 것이다. Table 1 compares the lithium ion conductivity according to whether the amorphous LPSCl powder is amorphous, crystallized, or refined.

황화물계 고체전해질을 포함하는 슬러리를 제조한다(S2).A slurry containing a sulfide-based solid electrolyte is prepared (S2).

S1 단계를 통해 얻어진 비정질, 결정질 또는 비정질-결정질의 황화물계 고체전해질과 함께 바인더, 도전재, 용매를 혼합하여 슬러리를 제조한다. 고체전해질층을 이루게 되는 고체전해질 슬러리의 경우 황화물계 고체전해질, 바인더, 용매로 이루어지며, 양극복합체 슬러리의 경우에는 양극활물질, 황화물계 고체전해질, 바인더, 용매에 도전재를 추가하여 형성할 수 있다. 여기서 양극활물질은 통상의 이차전지에 사용되는 활물질이거나 황화물계 고체전해질과의 화학적 반응성을 줄이기 위해 표면처리된 활물질을 제한없이 사용 가능하다. A slurry is prepared by mixing a binder, a conductive material, and a solvent with the amorphous, crystalline, or amorphous-crystalline sulfide-based solid electrolyte obtained in step S1. In the case of a solid electrolyte slurry forming the solid electrolyte layer, it consists of a sulfide-based solid electrolyte, a binder, and a solvent. . Here, the positive active material may be an active material used in a typical secondary battery or an active material surface-treated to reduce chemical reactivity with a sulfide-based solid electrolyte without limitation.

여기서 바인더는 고체전해질 슬러리 및 양극복합체 슬러리 모두에 적용 가능하며, 이러한 바인더는 폴리아미드이미드(polyamide-imide, PAI), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리아믹산(polyamic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide, PEO), 폴리스티렌(polystyrene, PS), PEP-MNB(poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene)), PVDF(polyvinylidene fluoride), PVDF-HFP(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PS-NBR(polystyrene nitrile-butadiene rubber), PMMA-NBR(poly(methacrylate)nitrile-butadiene rubber) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 그 중 PEP-MNB(poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene))가 가장 적합한 바인더로 사용된다.Here, the binder is applicable to both the solid electrolyte slurry and the positive electrode composite slurry, and these binders are polyamide-imide (PAI), polyimide (PI), polyamide (PA), and polyamic acid (polyamic acid). acid), polyethylene oxide (PEO), polystyrene (PS), PEP-MNB (poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene)), PVDF (polyvinylidene fluoride), PVDF-HFP (poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PS-NBR (polystyrene nitrile-butadiene rubber), PMMA-NBR (poly(methacrylate)nitrile-butadiene rubber), and mixtures thereof. Among them, PEP-MNB (poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene)) is used as the most suitable binder.

이러한 바인더는 고체전해질 슬러리 또는 양극복합체 슬러리 전체 100중량% 중 0.1 내지 10중량% 포함되는 것이 바람직하다. 바인더가 0.1중량% 미만일 경우 고체전해질이 리튬이온의 충방전에 의해 수축 및 팽창을 반복하다가 깨질 수 있다. 또한 10중량%를 초과할 경우 바인더의 양에 의해 그 만큼 고체전해질이 첨가되는 양이 감소되며 이로 인해 충방전 성능이 감소한다는 문제점이 있다.The binder is preferably contained in an amount of 0.1 to 10% by weight of the total 100% by weight of the solid electrolyte slurry or the positive electrode composite slurry. When the binder content is less than 0.1% by weight, the solid electrolyte may be broken while repeating contraction and expansion due to charging and discharging of lithium ions. In addition, when it exceeds 10% by weight, the amount of the solid electrolyte to be added is reduced by the amount of the binder, thereby reducing charge/discharge performance.

또한 바인더가 용해되며 고체전해질과 바인더가 골고루 혼합되도록 형성되는 용매는 바인더가 용해되는 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 도데카인(dodecane), 부틸부티레이트(butylbutyrate), 헵탄(heptane), 알콜(alcohol) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 특히 그 중 헵탄이 가장 적합하다.In addition, the solvent that dissolves the binder and mixes the solid electrolyte and the binder evenly is toluene, xylene, dodecane, butylbutyrate, heptane, alcohol in which the binder is dissolved. (alcohol) and mixtures thereof are preferably selected, and among them, heptane is most suitable.

뿐만 아니라 양극복합체 슬러리에 포함되는 도전재는, 활성탄(active carbon), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 탄소섬유(carbon fiber), 그래핀(graphene), 그라파이드(graphite), 카본블랙(carbon black), 아세틸렌블랙(acetylene black), 케천블랙(ketjen black, KR), super P, 금속나노선, 금속나노분말 및 이의 혼합으로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.In addition, the conductive material included in the cathode composite slurry is active carbon, carbon nanotube, carbon fiber, graphene, graphite, carbon black. , acetylene black, ketjen black (KR), super P, may be selected from the group consisting of metal nanowires, metal nanopowders, and mixtures thereof.

바인더bookbinder wt%wt% 황화물고체전해질sulfide solid electrolyte 용매menstruum 코팅성coatability PEPMNBPEPMNB 22 LPSCl 또는 LPSILPSCl or LPSI 헵탄heptane

표 2는 황화물계 고체전해질(SSE)과 바인더가 혼합된 고체전해질 슬러리의 코팅성을 확인한 것으로, 100wt% 중 바인더의 함유량을 제외한 잔부는 황화물고체전해질로 이루어지며 이를 용매와 혼합하여 제조된 슬러리의 코팅성을 확인한 것이다. 표 2를 통해 확인할 수 있듯이 바인더를 첨가하여도 코팅성에는 영향을 주지 않고 코팅이 원활하게 이루어지는 것을 확인할 수 있다. Table 2 confirms the coating properties of the solid electrolyte slurry in which the sulfide-based solid electrolyte (SSE) and the binder are mixed. The coating properties were confirmed. As can be seen from Table 2, it can be confirmed that the coating is smoothly performed without affecting the coating property even if the binder is added.

바인더bookbinder wt%wt% 황화물고체전해질sulfide solid electrolyte 양극활물질cathode active material 용매menstruum 코팅성coatability PEPMNBPEPMNB 22 LPSCl 또는 LPSILPSCl or LPSI NCM622NCM622 헵탄heptane

표 3은 고체전해질, 바인더와 함께 NCM622 양극활물질이 포함된 양극복합체 슬러리의 코팅성을 확인한 것으로, 표 3 또한 표 2와 마찬가지로 바인더를 첨가하여도 대부분의 바인더는 코팅성에 영향을 주지 않는 것을 확인할 수 있다.Table 3 confirms the coating properties of the positive electrode composite slurry containing the NCM 622 positive electrode active material together with the solid electrolyte and the binder. can

다공성 지지체에 슬러리를 도포하여 맴브레인을 형성한다(S3).A membrane is formed by applying the slurry to the porous support (S3).

다공성 지지체의 기공 내로 S2 단계를 통해 얻어진 슬러리가 함침 및 지지되도록 다공성 지지체에 슬러리를 도포하여 맴브레인을 형성한다. 즉 양극복합체 슬러리 또는 고체전해질 슬러리를 선택하여 다공성 지지체에 도포할 수 있으며, 여기서 슬러리를 도포하는 방법으로는 닥터블레이드(Dr. blade) 방법을 이용하는 것이 바람직하다.A membrane is formed by applying the slurry to the porous support so that the slurry obtained through step S2 is impregnated and supported into the pores of the porous support. That is, a positive electrode composite slurry or a solid electrolyte slurry can be selected and applied to the porous support. Here, it is preferable to use a doctor blade method as a method for applying the slurry.

기공이 많이 형성된 다공성 지지체는, 기공도가 10 내지 95부피%로 형성될 수 있으며 기공도가 높을수록 내부에 함침되는 슬러리의 양은 증가하게 된다. 기공도가 10부피% 미만일 경우 내부에 슬러리가 함침되지 못하고 외부에 잔존하게 되고, 95부피%를 초과하는 기공도를 가질 경우 기공에 비해 다공성 지지체 자체의 부피가 너무 적어 다공성 지지체가 제 형상을 유지하지 못하게 된다.The porous support having many pores may have a porosity of 10 to 95% by volume, and the higher the porosity, the greater the amount of slurry impregnated therein. When the porosity is less than 10% by volume, the slurry cannot be impregnated inside and remains outside, and when the porosity exceeds 95% by volume, the volume of the porous support itself is too small compared to the pores, so the porous support maintains its shape can't do it

이러한 다공성 지지체의 소재는, 폴리에틸렌(polyetlyene), 폴리비닐리딘플루라이드(polyviylidene fluoride, PVDF), PVDF-HFP(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리아미드이미드(polyamide-imide, PAI), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리아믹산(polyamic acid), 테프론(Polytelrafluoro ethylene, PTFE) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 또한, PEO 또는 리튬염을 포함하는 PEO 와 같은 계면 코팅층을 황화물계고체전해질과 복합화하기 전에 미리 얇게 지지체에 코팅할 수도 있다.The material of such a porous support is polyethylene (polyetlyene), polyvinylidene fluoride (PVDF), PVDF-HFP (poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), polyamide-imide (PAI), polyimide It is preferably selected from the group consisting of polyimide (PI), polyamide (PA), polyamic acid, polytelrafluoro ethylene (PTFE), and mixtures thereof. In addition, it contains PEO or lithium salt. Before complexing an interfacial coating layer such as PEO with a sulfide-based solid electrolyte, it may be thinly coated on the support in advance.

다공성 지지체에 슬러리를 1회 또는 그 이상의 횟수로 도포하여 다공성 지지체의 내부로 슬러리에 포함된 재료들이 흡수되도록 하는데, 다공성 지지체 내부에 함침되는 양에 따라 슬러리의 도포 횟수를 원하는 만큼 조절 가능하다.The slurry is applied to the porous support one or more times so that the materials contained in the slurry are absorbed into the porous support, and the number of times of application of the slurry can be adjusted as desired according to the amount impregnated in the porous support.

맴브레인을 건조 및 압착하여 고체전해질층 및 양극복합체층을 얻는다(S4).The membrane is dried and compressed to obtain a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer (S4).

다공성 지지체게 슬러리가 도포된 맴브레인을 건조한 후 이를 압착하여 구조치밀도가 높은 고체전해질층 및 양극복합체층을 얻는다. 건조 과정을 경우 별도의 열처리를 수행하지 않고 실온에서 자연건조시켜도 되나, 필요에 따라서 진공 또는 불활성 분위기 하에서 50 내지 300℃의 열처리를 수행하여 리튬이온 전도도를 증가시킬 수도 있다. 또한 건조 과정과 압착 과정은 별도의 단계로 이루어지거나 또는 한꺼번에 건조와 압착이 이루어질 수도 있다.After drying the membrane coated with the slurry on a porous support, it is compressed to obtain a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer having high structural density. In the case of the drying process, it may be naturally dried at room temperature without performing a separate heat treatment, but if necessary, heat treatment at 50 to 300° C. under vacuum or an inert atmosphere may be performed to increase lithium ion conductivity. Also, the drying process and the pressing process may be performed as separate steps, or drying and pressing may be performed at once.

맴브레인을 압착하는 과정은 10 내지 500MPa의 압력으로 압착하여 맴브레인의 기공도를 감소시켜 구조치밀화를 수행할 수 있다. 맴브레인의 압착은 원하는 기공도에 따라 1번 또는 그 이상을 반복하여 수행할 수 있다. 바람직한 맴브레인의 기공도는 10부피% 이하에 해당하는데, 맴브레인의 기공도가 10부피%를 초과할 경우 내부에 존재하는 재료들 간에 연결이 제대로 되지 못하여 전도도가 감소할 수 있다.In the process of compressing the membrane, the porosity of the membrane can be reduced by compressing the membrane at a pressure of 10 to 500 MPa to perform structural densification. Compression of the membrane may be performed one or more times depending on the desired porosity. Preferably, the membrane has a porosity of 10% by volume or less, and when the porosity of the membrane exceeds 10% by volume, the conductivity may decrease due to poor connection between the materials present therein.

최종적으로 형성되는 맴브레인의 두께는 20 내지 350㎛가 되도록 하는 것이 바람직한데, 맴브레인의 두께가 20㎛ 미만일 경우 내부에 충분한 슬러리를 포함하지 못하며, 350㎛를 초과할 경우 맴브레인의 두께가 너무 두꺼워 전체적인 전고체전지의 부피가 커질 수 있다.It is preferable that the thickness of the finally formed membrane is 20 to 350 μm. If the thickness of the membrane is less than 20 μm, it does not contain sufficient slurry inside, and if it exceeds 350 μm, the thickness of the membrane is too thick, so The volume of the solid-state battery may increase.

바인더bookbinder wt%wt% 황화물고체전해질sulfide solid electrolyte 용매menstruum 코팅성coatability 리튬이온전도도 (S/cm)Lithium ion conductivity (S/cm) PEPMNBPEPMNB 1One LPSCl 또는 LPSILPSCl or LPSI 헵탄heptane 2.30×10-4 2.30×10 -4

표 4는 다공성 지지체에 코팅성 및 다공성 지지체를 포함하는 맴브레인의 리튬이온전도도를 나타낸 것인데, 코팅성이 우수하고 이온전도도가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.Table 4 shows the coating properties on the porous support and the lithium ion conductivity of the membrane including the porous support, and it can be seen that the coating property is excellent and the ionic conductivity is high.

또한 경우에 따라서 황화물계 고체전해질을 포함하는 슬러리를 제조하는 단계(S2), 다공성 지지체에 슬러리를 도포하여 맴브레인을 형성하는 단계(S3), 맴브레인을 건조 및 압착하는 단계(S4)는 반복적으로 수행되어 고체전해질층 및 양극복합체층을 형성할 수도 있다.In addition, in some cases, the steps of preparing a slurry containing a sulfide-based solid electrolyte (S2), applying the slurry to a porous support to form a membrane (S3), and drying and compressing the membrane (S4) are repeatedly performed. It may be used to form a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer.

이하에서는 본 발명의 실시예를 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail.

<실시예><Example>

먼저, 비정질-결정질의 LPSCl(Li2S-P2S5-LiCl) 고체전해질을 얻기 위해 Li2S, P2S5 LiCl 분말을 정량하여 80ml의 볼밀(ball mill) 반응용기에 넣고, 직경 10mm 지르코니아 볼(zirconia ball) 15개를 함께 넣는다. 그 다음 600rpm으로 고에너지 건식 볼밀링(ball milling)을 20시간(net time) 시행하여 LPSCl 비정질-결정질 분말을 얻었다. 이때 반응용기의 지나친 온도 상승을 막기 위해 반응을 30분간 수행한 후 20분간 휴지하는 방식으로 반복하였다.First, to obtain an amorphous-crystalline LPSCl (Li 2 SP 2 S 5 -LiCl) solid electrolyte, Li 2 S, P 2 S 5 LiCl powder was quantified and put into an 80 ml ball mill reaction vessel, and zirconia with a diameter of 10 mm Put 15 zirconia balls together. Then, high-energy dry ball milling was performed at 600 rpm for 20 hours (net time) to obtain LPSCl amorphous-crystalline powder. At this time, in order to prevent excessive temperature rise of the reaction vessel, the reaction was repeated for 30 minutes and then paused for 20 minutes.

얻어진 비정질 고체전해질의 입자 사이즈를 감소시키기 위해 고체전해질 분쇄과정을 거치게 되는데, 고체전해질 분쇄를 위하여 비정질 고채전해질 2g의 분말을 16ml의 헵탄(heptane), 2ml의 디부틸에테르(dibutyl ether), 직경 3mm의 지르코니아 볼을 사용하여 150rpm에서 10시간 동안 볼밀링하여 비정질-결정질 고체전해질 입자를 잘게 분쇄하였다. 이렇게 얻은 비정질-결정질 고체전해질 입자분쇄 분말을 회수한 후 세척, 액체와 분리, 상온 진공건조 및 180℃에서 진공건조를 통해 비정질-결정질 고체전해질 분말을 얻었다.In order to reduce the particle size of the obtained amorphous solid electrolyte, a solid electrolyte pulverization process is performed. For pulverizing the solid electrolyte, 2 g of the amorphous solid electrolyte powder is mixed with 16 ml of heptane, 2 ml of dibutyl ether, and a diameter of 3 mm. The amorphous-crystalline solid electrolyte particles were finely pulverized by ball milling at 150 rpm for 10 hours using a zirconia ball of After the amorphous-crystalline solid electrolyte particle pulverized powder thus obtained was recovered, an amorphous-crystalline solid electrolyte powder was obtained through washing, separation from liquid, vacuum drying at room temperature and vacuum drying at 180°C.

이와 같은 방법으로 제조된 비정질 고체전해질 분말을 이용하여 전고체전지 실험셀을 제조하는 순서는 다음과 같다. 우선 양극복합체층은 LiZrO3 또는 LiNbO3가 수 내지 수십 nm 두께로 코팅된 LiNi0 .6Mn0 .2Co0 .2O2 양극활물질이고, 고체전해질은 비정질-결정질 LPSCl이며, 도전재는 super P 또는 VGCF, 바인더는 PEPMNB를 사용하여 이들을 70 : 25 : 3 : 2 중량비로 헵탄에 혼합한 슬러리를 제조한다.The procedure for preparing an all-solid-state battery test cell using the amorphous solid electrolyte powder prepared in this way is as follows. First, the positive electrode composite layer is LiZrO 3 or LiNbO 3 LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 positive electrode active material coated to a thickness of several to tens of nm, the solid electrolyte is amorphous-crystalline LPSCl, and the conductive material is super P Alternatively, VGCF and PEPMNB as the binder are used to prepare a slurry in which they are mixed with heptane in a weight ratio of 70:25:3:2.

그 다음 양극복합체용 슬러리를 다공성 지지체에 도포하여 다공성 지지체 내부로 함침시켜 맴브레인을 제조한다. 제조한 맴브레인을 알루미늄 집전체의 상부에 적층한 후, 그 다음 진공 또는 분위기하에서 80℃에서 12시간 열처리(건조)한 다음 200 내지 350MPa의 압력을 인가하여 양극복합체층을 제조한다. Then, the slurry for the positive electrode composite is applied to the porous support and impregnated into the porous support to prepare a membrane. After the prepared membrane is laminated on top of an aluminum current collector, it is then heat treated (dried) at 80° C. for 12 hours under vacuum or atmosphere, and then a pressure of 200 to 350 MPa is applied to prepare a positive electrode composite layer.

고체전해질용 슬러리를 다공성 지지체에 도포 및 함침하여 맴브레인을 제조하고, 이전에 제조된 양극복합체층의 상부에 맴브레인을 다시 적층하고 이를 열처리 및 압착한다. 경우에 따라서 양극복합체 맴브레인과 고체전해질 맴브레인을 먼저 적층한 후 동시에 열처리 및 압력을 통해 압착을 수행할 수도 있다. 이 공정을 경우에 따라 여러 번 반복하여 양호한 멤브레인을 제조할 수 있다. The slurry for a solid electrolyte is applied and impregnated on a porous support to prepare a membrane, and the membrane is again stacked on top of the previously prepared positive electrode composite layer, which is then heat treated and compressed. In some cases, the positive electrode composite membrane and the solid electrolyte membrane may be laminated first, and then compression may be performed through heat treatment and pressure at the same time. This process can be repeated several times in some cases to produce a good membrane.

여기에 리튬-인듐합금 상대전극으로 하여 실험셀을 제조하였다. 실험셀은 양극복합체층/고체전해질층/리튬-인듐합금대극으로 이루어지며, 상세하게는 LPSCl 황화물계 고체전해질, NCM622, 바인더를 포함하는 양극복합체층/LPSCl 황화물계 고체전해질과 바인더를 포함하는 고체전해질층/리튬-인듐합금인듐대극으로 된 실험셀이다. 여기서 황화물계 고체전해질은 LPSCl의 비정질-결정질 고체전해질이며, 0.1 내지 10㎛의 입자사이즈를 가지는 것이 바람직하다. 이때 상대전극인 리튬-인듐합금대극 대신 흑연 같은 리튬이온전지용 음극활물질을 이용하여 양극복합체와 동일한 방식으로 고체전해질과 혼합하여 제조된 음극복합체층이나 인듐/리튬, 리튬금속합금전극을 사용함으로써 전고체전지를 제조할 수 있다.Here, an experiment cell was prepared using a lithium-indium alloy counter electrode. The test cell consists of a positive electrode composite layer/solid electrolyte layer/lithium-indium alloy counter electrode, in detail, a positive electrode composite layer including LPSCl sulfide-based solid electrolyte, NCM 622 , and a binder/LPSCl sulfide-based solid electrolyte and a binder. This is an experimental cell with a solid electrolyte layer/lithium-indium alloy indium counter electrode. Here, the sulfide-based solid electrolyte is an amorphous-crystalline solid electrolyte of LPSCl, and preferably has a particle size of 0.1 to 10 μm. At this time, instead of the counter electrode, a lithium-indium alloy counter electrode, an anode composite layer prepared by using a negative active material for lithium ion batteries such as graphite and mixing with a solid electrolyte in the same manner as the positive electrode composite, or an indium/lithium, lithium metal alloy electrode is used. battery can be manufactured.

도 2는 실시예를 통해 제조된 전고체전지의 전지 작동을 나타낸 그래프로, PEPMNB 바인더를 첨가한 양극복합체층 및 고체전해질층을 제조하여 에너지 밀도가 높은 충방전 성능을 확인할 수 있다. 2 is a graph showing the battery operation of the all-solid-state battery prepared in Examples, and it is possible to confirm charge/discharge performance with high energy density by preparing a positive electrode composite layer and a solid electrolyte layer to which a PEPMNB binder is added.

도 3은 다공성 지지체를 포함하는 황화물계 맴브레인의 리튬이온전도도를 측정한 임피던스 그래프로, Li6PS5Cl : PEPMNP = 99 : 1 중량비와 헵탄의 슬러리와 다공성지지체인 폴리에틸렌을 복합화하여 멤브레인을 측정한 임피던스 그래프이다. 이 그래프로부터 얻어진 저항치를 이용하여 다공성 지지체를 포함하는 황화물계 맴브레인의 리튬이온전도도를 계산하면 리튬이온전도도가 2.30×10-4S/cm 정도이다.3 is an impedance graph measuring the lithium ion conductivity of a sulfide-based membrane including a porous support. Li 6 PS 5 Cl: PEPMNP = 99: 1 by weight ratio of heptane slurry and polyethylene as a porous support. This is an impedance graph. When the lithium ion conductivity of the sulfide-based membrane including the porous support is calculated using the resistance value obtained from this graph, the lithium ion conductivity is about 2.30×10 −4 S/cm.

도 4는 다공성 지지체를 포함하는 맴브레인의 사진으로, 폴리에틸렌으로 이루어진 다공성 지지체와 황화물 고체전해질인 Li6PS5Cl : PEPMNP = 99 : 1 중량비로 혼합된 슬러리로 이루어진 free-standing 맴브레인을 200 내지 350MPa로 압착하여 제조한 것이다.FIG. 4 is a photograph of a membrane including a porous support. A free-standing membrane consisting of a slurry mixed with a porous support made of polyethylene and a sulfide solid electrolyte Li 6 PS 5 Cl : PEPMNP = 99 : 1 by weight was 200 to 350 MPa. It is manufactured by pressing.

도 5는 슬러리를 이용한 황화물고체전해질을 포함하는 양극복합체 양극과 다공성지지체를 포함하는 황화물계 멤브레인으로 구성된 황화물계 전고체전지의 작동을 나타내는 그래프이다. 양극복합체는 LiNbO가 코팅된 NCM622, Li6PS5Cl, VGCF, PEPMNB으로 이루어진 슬러리를 이용하여 제조되었다. 전지구조는 LiNbO3-coated NCM622/다공성지지체를 200 내지 350MPa의 압력으로 압착하고 Li-In 합금대극과 전지를 구성하였다. 그래프를 통해 본 발명의 전고체전지는 충방전 성능이 우수한 것을 알 수 있다.5 is a graph showing the operation of a sulfide-based all-solid-state battery composed of a positive electrode composite positive electrode including a sulfide solid electrolyte and a sulfide-based membrane including a porous support using a slurry. The positive electrode composite was prepared using a slurry composed of LiNbO-coated NCM 622 , Li 6 PS 5 Cl, VGCF, and PEPMNB. For the battery structure, LiNbO 3 -coated NCM 622 / porous support was pressed at a pressure of 200 to 350 MPa to form a Li-In alloy counter electrode and a battery. It can be seen from the graph that the all-solid-state battery of the present invention has excellent charge/discharge performance.

따라서 고체전해질층 및 양극복합체층을 제조함에 있어서, 결정질 또는 비정질-결정질의 고체전해질 입도가 작은 비정질의 고체전해질을 사용하는 것이 균일한 혼합 전극을 얻는데 유리하다. 또한 입도가 작은 비정질 입자는 고체전해질층이나 전극복합체층을 압착할 때에도 공극을 최소화하고 고체전해질층이나 전극복합체층의 구성물질 간의 접촉을 최대화하는 데 도움이 된다.Therefore, in manufacturing the solid electrolyte layer and the positive electrode composite layer, it is advantageous to obtain a uniform mixed electrode to use an amorphous solid electrolyte having a small particle size of the crystalline or amorphous-crystalline solid electrolyte. In addition, the amorphous particles having a small particle size help to minimize the voids and maximize the contact between the constituent materials of the solid electrolyte layer or the electrode composite layer even when the solid electrolyte layer or the electrode composite layer is compressed.

이와 같이 본 발명을 통해 슬러리가 함침된 맴브레인을 이용하여 고체전해질층 및 양극복합체층을 제조하고 이를 전고체전지에 적용할 경우 황화물계 고체전해질에 바인더를 혼합하여 고체전해질이 수축및 팽창 반복에 의해 깨지는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.As described above, when a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer are prepared using a membrane impregnated with a slurry through the present invention, and this is applied to an all-solid-state battery, a binder is mixed with a sulfide-based solid electrolyte and the solid electrolyte is contracted and expanded by repeated contraction and expansion. The effect of preventing breakage can be obtained.

Claims (9)

황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 양극복합체층 제조방법에 있어서,
비정질-결정질 황화물계 고체전해질을 준비하는 단계와;
상기 황화물계 고체전해질, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리를 제조하는 단계와;
기공도가 10 내지 95 부피%인 다공성 지지체의 기공 내로 상기 슬러리가 함침 및 지지되도록 상기 다공성 지지체에 상기 슬러리를 도포하여 멤브레인을 형성하는 단계와;
상기 멤브레인을 건조 및 압착하여 고체전해질층 및 양극복합체층을 얻는 단계를 포함하되,
상기 슬러리는,
상기 황화물계 고체전해질 및 바인더를 포함하는 고체전해질 슬러리;와 상기 황화물계 고체전해질, 바인더, 도전재 및 양극활물질 포함하는 양극복합체 슬러리;를 포함하고, 상기 고체전해질층은 상기 고체전해질 슬러리를 통해 제조되며, 상기 양극복합체층은 상기 양극복합체 슬러리를 통해 제조되고,
상기 바인더는,
폴리아미드이미드(polyamide-imide, PAI), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리아믹산(polyamic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide, PEO), 폴리스티렌(polystyrene, PS), PEP-MNB(poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene)), PVDF(polyvinylidene fluoride), PVDF-HFP(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PS-NBR(polystyrene nitrile-butadiene rubber), PMMA-NBR(poly(methacrylate)nitrile-butadiene rubber) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며,
상기 건조는 진공 또는 불활성 분위기 하에서 50 내지 300℃의 열처리를 수행하며, 상기 압착은 200 내지 350 MPa의 압력으로 압착하고, 상기 건조 및 압착에 의해 상기 멤브레인의 기공도가 10 부피% 이하로 감소하는 것을 특징으로 하는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 양극복합체층 제조방법.
In the method for manufacturing a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer comprising a sulfide-based solid electrolyte,
preparing an amorphous-crystalline sulfide-based solid electrolyte;
preparing a slurry including the sulfide-based solid electrolyte, a binder, and a solvent;
forming a membrane by applying the slurry to the porous support so that the slurry is impregnated and supported into the pores of the porous support having a porosity of 10 to 95% by volume;
Drying and compressing the membrane to obtain a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer,
The slurry is
a solid electrolyte slurry including the sulfide-based solid electrolyte and a binder; and a positive electrode composite slurry including the sulfide-based solid electrolyte, a binder, a conductive material and a positive electrode active material; wherein the solid electrolyte layer is prepared through the solid electrolyte slurry and the positive electrode composite layer is prepared through the positive electrode composite slurry,
The binder is
polyamide-imide (PAI), polyimide (PI), polyamide (PA), polyamic acid, polyethylene oxide (PEO), polystyrene (PS), PEP-MNB(poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene)), PVDF(polyvinylidene fluoride), PVDF-HFP(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PS-NBR(polystyrene nitrile- butadiene rubber), PMMA-NBR (poly(methacrylate)nitrile-butadiene rubber), and a mixture thereof,
The drying is performed by heat treatment at 50 to 300° C. under vacuum or an inert atmosphere, and the compression is compressed at a pressure of 200 to 350 MPa, and the porosity of the membrane is reduced to 10% by volume or less by the drying and compression. A method for manufacturing a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer comprising a sulfide-based solid electrolyte, characterized in that.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 황화물계 고체전해질은 LPSCl(Li-P-S-Cl) 계 고체전해질이고, 상기 바인더는 PEP-MNB(poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene))이며, 상기 용매는 헵탄(heptane)을 사용하는 것을 특징으로 하는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 양극복합체층 제조방법.
The method of claim 1,
The sulfide-based solid electrolyte is LPSCl (Li-PS-Cl)-based solid electrolyte, the binder is PEP-MNB (poly (ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene)), and the solvent is heptane ( heptane), a method for manufacturing a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer comprising a sulfide-based solid electrolyte.
제 1항에 있어서,
상기 바인더는 상기 슬러리 전체 100중량% 중 0.1 내지 10중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 양극복합체층 제조방법.

The method of claim 1,
The binder is a solid electrolyte layer and a cathode composite layer manufacturing method comprising a sulfide-based solid electrolyte, characterized in that 0.1 to 10% by weight of the total 100% by weight of the slurry.

삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 건조 및 압착에 의해 상기 다공성 지지체는 20 내지 350㎛의 두께가 되는 것을 특징으로 하는 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 양극복합체층 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a solid electrolyte layer and a positive electrode composite layer comprising a sulfide-based solid electrolyte, characterized in that the porous support has a thickness of 20 to 350 μm by drying and pressing.
전고체전지에 있어서,
집전체와;
상기 집전체의 상부에 형성되는 멤브레인;을 포함하되,
상기 멤브레인은,
0.1 내지 10㎛ 사이즈의 비정질-결정질 황화물계 고체전해질, 바인더, 도전재 및 활물질이 다공성 지지체에 지지된 양극복합체층과;
상기 양극복합체층의 상부에 적층되며, 0.1 내지 10㎛ 사이즈의 비정질-결정질 황화물계 고체전해질 및 바인더가 다공성 지지체에 지지된 고체전해질층;을 포함하고,
상기 바인더는,
폴리아미드이미드(polyamide-imide, PAI), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리아믹산(polyamic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide, PEO), 폴리스티렌(polystyrene, PS), PEP-MNB(poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene)), PVDF(polyvinylidene fluoride), PVDF-HFP(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PS-NBR(polystyrene nitrile-butadiene rubber), PMMA-NBR(poly(methacrylate)nitrile-butadiene rubber) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며,
상기 멤브레인은 진공 또는 불활성 분위기 하에서 50 내지 300℃의 열처리를 수행하는 건조와, 200 내지 350 MPa 압력의 압착에 의해 기공도가 10 부피% 이하인 것을 특징으로 하는 전고체전지.
In the all-solid-state battery,
a current collector;
Including; a membrane formed on the upper portion of the current collector;
The membrane is
a positive electrode composite layer in which an amorphous-crystalline sulfide-based solid electrolyte having a size of 0.1 to 10 μm, a binder, a conductive material, and an active material are supported on a porous support;
A solid electrolyte layer stacked on top of the positive electrode composite layer, in which an amorphous-crystalline sulfide-based solid electrolyte having a size of 0.1 to 10 μm and a binder are supported on a porous support;
The binder is
polyamide-imide (PAI), polyimide (PI), polyamide (PA), polyamic acid, polyethylene oxide (PEO), polystyrene (PS), PEP-MNB(poly(ethylene-co-propyleneco-5-methylene-2-norbornene)), PVDF(polyvinylidene fluoride), PVDF-HFP(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PS-NBR(polystyrene nitrile- butadiene rubber), PMMA-NBR (poly(methacrylate)nitrile-butadiene rubber), and a mixture thereof,
The all-solid-state battery, characterized in that the membrane has a porosity of 10% by volume or less by drying by performing heat treatment at 50 to 300° C. under vacuum or an inert atmosphere, and by pressing at a pressure of 200 to 350 MPa .
삭제delete
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