KR102463422B1 - 전고체 전지용 음극 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

전고체 전지용 음극은 양극, 상기 양극과 대향하는 음극, 및 상기 양극 및 상기 음극 사이에 제공되는 고체 전해질층을 포함하는 전고체 전지에 포함된다. 상기 음극은 음극 집전체, 일단이 상기 음극 집전체의 일부와 접촉하는 도전재, 상기 도전재를 둘러싸는 도전재 코팅층, 상기 도전재의 타단과 접촉하는 음극 활물질 및 고체 전해질을 포함한다. 상기 도전재 코팅층은 상기 상기 도전재 및 상기 고체 전해질이 전기적으로 연결되는 것을 방지한다.

Description

전고체 전지용 음극 및 이의 제조 방법{ANODE FOR ALL SOLID CELL AND THE FABRICATION METHOD OF THE SAME}
본 발명은 전고체 전지용 음극 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전고체 전지용 음극 내에 포함되는 도전재와 고체 전해질의 직접적인 전기적 접촉을 막아 음극에서의 리튬 생성을 억제할 수 있는 전고체 전지용 음극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
리튬 이차 전지의 음극에는 리튬 대비 전압영역이 낮은 물질들이 사용되고 있다. 이에 따라, 전극 내부의 전위 변화가 불균형한 경우가 많으며 전위가 낮은 흑연계의 물질을 도전재로 사용하는 경우 리튬 대비 전위가 0V 부근까지 이동되는 경우가 빈번히 존재한다. 이 때 흑연의 표면에 리튬이 석출될 가능성이 높고, 이에 따라 전지의 성능이 저하됨을 보고한 결과들이 존재하고 있다.
전고체전지는 음극 활물질, 고체 전해질, 도전재가 함께 혼합된 복합 전극 구조를 갖기 때문에 높은 도전재 함량을 보인다. 활물질과 도전재만으로 구성되는 액체기반의 전지보다도 전극의 불균질 혼합으로 인한 전압의 불균일성이 다수 나타나며, 도전재가 리튬 이온을 다량 함유하고 있는 고체 전해질과 직접적으로 접촉함으로 인하여 0V에 가까운 전위를 가지고 있는 도전재 표면에서 리튬이 석출될 가능성을 내포하고 있다. 석출된 리튬은 고체전해질과의 계면반응을 일으켜 고체 전해질을 변성 시키거나, 덴드라이트 성장을 통해 전지의 성능 저하를 가져오게 된다.
한국공개공보 10-2015-0018562호에는 전극 활물질의 표면에 도전재 및 코팅층을 형성하는 구성이 개시되어 있으나, 도전재의 표면을 코팅하는 하는 본 발명과 비교할 때, 공정이 복잡한 문제점이 있다.
한국공개공보 10-2015-0018562호
본 발명의 목적은 도전재와 고체 전해질의 직접적인 전기적 접촉을 막아 음극에서의 리튬 생성을 억제할 수 있는 전고체 전지용 음극을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 도전재와 고체 전해질의 직접적인 전기적 접촉을 막아 음극에서의 리튬 생성을 억제할 수 있는 전고체 전지용 음극의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극은 양극, 상기 양극과 대향하는 음극, 및 상기 양극 및 상기 음극 사이에 제공되는 고체 전해질층을 포함하는 전고체 전지에 포함된다. 상기 음극은 음극 집전체, 일단이 상기 음극 집전체의 일부와 접촉하는 도전재, 상기 도전재를 둘러싸는 도전재 코팅층, 상기 도전재의 타단과 접촉하는 음극 활물질 및 고체 전해질을 포함한다. 상기 도전재 코팅층은 상기 상기 도전재 및 상기 고체 전해질이 전기적으로 연결되는 것을 방지한다.
상기 도전재 코팅층은 부도체 산화물을 포함한다.
상기 도전재 코팅층은 P2O5, B2O3, 및 SiO2 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 도전재는 침상(needle like)형상을 갖는 탄소 화합물이고, 단면상에서 장축 및 단축을 포함한다. 상기 도전재는 상기 장축의 일단에서 상기 음극 집전체와 접촉하고, 상기 장축의 타단에서 상기 음극 활물질과 접촉한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극의 제조 방법은 도전재를 제공하는 단계, 300 내지 700℃에서 열처리하여, 상기 도전재 상에 도전재 코팅층을 형성하는 단계, 일부가 상기 도전재의 일단과 접촉하도록 음극 집전체를 제공하는 단계, 상기 도전재의 타단과 접촉하도록 음극 활물질을 제공하는 단계; 및 상기 도전재 코팅층에 의해, 상기 도전재와 전기적으로 이격된 고체 전해질을 제공하는 단계;를 포함한다.
상기 도전재 코팅층을 형성하는 단계는 부도체 산화물을 코팅재로 제공하여 상기 도전재 코팅층을 형성하는 것일 수 있다.
상기 도전재 코팅층을 형성하는 단계는 P2O5, B2O3, 및 SiO2 중 적어도 하나의 코팅재를 제공하여, 상기 도전재 코팅층을 형성하는 것일 수 있다.
상기 도전재 코팅층을 형성하는 단계는 상기 도전재를 기준으로 1 내지 3 중량%의 코팅재를 제공하여 상기 도전재 코팅층을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극에 의하면, 도전재와 고체 전해질의 직접적인 전기적 접촉을 막아 음극에서의 리튬 생성을 억제할 수 있다. 이에 따라 전고체 전지의 충방전 용량을 증가시킬 수 있고, 전고체 전지의 수명을 늘릴 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극의 제조 방법에 의하면, 도전재와 고체 전해질의 직접적인 전기적 접촉을 막아 음극에서의 리튬 생성을 억제할 수 있는 전고체 전지용 음극을 제공할 수 있다. 이에 따라 전고체 전지의 충방전 용량을 증가시킬 수 있고, 전고체 전지의 수명을 늘릴 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지에 포함되는 음극을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극에 포함되는 도전재의 개략적인 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극에 포함되는 도전재에 도전재 코팅층이 제공된 것을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 5a는 코팅재 중량%에 따른 커패시티 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 5b는 열처리 온도에 따른 커패시티 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 5c는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 커패시티 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 5d는 실시예 1과 비교예 1 각각에 전압을 제공하여, 전류의 변화를 측정한 그래프이다.
도 5e는 실시예 1과 비교예 1 각각의 충방전 횟수와 커패시티의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5f는 실시예 1과 비교예 1 각각의 충방전 조건에 따른 충방전 횟수와 커패시티의 관계를 나타낸 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.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지(SB)는 양극(10), 고체 전해질층(20), 및 음극(30)을 포함한다. 양극(10)은 양극 활물질을 포함할 수 있다. 양극 활물질은 예를 들어, 리튬산화코발트, 리튬인산철, 니켈코발트알루미늄, 및 니켈코발트망간 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 양극(10)은 양극 집전체를 포함할 수 있다. 양극(10)은 고체 전해질층을 포함할 수도 있다.
고체 전해질층(20)은 양극(10) 및 음극(30) 사이에 제공된다. 고체 전해질층(20)은 예를 들어, 황화물계 고체 전해질을 포함할 수 있다. 황화물계 고체 전해질이란 황화물을 포함하는 고체 전해질을 의미하는 것일 수 있다.
음극(30)은 양극(10)과 대향한다. 음극(30)에 대해서는 보다 구체적으로 후술한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지에 포함되는 음극을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 음극(30)은 음극 집전체(100), 도전재(200), 도전재 코팅층(300), 음극 활물질(400), 및 고체 전해질(500)을 포함한다. 음극 집전체(100)은 예를 들어, 구리, 니켈, Steel use stainless(SUS) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 음극 집전체(100)는 일부가 도전재(200)의 일단과 접촉한다.
도전재(200)는 일단이 음극 집전체(100)의 일부와 접촉한다. 도전재(200)는 타단이 음극 활물질(400)과 접촉한다. 도전재 코팅층(300)은 도전재(200)를 둘러싼다. 도전재 코팅층(300)은 부도체 산화물을 포함한다. 도전재 코팅층(300)은 부도체 산화물을 포함하여, 도전재(200)와 고체 전해질(도 2의 500)의 직접적인 전기적 접촉을 막을 수 있다. 도전재 코팅층(300)은 예를 들어 P2O5, B2O3, 및 SiO2 중 적어도 하나를 포함한다. 도전재(200) 및 도전재 코팅층(300)에 대해서는 보다 구체적으로 후술한다.
음극 활물질(400)은 예를 들어, 흑연, 규소, 주석, 인듐, 리튬 및 이들의 조합으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 음극 활물질(400)은 일부가 도전재(200)와 접촉한다.
고체 전해질(500)은 예를 들어, Li7P3S11, Li6PS5Cl, Li10GeP2S12와 같은 황화물계 고체전해질 또는 Li7La3Zr2O12와 같은 산화물계 고체전해질일 수 있다. 고체 전해질(500)은 도전재 코팅층(300)에 의해 도전재(200)와 전기적으로 이격된다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극에 포함되는 도전재의 개략적인 단면도이다. 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극에 포함되는 도전재에 도전재 코팅층이 제공된 것을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 도전재(200)는 침상(needle like)형상을 갖는 것일 수 있다. 도전재(200)는 예를 들어, 탄소 화합물일 수 있다. 탄소 화합물이란 탄소 자체로만 이루어진 탄소체 및 탄소를 포함하는 물질을 모두 포괄하는 개념일 수 있다. 도전재(200)는 단면상에서 장축(LX) 및 단축(SX)을 포함한다. 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 도전재(200)는 장축(LX)의 일단에서 음극 집전체(100)와 접촉하고, 장축(LX)의 타단에서 음극 활물질(400)과 접촉한다.
도전재 코팅층(300)은 도전재(200)의 일부를 둘러싸는 것일 수 있다. 도 3b에서는 도전재 코팅층(300)이 도전재(200)를 둘러싸는 것을 예시적으로 도시한 것으로, 도전재 코팅층(300)이 도전재(200)와 고체 전해질(도 2의 500)의 직접적인 전기적 접촉을 막는 것이라면, 도 3b보다 도전재 코팅층(300)이 도전재(200)를 더 많이 둘러쌀 수도 있고, 더 적게 둘러쌀 수도 있다.
종래의 전고체 전지용 음극은 도전재를 둘러싸는 도전재 코팅층을 포함하지 않아, 음극에 포함되는 도전재 및 고체 전해질이 직접적으로 전기적 접촉을 하여, 리튬이 석출되는 문제점이 있었다. 석출된 리튬은 고체 전해질과 직접 맞닿아 고체 전해질을 변성시키고, 덴드라이트를 형성하여, 전고체 전지의 충방전 용량을 떨어뜨리고, 전고체 전지의 수명을 단축시켰다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극은 도전재 코팅층을 포함하여, 도전재와 고체 전해질의 직접적인 전기적 접촉을 막아 음극에서의 리튬 생성을 억제할 수 있다. 이에 따라 전고체 전지의 충방전 용량을 증가시킬 수 있고, 전고체 전지의 수명을 늘릴 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극의 제조 방법에 대하여 설명한다. 이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극과의 차이점을 위주로 구체적으로 설명하고, 설명되지 않은 부분은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극에 따른다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극(30)의 제조 방법은 도전재(200)를 제공하는 단계(S100), 300 내지 700℃에서 열처리하여, 도전재(200) 상에 도전재 코팅층(300)을 형성하는 단계(S200), 일부가 도전재(200)의 일단과 접촉하도록 음극 집전체(100)를 제공하는 단계(S300), 도전재(200)의 타단과 접촉하도록 음극 활물질(400)을 제공하는 단계(S400), 및 도전재 코팅층(300)에 의해, 도전재(200)와 전기적으로 이격된 고체 전해질(500)을 제공하는 단계(S500)를 포함한다.
먼저 도전재(200)를 제공한다(S100). 도전재(200)는 침상(needle like)형상을 갖는 것일 수 있다. 도전재(200)는 예를 들어, 탄소 화합물일 수 있다.
300 내지 700℃에서 열처리하여, 도전재(200) 상에 도전재 코팅층(300)을 형성한다(S200). 열처리 온도가 상기 범위를 벗어나면, 전고체 전지의 커패시티 값이 떨어지는 문제점이 있다. 이에 대해서는 보다 구체적으로 실시예에서 살펴본다. 도전재 코팅층(300)을 형성하는 단계(S200)는 부도체 산화물을 코팅재로 제공하여 도전재 코팅층(300)을 형성하는 것일 수 있다. 도전재 코팅층(300)을 형성하는 단계(S200)는 예를 들어, P2O5, B2O3, 및 SiO2 중 적어도 하나의 코팅재를 제공하여, 도전재 코팅층(300)을 형성하는 것일 수 있다.
도전재 코팅층(300)을 형성하는 단계(S200)는 도전재(200)를 기준으로 1 내지 3 중량%의 코팅재를 제공하여 도전재 코팅층(300)을 형성하는 것일 수 있다. 상기 범위를 벗어나면, 전고체 전지의 커패시티 값이 떨어지는 문제점이 있다. 이에 대해서는 보다 구체적으로 실시예에서 살펴본다.
다음으로, 음극 집전체(100)를 제공한다(S300). 음극 집전체(100)은 예를 들어, 구리, 니켈 및 Steel use stainless(SUS) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 음극 집전체(100)는 일부가 도전재(200)의 일단과 접촉한다.
다음으로, 음극 활물질(400)을 제공한다(S400). 음극 활물질(400)은 음극 집전체(100)보다 먼저 제공될 수도 있다. 음극 활물질(400)은 예를 들어, 흑연, 규소, 주석, 인듐, 리튬 및 이들의 조합으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 음극 활물질(400)은 일부가 도전재(200)와 접촉한다.
다음으로 고체 전해질(500)을 제공한다(S500). 고체 전해질(500)은 예를 들어, Li7P3S11, Li6PS5Cl, Li10GeP2S12와 같은 황화물계 고체전해질 또는 Li7La3Zr2O12와 같은 산화물계 고체전해질일 수 있다. 고체 전해질(500)은 도전재 코팅층(300)에 의해 도전재(200)와 전기적으로 이격된다.
종래의 전고체 전지용 음극의 제조 방법에 의해 제조된 전고체 전지용 음극은 도전재를 둘러싸는 도전재 코팅층을 포함하지 않아, 음극에 포함되는 도전재 및 고체 전해질이 직접적으로 전기적 접촉을 하여, 리튬이 석출되는 문제점이 있었다. 석출된 리튬은 고체 전해질과 직접 맞닿아 고체 전해질을 변성시키고, 덴드라이트를 형성하여, 전고체 전지의 충방전 용량을 떨어뜨리고, 전고체 전지의 수명을 단축시켰다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극의 제조 방법에 의해 제조된 전고체 전지용 음극은 도전재 코팅층을 포함하여, 도전재와 고체 전해질의 직접적인 전기적 접촉을 막아 음극에서의 리튬 생성을 억제할 수 있다. 이에 따라 전고체 전지의 충방전 용량을 증가시킬 수 있고, 전고체 전지의 수명을 늘릴 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.
코팅재 중량%에 따른 커패시티 측정
침상 형상을 갖는 탄소(Vapor grown carbon fiber, VGCF)를 도전재로 하고, B2O3를 각각 도전재를 기준으로 0, 1, 2, 3, 4, 및 5 중량% 제공하여 300℃에서 열처리하여 도전재 코팅층을 형성하였다. 음극 집전체로 니켈, 음극 활물질로 흑연, 고체 전해질층으로 Li6PS5Cl, 양극으로 LiNi0 .6Mn0 .2Co0 .2O2를 사용하여, 전고체 전지를 각각 형성하여 커패시티를 측정하였고, 이를 도 5a에 나타내었다. 도 5a를 참조하면, B2O3를 도전재를 기준으로 1 내지 3 중량% 포함할 때, 높은 커패시티 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
열처리 온도에 따른 커패시티 측정
침상 형상을 갖는 탄소를 도전재로 하고, B2O3를 도전재를 기준으로 1 중량% 제공하여 300, 400, 500, 600, 700, 및 800℃에서 각각에서 열처리하여 도전재 코팅층을 형성하였다. 음극 집전체로 니켈, 음극 활물질로 흑연, 고체 전해질층으로 Li6PS5Cl, 양극으로 LiNi0 .6Mn0 .2Co0 .2O2를 사용하여 전고체 전지를 각각 형성하고 커패시티를 측정하였다. 그 결과를 도 5b에 나타내었다. 도 5b를 참조하면, 300 내지 700℃에서 열처리할 때 높은 커패시티 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 1
침상 형상을 갖는 탄소(VGCF)를 도전재로 하고, P2O5를 각각 도전재를 기준으로 1 중량% 제공하여 300℃에서 열처리하여 도전재 코팅층을 형성하였다. 음극 집전체로 니켈, 음극 활물질로 흑연, 고체 전해질층으로 Li6PS5Cl, 양극으로 LiNi0 .6Mn0 .2Co0 .2O2를 사용하여, 전고체 전지를 형성하였다.
실시예 2
P2O5, 대신 B2O3를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 전고체 전지를 형성하였다.
실시예 3
P2O5, 대신 SiO2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 전고체 전지를 형성하였다.
비교예 1
별도의 도전재 코팅층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 전고체 전지를 형성하였다.
물성 평가
1. 방전 용량 비교
도 5c는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 커패시티 측정값을 나타낸 그래프이다. 도 5c를 참조하면, 실시예 1 내지 3이 비교예 1보다 높은 커패시티 값을 가져, 방전 용량이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다.
2. 전류 변화 측정
실시예 1과 비교예 1 각각에 전압을 제공하여, 전류의 변화를 측정하여 도 5d에 도시하였다. 도 5d를 참조하면, 표시된 부분에 비교예 1의 전고체 전지만 불안정한 그래프를 나타내는 것을 확인할 수 있었고, 이는 전고체 전지 충전 중 도전재 표면에 리튬이 석출되어 초래되는 결과임을 유추할 수 있었다.
3. 충방전 횟수에 따른 커패시티 측정
도 5e는 실시예 1과 비교예 1 각각의 충방전 횟수와 커패시티의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5e를 참조하면, 비교예 1은 충방전 횟수가 늘어남에 따라 커패시티 값이 떨어지지만, 실시예 1은 충방전 횟수가 늘어나도, 커패시티가 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
도 5f는 실시예 1과 비교예 1 각각의 충방전 조건에 따른 충방전 횟수와 커패시티의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5f를 참조하면, 실시예 1은 각기 다른 충방전 조건에서, 충방전 횟수에 따른 커패시티 값이 비교예 1보다 높은 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.
SB: 전고체 전지 10: 양극
20: 고체 전해질층 30: 음극
100: 음극 집전체 200: 도전재
300: 도전재 코팅층 400: 음극 활물질

Claims (8)

  1. 양극, 상기 양극과 대향하는 음극, 및 상기 양극 및 상기 음극 사이에 제공되는 고체 전해질층을 포함하는 전고체 전지에 있어서,
    상기 음극은
    음극 집전체;
    일단이 상기 음극 집전체의 일부와 접촉하는 도전재;
    상기 도전재를 둘러싸는 도전재 코팅층;
    상기 도전재의 타단과 접촉하는 음극 활물질; 및
    고체 전해질;을 포함하고,
    상기 도전재 코팅층은 상기 도전재 및 상기 고체 전해질이 전기적으로 연결되는 것을 방지하는 것인 전고체 전지용 음극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전재 코팅층은
    부도체 산화물을 포함하는 것인 전고체 전지용 음극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전재 코팅층은
    P2O5, B2O3, 및 SiO2 중 적어도 하나를 포함하는 것인 전고체 전지용 음극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도전재는 침상(needle like)형상을 갖는 탄소 화합물이고,
    단면상에서 장축 및 단축을 포함하고,
    상기 도전재는 상기 장축의 일단에서 상기 음극 집전체와 접촉하고,
    상기 장축의 타단에서 상기 음극 활물질과 접촉하는 것인 전고체 전지용 음극.
  5. 도전재를 제공하는 단계;
    300 내지 700℃에서 열처리하여, 상기 도전재 상에 도전재 코팅층을 형성하는 단계;
    일부가 상기 도전재의 일단과 접촉하도록 음극 집전체를 제공하는 단계;
    상기 도전재의 타단과 접촉하도록 음극 활물질을 제공하는 단계; 및
    상기 도전재 코팅층에 의해, 상기 도전재와 전기적으로 이격된 고체 전해질을 제공하는 단계;를 포함하는 전고체 전지용 음극의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도전재 코팅층을 형성하는 단계는
    부도체 산화물을 코팅재로 제공하여 상기 도전재 코팅층을 형성하는 것인 전고체 전지용 음극의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 도전재 코팅층을 형성하는 단계는
    P2O5, B2O3, 및 SiO2 중 적어도 하나의 코팅재를 제공하여, 상기 도전재 코팅층을 형성하는 것인 전고체 전지용 음극의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 도전재 코팅층을 형성하는 단계는
    상기 도전재를 기준으로 1 내지 3 중량%의 코팅재를 제공하여 상기 도전재 코팅층을 형성하는 것인 전고체 전지용 음극의 제조 방법.
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