KR102540503B1 - The binder solution for all solid state battery - Google Patents
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Abstract
전고체 전지용 바인더 용액은 고분자 바인더, 리튬염, 황화물계 고체 전해질과 반응하지 않고, 상기 고분자 바인더를 용해하는 제1 유기 용매, 및 상기 리튬염을 용해하는 제2 유기 용매를 포함한다.A binder solution for an all-solid-state battery includes a first organic solvent that does not react with a polymer binder, lithium salt, and a sulfide-based solid electrolyte and dissolves the polymer binder, and a second organic solvent that dissolves the lithium salt.
Description
본 발명은 전고체 전지용 바인더 용액에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전고체 전지용 바인더 용액에 관한 것이다.The present invention relates to a binder solution for an all-solid-state battery, and more particularly to a binder solution for an all-solid-state battery.
충방전이 가능한 이차 전지는 전기 자동차, 전력저장시스템 등에 사용되는 대용량 전력 저장 전지 또는 휴대폰, 캠코더, 노트북 등과 같은 휴대전자기기의 소형 고성능 에너지원으로 사용되고 있다. 대표적인 이차 전지인 리튬 이온 전지는 니켈-망간 전지나 니켈-카드뮴 전지에 비해 단위면적당 용량이 크고, 자기방전율이 낮으며, 메모리 효과가 없어 사용의 편리성에서 장점을 가진다.Secondary batteries that can be charged and discharged are used as large-capacity power storage batteries used in electric vehicles and power storage systems, or as small-sized, high-performance energy sources for portable electronic devices such as mobile phones, camcorders, and laptop computers. A lithium ion battery, which is a typical secondary battery, has a higher capacity per unit area than a nickel-manganese battery or a nickel-cadmium battery, a low self-discharge rate, and no memory effect, so it has advantages in ease of use.
리튬 이온 전지는 탄소계 음극, 유기 용매를 함유하는 전해질 및 리튬산화물 양극으로 구성되어, 양극 및 음극에서 발생하는 화학반응을 이용하여 충전시에는 양극에서 리튬이온이 빠져나와 전해질을 통해 탄소계 음극으로 이동하고, 방전시에는 충전 과정의 역으로 진행된다. 다만 리튬 이온 전지는 유기 용매를 함유하는 액체 전해질을 사용하기 때문에 휘발성이 높은 유기 용매의 사용에 따른 누출, 충격 등에 의한 전지의 안정성을 확보하기 어렵다. 리튬 이온 전지의 안전성 확보를 위해, 액체 전해질 대신 고체 전해질을 이용한 전고체 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.A lithium ion battery is composed of a carbon-based negative electrode, an electrolyte containing an organic solvent, and a lithium oxide positive electrode. During charging, lithium ions escape from the positive electrode and pass through the electrolyte to the carbon-based negative electrode using the chemical reaction occurring at the positive electrode and the negative electrode. When discharging, the reverse of the charging process proceeds. However, since the lithium ion battery uses a liquid electrolyte containing an organic solvent, it is difficult to secure stability of the battery due to leakage or shock due to the use of a highly volatile organic solvent. In order to ensure the safety of lithium ion batteries, research on all-solid-state batteries using solid electrolytes instead of liquid electrolytes is being actively conducted.
다만, 전고체 전지는 에너지 밀도 및 출력 성능이 종래의 액체 전해질을 사용한 리튬 이온 전지에 미치지 못하는 한계가 있어, 이를 해결하고자 전고체 전지의 전극을 개선하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.However, all-solid-state batteries have limitations in energy density and output performance that do not reach those of conventional lithium ion batteries using liquid electrolytes. To solve this problem, research is being actively conducted to improve the electrodes of all-solid-state batteries.
전고체 전지용 전극(양극 및 음극)은 전극 활물질(양극 활물질 및 음극 활물질)과 전고체 전해질을 포함한다. 전고체 전지용 전극을을 형성하기 위해서는 바인더를 포함하여야 하는데, 전극 활물질과 전고체 전해질로 구성된 전극에 바인더를 함침하면 전극의 균일도가 떨어지는 문제점이 있다.Electrodes (anode and cathode) for an all-solid-state battery include an electrode active material (anode active material and anode active material) and an all-solid electrolyte. In order to form an electrode for an all-solid-state battery, a binder must be included, but when the binder is impregnated into an electrode composed of an electrode active material and an all-solid electrolyte, the uniformity of the electrode is deteriorated.
또한, 바인더를 첨가하면 전극 내에서 이온과 전자의 균형 있는 전달 경로의 형성이 방해되고, 전극의 초기 충방전 효율이 감소하는 문제점이 있다.In addition, when the binder is added, formation of a balanced transfer path of ions and electrons in the electrode is hindered, and there is a problem in that the initial charge and discharge efficiency of the electrode is reduced.
본 발명의 목적은 리튬염과 고분자 바인더가 균일하게 용해되어, 전극의 균일성을 향상시켜, 전고체 전지의 충방전 용량 및 수명을 증가시킬 수 있는 전고체 전지용 바인더 용액을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a binder solution for an all-solid-state battery capable of uniformly dissolving a lithium salt and a polymer binder to improve the uniformity of an electrode, thereby increasing the charge/discharge capacity and lifetime of the all-solid-state battery.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 바인더 용액은 고분자 바인더, 리튬염, 황화물계 고체 전해질과 반응하지 않고, 상기 고분자 바인더를 용해하는 제1 유기 용매, 및 상기 리튬염을 용해하는 제2 유기 용매를 포함한다.A binder solution for an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention does not react with a polymer binder, a lithium salt, or a sulfide-based solid electrolyte, and a first organic solvent that dissolves the polymer binder and a second organic solvent that dissolves the lithium salt contains solvent.
상기 제1 유기 용매의 유전 상수(Dielectric constant: ε) 및 상기 제2 유기 용매의 유전 상수의 차이는 0 내지 5인 것일 수 있다.A difference between a dielectric constant (ε) of the first organic solvent and a dielectric constant of the second organic solvent may be 0 to 5.
상기 제1 유기 용매는 유전 상수가 0 내지 10이고, 거트만 도너도(Gutmann donor number: DN))는 0 내지 10인 것일 수 있다.The first organic solvent may have a dielectric constant of 0 to 10 and a Gutmann donor number (DN) of 0 to 10.
상기 제2 유기 용매는 유전 상수가 5 내지 10이고, 거트만 도너도는 10 내지 20인 것일 수 있다.The second organic solvent may have a dielectric constant of 5 to 10 and a Gutman donor of 10 to 20.
상기 제1 유기 용매는 톨루엔(Toluene), 헥산(Hexane), 다이브로모메탄(Dibromomethane), 다이클로로메탄(Dichloromethane), 및 클로로포름(Chloform) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.The first organic solvent may include at least one of toluene, hexane, dibromomethane, dichloromethane, and chloroform.
상기 제2 유기 용매는 G3(Triethylene glycol dimethyl ether) 및 G4(Tetraethylene glycol dimethyl ether) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.The second organic solvent may include at least one of triethylene glycol dimethyl ether (G3) and tetraethylene glycol dimethyl ether (G4).
상기 고분자 바인더는 NBR(Nitrile-Butadiene Rubber), PS(Polystyrene), SBR(Styrene Butadiene Rubber), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PEO(Poly(ethylene oxide)) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.The polymer binder may include at least one of NBR (Nitrile-Butadiene Rubber), PS (Polystyrene), SBR (Styrene Butadiene Rubber), PMMA (Poly (methyl methacrylate)), and PEO (Poly (ethylene oxide)) .
상기 리튬염은 LiTFSA(Bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt), LiFSA, 및 LiPF6(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide)중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.The lithium salt may include at least one of LiTFSA (Bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt), LiFSA, and LiPF 6 (Lithium bis(fluorosulfonyl)imide).
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 바인더 용액에 따르면, 리튬염과 고분자 바인더가 균일하게 용해되어, 전극의 균일성을 향상시켜, 전고체 전지의 충방전 용량 및 수명을 증가시킬 수 있다.According to the binder solution for an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention, the lithium salt and the polymer binder are uniformly dissolved to improve the uniformity of the electrode, thereby increasing the charge/discharge capacity and lifespan of the all-solid-state battery.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 바인더 용액으로 제조된 전극을 포함하는 전고체 전지의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an all-solid-state battery including an electrode made of a binder solution for an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention.
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.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
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.Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged than actual for clarity of the present invention. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
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.In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. In addition, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where it is "directly on" the other part, but also the case where another part is present in the middle. Conversely, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "under" another part, this includes not only the case where it is "directly below" the other part, but also the case where another part is in the middle.
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.Unless otherwise specified, all numbers, values and/or expressions expressing quantities of components, reaction conditions, polymer compositions and formulations used herein refer to the number of factors that such numbers arise, among other things, to obtain such values. Since these are approximations that reflect the various uncertainties of the measurement, they should be understood to be qualified by the term "about" in all cases. Also, when numerical ranges are disclosed herein, such ranges are contiguous and include all values from the minimum value of such range to the maximum value inclusive, unless otherwise indicated. Furthermore, where such ranges refer to integers, all integers from the minimum value to the maximum value inclusive are included unless otherwise indicated.
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.
In this specification, where ranges are stated for a variable, it will be understood that the variable includes all values within the stated range inclusive of the stated endpoints of the range. For example, a range of "5 to 10" includes values of 5, 6, 7, 8, 9, and 10, as well as any subrange of 6 to 10, 7 to 10, 6 to 9, 7 to 9, and the like. inclusive, as well as any value between integers that fall within the scope of the stated range, such as 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 to 8.5 and 6.5 to 9, and the like. Also, for example, the range of "10% to 30%" includes values such as 10%, 11%, 12%, 13%, etc., and all integers up to and including 30%, as well as values from 10% to 15%, 12% to 12%, etc. It will be understood to include any sub-range, such as 18%, 20% to 30%, and the like, as well as any value between reasonable integers within the scope of the stated range, such as 10.5%, 15.5%, 25.5%, and the like.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지 및 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 음극에 대하여 설명한다.Hereinafter, an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention and an anode for an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 바인더 용액으로 제조된 전극을 포함하는 전고체 전지의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an all-solid-state battery including an electrode made of a binder solution for an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 바인더 용액으로 제조된 전극을 포함하는 전고체 전지(SB)는 양극(10), 고체 전해질층(20), 및 음극(30)을 포함한다. 전고체 전지(SB)는 예를 들어, 운송 수단의 에너지원으로 사용될 수 있다. 운송 수단이란 물건, 사람 등의 운송을 위해 사용되는 수단을 의미하는 것일 수 있다. 운송 수단은 예를 들어 육상 운송 수단, 해상 운송 수단, 천상 운송 수단을 포함한다. 육상 운송 수단은 예를 들어, 승용차, 승합차, 트럭, 트레일러 트럭, 및 스포츠카 등을 포함하는 자동차, 자전거, 오토바이, 기차 등을 포함할 수 있다. 해상 운송 수단은 예를 들어, 배, 잠수함 등을 포함할 수 있다. 천상 운송 수단은 예를 들어 비행기, 헹글라이더, 열기구, 헬리콥터, 드론 등의 소형 비형체를 포함하는 것일 수 있다.Referring to FIG. 1, an all-solid-state battery (SB) including an electrode made of a binder solution for an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention includes a
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 전해질을 포함할 수도 있다.The
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.A
음극(30)은 양극(10)과 대향한다. 음극(30)에 대해서는 보다 구체적으로 후술한다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 바인더 용액은 양극(10) 및 음극(30)을 제조할 때 사용할 수 있다.The binder solution for an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention can be used when manufacturing the
음극(30)은 음극 활물질, 황화물계 고체 전해질, 및 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 바인더 용액을 혼합하여 제조할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 바인더 용액은 고분자 바인더, 리튬염, 제1 유기 용매, 및 제2 유기 용매를 포함한다.The
활물질, 및 황화물계 고체 전해질을 포함하는 전극을 제작하기 위해 고분자 바인더가 필요하다. 고분자 바인더는 예를 들어, NBR(Nitrile-Butadiene Rubber), PS(Polystyrene), SBR(Styrene Butadiene Rubber), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PEO(Poly(ethylene oxide)) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.A polymer binder is required to fabricate an electrode including an active material and a sulfide-based solid electrolyte. The polymer binder includes, for example, at least one of NBR (Nitrile-Butadiene Rubber), PS (Polystyrene), SBR (Styrene Butadiene Rubber), PMMA (Poly (methyl methacrylate)), PEO (Poly (ethylene oxide)) it could be
다만 고분자 바인더는 이온과 전자의 균형있는 전달 경로의 형성을 방해하고, 전극의 초기 충방전 효율을 감소 시킨다.However, the polymeric binder hinders the formation of a balanced transfer path of ions and electrons and reduces the initial charge/discharge efficiency of the electrode.
고분자 바인더로 인한 이온 전달 경로를 보충하기 위해, 유기계 액체 전해질이 필요하다. 유기계 액체 전해질은 리튬염 및 제2 유기 용매를 포함한다.In order to supplement the ion transport pathway due to the polymer binder, an organic liquid electrolyte is required. The organic liquid electrolyte includes a lithium salt and a second organic solvent.
리튬염은 예를 들어, LiTFSA, LiFSA, 및 LiPF6 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.The lithium salt may include, for example, at least one of LiTFSA, LiFSA, and LiPF 6 .
제2 유기 용매는 리튬염을 용해한다. 제2 유기 용매는 G3(Triethylene glycol dimethyl ether) 및 G4(Tetraethylene glycol dimethyl ether) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 제2 유기 용매는 그 자체로는 황화물계 고체 전해질과 반응성을 갖는다. 다만 상기 G3, G4에 리튬염이 해리되면 상기 G3, G4의 비공유 전자쌍을 갖는 산소들이 리튬 이온(Li+)에 강하게 배위 결합을 한다. 따라서 상기 산소가 황화물계 고체전해질의 인(P)과 황(S)의 결합을 끊지 못한다. 즉, 상기 제2 유기 용매는 리튬염을 용해하면, 황화물계 고체 전해질과 반응성을 갖지 않는다.The second organic solvent dissolves the lithium salt. The second organic solvent may include at least one of triethylene glycol dimethyl ether (G3) and tetraethylene glycol dimethyl ether (G4). The second organic solvent itself has reactivity with a sulfide-based solid electrolyte. However, when the lithium salt is dissociated from the G3 and G4, oxygens having unshared electron pairs of the G3 and G4 form a strong coordination bond with the lithium ion (Li + ). Therefore, the oxygen cannot break the bond between phosphorus (P) and sulfur (S) in the sulfide-based solid electrolyte. That is, when the second organic solvent dissolves the lithium salt, it has no reactivity with the sulfide-based solid electrolyte.
제2 유기 용매는 유전 상수가 5 내지 10이고, 거트만 도너도는 10 내지 20인 것일 수 있다. 제2 유기 용매의 유전 상수가 5 미만이면, 리튬염의 결합력을 충분히 낮출수 없어, 리튬염의 용해도가 떨어질 수 있고, 유전 상수가 10 초과이면, 제1 유기 용매와 균일하게 섞이지 않을 수 있다.The second organic solvent may have a dielectric constant of 5 to 10 and a Gutman donor density of 10 to 20. If the dielectric constant of the second organic solvent is less than 5, the bonding force of the lithium salt cannot be sufficiently lowered, so the solubility of the lithium salt may be reduced, and if the dielectric constant is greater than 10, it may not be uniformly mixed with the first organic solvent.
거트만 도너도가 10 미만이면, 리튬염의 결합력을 충분히 낮출 수 없어 제2 유기 용매와 리튬염의 용해도가 떨어질 수 있다. 반면에 20을 초과하면 황화물계 고체전해질과의 반응성이 너무 커질 수 있다.If the Guttman donor degree is less than 10, the bonding strength of the lithium salt cannot be sufficiently lowered, and solubility of the lithium salt with the second organic solvent may decrease. On the other hand, if it exceeds 20, reactivity with a sulfide-based solid electrolyte may become too large.
리튬염이 제2 유기 용매에 과량으로 녹아 있는 솔베이트 이오닉 액체(solvate ionic liquid)는 ⅰ) 리튬염이 제2 유기 용매에 용해되고, 리튬 이온(Li+)이 용매화(solvation)되면서 생긴 폴리 양이온(poly-cation) 및 ⅱ) 리튬염의 음이온으로 구성된다. 이에 따라 종래의 유기계 액체전해질과 달리 열안정성이 뛰어나고, 리튬 이온 전달 상수(transfer number of Li)가 0.5이며, 제1 유기 용매에 용해성(solubility)을 나타낸다.A solvate ionic liquid in which an excessive amount of lithium salt is dissolved in a second organic solvent is formed by (i) a lithium salt dissolved in a second organic solvent and lithium ions (Li + ) being solvated. It is composed of poly-cation and ii) anion of lithium salt. Accordingly, unlike conventional organic liquid electrolytes, it has excellent thermal stability, a lithium ion transfer constant (transfer number of Li) of 0.5, and exhibits solubility in the first organic solvent.
리튬염이 제2 유기 용매에 과량 녹아 있는 솔베이트 이오닉 액체(solvate ionic liquid)는 제2 유기 용매가 Li+에 용해(solvation) 되면서 폴리 양이온(poly-cation)이 된다. 이에 따라 종래의 유기계 액체 전해질과 달리 이온 전도성을 갖게 되고, 이는 제1 유기 용매에 용해성(solubility)을 나타낸다.A solvate ionic liquid in which an excessive amount of lithium salt is dissolved in the second organic solvent becomes a poly-cation as the second organic solvent is solvated in Li + . Accordingly, unlike the conventional organic liquid electrolyte, it has ion conductivity and exhibits solubility in the first organic solvent.
제2 유기 용매 없이, 제1 유기 용매에만 리튬염이 용해될 경우, 리튬염이 용해되지 않고 석출될 수 있다. 제1 유기 용매는 리튬염 및 제2 유기 용매를 포함하는 유기계 액체 전해질을 용해하고, 황화물계 고체 전해질과는 반응하지 않아, 유기계 액체 전해질과 고분자 바인더가 균일하게 용해될 수 있고, 이는 전극 제작시 전극의 균일성을 향상시켜, 전고체 전지의 충방전 용량 및 수명을 증가시킬 수 있다.When the lithium salt is dissolved only in the first organic solvent without the second organic solvent, the lithium salt may precipitate without being dissolved. The first organic solvent dissolves the organic liquid electrolyte containing the lithium salt and the second organic solvent, and does not react with the sulfide-based solid electrolyte, so that the organic liquid electrolyte and the polymer binder can be uniformly dissolved, which is By improving the uniformity of the electrode, it is possible to increase the charge and discharge capacity and lifetime of the all-solid-state battery.
제1 유기 용매의 유전 상수(Dielectric constant: ε) 및 제2 유기 용매의 유전 상수의 차이는 0 내지 5인 것일 수 있다. 유전 상수 차이가 5 초과이면, 유기계 액체 전해질이 제1 유기 용매에 충분히 용해되지 않을 수 있다.A difference between a dielectric constant (ε) of the first organic solvent and a dielectric constant of the second organic solvent may be 0 to 5. If the dielectric constant difference is greater than 5, the organic liquid electrolyte may not be sufficiently dissolved in the first organic solvent.
제1 유기 용매는 전헤질층(20)에 포함되는 황화물계 고체 전해질과 반응하지 않는다. 제1 유기 용매는 고분자 바인더를 용해한다.The first organic solvent does not react with the sulfide-based solid electrolyte included in the
제1 유기 용매는 예를 들어, 톨루엔(Toluene), 헥산(Hexane), 다이브로모메탄(Dibromomethane), 다이클로로메탄(Dichloromethane), 및 클로로포름(Chloform) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.The first organic solvent may include, for example, at least one of toluene, hexane, dibromomethane, dichloromethane, and chloroform.
제1 유기 용매는 유전 상수가 0 내지 10이고, 거트만 도너도(Gutmann donor number: DN))는 0 내지 10인 것일 수 있다.본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 바인더 용액은 황화물계 고체 전해질과의 반응성을 줄일 수 있고, 리튬염과 고분자 바인더를 균일하게 포함한다. 이에 따라, 전극 제작시 전극의 균일성을 향상시키고, 전고체 전지의 충방전 용량 및 수명을 증가시킬 수 있다.
The first organic solvent may have a dielectric constant of 0 to 10 and a Gutmann donor number (DN) of 0 to 10. A binder solution for an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention is a sulfide-based Reactivity with a solid electrolyte can be reduced, and a lithium salt and a polymer binder are uniformly included. Accordingly, it is possible to improve the uniformity of the electrode when manufacturing the electrode, and to increase the charge/discharge capacity and lifespan of the all-solid-state battery.
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.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art can implement the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
SB: 전고체 전지 10: 양극
20: 고체 전해질층 30: 음극SB: all-solid-state battery 10: positive electrode
20: solid electrolyte layer 30: negative electrode
Claims (8)
리튬염;
황화물계 고체 전해질과 반응하지 않고, 상기 고분자 바인더를 용해하는 제1 유기 용매; 및
상기 리튬염을 용해하는 제2 유기 용매;를 포함하고,
상기 제1 유기 용매의 유전 상수(Dielectric constant: ε) 및 상기 제2 유기 용매의 유전 상수의 차이는 0 내지 5인 전고체 전지용 바인더 용액.polymer binder;
lithium salt;
a first organic solvent that does not react with a sulfide-based solid electrolyte and dissolves the polymer binder; and
A second organic solvent for dissolving the lithium salt;
A binder solution for an all-solid-state battery wherein a difference between a dielectric constant (ε) of the first organic solvent and a dielectric constant of the second organic solvent is 0 to 5.
상기 제1 유기 용매는
유전 상수가 0 내지 10이고,
거트만 도너도(Gutmann donor number: DN))는 0 내지 10인 것인 전고체 전지용 바인더 용액.According to claim 1,
The first organic solvent is
a dielectric constant of 0 to 10;
A binder solution for an all-solid-state battery having a Gutmann donor number (DN) of 0 to 10.
상기 제2 유기 용매는
유전 상수가 5 내지 10이고,
거트만 도너도는 10 내지 20인 것인 전고체 전지용 바인더 용액.According to claim 1,
The second organic solvent is
a dielectric constant of 5 to 10;
A binder solution for an all-solid-state battery having a guttmann donor degree of 10 to 20.
상기 제1 유기 용매는
톨루엔(Toluene), 헥산(Hexane), 다이브로모메탄(Dibromomethane), 다이클로로메탄(Dichloromethane), 및 클로로포름(Chloform) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 전고체 전지용 바인더 용액.According to claim 1,
The first organic solvent is
An all-solid-state battery binder solution comprising at least one of toluene, hexane, dibromomethane, dichloromethane, and chloroform.
상기 제2 유기 용매는
G3(Triethylene glycol dimethyl ether) 및 G4(Tetraethylene glycol dimethyl ether) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 전고체 전지용 바인더 용액.According to claim 1,
The second organic solvent is
An all-solid-state battery binder solution comprising at least one of G3 (Triethylene glycol dimethyl ether) and G4 (Tetraethylene glycol dimethyl ether).
상기 고분자 바인더는
NBR(Nitrile-Butadiene Rubber), PS(Polystyrene), SBR(Styrene Butadiene Rubber), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PEO(Poly(ethylene oxide)) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 전고체 전지용 바인더 용액.According to claim 1,
The polymeric binder is
A binder solution for an all-solid-state battery comprising at least one of NBR (Nitrile-Butadiene Rubber), PS (Polystyrene), SBR (Styrene Butadiene Rubber), PMMA (Poly (methyl methacrylate)), and PEO (Poly (ethylene oxide)) .
상기 리튬염은
LiTFSA, LiFSA, 및 LiPF6 중 적어도 하나를 포함하는 것인 전고체 전지용 바인더 용액.According to claim 1,
The lithium salt is
A binder solution for an all-solid-state battery comprising at least one of LiTFSA, LiFSA, and LiPF 6 .
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