KR102566410B1 - all solid secondary battery and manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

단락을 방지할 수 있는 신규하고 개선된 전고체 이차전지 및 전고체 이차전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 한 측면에 따르면 양극활물질층, 음극 활물질층, 및 양극활물질층 및 음극활물질층 사이에 개재된 고체 전해질층을 포함하고, 양극활물질층 및 고체 전해질층의 경계면의 산술 평균 조도(Ra)가 1.0μm 이하이고, 고체 전해질층의 상대 밀도가 80%이상인 전고체 이차전지가 제공된다.
A novel and improved all-solid-state secondary battery capable of preventing short circuits and a method for manufacturing the all-solid-state secondary battery are provided.
In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, and the interface between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer An arithmetic average roughness (Ra) of is 1.0 μm or less, and a solid electrolyte layer has a relative density of 80% or more.

Description

전고체 이차전지 및 전고체 이차전지의 제조 방법{all solid secondary battery and manufacturing thereof}All-solid-state secondary battery and manufacturing method of all-solid-state secondary battery {all solid secondary battery and manufacturing thereof}

발명은 전고체 이차전지 및 전고체 이차전지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an all-solid-state secondary battery and a method for manufacturing the all-solid-state secondary battery.

최근에는, 예를 들면 특허 문헌 1, 2로 공개 되는 전고체 이차전지가 주목 받고 있다. 전고체 이차전지는 양극활물질층, 음극활물질층 및 상기 양극활물질층 및 상기 음극활물질층의 사이에 개재된 고체전해질층을 포함한다. 전고체 이차전지는 리튬 이온(lithium ion)을 전도시키는 매개체가 고체 전해질이다.In recent years, for example, all-solid-state secondary batteries disclosed in Patent Literatures 1 and 2 have attracted attention. An all-solid-state secondary battery includes a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. In the all-solid-state secondary battery, a medium that conducts lithium ions is a solid electrolyte.

이와 같은 전고체 이차전지의 에너지(energy) 밀도를 높이기 위해서, 음극활물질로서 금속 리튬 (lithium)을 사용하는 것이 제안되고 있다. 음극활물질로 서 금속 리튬을 사용함으로써 전고체 이차전지를 평판화하면서 출력을 높일 수 있기 때문이다.In order to increase the energy density of such an all-solid-state secondary battery, it has been proposed to use metal lithium as an anode active material. This is because the use of metal lithium as an anode active material can increase the output while flattening the all-solid-state secondary battery.

한편, 전고체 이차전지에서 리튬 이온을 전도시키는 매개체가 고체 전해질 이므로, 전고체 이차전지를 구성하는 입자들을 서로 밀집시킴으로써 전지의 특성을 향상 시킬 수 있다. 또한, 전고체 이차전지의 에너지 밀도를 높인다는 관점에서, 고체 전해질 층의 박막화가 요구된다.On the other hand, since the medium for conducting lithium ions in an all-solid-state secondary battery is a solid electrolyte, the characteristics of the battery can be improved by closely clustering the particles constituting the all-solid-state secondary battery. In addition, from the viewpoint of increasing the energy density of an all-solid-state secondary battery, thinning of the solid electrolyte layer is required.

따라서, 전고체 이차전지를 제작할 때에는 양극활물질층, 고체 전해질층 및 음극활물질층의 적층체인 전극 적층체를 프레스(press) 하는 경우가 많다. 이에 따라 각층 내 및 층간 입자들을 서로 밀집시킬 수 있다. 또한, 고체 전해질층을 박막화할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 개선된 전고체 이차전지 및 이의 제조방법의 요구가 존재한다.Therefore, when manufacturing an all-solid-state secondary battery, an electrode laminate, which is a laminate of a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer, is often pressed. Accordingly, particles within each layer and between layers can be densely packed with each other. In addition, the solid electrolyte layer can be thinned. Nevertheless, there is a need for an improved all-solid-state secondary battery and a manufacturing method thereof.

일본특허출원 특개 제2015-125872호Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-125872 국제공개 제2014/010042호International Publication No. 2014/010042

그런데, 금속 리튬은 매우 연약하다. 따라서, 음극활물질로서 금속 리튬을 사용하는 경우 다음과 같은 문제점이 발생할 수 있었다. 즉, 고체 전해질층의 표면에 균열 등의 틈새가 발생하는 경우, 전극 적층체의 프레스 시에 금속 리튬이 틈새에 침입 한다. 그리고, 이 틈새가 고체 전해질층 표리면에서 연통하는 경우, 금속 리튬은 양극활물질 층에 도달할 수 있었다. 따라서, 전고체 이차전지가 단락될 수 있었다. 또한, 틈새가 표리면에 연통하지 않는 경우에도 틈새에 침입한 금속 리튬과 양극활물질층과의 거리는 금속 리튬의 표면과 양극활물질층과의 거리 보다 짧게 된다. 따라서, 충전시에 이 부분에 전류가 집중되어 단락이 발생될 수 있다.However, metallic lithium is very fragile. Therefore, the following problems may occur when metal lithium is used as an anode active material. That is, when gaps such as cracks occur on the surface of the solid electrolyte layer, metallic lithium penetrates the gaps during pressing of the electrode laminate. Further, when the gap communicated between the front and back surfaces of the solid electrolyte layer, metallic lithium could reach the positive electrode active material layer. Thus, the all-solid-state secondary battery could be short-circuited. Further, even when the gap does not communicate with the front and back surfaces, the distance between the metal lithium penetrating into the gap and the cathode active material layer is shorter than the distance between the surface of metal lithium and the cathode active material layer. Therefore, current is concentrated in this part during charging, and a short circuit may occur.

또한, 양극활물질층과 고체 전해질층의 표면이 거친(roughness) 경우에 다음과 같은 문제점이 발생할 수 있었다. 즉, 양극활물질층의 표면에는 음극활물질층 (즉, 금속 리튬) 쪽으로 튀어나온 돌출부가 형성된다. 따라서, 충전시에는 해당 돌출부 및 음극활물질 층과의 거리가 양극활물질층의 다른 부분과 음극활물질 층과의 거리 보다 짧게 된다. 따라서, 충전시에 이 부분에 전류가 집중 되어 단락이 발생될 수 있다.In addition, the following problems may occur when the surfaces of the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer are rough. That is, protrusions protruding toward the negative electrode active material layer (ie, metallic lithium) are formed on the surface of the positive electrode active material layer. Therefore, during charging, the distance between the corresponding protrusion and the negative active material layer is shorter than the distance between the other part of the positive active material layer and the negative active material layer. Therefore, current is concentrated in this part during charging, and a short circuit may occur.

이와 같이, 전고체 이차전지의 음극활물질로서 금속 리튬을 사용하는 경우 단락이 발생될 수 있었다.As such, a short circuit may occur when metal lithium is used as an anode active material of an all-solid-state secondary battery.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점에 비추어 이루어진 것이며, 발명의 목적은 음극활물질층에 금속 리튬을 포함하는 경우 단락 발생을 방지할 수 있는 신규 및 개선된 전고체 이차전지 및 전고체 이차전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a new and improved all-solid-state secondary battery and a method for manufacturing the all-solid-state secondary battery capable of preventing short circuits when metal lithium is included in the negative electrode active material layer is to provide

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 양극활물질층을 포함하는 양극, 음극활물질층을 포함하는 음극, 및 상기 양극활물질층 및 상기 음극활물질층 사이에 개재된 고체 전해질을 포함하는 고체 전해질층을 포함하고 양극활물질층과 고체 전해질층의 계면에서의 산술 평균 조도(Ra)가 1.0 μm 이하이며, 고체 전해질층 밀도비율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지가 제공된다. In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, a positive electrode including a positive electrode active material layer, a negative electrode including a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. An all-solid-state secondary battery comprising a solid electrolyte layer, an arithmetic mean roughness (Ra) at the interface between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer is 1.0 μm or less, and the solid electrolyte layer density ratio is 80% or more.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 양극활물질층을 포함하는 양극; 음극집전체를 포함하고 상기 음극집전체 상에 음극활물질층을 포함하는 음극; 및 상기 양극활물질층 및 상기 음극활물질층 사이에 개재된 고체 전해질층을 포함하는 전고체 이차전지로서, 상기 음극활물질층은 탄소을 포함하고, 상기 음극집전체 및 상기 음극활물질층 사이에 도금층을 포함하고, 상기 도금층이 리튬을 포함하고, 상기 양극활물질층 및 상기 고체전해질층의 계면에서의 산술 평균 조도가 1.0 μm 이하이며, 고체 전해질층 밀도비율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지가 제공된다.In addition, according to one aspect of the present invention, a positive electrode comprising a positive electrode active material layer; a negative electrode including a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector; And an all-solid secondary battery comprising a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, wherein the negative electrode active material layer includes carbon, and includes a plating layer between the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer, , The plating layer contains lithium, the arithmetic average roughness at the interface between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer is 1.0 μm or less, and the solid electrolyte layer density ratio is 80% or more. do.

본 관점에 따르면, 양극활물질층과 고체 전해질층의 계면에서의 산술 평균 조도(Ra)가 1.0 μm 이하이므로 전고체 이차전지 충전시에 전류가 고체 전해질층 내에서 보다 균일하게 흐르게 된다. 따라서, 금속 리튬이 음극활물질층에서 보다 균일하게 석출되므로, 단락의 발생이 어려워진다. 또한, 고체 전해질층의 상대 밀도가 80% 이상이기 때문에, 고체 전해질 층간의 틈새가 적어지고 작아진다. 다라서, 단락의 발생이 어려워진다. According to this aspect, since the arithmetic average roughness (Ra) at the interface between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer is 1.0 μm or less, current flows more uniformly in the solid electrolyte layer during charging of the solid-state secondary battery. Therefore, since metallic lithium is more uniformly deposited in the negative electrode active material layer, occurrence of a short circuit becomes difficult. Further, since the relative density of the solid electrolyte layers is 80% or more, the gaps between the solid electrolyte layers become smaller and smaller. Therefore, occurrence of short circuit becomes difficult.

여기서, 양극활물질 층의 상대밀도가 60% 이상일 수 있다.Here, the relative density of the positive electrode active material layer may be 60% or more.

이러한 관점에 따르면, 전고체 이차전지 전지의 특성이 향상된다. According to this point of view, the characteristics of the all-solid-state secondary battery are improved.

또한, 양극활물질층과 고체 전해질층의 계면에서의 최대 높이 조도(Rz)가 4.5 μm 이하일 수 있다. In addition, the maximum height roughness (Rz) at the interface between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer may be 4.5 μm or less.

이러한 관점에 따르면, 전고체 이차전지의 충전시에 전류가 고체 전해질층에서 보다 균일하게 흐르게 된다. 따라서, 금속 리튬이 음극활물질층에 보다 균일하게 석출되므로, 단락의 발생이 어려워진다. According to this point of view, current flows more uniformly in the solid electrolyte layer during charging of the all-solid-state secondary battery. Therefore, since metallic lithium is more uniformly deposited on the negative electrode active material layer, occurrence of a short circuit becomes difficult.

또한, 고체 전해질 층의 두께가 100 μm 이하일 수 있다. Also, the solid electrolyte layer may have a thickness of 100 μm or less.

이러한 관점에 따르면, 전고체 이차전지의 에너지 밀도가 향상된다.According to this point of view, the energy density of the all-solid-state secondary battery is improved.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 전고체 이차전지를 제조하는 전고체 이차전지 제조방법에 있어서, 양극활물질층을 제공하는 단계; 음극활물질층을 제공하는 단계; 고체 전해질을 포함하는 고체 전해질층을 제공하는 단계; 및 상기 양극활물질층과 고체 전해질층을 예비 프레스 하는 단계; 및 예비 프레스 공정에서 프레스된 양극활물질층 및 고체전해질층, 및 상기 음극활물질층을 포함하는 전극 적층체를 프레스하여 상기 전고체 이차전지를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 양극활물질층 및 상기 고체전해질을 예비 프레스하는 단계는 프레스된 양극활물질층을 고체 전해질층에 적층 하기 전에 상기 양극활물질층을 프레스 하여 프레스된 양극활물질층을 제공하고, 상기 프레스된 고체 전해질층을 상기 음극활물질층 상에 적층 하기 전에 상기 고체 전해질층을 프레스 하여 프레스된 고체 전해질 층을 제공하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지 제조 방법이 제공 된다.According to another aspect of the present invention, in the all-solid-state secondary battery manufacturing method for manufacturing the all-solid-state secondary battery, providing a positive electrode active material layer; providing an anode active material layer; providing a solid electrolyte layer comprising a solid electrolyte; and pre-pressing the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer; and manufacturing the all-solid-state secondary battery by pressing an electrode laminate comprising a positive electrode active material layer and a solid electrolyte layer pressed in a preliminary press process, and the negative electrode active material layer, wherein the positive electrode active material layer and the solid electrolyte are pressed. The step of pre-pressing is to press the positive electrode active material layer before laminating the pressed positive electrode active material layer on the solid electrolyte layer to provide a pressed positive electrode active material layer, and to laminate the pressed solid electrolyte layer on the negative electrode active material layer There is provided an all-solid-state secondary battery manufacturing method characterized by providing a pressed solid electrolyte layer by pressing the solid electrolyte layer before.

본 관점에 따르면, 상기 특성을 가진 전고체 이차전지를 제작할 수 있다.According to this aspect, an all-solid-state secondary battery having the above characteristics can be manufactured.

여기서, 양극활물질층을 프레스하는 단계에서는, 상기 양극활물질층을 양극 집전체와 함께 프레스 할 수 있다.Here, in the step of pressing the positive electrode active material layer, the positive electrode active material layer may be pressed together with the positive electrode current collector.

본 관점에 따르면, 상기 특성을 가진 전고체 이차전지를 제작할 수 있다.According to this aspect, an all-solid-state secondary battery having the above characteristics can be manufactured.

또한, 고체 전해질층을 프레스하는 단계는 고체 전해질층을 프레스된 양극활물질층을 적층하기 전에 고체 전해질층을 프레스 하는, 고체 전해질층을 단독으로 프레스하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the pressing of the solid electrolyte layer may include pressing the solid electrolyte layer alone before laminating the positive electrode active material layer in which the solid electrolyte layer is pressed.

본 관점에 따르면, 상기 특성을 가진 전고체 이차전지를 제작할 수 있다.According to this aspect, an all-solid-state secondary battery having the above characteristics can be manufactured.

또한, 고체 전해질층을 프레스하는 단계는 고체 전해질층을 단독으로 프레스하는 단계; 및 상기 고체 전해질층을 단독으로 프레스하는 단계에 의해 제공된 프레스된 고체 전해질층 및 및 상기 양극활물질층을 프레스하는 단계에 의해 제공된 프레스된 양극활물질층의 적층체인 제1중간 적층체를 프레스하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of pressing the solid electrolyte layer may include pressing the solid electrolyte layer alone; And pressing the first intermediate laminate, which is a laminate of the pressed solid electrolyte layer provided by the step of pressing the solid electrolyte layer alone and the pressed positive electrode active material layer provided by the step of pressing the positive electrode active material layer. can include

본 관점에 따르면, 상기 특성을 가진 전고체 이차전지를 제작할 수 있다.According to this aspect, an all-solid-state secondary battery having the above characteristics can be manufactured.

또한, 고체 전해질층을 프레스하는 단계는, 고체 전해질층을 단독으로 프레스하는 단계; 및 상기 고체전해질층, 및 상기 양극활물질층을 프레스하는 단계에서 프레스된 상기 프레스된 양극활물질질층의 적층체인 제2중간 적층체를 프레스 하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the pressing of the solid electrolyte layer may include pressing the solid electrolyte layer alone; and pressing a second intermediate laminate, which is a laminate of the solid electrolyte layer and the pressed cathode active material layer in the step of pressing the cathode active material layer.

본 관점에 따르면, 상기 특성을 가진 전고체 이차전지를 제작할 수 있다.According to this aspect, an all-solid-state secondary battery having the above characteristics can be manufactured.

또한, 상기 전고체 이차전지를 제조하는 전고체 이차전지 제조방법에 있어서, 양극활물질층을 포함하는 양극을 제공하는 단계, 상기 양극 상에 고체 전해질층을 배치하는 단계; 고체 전해질층 상에 음극을 배치하는 단계; 및 상기 양극 및 상기 음극 사이에 전압을 제공하여 상기 음극활물질층 및 상기 음극집전체 사이에 도금층을 형성하여 상기 전고체 이차전지를 제작하는 단계를 포함하고, 상기 음극은 음극 집전체을 포함하되, 상기 음극집전체 상에 음극 활물질층을 포함하는 전고체 이차전지 제조 방법이 제공 된다.In addition, in the all-solid-state secondary battery manufacturing method for manufacturing the all-solid-state secondary battery, providing a positive electrode including a positive electrode active material layer, disposing a solid electrolyte layer on the positive electrode; Disposing a negative electrode on the solid electrolyte layer; And providing a voltage between the positive electrode and the negative electrode to form a plating layer between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector to manufacture the all-solid-state secondary battery, wherein the negative electrode includes a negative electrode current collector, A method for manufacturing an all-solid-state secondary battery including a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector is provided.

이상 전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 음극활물질층에 금속 리튬을 포함 하는 경우, 단락을 방지할 수 있을 것이다.As described above, according to the present invention, when metal lithium is included in the negative electrode active material layer, it will be possible to prevent a short circuit.

도 1a는본 발명의 실시 형태에 관한 전고체 이차전지의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1b는 본 발명의 실시 형태에 관한 전고체 이차전지의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 고체 전해질층과 그 주변 구조를 보여주는 그림 이다.
도 3은 고체 전해질층 및 양극활물질층의 계면과 그 주변 구조를 보여주는 단면 SEM (전자 현미경) 사진 이다.
도 4는 종래의 전고체 이차전지의 문제점을 설명 하기 위한 도면이다.
도 5는 종래의 전고체 이차전지의 문제점을 설명 하기 위한 도면이다.
도 6은 종래의 전고체 이차전지의 문제점을 설명 하기 위한 도면이다.
도 7은 종래의 전고체 이차전지의 문제점을 설명 하기 위한 단면 SEM 사진 이다.
도 8은 고체 전해질층 및 양극활물질층 계면에서의 산술 평균 조도(Ra)를 측정 하는 방법을 설명 하기 위한 단면 SEM 사진 이다.
1A is a diagram showing a schematic configuration of an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention.
1B is a diagram showing a schematic configuration of an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a solid electrolyte layer and its surrounding structure.
3 is a cross-sectional SEM (electron microscope) photograph showing an interface between a solid electrolyte layer and a positive electrode active material layer and its surrounding structure.
4 is a view for explaining problems of a conventional all-solid-state secondary battery.
5 is a view for explaining problems of a conventional all-solid-state secondary battery.
6 is a diagram for explaining problems of a conventional all-solid-state secondary battery.
7 is a cross-sectional SEM picture for explaining problems of a conventional all-solid-state secondary battery.
8 is a cross-sectional SEM picture for explaining a method of measuring arithmetic average roughness (Ra) at the interface between a solid electrolyte layer and a positive electrode active material layer.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 기술한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서는 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대하여 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in the present specification and drawings, the same reference numerals are given to components having substantially the same functional configuration, thereby omitting redundant description.

어느 구성 요소가 다른 구성 요소 "상"에 있다는 것은, 다른 구성 요소의 직상에 존재하거나, 또는 개재된 구성 요소들이 사이에 존재한다는 것을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 한편, 어느 구성 요소가 다른 구성 요소의 "직상(directly on)"에 있다는 것은 그들 사이에 개제되는 구성이 존재하지 않다는 것을 의미한다.It will be understood that when an element is “on” another element, it is directly on the other element, or intervening elements are present therebetween. On the other hand, if a component is "directly on" of another component, it means that there is no intervening configuration between them.

용어 "제1", "제2", "제3", 등이 본원에서 사용될 수 있으나, 이는 다양한 구성 요소, 성분, 영역, 층, 및/또는 부분들을 설명하기 위한 것이지, 이러한 구성 요소, 성분, 영역, 층, 및/또는 부분들을 이러한 용어로 한정하기 위함이 아닌 것을 이해하여야 할 것이다. 이러한 용어들은 단지 어느 한 구성 요소, 성분, 영역, 층, 또는 부분을 다른 구성 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분과 구분짓기 위함이다. 따라서, 이하에서 논의되는 "제1 구성요소", "성분", "영역", "층", 또는 "부분"은 본원의 교시로부터 벗어남 없이 제2 구성요소, 성분, 영역, 층, 또는 부분으로 명명될 수 있다.Although the terms "first", "second", "third", etc. may be used herein, it is intended to describe various components, components, regions, layers, and/or portions, but such components, components, components , regions, layers, and/or portions are not intended to be limited by these terms. These terms are only intended to distinguish one element, component, region, layer or section from another element, component, region, layer or section. Thus, a “first component”, “component”, “region”, “layer”, or “portion” discussed below may be referred to as a second component, component, region, layer, or section without departing from the teachings herein. can be named

본원에서 사용된 용어는 단지 특정 구현예를 설명하기 위한 목적일 뿐이고, 이를 제한하기 위함은 아니다. 본원에서 사용된 바와 같이, 단수형 "하나", "한", 및 "상기"는 다르게 명확히 지시되지 않는 한, "적어도 하나"를 포함하는 복수형을 포함하는 것으로 의도된다. "적어도 하나"는 "하나", 또는 "한"으로서 제한되어서는 안된다. "또는"은 "및/또는"을 의미한다, 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 연관된 리스트 목록들 중 하나 이상의 임의의 및 모든 조합을 포함한다. 용어 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)", 또는 "포함한다(includes)" 및/또는 "포함하는(including)"이 본원에서 사용되는 경우, 제시된 특징, 영역, 숫자, 단계, 구동, 구성요소, 및/또는 성분의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징, 영역, 숫자, 단계, 구동, 구성요소, 성분 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아니다.The terminology used herein is only for the purpose of describing a particular embodiment, and not for the purpose of limiting it. As used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” are intended to include the plural, including “at least one,” unless the context clearly dictates otherwise. “At least one” should not be limited to “one” or “an”. "or" means "and/or" As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of one or more of the associated listed items. When the terms "comprise" and/or "comprising", or "includes" and/or "including" are used herein, the indicated features, regions, numbers , states the presence of steps, acts, elements, and/or ingredients, but does not preclude the presence or addition of one or more other features, regions, numbers, steps, acts, elements, components, and/or groups thereof. .

더 나아가, 상대적 개념인 "하부" 또는 "아래", 및 "상부" 또는 "위"는 도면에서 도시한 바와 같이 일 구성요소와 다른 구성요소와의 관계를 설명하기 위함이다. 상대적 개념들은 도면에서 도시된 배열 외에 장치의 다른 배열들을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 어느 한 도면에서의 장치를 뒤집어보면, 다른 구성요소들의 "하부" 측에 있는 것으로 설명된 구성요소는 다른 구성요소들의 "상부"측으로 배열될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "하부"는, 도면의 특정 배열에 따라, "하부" 또는 "상부"의 배열을 모두 포괄할 수 있다. 유사하게, 만일 어느 한 도면에서의 장치를 뒤집어 보면, 다른 구성요소의 "아래"에 위치하는 구성요소는 다른 구성요소의 "위에" 배열될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 아래 및 위의 배열을 모두 포괄할 수 있다.Furthermore, the relative concepts of "lower" or "below" and "upper" or "above" are intended to describe a relationship between one component and another component as shown in the drawings. Relative concepts are intended to include other arrangements of the device other than the arrangement shown in the figures. For example, if the device in either figure is turned over, a component described as being on the "lower" side of other components would be arranged on the "upper" side of the other components. Thus, the exemplary term “lower” may encompass both “lower” or “upper” arrangements, depending on the particular arrangement of the figures. Similarly, if the device in either figure is turned over, components that are “below” other components will be arranged “above” the other components. Thus, the exemplary term “below” can encompass both arrangements below and above.

본원에서 사용된 "약" 또는 "대략"은, 측정 오차 및 특정 량의 측정과 연관된 오차 (즉, 측정 시스템의 한계)를 고려하여, 기술자에 의해 결정된 특정 값에 대한 허용가능한 오차 범위 내에서 제시된 값 및 평균을 포함한다. 예를 들어, "약"은 하나 이상의 표준 편차, 또는 제시된 값의 ㅁ 30%, 20%, 10% or 5% 내를 의미할 수 있다.As used herein, "about" or "approximately" means a given within an acceptable error range for a particular value determined by the skilled person, taking into account measurement errors and errors associated with the measurement of a particular quantity (i.e., limitations of the measurement system). Include values and averages. For example, "about" can mean within one or more standard deviations, or within 30%, 20%, 10% or 5% of a given value.

달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용된 모든 용어(기술적 용어 및 과학적 용어)는 본원이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술문야 및 본원의 맥락에서 그들의 의미에 부합하는 의미로 해석되어야 할 것이고, 본원에서 특별히 정의되지 않는 한, 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안된다.Unless defined otherwise, all terms (technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this application belongs. In addition, terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted in a meaning consistent with their meaning in the context of the related technical literature and the present application, and unless specifically defined herein, interpreted in an ideal or excessively formal meaning. It shouldn't be.

예시적인 구현예들은 이상적인 구현예들의 개략도인 단면도를 참조하여 본원에서 기술된다. 이와 같이, 예를 들어 제조 기술 및/또는 허용 오차와 같은 결과로서의 도해의 형상으로부터의 변형이 예상되어야 한다. 따라서, 본원에서 기술된 구현예는 본 명세서에 도시된 바와 같은 영역의 특정 형상으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 예를 들어 제조로부터 초래되는 형상의 편차를 포함해야 한다. 예를 들어, 평평한 것으로 묘사되거나 묘사된 영역은 전형적으로 거친 및/또는 비선형 특징을 가질 수 있다. 더욱이, 예시된 예리한 각은 둥글게 될 수 있다. 따라서, 도면들에 도시된 영역들은 본질적으로 개략적이며, 그 형상들은 영역의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며, 본 청구항들의 범위를 제한하려는 것이 아니다.Exemplary implementations are described herein with reference to cross-sectional views that are schematic representations of idealized implementations. As such, variations from the shape of the illustration as a result of, for example, manufacturing techniques and/or tolerances, should be expected. Accordingly, the implementations described herein should not be construed as limited to the particular shape of the region as shown herein, but should include deviations in shape resulting, for example, from manufacturing. For example, areas depicted or depicted as flat may typically have rough and/or non-linear features. Moreover, the sharp angles illustrated may be rounded. Accordingly, the regions depicted in the drawings are schematic in nature and the shapes are not intended to illustrate the exact shape of the region and are not intended to limit the scope of the present claims.

양극활물질층, 고체전해질층, 및 음극활물질층의 적층체인 전고체 이차전지의 전극 적층체는 전고체전지의 제작에서 프레스된다. 따라서, 각각의 층들 및 상기 층들 사이에서 입자들은 조밀해질 수 있고 서로 간에 접촉될 수 있다. 또한, 상기 고체전해질층은 박막형일 수 있다.An electrode laminate of an all-solid-state secondary battery, which is a laminate of a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer, is pressed in the manufacture of an all-solid-state battery. Thus, particles in each of the layers and between the layers can be compacted and brought into contact with each other. In addition, the solid electrolyte layer may be a thin film type.

< 1. 전고체전지 >< 1. All-solid-state battery >

본 발명자들은 음극활물질로서 금속 리튬을 사용한 전고체 이차전지가 갖는 문제점에 대해서 예의 검토한 결과, 본 실시형태에 관한 전고체 이차전지에 생각이 미치기에 이르렀다. 이에, 먼저 발명자가 수행한 검토에 대하여 설명한다.As a result of earnestly examining the problems of an all-solid-state secondary battery using metal lithium as a negative electrode active material, the inventors of the present invention came up with an all-solid-state secondary battery according to this embodiment. Therefore, first, the examination performed by the inventor will be described.

도면 4 내지 7과 같이 음극활물질로서 금속 리튬을 사용하는 종래의 전고체 이차전지(100)는 양극활물질층(112), 음극활물질층(122), 고체 전해질층(130)을 포함 한다. 여기서, 도면 4 내지 6은 종래의 전고체 이차전지(100) 구성을 나타내는 도면 이며, 도면 7은 도면 5 내지 6에 대응하는 단면 SEM 사진을 보여준다. 양극 활물질층(112)은 양극활물질(112a) 및 고체 전해질(112b) 등을 포함한다. 고체 전해질층(130)은 고체 전해질(130a)을 포함한다. 음극활물질층(122)은 금속 리튬으로 구성된다.4 to 7, a conventional all-solid-state secondary battery 100 using metal lithium as an anode active material includes a cathode active material layer 112, a cathode active material layer 122, and a solid electrolyte layer 130. Here, FIGS. 4 to 6 are diagrams showing the configuration of a conventional all-solid-state secondary battery 100, and FIG. 7 shows cross-sectional SEM pictures corresponding to FIGS. 5 to 6. The cathode active material layer 112 includes a cathode active material 112a and a solid electrolyte 112b. The solid electrolyte layer 130 includes a solid electrolyte 130a. The anode active material layer 122 is made of metal lithium.

고체 전해질층(130)의 표면에 균열 등의 틈새(123)가 형성되어 있는 경우 단락이 발생할 수 있었다. 단락이 발생하는 상황을 도면 4에 근거하여 설명한다. 도면 4와 같이, 고체 전해질층(130)에는 표리면에서 연통하는(예를 들어, 고체전해질층(130)의 상면으로부터 고체전해질층(130)의 하면으로 연장하는) 틈새(123)가 형성되어 있다. 양극활물질층(112), 음극활물질층(122), 및 고체 전해질층(130) 적층체인 전극 적층체를 프레스하는 경우에, 고체 전해질층(130) 틈새에 금속 리튬이 침입한다. 고체 전해질층(130)의 틈새는 고체 전해질층(130)의 표리면에서 연통하고(예를 들어, 고체전해질층(130)의 상면으로부터 고체전해질층(130)의 하면으로 연장하는) 있기 때문에 금속 리튬은 양극활물질층(112)에 도달할 수 있었다. 따라서, 전고체 이차전지를 단락 시킬 수 있었다. 또한, 고체 전해질층(130)의 틈새가 표리면에서 연통하고 있지 않은 경우에도 틈새에 침입한 금속 리튬과 양극활물질층(112)와의 거리는 다른 부분의 금속 리튬과 양극활물질층(112) 사이의 거리 보다 짧게 된다. 따라서, 충전시에 이 부분(예, 틈새)에 전류가 집중되어 단락이 발생할 수 있었다.A short circuit may occur when gaps 123 such as cracks are formed on the surface of the solid electrolyte layer 130 . A situation in which a short circuit occurs will be described based on FIG. 4 . As shown in FIG. 4, a gap 123 is formed in the solid electrolyte layer 130 (eg, extending from the upper surface of the solid electrolyte layer 130 to the lower surface of the solid electrolyte layer 130) communicating from the front and back surfaces, there is. When the electrode laminate, which is a laminate of the positive electrode active material layer 112, the negative electrode active material layer 122, and the solid electrolyte layer 130, is pressed, metal lithium penetrates into the gap between the solid electrolyte layer 130. Since the gap of the solid electrolyte layer 130 communicates with the front and back surfaces of the solid electrolyte layer 130 (eg, extends from the upper surface of the solid electrolyte layer 130 to the lower surface of the solid electrolyte layer 130), the metal Lithium could reach the cathode active material layer 112 . Thus, the all-solid-state secondary battery could be short-circuited. In addition, even when the gap of the solid electrolyte layer 130 is not in communication with the front and back surfaces, the distance between the metal lithium penetrating into the gap and the cathode active material layer 112 is the distance between the metal lithium in the other part and the cathode active material layer 112. become shorter Therefore, current is concentrated in this portion (eg, gap) during charging, and a short circuit may occur.

양극활물질층(112) 및 고체 전해질층(130)의 계면이 거친 경우, 단락이 발생하는 경우가 있었다. 단락이 발생하는 상황을 도면 5 ~ 도면 7을 기준으로 추가로 설명한다. 양극활물질층(112) 및 고체 전해질층(130)의 계면 B는 거칠어서, 양극활물질층(112)의 표면에 돌출부(112c)가 형성되어 있다. 따라서, 충전시에, 해당 돌출부(112c) 및 음극활물질층(122)의 거리가 양극활물질층의 다른 부분과 음극활물질층(122) 사이의 거리 보다 짧게 된다. 따라서, 충전시에, 이 부분 (도 6에서 프레임 A로 표시되는 부분)에 전류가 집중된다. 즉, 프레임 A로 표시된 부분 안에 대전류 밀도가 흐른다. 그 결과, 금속 리튬이 해당 부분에서 (예를 들어, 그 표면에서) 국소적으로 석출되어, 단락이 발생되는 경우가 있었다.When the interface between the positive electrode active material layer 112 and the solid electrolyte layer 130 is rough, a short circuit may occur. A situation in which a short circuit occurs will be further described with reference to FIGS. 5 to 7. The interface B between the positive electrode active material layer 112 and the solid electrolyte layer 130 is rough, so that protrusions 112c are formed on the surface of the positive electrode active material layer 112 . Therefore, during charging, the distance between the corresponding protrusion 112c and the negative active material layer 122 is shorter than the distance between the other part of the positive active material layer and the negative active material layer 122 . Therefore, at the time of charging, current is concentrated in this part (the part indicated by frame A in Fig. 6). That is, a high current density flows in the portion marked with frame A. As a result, there has been a case where metallic lithium is locally deposited in the corresponding portion (for example, on the surface thereof), resulting in a short circuit.

이와 같이, 전고체 이차전지의 음극활물질로서 금속 리튬을 사용하는 경우, 단락이 발생하는 경우가 있었다. 따라서, 본 발명자들은 단락을 방지하기 위하여, 고체 전해질층(130)의 밀도를 증가시키고, 양극활물질층(112) 및 고체 전해질층(130)의 계면을 평평하게 하는 것을 고려 했다. 고체 전해질층(130)의 밀도가 높으면 고체 전해질층(130) 중의 틈새가 줄어들 수 있고, 작아 진다. 나아가, 양극활물질층(112) 및 고체 전해질층(130)의 계면이 평평하게 되면, 국소적으로 대전류가 흐르는 현상이 발생할 가능성이 줄어든다. 그 결과, 본 발명자들은 본 실시형태에 관한 전고체 이차전지에 상도하기에 이르렀다. 이하, 본 실시형태에 대해 상세히 설명한다.In this way, when metallic lithium is used as the negative electrode active material of an all-solid-state secondary battery, a short circuit may occur. Therefore, the present inventors have considered increasing the density of the solid electrolyte layer 130 and flattening the interface between the positive electrode active material layer 112 and the solid electrolyte layer 130 in order to prevent a short circuit. When the density of the solid electrolyte layer 130 is high, the gap in the solid electrolyte layer 130 can be reduced and becomes smaller. Furthermore, when the interface between the positive electrode active material layer 112 and the solid electrolyte layer 130 is flat, the possibility of a phenomenon in which a large current locally flows is reduced. As a result, the present inventors came up with an idea for an all-solid-state secondary battery according to this embodiment. Hereinafter, this embodiment will be described in detail.

< 2. 평점 기준: 전고체 이차전지의 구성 >< 2. Rating Criteria: Configuration of All-Solid-State Secondary Batteries >

다음으로, 도면 1a ~ 도면 3에 근거하여, 본 실시형태에 관한 전고체 이차전지(1)의 구성에 대해 설명한다. 전고체 이차전지(1)는, 도면 1a에 표시된 바와 같이, 양극(10), 음극(20), 및 고체 전해질층(30)을 구비한다. 일 실시예에서, 상기 전고체 이차 전지의 음극(20)은 음극 집전체(21) 상에 음극활물질층(22)을 포함한다. 도 1b에서 보는 바와 같이, 충전 후에, 상기 전고체 이차전지는 상기 음극활물질층(22) 및 상기 음극 집전체(21) 사이에 도금층을 더 포함한다.Next, the configuration of the all-solid-state secondary battery 1 according to the present embodiment will be described based on FIGS. 1A to 3. As shown in FIG. 1A, the all-solid-state secondary battery 1 includes a positive electrode 10, a negative electrode 20, and a solid electrolyte layer 30. In one embodiment, the negative electrode 20 of the all-solid-state secondary battery includes an anode active material layer 22 on a negative electrode current collector 21 . As shown in FIG. 1B , after charging, the all-solid-state secondary battery further includes a plating layer between the anode active material layer 22 and the anode current collector 21 .

(2-1. 양극)(2-1. Anode)

양극 (10)은, 양극집전체(11) 및 양극활물질층(12)을 포함한다. 양극집전체(11)로는, 예를 들면, 인듐 (In), 구리 (Cu), 마그네슘 (Mg), 스테인리스 강, 티타늄 (Ti), 철 (Fe), 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 아연 (Zn), 알루미늄 (Al), 게르마늄 (Ge), 리튬 (Li) 또는 이들의 합금으로 이루어진 판상체 또는 박상체 등을 들 수 있다. 전술한 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합이 사용될 수 있다. 양극집전체(11)은 생략될 수 있다. The positive electrode 10 includes a positive electrode current collector 11 and a positive electrode active material layer 12 . Examples of the positive electrode current collector 11 include indium (In), copper (Cu), magnesium (Mg), stainless steel, titanium (Ti), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), plate-like bodies or thin bodies made of zinc (Zn), aluminum (Al), germanium (Ge), lithium (Li), or alloys thereof; and the like. Combinations comprising at least one of the foregoing may be used. The cathode current collector 11 may be omitted.

양극활물질층(12)은 양극활물질(12a) 및 고체 전해질(12b)을 포함할 수 있다. 이 경우에, 양극활물질층과 고체 전해질층 사이에 저항이 낮아질 수 있다. 또한, 양극 (10)에 포함된 고체 전해질(12b)는 고체 전해질층(30)에 포함된 고체 전해질(12b)와 동종의 것이거나, 동종의 것이 아닐 수 있다. 고체 전해질(12b)의 세부 사항은 고체 전해질층(30)의 절에 상세히 설명한다. The cathode active material layer 12 may include a cathode active material 12a and a solid electrolyte 12b. In this case, resistance between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer may be lowered. In addition, the solid electrolyte 12b included in the positive electrode 10 may be of the same type as or not the same as the solid electrolyte 12b included in the solid electrolyte layer 30 . Details of the solid electrolyte 12b will be described in detail in the section on the solid electrolyte layer 30 .

양극활물질은 리튬 이온을 가역적으로 흡장 및 방출하는 것이 가능한 양극활물질일 수 있다.The cathode active material may be a cathode active material capable of reversibly intercalating and releasing lithium ions.

예를 들어, 상기 양극 활물질은 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합에서 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 양극활물질은 하기 임의의 화학식으로 표시되는 화합물 일 수 있다:LiaA1-bB1 bD1 2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1-bB1 bO2-cD1 c(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2-bB1 bO4-cD1 c(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1-b-cCobB1 cD1 α(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cCobB1 cO2-αF1 α(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cCobB1 cO2-αF1 2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbB1 cD1 α(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cMnbB1 cO2-αF1 α(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbB1 cO2-αF1 2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiI1O2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:For example, the cathode active material may use at least one of cobalt, manganese, nickel, and a composite oxide of a metal selected from combinations thereof and lithium. In one embodiment, the cathode active material may be a compound represented by any of the following formulas: Li a A 1-b B 1 b D 1 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, and 0 ≤ b ≤ 0.5 ); Li a E 1-b B 1 b O 2-c D 1 c (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE 2-b B 1 b O 4-c D 1 c (wherein 0 ≤ b ≤ 0.5 and 0 ≤ c ≤ 0.05); Li a Ni 1-bc Co b B 1 c D 1 α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); Li a Ni 1-bc Co b B 1 c O 2-α F 1 α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Co b B 1 c O 2-α F 1 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Mn b B 1 c D 1 α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); Li a Ni 1-bc Mn b B 1 c O 2-α F 1 α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Mn b B 1 c O 2-α F 1 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni b E c G d O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1); Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); Li a NiG b O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a CoG b O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a MnG b O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiI 1 O 2 ; LiNiVO 4 ; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); A compound represented by any of the chemical formulas of LiFePO 4 may be used:

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element, or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or combinations thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or combinations thereof.

예를 들면, 양극활물질은 코발트산리튬 (LCO)와 니켈산리튬 (Lithium nickel oxide), 니켈코발트산리튬 (lithium nickel cobalt oxide), 니켈코발트알루미늄리튬 (NCA), 니켈코발트망간산 리튬 (NCM), 망간산리튬 (Lithium manganate), 인산철 리튬 (lithium iron Phosphate) 등의 리튬염, 황화 니켈, 황하 구리, 유황, 산화철, 또는 산화 바나듐 (Vanadium oxide) 등을 이용하여 형성될 수 있다. 이러한 양극활물질은 각각 단독으로 사용되거나, 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.For example, the cathode active material is lithium cobalt oxide (LCO), lithium nickel oxide, lithium nickel cobalt oxide, nickel cobalt aluminum lithium (NCA), nickel cobalt lithium manganate (NCM) , lithium manganate, lithium iron phosphate, and the like, nickel sulfide, copper sulfide, sulfur, iron oxide, or vanadium oxide. These cathode active materials may be used alone or in combination of two or more.

또한, 양극활물질은 상기 언급한 리튬염 중 층상 암염형 구조를 갖는 전이금속 산화물의 리튬염을 포함하여 형성 되는 것이 바람직하다. 여기에서, 「층상」은 얇은 시트형상을 나타낸다. 또한, 「암염형 구조」는 결정구조의 1종 인 염화 나트륨형 구조를 나타내며, 구체적으로는 양이온 및 음이온 각각이 형성하는 면심 입방 격자가 서로 단위 격자의 모서리가 1/2만 어긋나도록 배치된 구조를 나타낸다.In addition, the cathode active material is preferably formed by including a lithium salt of a transition metal oxide having a layered rock salt structure among the above-mentioned lithium salts. Here, "layered" indicates a thin sheet shape. In addition, "rock salt structure" refers to a sodium chloride type structure, which is a type of crystal structure, specifically, a structure in which face-centered cubic lattices formed by cations and anions, respectively, are arranged so that the edges of the unit lattice are offset by only 1/2 of each other indicates

이러한 계층화된 암염형 구조를 갖는 전이금속 산화물의 리튬염으로는, 예를 들면, LiNixCoyAlzO2(NCA) (0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 및 x + y + z = 1), LiNix'Coy'Mnz'O2(NCM) (0 < x' < 1, 0 < y' < 1, 0 < z' < 1, 및 x' + y' + z' = 1), 또는 이들의 조합의 삼원계 전이금속 산화물의 리튬염을 들 수 있다. As a lithium salt of a transition metal oxide having such a layered halite-type structure, for example, LiNi x Co y Al z O 2 (NCA) (0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < z < 1 , and x + y + z = 1), LiNi x' Co y' Mn z' O 2 (NCM) (0 <x'< 1, 0 <y'< 1, 0 <z'< 1, and x' + y' + z' = 1), or a lithium salt of a ternary transition metal oxide in combination thereof.

양극활물질이 상기 층상 암염형 구조를 갖는 삼원계 전이금속 산화물의 리튬염을 포함하는 경우에, 전고체 이차전지(1)의 에너지(energy) 밀도 및 열안정성이 향상될 수 있다.When the cathode active material includes the lithium salt of the ternary transition metal oxide having the layered halite structure, energy density and thermal stability of the all-solid-state secondary battery 1 may be improved.

양극활물질은 코팅층에 의하여 덮여있을 수 있다. 여기서, 본 실시양태의 코팅층은 전고체 이차전지의 양극활물질의 코팅층으로 알려진 것이라면 어떤 것이라고 바람직하다. 코팅층의 예로는 예를 들면, Li2O-ZrO2 등을 들 수 있다.The cathode active material may be covered by a coating layer. Here, the coating layer of the present embodiment is preferably any one known as a coating layer of a cathode active material of an all-solid-state secondary battery. Examples of the coating layer include, for example, Li 2 O-ZrO 2 and the like.

또한, 양극활물질이 NCA 또는 NCM 등 3원계 전이금속 산화물의 리튬염으로 형성 되어 있으며, 양극활물질로서 니켈 (Ni)을 포함하는 경우, 전고체 이차전지(1)의 용량 밀도가 증가되어, 충전상태에서의 양극활물질에서 금속 용출을 줄일 수 있다. 그 결과, 본 실시형태에 관한 전고체 이차전지(1)는 충전 상태에서의 장기 안정성 및 사이클 (cycle) 특성을 향상될 수 있다.In addition, when the cathode active material is formed of a lithium salt of a ternary transition metal oxide such as NCA or NCM, and nickel (Ni) is included as the cathode active material, the capacity density of the all-solid-state secondary battery 1 is increased, resulting in a state of charge. It is possible to reduce metal elution from the cathode active material in As a result, the all-solid-state secondary battery 1 according to the present embodiment can improve long-term stability and cycle characteristics in a charged state.

여기에, 양극활물질의 형상으로서는, 예를 들면, 진정 구형, 타원 구형 등의 입자 형상을 들 수 있다. 또한, 양극활물질의 입경은 특별히 제한되지 않고 종래의 전고체 이차전지의 양극활물질에서 적용 가능한 범위일 수 있다. 또한, 양극 (10)의 양극활물질의 함량도 특별히 제한되지 않고 종래의 전고체 이차전지의 양극에 적용 가능한 범위일 수 있다.Here, examples of the shape of the positive electrode active material include particle shapes such as true spherical and elliptical spherical shapes. In addition, the particle size of the cathode active material is not particularly limited and may be within a range applicable to the cathode active material of a conventional all-solid-state secondary battery. In addition, the content of the positive electrode active material of the positive electrode 10 is not particularly limited and may be within a range applicable to the positive electrode of a conventional all-solid-state secondary battery.

또한, 양극(10)에는 전술한 양극활물질 및 고체 전해질(12b) 이외에, 예를 들면, 도전제, 바인더, 필러(filler), 분산제, 이온도전제 등의 첨가제가 적절히 배합될 수 있다.In addition, additives such as a conductive agent, a binder, a filler, a dispersant, and an ion conductive agent may be appropriately mixed with the positive electrode 10 in addition to the above-described positive electrode active material and the solid electrolyte 12b.

양극(10)에 배합 가능한 도전제로는, 예를 들면, 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙(ketjen black), 탄소 섬유, 금속 분말 등을 댈 수 있다. 또한, 양극(10)에 배합 가능한 바인더로는, 예를 들면, 스틸렌 부타디엔 고무 (SBR), 폴리테트라플루오로데틸렌 (polytetrafluoroethylene), 폴리불화비닐리덴 (polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌 (polyethylene) 등을 들 수 있다. 또한, 양극(10)에 배합 가능한 필러, 분산제, 이온 도전제 등으로는 일반적으로 리튬 이온 이차전지의 전극에서 사용되는 공지의 재료를 사용할 수 있다.Examples of the conductive agent that can be incorporated into the positive electrode 10 include graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, and metal powder. In addition, examples of binders that can be mixed with the positive electrode 10 include styrene butadiene rubber (SBR), polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, and the like. can In addition, as fillers, dispersants, ion conducting agents, and the like that can be incorporated into the positive electrode 10, known materials commonly used in electrodes of lithium ion secondary batteries can be used.

양극활물질층(12)이 양극활물질, 고체 전해질(12b), 및 바인더를 포함하는 경우, 전고체 이차전지(1)의 셀 용량 (단위 셀 당 용량)이 증가될 수 있다.When the cathode active material layer 12 includes the cathode active material, the solid electrolyte 12b, and the binder, the cell capacity (capacity per unit cell) of the all-solid-state secondary battery 1 may be increased.

예를 들어, 상기 바인더는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 및 그 혼합물 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.For example, the binder may be a vinylidene fluoride/hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene, styrene butadiene rubber-based polymer, and Mixtures thereof may be used, but are not limited thereto, and any materials that can be used as binders in the art may be used.

또한, 양극활물질층(12)의 상대 밀도는 60% 이상일 수 있다. 예를 들어, 양극활물질층(12)의 상대 밀도는 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 또는 99% 이상일 수 있고, 100% 미만 또는 99.5% 미만일 수 있다. 예를 들어, 약 60% 내지 약 99.5%, 약 65% 내지 약 98%, 또는 약 70% 내지 약 95%. 본원에서 사용된 상대 밀도는 하기 수학식 1에 따른다.In addition, the relative density of the positive electrode active material layer 12 may be 60% or more. For example, the relative density of the positive electrode active material layer 12 is 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88% , 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, or 99%, and may be less than 100% or less than 99.5%. For example, about 60% to about 99.5%, about 65% to about 98%, or about 70% to about 95%. Relative densities as used herein follow Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

상대 밀도 = (측정된 밀도/이론 밀도) x 100%Relative Density = (Measured Density/Theoretical Density) x 100%

상기 측정된 밀도는 재료의 샘플의 질량을 부피로 나누는 것에 의하여 결정될 수 있다(예를 들어, 펠릿 재료의 질량을 부피로 나누는 것). 상기 이론 밀도는 공극도가 0인 재료의 밀도이고, 이는 예를 들어, 재료의 결정 구조에 기초하여 밀도를 계산하거나, SEM 분석에 기초하여 밀도를 계산하는 것에 의해 결정될 수 있다.The measured density can be determined by dividing the mass of a sample of material by the volume (eg, dividing the mass of a pellet material by the volume). The theoretical density is the density of a material having zero porosity, which can be determined, for example, by calculating the density based on the crystal structure of the material or by calculating the density based on SEM analysis.

이 경우에, 전고체 이차전지(1)의 전지특성이 향상된다. 여기에서, 양극활물질층(12)의 상대 밀도은 양극활물질층(12)의 이론 밀도에 대한 밀도의 비율이다. 양극활물질층(12)의 이론 밀도는 양극활물질층을 구성하는 각 재료의 공칭밀도 및 이러한 재료의 질량비에 따라 산출된다. 게다가, 양극활물질층(12)의 단면을 SEM으로 관찰하여 양극활물질층(12)의 함량을 측정하고 해당 함량을 상대 밀도로 결정했다.In this case, the battery characteristics of the all-solid-state secondary battery 1 are improved. Here, the relative density of the positive electrode active material layer 12 is the ratio of the density to the theoretical density of the positive electrode active material layer 12 . The theoretical density of the positive electrode active material layer 12 is calculated according to the nominal density of each material constituting the positive electrode active material layer and the mass ratio of these materials. In addition, a cross section of the positive electrode active material layer 12 was observed by SEM to measure the content of the positive electrode active material layer 12, and the corresponding content was determined as a relative density.

여기에서, 양극활물질층(12)의 상대 밀도를 상기 범위내의 값으로 설정하는 방법으로는, 전고체 이차전지(1)의 제조 과정에서 양극활물질층(12)을 프레스하는 방법을 들 수 있다. 이러한 실시형태에서는, 양극활물질층(12)을 고체 전해질층(30) 에 적층하기 이전에 양극활물질층(12)을 프레스한다. 이로써, 양극활물질층(12) 의 상대 밀도를 상기 범위 내의 값으로 할 수 있으며, 자세한 내용은 후술하겠지만, 양극활물질층(12) 및 고체 전해질층(30)의 계면 B (도면 2 및 도면 3 참조)를 평평 하게 할 수 있다. 상대 밀도의 상한은 특별히 제한 되지 않지만, 양극활물질이 전이금속 산화물의 리튬염과 같은 결정질인 경우에 95% 이하가 바람직하다. 상대 밀도가 95%를 초과하면 양극활물질층(12)은 균열이 발생할 가능성이 있다. 그리고, 양극활물질층(12)에 균열이 발생한 경우, 전지 특성이 저하될 수 있다. 또한, 양극활물질이 유황 등의 비결정질인 경우, 제조 장치의 성능 등의 제약 때문에 상대 밀도가 100% 미만일 수 있고, 99. 5% 미만일 수 있다.Here, as a method of setting the relative density of the positive electrode active material layer 12 to a value within the above range, a method of pressing the positive electrode active material layer 12 in the manufacturing process of the all-solid-state secondary battery 1 may be mentioned. In this embodiment, the positive electrode active material layer 12 is pressed before laminating the positive electrode active material layer 12 on the solid electrolyte layer 30 . As a result, the relative density of the positive electrode active material layer 12 can be set to a value within the above range, and as will be described in detail later, the interface B between the positive electrode active material layer 12 and the solid electrolyte layer 30 (see FIGS. 2 and 3) ) can be flattened. The upper limit of the relative density is not particularly limited, but is preferably 95% or less when the positive electrode active material is crystalline such as a lithium salt of a transition metal oxide. If the relative density exceeds 95%, the cathode active material layer 12 may crack. Also, when a crack occurs in the positive electrode active material layer 12, battery characteristics may deteriorate. In addition, when the cathode active material is amorphous such as sulfur, the relative density may be less than 100% or less than 99.5% due to limitations such as performance of manufacturing equipment.

(2-2. 음극)(2-2. Cathode)

음극(20)은 음극 집전체(21)및 음극 활물질층(22)을 포함한다. 음극 집전체(21)로는 인듐(In), 동(Cu), 마그네슘(Mg), 스테인리스 강, 티타늄(Ti), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 리튬(Li) 또는 이들의 합금으로 이루어진 판상체 또는 박상체 등을 들 수 있다. 음극 집전체(21)는 생략할 수 있다.The negative electrode 20 includes a negative electrode current collector 21 and a negative electrode active material layer 22 . The negative current collector 21 includes indium (In), copper (Cu), magnesium (Mg), stainless steel, titanium (Ti), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), A plate-like body or a thin body made of aluminum (Al), germanium (Ge), lithium (Li), or alloys thereof, and the like may be exemplified. The negative electrode current collector 21 can be omitted.

음극 활물질층(22)은 금속 리튬을 포함한다. 음극 활물질층(22)은 금속 리튬을 포함할 수 있고, 또는 금속 리튬 또는 금속 리튬과 다른 금속 활물질(인듐(In), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 규소(Si), 또는 이들의 조합)과의 합금으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 음극 활물질층(22)은 금속 리튬을 포함할 수 있다. 이로써, 전고체 이차전지(1)의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.The negative electrode active material layer 22 includes metal lithium. The negative electrode active material layer 22 may include metal lithium, or metal lithium or a metal active material other than metal lithium (indium (In), aluminum (Al), tin (Sn), silicon (Si), or a combination thereof). ) can be composed of an alloy with Preferably, the negative electrode active material layer 22 may include metal lithium. In this way, the energy density of the all-solid-state secondary battery 1 can be improved.

일 실시예에서, 음극활물질층(22)은 카본을 포함한다. 카본은 비정질 또는 흑연계일 수 있다. 카본의 예로는 케첸 블랙, 카본 블랙, 흑연, 카본 나노튜브, 카본 파이버, 메조기공 카본(mesoporous carbon), 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbeads; MCMB), 오일 노 블랙(oil furnace black), 엑스트라-전도성 블랙(extra-conductive black), 아세틸렌 블랙, 램프 블랙(lamp black), 난흑연화 탄소(non-graphitizing carbon), 흑연화 탄소(graphitizing carbon), 균열된 탄소(cracked carbon), 코크스(coke), 유리질 카본(glassy carbon), 및 활성 탄소(activated carbon). 상기 코크스는 피치 코크스(pitch coke), 침상 코크스(needle coke), 및 석유계 코크스(petroleum coke)를 포함한다. 전술한 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합이 사용될 수 있다.In one embodiment, the negative electrode active material layer 22 includes carbon. Carbon may be amorphous or graphitic. Examples of carbon include ketjen black, carbon black, graphite, carbon nanotubes, carbon fibers, mesoporous carbon, mesocarbon microbeads (MCMB), oil furnace black, extra-conductive Extra-conductive black, acetylene black, lamp black, non-graphitizing carbon, graphitizing carbon, cracked carbon, coke, glassy carbon, and activated carbon. The coke includes pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Combinations comprising at least one of the foregoing may be used.

음극활물질층(22)은 바인더를 포함할 수 있다. 바인더의 예로는, 특별히 제한되지 않고, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 및 폴리에틸렌을 포함할 수 있다. 전술한 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합이 사용될 수 있다.The negative electrode active material layer 22 may include a binder. Examples of the binder are not particularly limited, and may include styrene butadiene rubber (SBR), polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, and polyethylene. Combinations comprising at least one of the foregoing may be used.

(2-3. 고체 전해질층)(2-3. Solid electrolyte layer)

고체 전해질층(30)은 양극(10) 및 음극(20) 사이에 형성되고, 고체 전해질(30a)을 포함한다.The solid electrolyte layer 30 is formed between the anode 10 and the cathode 20 and includes a solid electrolyte 30a.

고체 전해질 30a는, 예를 들면 황화물계 고체 전해질 재료로 구성된다. 황화물계 고체 전해질 재료로는, 예를 들면, Li7-aPS6-aXa (X는 할로겐 원자, 예를 들어, F, Cl, Br, I, 또는 이의 조합, 0≤a<2),ㄷ(0<a<1), aLi2S-bP2S5-cLiX (X는 할로겐 원자, 예를 들어, F, Cl, Br, I, 또는 이들의 조합이고, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), aLi2S-bP2S5-cLi2O (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), aLi2S-bP2S5-cLi2O-dLiI (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<d<1 및 a+b+c+d=1), aLi2S-(1-a)SiS2 (0<a<1), aLi2S-bSiS2-cLiI (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), aLi2S-bSiS2-cLiBr (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), aLi2S-bSiS2-cLiCl (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), aLi2S-bSiS2-cB2S3-dLiI (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<d<1 및 a+b+c+d=1), aLi2S-bSiS2-cP2S5-dLiI (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<d<1 및 a+b+c+d=1), aLi2S-(1-a)B2S3 (0<a<1), aLi2S-bP2S5-cZmSn (m 및 n는 서로 독립적으로 1 내지 10의 양의 정수이고, Z는 Ge, Zn, 또는 Ga이고, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), aLi2S-(1-a)GeS2 (0<a<1), aLi2S-bSiS2-cLi3PO4 (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), 및 aLi2S-bSiS2-cLiPMOq (p 및 q는 서로 독립적으로 1 내지 10의 양의 정수이고, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1이고, M은 P, Si, Ge, B, Al, Ga 또는 In) 등을 들 수 있다. 여기서 황화물계 고체 전해질 재료는 시작 원료(예를 들어 Li2S, P2S5등)을 용해급랭법 또는 기계적 밀링(mechanical milling)법 등으로 처리하여 제작된다. 또한, 이러한 처리 후에 추가적인 열 처리를 할 수 있다. 고체 전해질은 비결정질 또는 결정질일 수 있으며, 이들의 혼합 형태일 수 있다.The solid electrolyte 30a is made of, for example, a sulfide-based solid electrolyte material. As the sulfide-based solid electrolyte material, for example, Li 7-a PS 6-a X a (X is a halogen atom, for example, F, Cl, Br, I, or a combination thereof, 0≤a<2) ,c(0<a<1), aLi 2 S-bP 2 S 5 -cLiX (X is a halogen atom, eg F, Cl, Br, I, or a combination thereof, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, and a+b+c=1), aLi 2 S-bP 2 S 5 -cLi 2 O (0<a<1, 0<b<1, 0<c <1, and a+b+c=1), aLi 2 S-bP 2 S 5 -cLi 2 O-dLiI (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<d< 1 and a+b+c+d=1), aLi 2 S-(1-a)SiS 2 (0<a<1), aLi2 S -bSiS 2 -cLiI (0<a<1, 0<b< 1, 0<c<1, and a+b+c=1), aLi 2 S-bSiS 2 -cLiBr (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, and a+b+ c=1), aLi 2 S-bSiS 2 -cLiCl (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, and a+b+c=1), aLi 2 S-bSiS 2 -cB 2 S 3 -dLiI (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<d<1 and a+b+c+d=1), aLi 2 S-bSiS 2 -cP 2 S 5 -dLiI (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<d<1 and a+b+c+d=1), aLi 2 S-(1-a)B 2 S 3 (0<a<1), aLi 2 S-bP 2 S 5 -cZ m S n (m and n are independently positive integers from 1 to 10, and Z is Ge, Zn, or Ga; , 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, and a+b+c=1), aLi 2 S-(1-a)GeS 2 (0<a<1), aLi 2 S-bSiS 2 -cLi 3 PO 4 (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, and a+b+c=1), and aLi 2 S-bSiS 2 -cLi P MO q (p and q are independently positive integers from 1 to 10, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, and a+b+c=1, M is P, Si , Ge, B, Al, Ga or In) and the like. Here, the sulfide-based solid electrolyte material is prepared by treating a starting material (eg, Li 2 S, P 2 S 5 , etc.) by a melt quenching method or a mechanical milling method. Further, an additional heat treatment may be applied after this treatment. The solid electrolyte may be amorphous or crystalline, or a mixture thereof.

또한, 고체 전해질(30a)로서 황화물 고체 전해질 재료 중 적어도 구성 원소로서 황(S), 인(P) 및 리튬(Li)을 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 특히 Li2S-P2S5를 포함하는 것을 사용하는 것이 더 바람직하다.In addition, as the solid electrolyte 30a, it is preferable to use a sulfide solid electrolyte material containing sulfur (S), phosphorus (P), and lithium (Li) as at least constituent elements, particularly including Li 2 SP 2 S 5 It is more preferable to use the

여기서, 고체 전해질(30a)을 형성하는 황화물계 고체 전해질 재료로서 Li2S-P2S5를 포함하는 것을 사용하는 경우, Li2S와 P2S5의 혼합 몰 비율은 예를 들면, Li2S:P2S5=50:50~90:10의 범위에서 선택될 수 있다. 또한, 고체 전해질층(30)에는 바인더를 더 포함할 수 있다. 고체 전해질층(30)에 포함되는 바인더는 예를 들면, 스티렌부타디엔(SBR), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리불화 비닐리덴(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌(polyethylene), 또는 이들의 조합를 포함할 수 있다. 고체 전해질층(30)내의 바인더는 양극 활물질층(12)내의 바인더와 동종이거나 상이할 수 있다.Here, when using a sulfide-based solid electrolyte material containing Li 2 SP 2 S 5 as the sulfide-based solid electrolyte material forming the solid electrolyte 30a, the mixing molar ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is, for example, Li 2 S :P 2 S 5 = Can be selected from the range of 50:50 to 90:10. In addition, the solid electrolyte layer 30 may further include a binder. The binder included in the solid electrolyte layer 30 may include, for example, styrene-butadiene (SBR), polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, or a combination thereof. can The binder in the solid electrolyte layer 30 may be the same as or different from the binder in the positive electrode active material layer 12 .

고체 전해질층(30)의 상대 밀도는 80% 이상이다. 예를 들어, 고체 전해질층(30)의 상대 밀도는 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 또는 99% 이상일 수 있으며, 100% 미만 또는 99.5% 이하일 수 있다. 예를 들어, 약 80% 내지 약 99.5%, 또는 약 85% 내지 약98%일 수 있다.The relative density of the solid electrolyte layer 30 is 80% or more. For example, the relative density of the solid electrolyte layer 30 is 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, It may be greater than 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, or 99%, and may be less than 100% or less than 99.5%. For example, from about 80% to about 99.5%, or from about 85% to about 98%.

이 경우, 고체 전해질층(30) 내 틈새가 적어지고 작아진다. 따라서, 단락의 발생이 어려워진다. 여기서, 고체 전해질층(30)의 상대 밀도는 고체 전해질층(30)의 이론 밀도에 대한 밀도이다. 고체 전해질층(30)의 이론 밀도는 고체 전해질층(30)을 구성하는 각 재료의 공칭 밀도와 각 재료의 질량비에 기초하여 산출할 수 있으며, 고체 전해질층(30)의 단면을 SEM에서 관찰하여 고체 전해질층(30)의 함량을 측정하고 해당 함량을 상대 밀도로 할 수 있다.In this case, the gap in the solid electrolyte layer 30 becomes smaller and smaller. Therefore, occurrence of short circuit becomes difficult. Here, the relative density of the solid electrolyte layer 30 is the density with respect to the theoretical density of the solid electrolyte layer 30 . The theoretical density of the solid electrolyte layer 30 can be calculated based on the nominal density of each material constituting the solid electrolyte layer 30 and the mass ratio of each material, and a cross section of the solid electrolyte layer 30 is observed by SEM. The content of the solid electrolyte layer 30 may be measured and the content may be regarded as a relative density.

여기서, 고체 전해질층(30)의 상대 밀도을 상기의 범위 내의 값으로 하는 방법으로는, 전고체 이차전지(1)의 제조 과정에서 고체 전해질층(30)을 프레스하는 방법이 있다. 본 실시형태에서는 고체 전해질층(30)을 음극 활물질층(22)에 적층 하기 이전에, 고체 전해질층(30)을 프레스한다. 이로써, 고체 전해질층(30)의 상대 밀도를 상기의 범위 내의 값으로 할 수 있다. 상대 밀도의 상한치는 특별히 제한되지 않지만 제조 장치의 성능 등의 제약 때문에 상대 밀도가 100% 미만이거나, 예를 들어, 99.5% 이하일 수 있다.Here, as a method of setting the relative density of the solid electrolyte layer 30 to a value within the above range, there is a method of pressing the solid electrolyte layer 30 in the manufacturing process of the all-solid-state secondary battery 1 . In this embodiment, prior to laminating the solid electrolyte layer 30 on the negative electrode active material layer 22, the solid electrolyte layer 30 is pressed. As a result, the relative density of the solid electrolyte layer 30 can be set to a value within the above range. The upper limit of the relative density is not particularly limited, but the relative density may be less than 100% or, for example, 99.5% or less due to limitations such as the performance of the manufacturing apparatus.

또한, 고체 전해질층(30)의 두께는 100 μm 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 고체 전해질층(30)의 두께는 100 μm, 95 μm, 90 μm, 85 μm, 80 μm, 75 μm, 70 μm, 65 μm, 60 μm, 55 μm, 또는 50 μm 이하일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 약 5 μm 내지 약 100 μm, 또는 약 10 μm 내지 약 90 μm 일 수 있다. 이로써, 전고체 이차전지(1)의 에너지 밀도는 높아질 수 있다. 또한, 고체 전해질층(30)의 두께를 상기 범위 내의 값으로 하는 방법으로서, 고체 전해질층(30)을 프레스하는 방법이 있다.In addition, the thickness of the solid electrolyte layer 30 may be 100 μm or less. For example, the solid electrolyte layer 30 may have a thickness of 100 μm, 95 μm, 90 μm, 85 μm, 80 μm, 75 μm, 70 μm, 65 μm, 60 μm, 55 μm, or 50 μm or less. , but is not limited thereto, and may be, for example, about 5 μm to about 100 μm, or about 10 μm to about 90 μm. Accordingly, the energy density of the all-solid-state secondary battery 1 can be increased. In addition, as a method of setting the thickness of the solid electrolyte layer 30 to a value within the above range, there is a method of pressing the solid electrolyte layer 30 .

(2-4. 양극활물질층 및 고체 전해질층의 계면 상태) (2-4. Interface state of cathode active material layer and solid electrolyte layer)

본 실시형태에서는, 도면 2 및 도면 3과 같이 양극활물질층(12) 및 고체 전해질층(30)의 계면 B가 평평하다. 구체적으로는, 계면 B의 산술 평균 조도(Ra)가 1.0 μm 이하이다. 예를 들어, 상기 Ra는 1.0 μm, 0.9 μm, 0.8 μm, 0.7 μm, 0.6 μm, 0.5 μm, 0.4 μm, 0.3 μm, 0.2 μm, 또는 0.1 μm이하일 수 있고, 예를 들어 약 0.01 μm 내지 약 1 μm, 약 0.05 μm 내지 약 0.9 μm, 약 0.1 μm 내지 약 0.8 μm, 또는 약 0.15 μm 내지 약 7 μm일 수 있다. 계면 B의 최대 높이 조도(Rz)는 4.5 μm 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 Rz는 4.5 μm, 4.4 μm, 4.3 μm, 4.2 μm, 4.1 μm, 4.0 μm, 3.9 μm, 3.8 μm, 3.7 μm, 3.6 μm, 3.5 μm, 3.4 μm, 3.3 μm, 3.2 μm, 3.1 μm, 3.0 μm, 2.9 μm, 2.8 μm, 2.7 μm, 2.6 μm, 2.5 μm, 2.4 μm, 2.3 μm, 2.2 μm, 2.1 μm, 2.0 μm, 1.9 μm, 1.8 μm, 1.7 μm, 1.6 μm, 1.5 μm, 1.4 μm, 1.3 μm, 1.2 μm, 1.1 μm, 1.0 μm, 0.9 μm, 0.8 μm, 0.7 μm, 0.6 μm, 0.5 μm, 0.4 μm, 0.3 μm, 0.2 μm, 0.1 μm 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 0.01 μm 내지 약 4.5 μm, 약 0.05 μm 내지 약 4 μm 또는 약 0.1 μm 내지 약 3.5 μm일 수 있다.In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the interface B between the positive electrode active material layer 12 and the solid electrolyte layer 30 is flat. Specifically, the arithmetic mean roughness (Ra) of the interface B is 1.0 µm or less. For example, the Ra may be 1.0 μm, 0.9 μm, 0.8 μm, 0.7 μm, 0.6 μm, 0.5 μm, 0.4 μm, 0.3 μm, 0.2 μm, or 0.1 μm or less, such as from about 0.01 μm to about 1 μm. μm, about 0.05 μm to about 0.9 μm, about 0.1 μm to about 0.8 μm, or about 0.15 μm to about 7 μm. The maximum height roughness (Rz) of interface B may be 4.5 μm or less. For example, the Rz is 4.5 μm, 4.4 μm, 4.3 μm, 4.2 μm, 4.1 μm, 4.0 μm, 3.9 μm, 3.8 μm, 3.7 μm, 3.6 μm, 3.5 μm, 3.4 μm, 3.3 μm, 3.2 μm, 3.1 μm, 3.0 μm, 2.9 μm, 2.8 μm, 2.7 μm, 2.6 μm, 2.5 μm, 2.4 μm, 2.3 μm, 2.2 μm, 2.1 μm, 2.0 μm, 1.9 μm, 1.8 μm, 1.7 μm, 1.6 μm, 1.5 μm, 1.4 μm, 1.3 μm, 1.2 μm, 1.1 μm, 1.0 μm, 0.9 μm, 0.8 μm, 0.7 μm, 0.6 μm, 0.5 μm, 0.4 μm, 0.3 μm, 0.2 μm, 0.1 μm or less, for example, about 0.01 μm to about 4.5 μm, about 0.05 μm to about 4 μm or about 0.1 μm to about 3.5 μm.

상기 산술 평균 조도(Ra)는 통계학적으로는 평균선에 대한 거칠기 곡선의 편차의 산술 평균이다. 상기 최대 높이 조도(Rz)는 계면에서의 조도곡선에서 중심선에 평행하고 그 곡선의 최고점과 최저점을 지나는 두 평행선간의 상하 거리를 의미한다.The arithmetic mean roughness (Ra) is statistically an arithmetic average of deviations of the roughness curve from the mean line. The maximum height roughness (Rz) means the vertical distance between two parallel lines parallel to the center line of the roughness curve at the interface and passing through the highest and lowest points of the curve.

여기서, 그림 8에 근거하고, 계면 B의 산술 평균 조도 Ra, 최대 높이 조도 Rz의 측정 방법을 설명한다. 도면 8은 계면 B 근방의 단면 SEM사진을 나타낸다. 우선, 전고체 이차전지(1)의 SEM사진을 취득한다. 그리고, 단면 SEM사진에서 계면 B근방의 부분(예를 들어, 도면 8에 나타내는 부분)를 취한다. 또한, 이 공정은 생략되어도 된다. 이어서, 단면 SEM사진으로부터 고체 전해질층(30)에 접촉하는 양극활물질(12a)을 추출한다. 이어서, 이들의 양극활물질(12a)에서 고체 전해질층(30)에 가장 가까운 점 P를 추출한다. 이어서, 이러한 점 P를 지나는 조도 곡선을 측정하고, 이러한 조도 곡선에 기초하여 산술 평균 조도(Ra) 및 최대 높이 조도(Rz)를 측정한다. 구체적인 측정은 미국 국립 위생 연구소(National Institutes of Health:NIH, http://imagej.nih.gov/ij/)의 해석 소프트웨어인 ImageJ를 이용하여 실시할 수 있다. 후술하는 실시예에서는 이 방법에 의한 산술 평균 조도(Ra) 및 최대 높이 조도(Rz)를 측정했다. 또한, 조도 곡선은 상술한 계면 B을 나타낸다. Here, based on Fig. 8, the method of measuring the arithmetic mean roughness Ra and the maximum height roughness Rz of the interface B will be explained. Fig. 8 shows a cross-sectional SEM photograph in the vicinity of interface B. First, an SEM photograph of the all-solid-state secondary battery 1 is acquired. Then, a portion near the interface B (for example, a portion shown in Fig. 8) is taken from the cross-sectional SEM photograph. In addition, this process may be omitted. Subsequently, the cathode active material 12a in contact with the solid electrolyte layer 30 is extracted from the cross-sectional SEM photograph. Next, a point P closest to the solid electrolyte layer 30 is extracted from these positive electrode active materials 12a. Then, a roughness curve passing through this point P is measured, and an arithmetic average roughness (Ra) and a maximum height roughness (Rz) are measured based on this roughness curve. Specific measurement can be performed using ImageJ, an analysis software of the National Institutes of Health (NIH, http://imagej.nih.gov/ij/). In Examples described later, the arithmetic mean roughness (Ra) and the maximum height roughness (Rz) were measured by this method. Further, the roughness curve represents the interface B described above.

본 실시형태에서는, 계면 B의 산술 평균 조도(Ra)가 1.0 μm 이하이므로, 전고체 이차전지(1)의 충전시에 전류가 고체 전해질층(30) 내에서 더 균일하게 흐르게 된다. 그 결과, 금속 리튬이 음극 활물질층(22) 상으로 균일하게 석출되게 되므로 단락이 발생하기 어려워진다.In this embodiment, since the arithmetic average roughness (Ra) of the interface B is 1.0 μm or less, current flows more uniformly in the solid electrolyte layer 30 during charging of the all-solid-state secondary battery 1 . As a result, since metal lithium is uniformly deposited on the negative electrode active material layer 22, it is difficult to cause a short circuit.

또한, 산술 평균 조도(Ra)가 1.0 μm 이하인 경우에도 최대 높이 조도(Rz)가 커지는 경우가 있다. 그리고, 최대 높이 조도(Rz)가 큰 부분에서 전류가 집중될 가능성이 있다. 이 때문에, 최대 높이 조도(Rz)가 4.5 μm 이하가 되는 것이 바람직하다. 이로써 전고체 이차전지(1)의 충전시에 전류가 고체 전해질층(30) 내에서 더 균일하게 흐르게 된다. 산술 평균 조도(Ra) 및 최대 높이 조도(Rz)는 작으면 작을수록 좋으므로 하한치는 특히 제한되지 않는다. 단, 제조 장치의 성능 등의 제약 때문에 산술 평균 조도(Ra)은 0.2 μm 이상일 수 있고, 최대 높이 조도(Rz)는 1.5μm 이상일 수 있다.Further, even when the arithmetic mean roughness (Ra) is 1.0 µm or less, the maximum height roughness (Rz) may be large. Also, there is a possibility that the current is concentrated in a portion where the maximum height illuminance Rz is large. For this reason, it is preferable that the maximum height roughness (Rz) be 4.5 μm or less. As a result, when the all-solid-state secondary battery 1 is charged, current flows more uniformly in the solid electrolyte layer 30 . Since the arithmetic mean roughness (Ra) and the maximum height roughness (Rz) are smaller, the lower limit is not particularly limited. However, due to limitations such as the performance of the manufacturing apparatus, the arithmetic mean roughness (Ra) may be 0.2 μm or more, and the maximum height roughness (Rz) may be 1.5 μm or more.

< 3. 리튬 이온 이차전지의 제조방법 >< 3. Manufacturing method of lithium ion secondary battery >

이어서, 본 실시형태에 관련된 전고체 이차전지(1)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 관련된 전고체 이차전지(1)는 양극(10), 음극(20) 및 고체 전해질층(30)을 각각 제조한 뒤 상기의 각층을 적층하여 제조할 수 있다. 양극(10), 음극(20) 및 고체 전해질층(30)은 공지의 방법으로 제작할 수 있다. Next, a method for manufacturing the all-solid-state secondary battery 1 according to the present embodiment will be described. The all-solid-state secondary battery 1 according to the present embodiment can be manufactured by manufacturing the positive electrode 10, the negative electrode 20, and the solid electrolyte layer 30, respectively, and then laminating each of the above layers. The positive electrode 10, the negative electrode 20 and the solid electrolyte layer 30 can be manufactured by a known method.

(3-1. 양극 제조 공정)(3-1. Anode manufacturing process)

양극활물질은 공지의 방법으로 제작할 수 있다. 이어 제작한 양극활물질, 후술하는 방법으로 제작한 고체 전해질, 및 각종 첨가제를 혼합하고, 무극성 용매에 첨가하여 슬러리(slurry) 또는 페이스트(paste)을 형성한다. 또한, 얻어진 슬러리 또는 페이스트를 양극집전체(11)상에 도포하고 건조한 뒤 압연함으로써 양극(10)을 얻을 수 있다. 양극집전체(11)을 이용하지 않고, 양극활물질 및 각종 첨가제의 혼합물을 펠렛(pellet) 형태로 압밀화 성형하여 양극(10)을 제작할 수 있다.The cathode active material can be prepared by a known method. Then, the prepared cathode active material, the solid electrolyte prepared by the method described below, and various additives are mixed and added to a non-polar solvent to form a slurry or paste. In addition, the positive electrode 10 can be obtained by applying the obtained slurry or paste onto the positive electrode current collector 11, drying it, and rolling it. The positive electrode 10 may be manufactured by compacting and molding a mixture of a positive electrode active material and various additives in a pellet form without using the positive electrode current collector 11 .

(3-2. 음극 제조 공정) (3-2. Cathode manufacturing process)

음극(20)은, 음극집전체(21) 상에 음극활물질층(22)인 금속 박(예를 들어, 금속박 형태의 금속 리튬)을 적층하여 제조 된다.The negative electrode 20 is manufactured by laminating a metal foil (eg, metallic lithium in the form of a metal foil) as the negative electrode active material layer 22 on the negative electrode current collector 21 .

음극활물질층으로 금속 리튬 박을 사용함으로써 고용량의 전지의 제작이 용이하다.By using metallic lithium foil as the negative electrode active material layer, it is easy to manufacture a high-capacity battery.

(3-3. 고체 전해질 층 제조 공정) (3-3. Solid Electrolyte Layer Manufacturing Process)

고체 전해질층(30)은 황화물계 고체 전해질 재료로부터 형성된 고체 전해질에 의해 제작될 수 있다.The solid electrolyte layer 30 may be made of a solid electrolyte formed from a sulfide-based solid electrolyte material.

먼저 용융 급랭법 또는 기계적 밀링(mechanical milling)법에 의해 시작 원료를 처리 한다.First, the starting raw material is treated by a melt quenching method or a mechanical milling method.

예를 들어, 용융 급랭법을 이용하는 경우, 시작 원료(예를 들어 Li2S, P2S5 등)을 소정량 혼합하고, 펠렛 형태로 만든 것을 진공 중에서 소정의 반응 온도에서 반응시킨 뒤, 급랭하여 황화물계 고체 전해질 재료를 제작할 수 있다. 또한, Li2S및 P2S5의 혼합물의 반응 온도는 바람직하게는 400℃~1000℃이며, 보다 바람직하게는 800℃~900℃이다. 또한, 반응 시간은, 바람직하게는 0.1시간~12시간이며, 보다 바람직하게는 1시간~12시간이다. 이어서, 반응물의 냉각 온도는 통상 10℃ 이하이며, 바람직하게는 0℃ 이하이고, 냉각 속도는 보통 1℃/sec~10000℃/sec이며, 바람직하게는 1℃/sec~1000℃/sec 이다.For example, in the case of using the melt quenching method, a starting material (eg, Li 2 S, P 2 S 5 , etc.) is mixed in a predetermined amount, and the pelletized product is reacted at a predetermined reaction temperature in vacuum, followed by rapid cooling. Thus, a sulfide-based solid electrolyte material can be manufactured. Further, the reaction temperature of the mixture of Li 2 S and P 2 S 5 is preferably 400°C to 1000°C, more preferably 800°C to 900°C. In addition, the reaction time is preferably 0.1 hour to 12 hours, more preferably 1 hour to 12 hours. Then, the cooling temperature of the reactants is usually 10 ° C or less, preferably 0 ° C or less, and the cooling rate is usually 1 ° C / sec to 10000 ° C / sec, preferably 1 ° C / sec to 1000 ° C / sec.

또한, 기계적 밀링법을 이용하는 경우, 보올밀 등을 이용하여 시작 원료(예를 들어 Li2S, P2S5등)을 교반시키고 반응시켜서, 황화물계 고체 전해질 재료를 제작할 수 있다. 또한, 기계적 밀링법의 교반 속도 및 교반 시간은 특별히 한정되지 않지만, 교반 속도가 빠를수록 황화물계 고체 전해질 재료의 생성 속도를 빠르게 할 수 있어서, 교반 시간이 길수록 황화물계 고체 전해질 재료에 대한 시작 원료의 전화율을 높일 수 있다.In addition, in the case of using a mechanical milling method, a sulfide-based solid electrolyte material can be produced by stirring and reacting starting materials (eg, Li 2 S, P 2 S 5 , etc.) using a ball mill or the like. In addition, the stirring speed and stirring time of the mechanical milling method are not particularly limited, but the faster the stirring speed, the faster the production speed of the sulfide-based solid electrolyte material. You can increase your call rate.

그 후, 용융 급랭법 또는 기계적 밀링법으로 얻은 혼합 원료를 소정 온도에서 열 처리한 뒤 분쇄함으로써 입자 상태의 고체 전해질을 제작할 수 있다. 고체 전해질이 유리 전이점을 가진 경우는 열 처리에 의해 비결정질에서 결정질로 되는 경우가 있다.Thereafter, a solid electrolyte in a particulate state can be prepared by heat-treating the mixed raw material obtained by the melt quenching method or the mechanical milling method at a predetermined temperature and then pulverizing the mixture. When a solid electrolyte has a glass transition point, it may change from amorphous to crystalline by heat treatment.

이어서, 상기 방법으로 얻은 고체 전해질을 예를 들면, 에어로졸 증착 (aerosol deposition)법, 콜드 스프레이(cold spray)법 스퍼터링법 등의 공지의 성막 법을 이용하여 성막함으로써, 고체 전해질층(30)을 제작할 수 있다. 또한, 고체 전해질층(30)은 고체 전해질 입자 단체를 가압함으로써 만들어진다. 또한, 고체 전해질층(30)은 고체 전해질과 용매, 바인더를 혼합하고, 도포 건조하고 가압하는 것에 의하여 고체 전해질층(30)을 제작할 수도 있다. 막 형성 방법의 구체적인 내용은 과도한 실험 없이 통상의 기술자에 의해 결정될 수 있고, 따라서 명확성을 위하여 더 설명하지 않는다.Then, the solid electrolyte layer 30 is produced by forming a film using a known film formation method such as an aerosol deposition method, a cold spray method, and a sputtering method, for example, of the solid electrolyte obtained by the above method. can Also, the solid electrolyte layer 30 is made by pressurizing solid electrolyte particles alone. In addition, the solid electrolyte layer 30 may be produced by mixing a solid electrolyte, a solvent, and a binder, coating, drying, and pressurizing. The specifics of the film formation method can be determined by a person skilled in the art without undue experimentation, and therefore, for clarity, will not be further described.

(4. 프레스 공정) (4. Press process)

이어서, 프레스 공정을 수행한다. 본 실시형태의 프레스 공정은 예비 프레스 공정 및 본 프레스 공정으로 구분된다.Then, a press process is performed. The press process of this embodiment is divided into a preliminary press process and a main press process.

(4-1. 예비 프레스 공정) (4-1. Preliminary press process)

예비 프레스 공정에서는, 양극활물질층과 고체 전해질층을 미리 프레스한다. 구체적으로는, 예비 프레스 공정은 양극활물질층 프레스 공정 및 고체 전해질층 프레스 공정을 포함한다. In the preliminary press step, the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer are pressed in advance. Specifically, the preliminary press process includes a positive electrode active material layer press process and a solid electrolyte layer press process.

(4-1-1. 양극활물질층 프레스 공정) (4-1-1. Cathode active material layer press process)

양극 활물질층 프레스 공정에서는 양극활물질층(12)을 고체 전해질층(30)에 적층하기 이전에 양극활물질층(12)을 프레스한다. 여기서, 양극활물질층(12)은 양극 집전체(11)와 함께 프레스된다. 이로써, 양극활물질층(12)의 표면을 평평하게 할 수 있으나, 계면 B의 산술 평균 조도(Ra), 최대 높이 조도(Rz)를 상술한 범위 내의 값으로 할 수 있다. 또한, 양극활물질층(12)에 고체 전해질층(30)을 적층한 후 이들의 적층체를 프레스해도, 계면 B의 산술 평균 조도(Ra), 최대 높이 조도(Rz)를 상술한 범위 내의 값으로 할 수 없다.In the positive electrode active material layer press process, the positive electrode active material layer 12 is pressed prior to laminating the positive electrode active material layer 12 on the solid electrolyte layer 30 . Here, the positive electrode active material layer 12 is pressed together with the positive electrode current collector 11 . As a result, the surface of the positive electrode active material layer 12 can be flattened, but the arithmetic mean roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) of the interface B can be set to values within the above-mentioned range. In addition, even if the solid electrolyte layer 30 is laminated on the positive electrode active material layer 12 and then the laminate is pressed, the arithmetic average roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) of the interface B are set to values within the above-mentioned range. Can not.

양극활물질층(12)을 프레스하는 방법은 특별히 제한되지 않고 종래의 전고체 이차전지의 제작에 사용되는 프레스 방법이면 족하다. 가령, 롤 프레스(roll press)등에 의하여 양극활물질층(12)을 프레스할 수 있다.A method of pressing the positive electrode active material layer 12 is not particularly limited, and a press method used in the manufacture of a conventional all-solid-state secondary battery is sufficient. For example, the positive electrode active material layer 12 may be pressed by a roll press or the like.

구체적인 프레스 압력은 프레스 장치, 양극활물질층(12)의 재질 등에 따라서 변동될 수 있다. 단, 프레스 압력이 높을수록 계면 B의 산술 평균 조도(Ra), 최대 높이 조도(Rz)가 낮아지는 경향이 있기 때문에, 계면 B의 산술 평균 조도(Ra), 최대 높이 조도(Rz)가 상술한 범위 내의 값이 되도록, 프레스 압력을 조정하면 된다.The specific press pressure may vary depending on the press device, the material of the positive electrode active material layer 12, and the like. However, since the arithmetic average roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) of interface B tend to decrease as the press pressure increases, the arithmetic average roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) of interface B are What is necessary is just to adjust the press pressure so that it may become a value within a range.

양극활물질층은 예비 프레스 공정을 통해 활물질의 상대 밀도를 높일 수 있다. 또한, 양극활물질을 포함한 양극 표면의 산술 표면 조도를 감소시켜 계면 저항을 감소시킬 수 있다.The positive electrode active material layer may increase the relative density of the active material through a preliminary press process. In addition, interfacial resistance may be reduced by reducing the arithmetic surface roughness of the positive electrode surface including the positive electrode active material.

(4-1-2. 고체 전해질 층 프레스 공정) (4-1-2. Solid electrolyte layer press process)

고체 전해질층 프레스 공정에서는 고체 전해질층(30)을 음극 활물질층(22)에 적층 하기 이전에, 고체 전해질층(30)을 프레스한다. 이로써, 고체 전해질층(30)의 상대 밀도를 상술한 범위 내의 값으로 할 수 있다. 또한, 고체 전해질층(30)을 음극 활물질층(22)에 적층한 뒤 이들의 적층체를 프레스 해도 고체 전해질층(30)의 상대 밀도를 상술한 범위 내의 값으로 할 수 없다. 고체 전해질층 프레스 공정은 이하의 3종으로 구분된다. 어떤 방법이어도 본 실시형태의 효과를 얻을 수 있으며, 제2의 방법이 그 중에서 가장 효과적이다.In the solid electrolyte layer pressing process, the solid electrolyte layer 30 is pressed before the solid electrolyte layer 30 is laminated on the negative electrode active material layer 22 . As a result, the relative density of the solid electrolyte layer 30 can be set to a value within the above range. In addition, even if the solid electrolyte layer 30 is laminated on the negative electrode active material layer 22 and then the laminate is pressed, the relative density of the solid electrolyte layer 30 cannot be set to a value within the above-described range. The solid electrolyte layer press process is divided into the following three types. Any method can obtain the effect of the present embodiment, and the second method is the most effective among them.

고체 전해질층 프레스 공정을 수행하기 위한 구체적인 프레스 방법은 특별히 제한되지 않고 종래의 적절한 전고체 이차전지의 제작에 사용되는 프레스 방법이면 족하다. 가령, 롤 프레스 등에 의하여 고체 전해질층(30)을 프레스 할 수 있다.A specific pressing method for performing the solid electrolyte layer pressing process is not particularly limited, and a conventional pressing method used in the manufacture of an appropriate all-solid-state secondary battery is sufficient. For example, the solid electrolyte layer 30 may be pressed by a roll press or the like.

구체적인 프레스 압력은 프레스 장치, 고체 전해질층(30)의 재질 등에 따라서 변동할 수 있다. 단, 프레스 압력이 높아질수록 고체 전해질층(30)의 상대 밀도가 높아지는 경향이 있으므로, 고체 전해질층(30)의 상대 밀도가 전술한 범위 내의 값이 되도록, 프레스 압력을 조정하면 된다.The specific press pressure may vary depending on the press device, the material of the solid electrolyte layer 30, and the like. However, since the relative density of the solid electrolyte layer 30 tends to increase as the press pressure increases, the press pressure may be adjusted so that the relative density of the solid electrolyte layer 30 falls within the above range.

(4-1-2-1. 제 1 프레스 방법)(4-1-2-1. First press method)

제1 프레스 방법은 고체 전해질층을 단독으로 프레스하는단계("고체 전해질층 단독 프레스 공정")를 포함한다. 고체 전해질층 단독 프레스 공정에서는 고체 전해질층(30)을 양극 활물질층 프레스 공정에서 프레스된 양극 활물질층(12)에 적층하기 전에, 고체 전해질층(30)을 프레스한다. 그러므로, 제1 프레스 방법에서는 고체 전해질층(30)을 음극 활물질층(22)에 적층하기 전에, 고체 전해질층(30)을 압박한다. 이로써, 고체 전해질층(30)의 상대 밀도를 상술한 범위 내의 값으로 할 수 있다. 또한, 제1 프레스 방법에서는 고체 전해질층(30)을 양극 활물질층(12)에 적층하기 전에, 고체 전해질층(30)을 단독으로 프레스한다. 그러므로, 고체 전해질층(30)의 상대 밀도를 보다 확실하게 높일 수 있다. 또한, 후술하는 본 프레스 공정에서는 프레스 후의 고체 전해질층(30)을 양극 활물질층(12)에 적층하게 되므로, 계면 B의 산술 평균 조도(Ra), 최대 높이 조도(Rz)를 보다 확실하게 저감시킬 수 있으며, 제1 프레스 방법은 후술하는 제1 중간 적층체 프레스 공정을 수반하지 않으므로, 고체 전해질층(30)의 상대 밀도가 제2 프레스 방법에 비하여 다소 저하되는 경향이 있다.The first press method includes a step of pressing the solid electrolyte layer alone ("solid electrolyte layer single press process"). In the solid electrolyte layer single press process, the solid electrolyte layer 30 is pressed before laminating the solid electrolyte layer 30 on the positive electrode active material layer 12 pressed in the positive electrode active material layer press process. Therefore, in the first pressing method, the solid electrolyte layer 30 is pressed before laminating the solid electrolyte layer 30 on the negative electrode active material layer 22 . As a result, the relative density of the solid electrolyte layer 30 can be set to a value within the above range. In addition, in the first pressing method, the solid electrolyte layer 30 is pressed alone before laminating the solid electrolyte layer 30 on the positive electrode active material layer 12 . Therefore, the relative density of the solid electrolyte layer 30 can be increased more reliably. In addition, in this pressing process described later, since the solid electrolyte layer 30 after pressing is laminated on the positive electrode active material layer 12, the arithmetic average roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) of the interface B can be more reliably reduced. And, since the first press method does not involve the first intermediate laminate press process to be described later, the relative density of the solid electrolyte layer 30 tends to be somewhat lower than that of the second press method.

(4-1-2-2. 제 2 프레스 방법) (4-1-2-2. Second press method)

제2 프레스 방법은 전술한 고체 전해질층 단독 프레스 공정 및 제1 중간 적층체 프레스 공정을 포함한다. 고체 전해질층 단독 프레스 공정에서는 고체 전해질층(30)을 양극 활물질층 프레스 공정에서 프레스된 양극 활물질층(12)에 적층 하기 전에, 고체 전해질층(30)을 프레스한다. 제1 중간 적층체 프레스 공정에서는 고체 전해질층 단독 프레스 공정에서 프레스된 고체 전해질층(30)과 양극 활물질층 프레스 공정에서 프레스된 양극 활물질층(12)과의 적층체인 제1 중간 적층체를 프레스한다.The second pressing method includes the aforementioned solid electrolyte layer single press process and the first intermediate laminate press process. In the solid electrolyte layer single press process, the solid electrolyte layer 30 is pressed before laminating the solid electrolyte layer 30 on the positive electrode active material layer 12 pressed in the positive electrode active material layer press process. In the first intermediate laminate press process, the first intermediate laminate, which is a laminate of the solid electrolyte layer 30 pressed in the solid electrolyte layer single press process and the positive electrode active material layer 12 pressed in the positive electrode active material layer press process, is pressed. .

제2 프레스 방법에서는 고체 전해질층(30)을 음극 활물질층(22)에 적층하기 전에, 고체 전해질층(30)을 프레스한다. 이로써, 고체 전해질층(30)의 상대 밀도를 상술한 범위 내의 값으로 할 수 있다. 또한, 제2 프레스 방법에서는 고체 전해질층(30)을 양극 활물질층(12)에 적층하기 전에, 고체 전해질층(30)을 단독으로 프레스한다. 그러므로, 고체 전해질층(30)의 상대 밀도를 보다 확실하게 높일 뿐만 아니라, 계면 B의 산술 평균 조도(Ra), 최대 높이 조도(Rz)를 보다 확실하게 저감할 수 있다.In the second pressing method, the solid electrolyte layer 30 is pressed before laminating the solid electrolyte layer 30 on the negative electrode active material layer 22 . As a result, the relative density of the solid electrolyte layer 30 can be set to a value within the above range. In addition, in the second pressing method, the solid electrolyte layer 30 is pressed alone before the solid electrolyte layer 30 is laminated on the positive electrode active material layer 12 . Therefore, not only the relative density of the solid electrolyte layer 30 is increased more reliably, but also the arithmetic average roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) of the interface B can be reduced more reliably.

(4-1-2-3. 제 3 프레스 방법) (4-1-2-3. Third press method)

제3 프레스 방법은 고체 전해질층(30)과 양극 활물질층 프레스 공정에서 프레스된 양극 활물질층(12)과의 적층체인 제2 중간 적층체를 프레스한다. 제3 프레스 방법은 제2 프레스 방법에서 고체 전해질층 단독 프레스 공정을 제외한 방법이라고 할 수 있다.The third press method presses the second intermediate laminate, which is a laminate of the solid electrolyte layer 30 and the positive electrode active material layer 12 pressed in the positive electrode active material layer pressing step. The third pressing method may be referred to as a method excluding the solid electrolyte layer alone pressing process from the second pressing method.

제3 프레스 방법에서는 프레스 전의 고체 전해질층(30)을 양극 활물질층(12)에 적층 하는 것이다. 그러므로, 표면이 거친 상태의 고체 전해질층(30)을 양극 활물질층(12)에 적층하는 경우가 있다. 그러나, 고체 전해질층(30)은 양극 활물질층(12)에 비해 연약(soft)하며, 고체 전해질층(30)의 표면 형상은 양극 활물질층(12)의 표면 형상에 따를 수 있다. 그러므로, 계면 B의 산술 평균 조도(Ra), 최대 높이 조도(Rz)는 상술한 범위 값이 된다. 그 결과, 고체 전해질층 단독 프레스 공정을 생략하고 있으므로, 계면 B의 산술 평균 조도(Ra), 최대 높이 조도(Rz)가 제1 프레스 및 제2 프레스 방법에 비하여 다소 높아지는 경향이 있다. 그러나, 고체 전해질층(30)을 음극 활물질층(22)에 적층하기 전에, 고체 전해질층(30)을 프레스하므로 제1 프레스 및 제2 프레스 방법과 같은 효과를 얻는다.In the third pressing method, the solid electrolyte layer 30 before pressing is laminated on the positive electrode active material layer 12 . Therefore, in some cases, the solid electrolyte layer 30 having a rough surface is laminated on the positive electrode active material layer 12 . However, the solid electrolyte layer 30 is softer than the positive electrode active material layer 12 , and the surface shape of the solid electrolyte layer 30 may follow the surface shape of the positive electrode active material layer 12 . Therefore, the arithmetic average roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) of the interface B fall within the above range. As a result, since the solid electrolyte layer alone press step is omitted, the arithmetic mean roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) of the interface B tend to be slightly higher than those of the first press and the second press methods. However, since the solid electrolyte layer 30 is pressed before laminating the solid electrolyte layer 30 on the negative electrode active material layer 22, the same effect as the first press method and the second press method is obtained.

또한, 양극 활물질층(12) 및 고체 전해질층(30)의 상대 밀도는 예비 프레스 공정이 종료한 시점에서 상술한 수치 범위의 값(60% 또는 80% 이상)으로 되어 있는 것이 바람직하다. In addition, the relative density of the positive electrode active material layer 12 and the solid electrolyte layer 30 is preferably within the above-mentioned numerical range (60% or 80% or more) at the time when the preliminary press process is finished.

(4-2. 본 프레스 공정)(4-2. Main press process)

본 프레스 공정에서는, 예비 프레스 공정에서 프레스된 양극 활물질층(12) (즉, 양극(10)), 고체 전해질층(30), 및 음극 활물질층(22) (즉, 음극(20))을 적층 하여 전극 적층체를 제작한다. 이어서, 전극 적층체를 프레스한다. 이상의 공정에 의하여, 전고체 이차전지(1)가 제작된다. 본 프레스 공정을 수행하기 위한 구체적인 프레스 방법은 특별히 제한되지 않고 종래의 전고체 이차전지의 제작에 사용되는 프레스 방법이면 족하다. 가령, 롤 프레스 등에 의해서 본 프레스 공정을 할 수 있다.In this press process, the positive electrode active material layer 12 (ie, the positive electrode 10), the solid electrolyte layer 30, and the negative electrode active material layer 22 (ie, the negative electrode 20) pressed in the preliminary press process are laminated. to produce an electrode laminate. Next, the electrode laminate is pressed. Through the above steps, the all-solid-state secondary battery 1 is produced. A specific press method for performing this press process is not particularly limited, and a press method used in the manufacture of a conventional all-solid-state secondary battery is sufficient. For example, this press process can be performed by a roll press or the like.

일 실시예에서, 상기 음극집전체 및 상기 음극활물질층 사이에 도금층을 포함하는 전고체 이차전지가, 양극활물질층을 포함하는 양극을 제공하는 단계; 상기 양극 상에 고체전해질층을 배치하는 단계; 상기 고체전해질층 상에 음극을 배치하는 단계로서, 상기 음극은 음극 집전체, 및 상기 음극 집전체 상에 배치된 음극활물질층을 포함하되, 상기 음극활물질층은 카본을 포함하는, 단계; 및 상기 양극 및 음극 사이에 전압을 제공하여 상기 음극활물질층 및 상기 음극집전체 사이에 도금층을 형성하는 단계에 의하여 제공될 수 있다.In one embodiment, an all-solid-state secondary battery including a plating layer between the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer, providing a positive electrode including a positive electrode active material layer; disposing a solid electrolyte layer on the anode; disposing a negative electrode on the solid electrolyte layer, wherein the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer disposed on the negative electrode current collector, wherein the negative electrode active material layer includes carbon; and forming a plating layer between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector by providing a voltage between the positive electrode and the negative electrode.

[실시예][Example]

(1. 실시 예 1) (1. Example 1)

다음으로, 본 실시형태의 실시예를 설명한다. 실시예 1에서는 이하의 공정에 의하여 전고체 이차전지를 제작하였다.Next, examples of this embodiment will be described. In Example 1, an all-solid-state secondary battery was manufactured by the following process.

(1-1. 양극 제조) (1-1. Anode manufacturing)

양극 활물질로서의 LiNi0. 8Co0. 15Al0. 5O2(NCA) 3성분계 분말, 황화물계 고체 전해질로서 Li2S-P2S5(몰비 75:25) 결정질 분말, 및 도전제로서의 기상 성장 탄소 섬유 분말을 60:35:5 질량비로 측량하고, 자전 공전 믹서를 이용하여 혼합했다.LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.5 O 2 (NCA) three-component powder as a positive electrode active material, Li 2 SP 2 S 5 (molar ratio 75:25) crystalline powder as a sulfide-based solid electrolyte, and vapor phase growth as a conductive agent The carbon fiber powder was weighed out in a mass ratio of 60:35:5 and mixed using an auto-revolution mixer.

다음으로, 이 혼합분말에 바인더로서 SBR이 용해된 탈수 크실렌(Xylene) 용액을 SBR이 혼합분말의 총 질량에 대해서 5.0 질량%가 되도록 첨가하여, 1차 혼합물을 생성했다. 또한, 얻어진 1차 혼합물에 점도 조정을 위한 탈수 크실렌을 적량 첨가함으로써 2차 혼합물을 생성하였다. 게다가, 혼합분말의 분산성을 향상시키기 위해서 지름 5mm의 지르코니아 공을, 공간, 혼합분말, 지르코니아 볼(zirconia ball)이 각각 혼련용기의 전체 부피 대비 1/3씩 차지하는 양으로 2차 혼합물에 투입했다. 이렇게 생성된 3차 혼합물을 자전, 공전, 믹서(mixer)에 투입하고 3000rpm에서 3분 교반함으로써 양극활물질층 코팅액을 생성했다 Next, a dehydrated xylene solution in which SBR was dissolved as a binder was added to the mixed powder so that the SBR was 5.0% by mass based on the total mass of the mixed powder, thereby producing a primary mixture. In addition, a secondary mixture was produced by adding an appropriate amount of dehydrated xylene for viscosity adjustment to the obtained primary mixture. In addition, in order to improve the dispersibility of the mixed powder, zirconia balls with a diameter of 5 mm were added to the secondary mixture in an amount of space, mixed powder, and zirconia balls, each occupying 1/3 of the total volume of the kneading vessel. . The resulting tertiary mixture was put into a rotating, rotating, or mixer, and stirred at 3000 rpm for 3 minutes to produce a coating solution for the cathode active material layer.

이어서, 양극 집전체로 두께 20μm의 알루미늄 박 집전체를 준비하고, 탁상용 스크린(screen) 인쇄기에 양극 집전체를 위치시키고 구경이 2.0 cm x 2.0 cm로 두께가 150μm의 메탈 마스크(metal mask)을 이용하여 양극활물질층 코팅액을 시트 위에 코팅했다. 그 후, 양극활물질층 코팅액이 코팅된 시트를 60℃의 핫 플레이트(hot plate)에서 30분 건조시킨 뒤 80℃에서 12시간 진공 건조시켰다. 이로써 양극 집전체 위에 양극활물질층을 형성했다. 건조 후의 양극 집전체 및 양극활물질층의 총 두께는 165μm 안팎이었다.Subsequently, an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm is prepared as a cathode current collector, the anode current collector is placed on a desktop screen printer, and a metal mask having a diameter of 2.0 cm x 2.0 cm and a thickness of 150 μm is used. Thus, the cathode active material layer coating solution was coated on the sheet. Thereafter, the sheet coated with the positive electrode active material layer coating solution was dried on a hot plate at 60° C. for 30 minutes and then vacuum dried at 80° C. for 12 hours. Thus, a positive electrode active material layer was formed on the positive electrode current collector. The total thickness of the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer after drying was about 165 μm.

(1-2. 고체 전해질 층 제조)(1-2. Solid Electrolyte Layer Preparation)

황화물계 고체 전해질로서 Li2S-P2S5(몰비 75:25) 결정성 분말에 SBR이 용해된 탈수 크실렌 용액을 SBR이 혼합분말의 총 질량에 대해서 2.0 질량%이 되도록 첨가하여, 1차 혼합물을 생성했다. 또한, 얻어진 1차 혼합물에 점도 조정을 위한 탈수 크실렌을 적량 첨가함으로써 2차 혼합물을 생성하였다. 게다가, 혼합 분말의 분산성 향상시키기 위해서 지름 5mm의 지르코니아 공을, 공간, 복합분말, 지르코니아 공이 각각 혼련용기의 전체 부피에 대비 1/3씩 차지하는 양으로 3차 혼합물에 투입했다. 이렇게 생성된 3차 혼합물을 자전, 공전, 믹서에 투입하고 3000rpm에서 3분 교반함으로써 전해질층 코팅액을 생성했다. As a sulfide-based solid electrolyte, a dehydrated xylene solution in which SBR is dissolved in Li 2 SP 2 S 5 (molar ratio 75:25) crystalline powder is added so that SBR is 2.0% by mass based on the total mass of the mixed powder, to obtain a primary mixture. Created. In addition, a secondary mixture was produced by adding an appropriate amount of dehydrated xylene for viscosity adjustment to the obtained primary mixture. In addition, in order to improve the dispersibility of the mixed powder, zirconia balls with a diameter of 5 mm were added to the tertiary mixture in an amount of 1/3 of the total volume of the kneading vessel for the space, composite powder, and zirconia balls. The resulting tertiary mixture was put into a rotating, rotating, or mixer, and stirred at 3000 rpm for 3 minutes to produce an electrolyte layer coating solution.

탁상용 스크린 인쇄기에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 산의 기재 (PET 기재)를 위치시키고 구멍 지름이 2.5 cm x 2.5 cm로 두께가 300μm의 메탈 마스크를 이용하여 전해질층 코팅액을 PET 기재 위에 코팅했다. 그 뒤, 40℃의 핫 플레이트로 10분 건조시킨 뒤 40℃에서 12시간 진공 건조시켰다. 이에 따라 고체 전해질 층을 형성했다. 건조 후의 고체 전해질층의 총 두께는 180μm 안팎이었다. A polyethylene terephthalate (PET) acid substrate (PET substrate) was placed in a desktop screen printing machine, and an electrolyte layer coating solution was coated on the PET substrate using a metal mask with a hole diameter of 2.5 cm x 2.5 cm and a thickness of 300 μm. Then, it was dried on a hot plate at 40°C for 10 minutes and vacuum dried at 40°C for 12 hours. Thus, a solid electrolyte layer was formed. The total thickness of the solid electrolyte layer after drying was around 180 μm.

(1-3. 음극 제조) (1-3. Cathode manufacturing)

음극 집전체로 두께 20μm의 니켈 박 집전체를 마련하고, 이러한 음극 집전체에 폭이 2.2 cm x 2.2 cm에 두께 30μm인 금속 리튬 박을 접착하여 음극을 제작했다.A nickel foil current collector having a thickness of 20 μm was prepared as the negative electrode current collector, and a metal lithium foil having a width of 2.2 cm x 2.2 cm and a thickness of 30 μm was adhered to the negative electrode current collector to manufacture a negative electrode.

(1-4. 평점 기준: 전고체 이차전지의 제작) (1-4. Rating standard: production of all-solid-state secondary batteries)

실시예 1에서는 이하의 공정의 예비 프레스 공정을 수행했다. 즉, 양극을 일축 프레스기에 의해 10톤의 압력으로 프레스했다. 이로써, 양극 활물질층 프레스 공정을 수행했다. 프레스 후의 양극 활물질층의 부피 밀도는 2.23g/cc이였다. 프레스한 양극 활물질층을 φ 10mm의 톰슨(tomson) 칼로 자르고 높이 및 질량을 측정했다. 자른 전극층의 질량을 체적으로 나누는 방식으로 양극 활물질층의 부피 밀도를 산출했다.In Example 1, the preliminary press process of the following process was performed. That is, the positive electrode was pressed at a pressure of 10 tons with a single screw press. Thus, the positive electrode active material layer press process was performed. The bulk density of the positive electrode active material layer after pressing was 2.23 g/cc. The pressed positive electrode active material layer was cut with a φ 10 mm Thomson knife and the height and mass were measured. The bulk density of the positive electrode active material layer was calculated by dividing the mass of the cut electrode layer by the volume.

이어서, 고체 전해질층 프레스 공정을 수행했다. 실시예 1에서는 고체 전해질층 제작 공정으로 제2 방법을 채용했다. 구체적으로는 고체 전해질층을 일축 프레스기에 의해 10톤의 압력으로 프레스 하였다(고체 전해질층 단독 프레스 공정). 고체 전해질층은 PET 기재와 함께 프레스 되었다. 프레스 후의 고체 전해질층의 부피 밀도는 1.53g/cc 이었다. 양극 활물질의 부피 밀도를 계산한 방법과 같은 방법을 이용하여 고체 전해질층의 부피 비중을 산출했다.Then, a solid electrolyte layer press process was performed. In Example 1, the second method was employed as the solid electrolyte layer fabrication process. Specifically, the solid electrolyte layer was pressed at a pressure of 10 tons with a single screw press (solid electrolyte layer single press process). The solid electrolyte layer was pressed together with the PET substrate. The bulk density of the solid electrolyte layer after pressing was 1.53 g/cc. The bulk density of the solid electrolyte layer was calculated using the same method as the method for calculating the bulk density of the positive electrode active material.

이어서, 양극을 φ 11mm의 톰슨 칼로 자르고, PET 기재상의 고체 전해질층과 양극을 고체 전해질층과 양극 활물질층이 마주 보도록 적층했다. 이어서, 고체 전해질층 및 양극을 롤 간격 150μm의 롤 프레스기를 이용하여 건식 적층(Dry lamination)법에 따라 접착하였다. 이것으로 제1 중간 적층체를 제작했다. 이어서, 제1 중간 적층체를 일축 프레스기에 의해 10톤의 압력으로 프레스 하였다(제1 중간 적층체 프레스 공정). 프레스 후의 양극 활물질층의 부피 밀도는 2.27g/cc이며, 고체 전해질층의 부피 밀도는 1.56g/cc 이었다. 또한, 고체 전해질층의 두께는 90μm 이었다. 이상의 공정에 의한 예비 프레스 공정을 수행하였다. Subsequently, the positive electrode was cut with a φ 11 mm Thomson knife, and the solid electrolyte layer and the positive electrode on the PET substrate were laminated so that the solid electrolyte layer and the positive electrode active material layer faced each other. Subsequently, the solid electrolyte layer and the positive electrode were adhered according to a dry lamination method using a roll press machine with a roll spacing of 150 μm. This produced the 1st intermediate|middle laminated body. Subsequently, the first intermediate laminate was pressed at a pressure of 10 tons using a single screw press (first intermediate laminate press step). The bulk density of the positive electrode active material layer after pressing was 2.27 g/cc, and the bulk density of the solid electrolyte layer was 1.56 g/cc. In addition, the thickness of the solid electrolyte layer was 90 μm. A preliminary press process according to the above process was performed.

이어서, 예비 프레스 공정 후의 부피 밀도에 기초하여, 양극 활물질층 및 고체 전해질층의 상대 밀도을 산출했다. 구체적으로는 NCA, Li2S-P2S5(몰비 75:25) 결정성 분말 및 도전제의 공칭 밀도는 각각 4.6g/cc, 1.8g/cc및 2.1g/cc이었다. 그러므로, 양극 활물질층의 이론 밀도는 3.50g/cc(=4.6x0.6+1.8x0.35+2.1x0.05)이고, 고체 전해질층의 이론 밀도는 1.8g/cc이었다. 따라서, 양극 활물질층의 상대 밀도는 64.9%(=2.27/3.50)이고, 고체 전해질층의 상대 밀도는 86.7%(=1.56/1.8)이었다. 또한, 본 실시예에서는 계산을 간소화하기 위해서, 이론 밀도의 계산에서 바인더를 감안하지 않았다. 바인더는 다른 구성 요소 대비 사용량이 적어서, 바인더를 고려하지 않아도 결과에 거의 영향을 미치지 않는다. 또한, 이 시점에서 상대 밀도가 전술한 수치 범위의 값이면, 본 프레스 공정 후의 상대 밀도도 필연적으로 상술한 수치 범위 값이 된다. Then, the relative densities of the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer were calculated based on the bulk density after the preliminary press step. Specifically, the nominal densities of NCA, Li 2 SP 2 S 5 (molar ratio 75:25) crystalline powder and conductive agent were 4.6 g/cc, 1.8 g/cc, and 2.1 g/cc, respectively. Therefore, the theoretical density of the positive electrode active material layer was 3.50 g/cc (=4.6x0.6+1.8x0.35+2.1x0.05), and the theoretical density of the solid electrolyte layer was 1.8 g/cc. Therefore, the relative density of the positive electrode active material layer was 64.9% (= 2.27/3.50), and the relative density of the solid electrolyte layer was 86.7% (= 1.56/1.8). In addition, in this embodiment, in order to simplify the calculation, the binder was not taken into account in the calculation of the theoretical density. The amount of binder used is small compared to other components, so even if the binder is not considered, it has little effect on the result. In addition, if the relative density at this point is a value within the above-mentioned numerical range, the relative density after the main pressing process will inevitably fall within the above-mentioned numerical range.

이어서, 계면 B의 산술 평균 조도(Ra) 및 최대 높이 조도(Rz)를 이하의 공정에서 측정했다. 즉, 제1 중간 적층체의 단면을 이온 밀링(ion milling)(히타치 하이 테크놀로지사제:E-3500)를 이용해서 절단하여 취득했다. 이어서, 단면부를 FE-SEM(일본 전자:JSM-7800F)으로 관찰하고 단면 SEM 이미지를 취득했다. 도면 3은 실시예 1의 단면 SEM 화상이다. 이어서, 전술한 방법으로 계면 B의 산술 평균 조도 (Ra) 및 최대 높이 조도(Rz)를 측정했다. Next, the arithmetic mean roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) of the interface B were measured in the following steps. That is, the cross section of the first intermediate laminate was obtained by cutting using ion milling (E-3500, manufactured by Hitachi High Technologies). Next, the cross-section was observed with FE-SEM (Japan Electronics: JSM-7800F), and a cross-sectional SEM image was acquired. 3 is a cross-sectional SEM image of Example 1. Then, the arithmetic average roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) of interface B were measured by the method described above.

이어서, 음극을 φ 13mm의 톰슨 칼로 자르고, 제1 중간 적층체와 음극을 고체 전해질층과 음극 활물질층이 마주 보도록 적층하여, 전극 적층체를 제작했다. 이어서, 전극 적층체를 일축 프레스기에 의해 3톤의 압력으로 프레스 하였다. 즉, 본 프레스 공정을 수행하였다. 본 프레스 공정 후의 고체 전해질층의 두께는 85μm이었다. Then, the negative electrode was cut with a φ 13 mm Thomson knife, and the first intermediate laminate and the negative electrode were laminated so that the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer faced each other, to prepare an electrode laminate. Then, the electrode laminate was pressed at a pressure of 3 tons by a single screw press. That is, this press process was performed. The thickness of the solid electrolyte layer after this pressing process was 85 μm.

이어서, 본 프레스 공정 후 전극 적층체를 단자를 장착한 알루미늄 라미네이트 필름(Aluminum laminate film)에 넣어 진공기로 100Pa까지 진공 배기했다. 이어서, 가열 밀봉(heat seal)을 이용하여 전극 적층체를 적층체 필름 안에 동봉했다. 이로써 전 고체 이차 전지(시험용 셀)를 제작했다.Subsequently, after the press process, the electrode laminate was placed in an aluminum laminate film equipped with terminals and evacuated to 100 Pa with a vacuum. Then, the electrode laminate was enclosed in a laminate film using a heat seal. Thus, an all-solid-state secondary battery (test cell) was produced.

(1-5. 단락 유무) (1-5. With or without paragraph)

시험용 셀의 단락의 여부는 시험용 셀의 개방 회로 전압에 의해서 판정했다. 구체적으로는 시험용 셀의 폐쇄 회로 전압을 측정하고, 해당 전압이 2.4V이하의 것은 단락이 발생하고 있다고 판정했다. 단락이 생긴 것은 이하의 사이클 수명 시험을 하지 않았다.Whether or not the test cell was short-circuited was determined by the open circuit voltage of the test cell. Specifically, the closed-circuit voltage of the test cell was measured, and it was determined that a short circuit had occurred when the voltage was 2.4 V or less. Those with short circuits were not subjected to the following cycle life test.

(1-6. 사이클 수명 시험) (1-6. Cycle life test)

얻어진 시험용 셀을, 45℃에서 0.13mA의 정전류로 상한 전압 4.0V까지 충전하고, 방전 종지 전압 2.5V까지 0.13mA로 방전하는 충방전 사이클을 50사이클 되풀이했다. 그리고, 1 사이클째의 방전 용량(초기 용량)에 대한 50 사이클째의 방전 용량 비율을 방전 용량의 유지율로 하였다. 방전 용량의 측정은 동양 시스템 제충 방전 평가 장치 TOSCAT-3100에 따른다. 방전 용량의 유지율은 사이클 특성을 나타내는 파라미터다, 이 값이 클수록 사이클 특성이 뛰어난 것이다. 각 실시예 및 비교예의 특성 및 평가 결과를 표 1에 정리하였다. 일 실시예에서, 50 충/방전 사이클 후에 전고체 이차전지의 용량 유지율은 약 75%를 초과할 수 있다.The obtained test cell was charged at 45°C with a constant current of 0.13 mA to an upper limit voltage of 4.0 V, and a charge/discharge cycle of discharging at 0.13 mA to a discharge end voltage of 2.5 V was repeated 50 cycles. And, the ratio of the discharge capacity at the 50th cycle to the discharge capacity at the first cycle (initial capacity) was taken as the retention rate of the discharge capacity. The measurement of discharge capacity is in accordance with TOSCAT-3100, a charge-discharge evaluation device of Dongyang System. The retention rate of discharge capacity is a parameter representing cycle characteristics. The larger this value, the better the cycle characteristics. The characteristics and evaluation results of each Example and Comparative Example are summarized in Table 1. In one embodiment, the capacity retention rate of the all-solid-state secondary battery may exceed about 75% after 50 charge/discharge cycles.

(2. 실시예 2) (2. Example 2)

고체 전해질층 프레스 공정으로 제3 방법을 실시한 것 외에는 실시예 1과 동일한 시험을 진행했다. 구체적으로는 실시예 2에서는 이하의 예비 프레스 공정을 수행했다.The same test as in Example 1 was performed except that the third method was performed in the solid electrolyte layer press process. Specifically, in Example 2, the following preliminary press process was performed.

양극(10)을 일축 프레스기에 의해 10톤의 압력으로 프레스 하였다(양극 활물질층 프레스 공정). 프레스 후의 양극 활물질층의 부피 밀도는 2.26g/cc 이었다.The positive electrode 10 was pressed with a uniaxial press at a pressure of 10 tons (positive electrode active material layer press process). The bulk density of the positive electrode active material layer after pressing was 2.26 g/cc.

이어서, 양극을 φ 11mm의 톰슨 칼로 자르고, PET 기재상의 고체 전해질층과 양극을 고체 전해질층과 양극 활물질층이 마주 보도록 적층했다. 이어서, 고체 전해질층 및 양극을 롤 간격 150μm의 롤 프레스기를 이용여 건식 적층(Dry lamination)법에 따라 접착하였다. 이것으로 제2 중간 적층체를 제작했다. 이어서, 제2 중간 적층체를 일축 프레스기에 의해 10톤의 압력으로 프레스하였다(제2 중간 적층체 프레스 공정). 프레스 후의 양극 활물질층의 부피 밀도는 2.29g/cc 이며, 고체 전해질층의 부피 밀도는 1.55g/cc 이었다. 이상의 공정에 의한 예비 프레스 공정을 수행하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하였다. 또한, 계면 B의 산술 평균 조도(Ra) 및 최대 높이 조도(Rz)는 예비 프레스 후의 제2 중간 적층체를 이용하여 측정하였다. 결과를 표 1에 정리하였다. Subsequently, the positive electrode was cut with a φ 11 mm Thomson knife, and the solid electrolyte layer and the positive electrode on the PET substrate were laminated so that the solid electrolyte layer and the positive electrode active material layer faced each other. Subsequently, the solid electrolyte layer and the positive electrode were adhered according to a dry lamination method using a roll press machine with a roll spacing of 150 μm. This produced the 2nd intermediate|middle laminated body. Next, the second intermediate laminate was pressed at a pressure of 10 tons with a single screw press (second intermediate laminate press step). The bulk density of the positive electrode active material layer after pressing was 2.29 g/cc, and the bulk density of the solid electrolyte layer was 1.55 g/cc. A preliminary press process according to the above process was performed. After that, the same process as in Example 1 was performed. In addition, the arithmetic mean roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) of the interface B were measured using the second intermediate laminate after preliminary pressing. The results are summarized in Table 1.

(3. 실시예 3) (3. Example 3)

고체 전해질층 프레스 공정으로 제1 방법을 실시한 것 외에는 실시예 1과 동일한 시험을 진행했다. 구체적으로는 실시예 3에서는 이하의 예비 프레스 공정을 수행했다.The same test as in Example 1 was performed except that the first method was performed in the solid electrolyte layer press process. Specifically, in Example 3, the following preliminary press process was performed.

즉, 양극(10)을 일축 프레스기에 의해 10톤의 압력으로 프레스하였다(양극 활물질층 프레스 공정). 프레스 후의 양극 활물질층의 부피 비중은 2.24g/cc 이었다.That is, the positive electrode 10 was pressed at a pressure of 10 tons using a single screw press (positive electrode active material layer press step). The bulk specific gravity of the positive electrode active material layer after pressing was 2.24 g/cc.

이어서, 고체 전해질층을 일축 프레스기에 의해 10톤의 압력으로 프레스 하였다(고체 전해질층 단독 프레스 공정). 고체 전해질층은 PET 기재와 함께 프레스 되었다. 프레스 후의 고체 전해질층의 부피 밀도는 1.53g/cc 이었다. 이상의 공정에 의한 예비 프레스 공정을 수행하였다.Next, the solid electrolyte layer was pressed at a pressure of 10 tons by a single screw press (solid electrolyte layer single press process). The solid electrolyte layer was pressed together with the PET substrate. The bulk density of the solid electrolyte layer after pressing was 1.53 g/cc. A preliminary press process according to the above process was performed.

이어서, 양극 및 음극을 실시예 1에서 사용한 톰슨 칼로 자르고, 양극, 고체 전해질층 및 음극을 고체 전해질층과 각 활물질층이 마주 보도록 적층하여, 전극 적층체를 제작하였다. 이어서, 전극 적층체를 일축 프레스기에 의해 3톤의 압력으로 프레스하였다. 즉, 본 프레스 공정을 수행하였다. 그 뒤, 실시예 1과 같은 시험을 진행했다. 또한, 계면 B의 산술 평균 조도(Ra) 및 최대 높이 조도(Rz)는 본 프레스 후 전극 적층체를 이용하여 측정했다.Then, the positive electrode and the negative electrode were cut with the Thomson knife used in Example 1, and the positive electrode, the solid electrolyte layer, and the negative electrode were laminated so that the solid electrolyte layer and each active material layer faced each other, to prepare an electrode laminate. Then, the electrode laminate was pressed at a pressure of 3 tons with a single screw press. That is, this press process was performed. After that, the same test as in Example 1 was performed. In addition, the arithmetic mean roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) of the interface B were measured using the electrode laminate after main pressing.

(4. 실시예 4) (4. Example 4)

제1 중간 적층체 프레스 공정의 프레스 압력을 15톤으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 시험을 진행했다The same test as in Example 1 was performed except that the press pressure of the first intermediate laminate press process was 15 tons.

(5. 실시예 5) (5. Example 5)

양극 활물질층 프레스 공정 및 고체 전해질층 단독 프레스 공정의 프레스 압력을 7톤으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 시험을 진행했다.The same test as in Example 1 was performed except that the press pressure of the positive electrode active material layer press process and the solid electrolyte layer alone press process was set to 7 tons.

(6. 실시예 6)(6. Example 6)

양극 활물질층 프레스 공정의 프레스 압력을 7톤으로 한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 시험을 진행했다.The same test as in Example 2 was performed except that the press pressure of the positive electrode active material layer press process was set to 7 tons.

(7. 실시예 7)(7. Example 7)

실시예 7에서는 양극 활물질층 및 고체 전해질층을 이하의 공정으로 제작했다. 즉, NCA 3성분계 분말, 황화물계 고체 전해질로서 Li2S-P2S5(몰비 75:25) 비결정질 분말, 도전제로서 기상 성장 탄소 섬유 분말을 90:7:3의 질량비로 측량하여 사용하는 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 공정으로 양극 활물질층을 제작했다. 또한, 황화물계 고체 전해질로서 Li2S-P2S5(몰비 75:25) 비결정질 분말을 이용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 공정으로 고체 전해질층을 제작했다.In Example 7, the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer were produced by the following process. That is, except for NCA three-component powder, Li 2 SP 2 S 5 (molar ratio 75:25) amorphous powder as a sulfide-based solid electrolyte, and vapor-grown carbon fiber powder as a conductive agent in a mass ratio of 90:7:3. Then, a positive electrode active material layer was prepared in the same process as in Example 4. In addition, a solid electrolyte layer was fabricated in the same process as in Example 4, except that Li 2 SP 2 S 5 (molar ratio: 75:25) amorphous powder was used as a sulfide-based solid electrolyte.

또한, 예비 프레스 공정으로 이하의 공정을 수행했다. 즉, 진공하에서 양극을 일축 프레스기에 의해 15톤의 압력으로 프레스 하였다(양극 활물질층 프레스 공정). 이어서, 진공하에서 고체 전해질층을 일축 프레스기에 의해 15톤의 압력으로 프레스 하였다(고체 전해질층 단독 프레스 공정). 그 후, 실시예 4와 동일한 공정(구체적으로는 제1 중간 적층체 프레스 공정)을 수행하였다. 이상의 공정의 예비 프레스 공정을 수행하였다. 예비 프레스 공정 후의 양극 활물질층의 부피 밀도는 3.82g/cc 이었다. 또한, 예비 프레스 후의 고체 전해질층의 부피 밀도는 1.77g/cc 이었다. 이때의 양극 활물질층의 이론 밀도는 4.33g/cc(=4.6x0.9+1.8x0.07+2.1x0.03)이고 상대 밀도는 88.2%(=3.82/4.33)이었다. 또한, 고체 전해질층의 이론 밀도는 98.3%(=1.77/1.8)이었다. 상기 이외의 공정은 실시 예 4와 동일하였다. In addition, the following process was performed as a preliminary press process. That is, the positive electrode was pressed at a pressure of 15 tons using a single screw press under vacuum (positive electrode active material layer press process). Subsequently, the solid electrolyte layer was pressed under vacuum with a single screw press at a pressure of 15 tons (solid electrolyte layer single press process). Thereafter, the same process as in Example 4 (specifically, the first intermediate laminate press process) was performed. The preliminary press process of the above process was performed. The bulk density of the positive electrode active material layer after the preliminary press process was 3.82 g/cc. In addition, the bulk density of the solid electrolyte layer after preliminary pressing was 1.77 g/cc. At this time, the theoretical density of the positive active material layer was 4.33 g/cc (=4.6x0.9+1.8x0.07+2.1x0.03) and the relative density was 88.2% (=3.82/4.33). In addition, the theoretical density of the solid electrolyte layer was 98.3% (= 1.77/1.8). Processes other than the above were the same as in Example 4.

(8. 실시예 8)(8. Example 8)

음극층을 이하의 공정에 의해 제작한 것 외에는, 실시예 1과 같은 실험을 실시했다. 음극 집전체로서 두께20μm의 니켈박을 준비했다. 또 음극 활물질로서,일차입경이 35nm의 아세틸렌 블랙 분말(AB)을 준비했다. 2g의 AB를 용기에 넣고, 결착제로서의 PVdF가 용해된 NMP용액을 PVdF가 혼합가루의 총질량에 대해서 3.0질량%가 되도록 첨가하여 1차 혼합액을 발생했다. 이 1차 혼합액에, 점도 조정을 위해 NMP를 적당량 첨가함으로서, 2차 혼합액을 발생했다. 이것에 의해 생성된 2차 혼합액을 자전공전 믹서에 투입하고, 2000rpm으로 5분 교반함으로서, 음극층 도공액을 발생했다. The same experiment as in Example 1 was conducted except that the cathode layer was produced by the following steps. A nickel foil having a thickness of 20 μm was prepared as the negative electrode current collector. In addition, as a negative electrode active material, acetylene black powder (AB) having a primary particle size of 35 nm was prepared. 2 g of AB was placed in a container, and an NMP solution in which PVDF as a binder was dissolved was added so that the PVDF was 3.0% by mass with respect to the total mass of the mixed powder, and a primary liquid mixture was generated. A secondary liquid mixture was generated by adding an appropriate amount of NMP to this primary liquid mixture for viscosity adjustment. The secondary liquid mixture thus produced was put into a rotating and rotating mixer, and stirred at 2000 rpm for 5 minutes to generate a negative electrode layer coating liquid.

이 슬러리를 Ni박상에Blade Coater를 이용하여 도포하고, 100℃의 핫플레이트에서 30분 건조시킨 후, 180℃에서 12시간 진공건조 시켰다. 이상의 공정에 의해 음극층을 제작했다. 건조후의 음극 집전체 및 음극활물질층의 총 두께는 30μm전후였다. 실시예8에서 제작한 전고체 전지를 실시예1과 같은 조건으로 한번만 충전했다. This slurry was applied onto NI foil using a blade coater, dried on a hot plate at 100°C for 30 minutes, and then vacuum dried at 180°C for 12 hours. A cathode layer was produced through the above steps. The total thickness of the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer after drying was about 30 μm. The all-solid-state battery produced in Example 8 was charged only once under the same conditions as in Example 1.

그 후, 건조 분위기중에서 전지를 해체하고, 전고체 전지의 단면을 이온 밀링 장치로 연마한 후, SEM에서 관찰했다. 그 결과 충전에 의해 니켈박과 AB층의 계면에 리튬이 석출된 것이 관찰되었다. Thereafter, the battery was disassembled in a dry atmosphere, and the cross section of the all-solid-state battery was polished with an ion milling device, and then observed by SEM. As a result, it was observed that lithium precipitated at the interface between the nickel foil and the AB layer by charging.

(9. 비교예 1) (9. Comparative Example 1)

양극 활물질층 프레스 공정 및 고체 전해질층 단독 프레스 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 시험을 진행했다. 도면 7은 비교예 1의 산술 평균 조도(Ra) 및 최대 높이 조도(Rz)의 측정에 사용된 단면 SEM사진을 나타낸다.The same test as in Example 1 was performed except that the positive electrode active material layer press process and the solid electrolyte layer alone press process were not performed. Figure 7 shows a cross-sectional SEM photograph used to measure the arithmetic mean roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) of Comparative Example 1.

(10. 비교예 2)(10. Comparative Example 2)

예비 프레스 공정의 모든 프레스 압력을 3톤으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 시험을 진행했다.The same test as in Example 1 was performed except that all press pressures in the preliminary press process were set to 3 tons.

(11. 비교예 3)(11. Comparative Example 3)

양극 활물질층 프레스 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 시험을 진행했다.The same test as in Example 1 was performed except that the positive electrode active material layer press process was not performed.

(12. 비교예 4)(12. Comparative Example 4)

양극 활물질층 프레스 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 시험을 진행했다.The same test as in Example 3 was performed except that the positive electrode active material layer press process was not performed.

(13. 비교예 5)(13. Comparative Example 5)

고체 전해질층 단독 프레스 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 시험을 진행했다.The same test as in Example 3 was performed except that the solid electrolyte layer alone press process was not performed.

(14. 비교예 6) (14. Comparative Example 6)

고체 전해질층의 제작에 두께 600μm의 메탈 마스크를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 시험을 진행했다.The same test as in Comparative Example 1 was performed except that a metal mask having a thickness of 600 μm was used in the preparation of the solid electrolyte layer.

(15. 비교예 7)(15. Comparative Example 7)

예비 프레스 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 시험을 진행했다. 즉, 비교예 7에서는 본 프레스 공정만 수행하였다. 각층의 부피 밀도, 계면 B의 산술 평균 조도(Ra), 최대 높이 조도(Rz)는 본 프레스 후 전극 적층체를 이용하여 측정하였다.The same test as in Example 3 was performed except that the preliminary press process was not performed. That is, in Comparative Example 7, only the press process was performed. The bulk density of each layer, the arithmetic mean roughness (Ra) of interface B, and the maximum height roughness (Rz) were measured using the electrode laminate after main pressing.

(16. 비교예8)(16. Comparative Example 8)

양극활물질층 프레스공정 및 고체 전해질층 단독 프레스 공정을 하지 않은 것 외는 실시예 8과 같은 시험을 했다. The same test as in Example 8 was performed except that the positive electrode active material layer press process and the solid electrolyte layer alone press process were not performed.

(17. 참조예 1) (17. Reference example 1)

고체 전해질층의 제작에 두께 1200μm의 메탈 마스크를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 시험을 진행했다.The same test as in Comparative Example 1 was performed, except that a metal mask having a thickness of 1200 μm was used to prepare the solid electrolyte layer.

(18. 참조예 2)(18. Reference Example 2)

음극을 이하의 공정으로 제작한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 시험을 진행했다. 즉, 음극 활물질로서 흑연 분말(80℃에서 24시간 진공 건조한 것)과 바인더로서 폴리불화비닐리덴(PVdF)을 95.0:5.0의 질량비로 칭량했다. 그리고 이들 재료와 적량의 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 자전, 공전, 믹서에 투입하고 3000rpm에서 3분 교반한 뒤, 1분 탈포 처리함으로써 음극활물질 코팅액을 생성했다.The same test as in Comparative Example 1 was performed except that the negative electrode was manufactured by the following process. That is, graphite powder (vacuo-dried at 80° C. for 24 hours) as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were weighed at a mass ratio of 95.0:5.0. In addition, these materials and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) were put into a rotating, rotating, mixer, stirred at 3000 rpm for 3 minutes, and then degassed for 1 minute to produce a negative electrode active material coating solution.

이어서, 음극 집전체로 두께 20μm의 니켈 박 집전 부재를 준비하고, 구멍 지름이 2.2 cm x 2.2cm로 두께가 250μm인 메탈 마스크를 이용하여 전해질층 코팅액을 니켈 집전부재상에 코팅했다. 음극활물질 코팅액이 코팅된 시트를 80℃에 가열된 건조기 내에 수납하고 15분 건조했다. 게다가, 건조 후의 시트를 80℃에서 24시간 진공 건조했다. 이로써 음극을 생성했다. 음극의 두께는 140μm 안팎이었다. Subsequently, a nickel foil current collector having a thickness of 20 μm was prepared as an anode current collector, and an electrolyte layer coating liquid was coated on the nickel current collector using a metal mask having a hole diameter of 2.2 cm x 2.2 cm and a thickness of 250 μm. The sheet coated with the negative electrode active material coating solution was stored in a dryer heated at 80° C. and dried for 15 minutes. Furthermore, the sheet after drying was vacuum dried at 80°C for 24 hours. This produced a cathode. The thickness of the cathode was around 140 μm.

(17. 참조예 3) (17. Reference Example 3)

참고예 3에서는 이하의 공정에 의해 비수 전해질 이차 전지를 제작했다. 그 뒤에, 실시예 1과 동일하게 사이클 수명 시험을 진행했다.In Reference Example 3, a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced by the following process. After that, a cycle life test was conducted in the same manner as in Example 1.

(17-1. 양극의 제조) (17-1. Manufacture of anode)

양극 활물질로서의 NCA 3성분계 분말 및 도전제로서 아세틸렌 블랙을 97:3 질량비로 칭량하고, 혼합했다. 다음으로, 이 혼합분말에 바인더로서 PVdF가 용해된 NMP 용액을 PVdF가 혼합분말의 총 질량에 대해서 3.0 질량%가 되도록 첨가하여, 1차 혼합물을 생성했다. 또한, 얻어진 1차 혼합물에 점도 조정을 위해 NMP를 적량 첨가하여, 2차 혼합물을 생성했다. 이에 의해 생성된 2차 혼합물을 자전, 공전, 믹서에 투입하고 2000rpm에서 3분 교반함으로써 양극 코팅액을 생성했다.NCA three-component powder as a positive electrode active material and acetylene black as a conductive agent were weighed in a mass ratio of 97:3 and mixed. Next, an NMP solution in which PVdF was dissolved as a binder was added to this mixed powder so that PVdF was 3.0% by mass with respect to the total mass of the mixed powder, thereby producing a primary mixture. In addition, an appropriate amount of NMP was added to the obtained primary mixture to adjust the viscosity to produce a secondary mixture. The resulting secondary mixture was put into a rotating, rotating, or mixer, and stirred at 2000 rpm for 3 minutes to produce an anode coating solution.

이어서, 양극 집전체로 두께 20μm의 알루미늄 박 집전체를 준비하고 탁상용 스크린 인쇄기에 양극 집전체를 위치시키고 구멍 지름이 2.0 cm x 2.0cm로 두께가 150μm인 메탈 마스크를 사용하여 양극활물질 코팅액을 시트 위에 코팅했다. 그 뒤에, 양극활물질 코팅액이 코팅된 시트를 100℃의 핫 플레이트로 30분 건조시킨 뒤 180℃에서 12시간 진공 건조시켰다. 이로써 양극 집전체 위에 양극 활물질층을 형성했다. 건조 후의 양극 집전체 및 양극 활물질층의 총 두께는 120μm 안팎이었다.Subsequently, an aluminum foil current collector with a thickness of 20 μm was prepared as the positive electrode current collector, the positive electrode current collector was placed on a tabletop screen printer, and the positive electrode active material coating liquid was applied on the sheet using a metal mask having a hole diameter of 2.0 cm x 2.0 cm and a thickness of 150 μm. coated Thereafter, the sheet coated with the cathode active material coating solution was dried on a hot plate at 100° C. for 30 minutes and vacuum dried at 180° C. for 12 hours. Thus, a positive electrode active material layer was formed on the positive electrode current collector. The total thickness of the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer after drying was around 120 μm.

양극에 대한 일축 프레스기를 이용하여 3톤의 압력으로 제1 가압 성형을 수행하였다. 압축 후의 양극의 밀도는 2.33g/cc 이었다. 양극을 φ 11mm의 톰슨 칼날로 잘랐다.A first pressure molding was performed at a pressure of 3 tons using a single screw press for the positive electrode. The density of the positive electrode after compression was 2.33 g/cc. The anode was cut with a Thompson blade of φ 11 mm.

(17-2. 음극의 제조)(17-2. Manufacturing of negative electrode)

음극 집전체로 두께 20μm의 동 박 집전체를 준비하고, 두께 30μm의 금속 리튬 금을 접착시켜서 음극을 제작했다. 음극을 φ 13mm의 톰슨 칼날로 잘랐다.A copper foil current collector with a thickness of 20 μm was prepared as the negative electrode current collector, and metal lithium gold with a thickness of 30 μm was bonded thereto to prepare a negative electrode. The cathode was cut with a Thompson blade of φ 13 mm.

(17-3. 비수전해질 이차 전지의 제조)(17-3. Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary battery)

분리막은 다공질 폴리에틸렌 필름(polyethylene film)(φ 15.5mm, 두께 12μm)을 이용하였다. 분리막을 양극 및 음극 사이에 개재함으로써 전극 적층체를 제작했다. 전극 적층체를 2032 동전 하프셀(coin half cell)로 가공했다.A porous polyethylene film (φ 15.5 mm, thickness 12 μm) was used as the separator. An electrode laminate was produced by interposing a separator between the positive electrode and the negative electrode. The electrode laminate was processed into a 2032 coin half cell.

이어서, 에틸렌카보네이트 (ethylene carbonate) 및 디메틸카보네이트 (dimethyl carbonate)를 3:7의 부피비로 혼합한 비수 용매에 헥사플루오로인산 리튬 (LiPF6)을 1.3mol/L의 농도가 되도록 용해시켜서 전해질을 제조하였다. 제조한 전해액을 2032 동전 하프셀에 주입함으로써, 전해액을 분리막으로 함침시켰다. 이로써, 비수전해질 이차전지를 제작하였다. Subsequently, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved in a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3:7 to a concentration of 1.3 mol/L to prepare an electrolyte did By injecting the prepared electrolyte solution into a 2032 coin half cell, the electrolyte solution was impregnated with the separator. Thus, a non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured.

NCA 및 아세틸렌 블랙의 공칭 밀도는 각각 4.6g/cc 및 2.1g/cc 이었다. 그러므로, 양극 활물질층의 이론 밀도는 4.53g/cc(=4.6x0.97+2.1x0.03)이고, 상대 밀도는 51.4%(=2.33/4.53) 이었다.The nominal densities of NCA and acetylene black were 4.6 g/cc and 2.1 g/cc, respectively. Therefore, the theoretical density of the positive electrode active material layer was 4.53 g/cc (=4.6x0.97+2.1x0.03), and the relative density was 51.4% (=2.33/4.53).

표 1에 따르면 실시예 1~7은 본 실시형태의 요건을 충족하고 제작 직후에 단락을 발생시키지 않고 유지율도 높다(다시 말하면, 합선이 생기기 어렵다). 또한, 실시예 7에서는 비결정질 고체 전해질을 사용하고 있어서 초기 용량이 다른 실시예보다 약간 떨어졌다. 다만, 실용상 문제가 되는 값은 아니었다. 이와 관련한 비교예 1에서는 양극 활물질층 프레스 공정 및 고체 전해질층 단독 프레스 공정을 수행하지 않아서, 계면 B가 거칠어졌다. 이 때문에 충방전 중 조기에 단락이 발생하였다.According to Table 1, Examples 1 to 7 satisfy the requirements of the present embodiment, do not generate a short circuit immediately after production, and have a high retention rate (in other words, short circuits are less likely to occur). Also, in Example 7, an amorphous solid electrolyte was used, so the initial capacity was slightly lower than that of other Examples. However, it was not a value that was a problem in practice. In Comparative Example 1 related to this, the positive electrode active material layer press process and the solid electrolyte layer alone press process were not performed, so the interface B became rough. For this reason, a short circuit occurred at an early stage during charging and discharging.

비교예 2에서는 프레스 압력이 낮기 때문에 계면 B가 거칠어지고, 각층의 상대 밀도이 작아졌다. 이 때문에, 시험용 셀들이 제작 직후에 단락이 발생하였다. 비교예 3, 4에서는 양극 활물질층 프레스 공정을 수행하지 않아서, 계면 B가 거칠어졌다. 이 때문에, 충방전 중 조기에 단락이 발생하였다. 비교예 4에서는 제1 중간 적층체 프레스 공정을 수행하지 않아서, 양극 활물질층의 상대 밀도도 작아졌다. 비교예 5에서는 고체 전해질층 단독 프레스 공정을 수행하지 않아서 고체 전해질층의 상대 밀도가 작아졌다. 이 때문에, 시험용 셀들이 제작 직후에 단락이 발생하였다. 또한, 고체 전해질층의 두께도 커졌다. 비교예 6에서는 고체 전해질층이 비교예 1에 비해서 두껍기 때문에 단락까지의 사이클 수가 약간 증가했지만, 단락을 회피할 수는 없었다. 비교예 7에서는 예비 프레스 공정을 수행하지 않아서, 계면 B가 거칠어질 뿐만 아니라, 각층의 상대 밀도도 작아졌다. 이 때문에 시험용 셀들이 제작 직후에 단락이 발생하였다.In Comparative Example 2, since the press pressure was low, the interface B became rough and the relative density of each layer decreased. For this reason, a short circuit occurred immediately after the test cells were fabricated. In Comparative Examples 3 and 4, the positive electrode active material layer press process was not performed, so the interface B became rough. For this reason, a short circuit occurred at an early stage during charging and discharging. In Comparative Example 4, the first intermediate laminate press process was not performed, so the relative density of the positive electrode active material layer was also reduced. In Comparative Example 5, the solid electrolyte layer alone was not pressed, so the relative density of the solid electrolyte layer was reduced. For this reason, a short circuit occurred immediately after the test cells were fabricated. In addition, the thickness of the solid electrolyte layer also increased. In Comparative Example 6, since the solid electrolyte layer was thicker than in Comparative Example 1, the number of cycles until short circuit increased slightly, but short circuit could not be avoided. In Comparative Example 7, the pre-pressing process was not performed, so not only the interface B became rough, but also the relative density of each layer was reduced. Because of this, a short circuit occurred immediately after the test cells were manufactured.

참조예 1은 비교예 1에서 고체 전해질층을 매우 두껍게 한 것이다. 고체 전해질층을 매우 두껍게 하는 것으로 단락을 억제할 수 있었지만, 에너지 밀도는 매우 작아졌다. 그래서, 실용적이지 않다. 참고예 2는 비교예 1에서 음극 활물질을 흑연계로 한 것이다. 음극 활물질을 흑연계로 한 경우 본 실시형태가 주목하는 문제는 없지만 에너지 밀도가 작아진다. 참고예 3은, 비수전해질 이차전지이다. 실시예 1~7과 비교하면 실시예 1~7은 참고예 3과 비슷한 특성이 얻어진다. 그래서 실시예 1~7은 비수전해질 이차전지와 비슷한 전지의 특성을 고려하면서 전고체 이차 전지의 장점(예를 들면, 안전성이 더 높은 등)을 누릴 수 있다.In Reference Example 1, the solid electrolyte layer in Comparative Example 1 was made very thick. Short circuit could be suppressed by making the solid electrolyte layer very thick, but the energy density became very small. So, it's not practical. In Reference Example 2, the negative electrode active material in Comparative Example 1 was graphite-based. When the negative electrode active material is made of graphite, there is no problem that the present embodiment focuses on, but the energy density is reduced. Reference Example 3 is a non-aqueous electrolyte secondary battery. Compared with Examples 1 to 7, Examples 1 to 7 obtained characteristics similar to those of Reference Example 3. Therefore, Examples 1 to 7 can enjoy the advantages (eg, higher safety) of the all-solid-state secondary battery while considering the characteristics of the battery similar to that of the non-aqueous electrolyte secondary battery.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명했지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서 각종 변경예 또는 수정예로 상도 할 수 있는 것이 분명하므로 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited thereto. Since it is clear that a person with ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can consider various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims, these are naturally within the technical scope of the present invention. understood to belong to

1 전고체 이차 전지
10 양극
11 양극 집전체
12 양극활물질층
20 음극
21 음극 집전체
22 음극활물질층
30 고체 전해질층
1 All-solid-state secondary battery
10 anode
11 positive current collector
12 cathode active material layer
20 cathode
21 negative current collector
22 anode active material layer
30 solid electrolyte layer

Claims (31)

양극 활물질층을 포함하는 양극, 음극활물질층을 포함하는 음극, 및 상기 양극활물질층 및 상기 음극활물질층 사이에 개재된 고체 전해질을 포함하는 고체 전해질층을 포함하고,
상기 양극활물질층 및 상기 고체 전해질층의 계면에서의 산술 평균 조도(Ra)가 1.0 μm 이하이며, 상기 고체 전해질층 상대 밀도가 80% 이상이고, 상기 양극활물질층 및 상기 고체전해질층의 계면에서의 최대 높이 조도(Rz)가 4.5 μm 이하인 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
A positive electrode including a positive electrode active material layer, a negative electrode including a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer including a solid electrolyte interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer,
The arithmetic mean roughness (Ra) at the interface between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer is 1.0 μm or less, the relative density of the solid electrolyte layer is 80% or more, and the interface between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer is An all-solid-state secondary battery, characterized in that the maximum height roughness (Rz) is 4.5 μm or less.
제1항에 있어서,
상기 음극활물질층은 리튬을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
The all-solid-state secondary battery, characterized in that the negative electrode active material layer contains lithium.
제1항에 있어서,
상기 음극활물질층은 카본을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
The negative electrode active material layer is an all-solid-state secondary battery, characterized in that it contains carbon.
제3항에 있어서,
상기 카본은 케첸 블랙, 카본 블랙, 흑연, 카본 나노튜브, 카본 파이버, 메조기공 카본(mesoporous carbon), 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbeads; MCMB), 오일 노 블랙(oil furnace black), 엑스트라-전도성 블랙(extra-conductive black), 아세틸렌 블랙, 램프 블랙(lamp black), 난흑연화 탄소(non-graphitizing carbon), 흑연화 탄소(graphitizing carbon), 균열된 탄소(cracked carbon), 코크스(coke), 유리질 카본(glassy carbon), 또는 활성 탄소(activated carbon)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 3,
The carbon is ketjen black, carbon black, graphite, carbon nanotube, carbon fiber, mesoporous carbon, mesocarbon microbeads (MCMB), oil furnace black, extra-conductive black (extra-conductive black), acetylene black, lamp black, non-graphitizing carbon, graphitizing carbon, cracked carbon, coke, glassy An all-solid-state secondary battery comprising glassy carbon or activated carbon.
제1항에 있어서,
상기 양극활물질층의 상대 밀도가 60% 이상인 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
All-solid-state secondary battery, characterized in that the relative density of the positive electrode active material layer is 60% or more.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 양극활물질층은 양극활물질 및 고체전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
The cathode active material layer is an all-solid-state secondary battery, characterized in that it comprises a cathode active material and a solid electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 양극활물질층은 층상 암염형 구조를 갖는 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
The cathode active material layer is an all-solid-state secondary battery, characterized in that it comprises a lithium transition metal oxide having a layered halite-type structure.
제1항에 있어서,
상기 양극활물질층은 LiNixCoyAlzO2, LiNix'Coy'Mnz'O2, 또는 이들의 조합으로 표시되는 화합물을 포함하고,
0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 및 x + y + z = 1, 및 0 < x' < 1, 0 < y' < 1, 0 < z' < 1, 및 x' + y' + z' = 1를 만족하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
The cathode active material layer includes a compound represented by LiNi x Co y Al z O 2 , LiNi x' Co y' Mn z' O 2 , or a combination thereof;
0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < z < 1, and x + y + z = 1, and 0 <x'< 1, 0 <y'< 1, 0 <z'< 1, and An all-solid-state secondary battery, characterized in that it satisfies x' + y' + z' = 1.
제1항에 있어서,
상기 양극활물질층은 LiNixCoyAlzO2, LiNix'Coy'Mnz'O2 , 또는 이들의 조합으로 표시되는 화합물을 포함하고,
0.7 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 및 x + y + z = 1, 및 0.7 < x' < 1, 0 < y' < 1, 0 < z' < 1, 및 x' + y' + z' = 1를 만족하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
The cathode active material layer includes a compound represented by LiNi x Co y Al z O 2 , LiNi x' Co y' Mn z' O 2 , or a combination thereof;
0.7 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < z < 1, and x + y + z = 1, and 0.7 <x'< 1, 0 <y'< 1, 0 <z'< 1, and An all-solid-state secondary battery, characterized in that it satisfies x' + y' + z' = 1.
제1항에 있어서,
상기 양극활물질층은 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
The positive electrode active material layer is an all-solid-state secondary battery, characterized in that it further comprises a binder.
제11항에 있어서,
상기 바인더는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머, 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 11,
The binder is a vinylidene fluoride/hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene, a styrene butadiene rubber-based polymer, or a combination thereof. All-solid-state secondary battery comprising a.
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질층의 두께가 100 μm 이하인 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
All-solid-state secondary battery, characterized in that the thickness of the solid electrolyte layer is 100 μm or less.
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질층은 Li7-aPS6-aXa (X는 F, Cl, Br, I, 또는 이의 조합, 0≤a<2), aLi2S-(1-a)P2S5 (0<a<1), aLi2S-bP2S5-cLiX (X는 F, Cl, Br, I, 또는 이들의 조합이고, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), aLi2S-bP2S5-cLi2O (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), aLi2S-bP2S5-cLi2O-dLiI (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<d<1 및 a+b+c+d=1), aLi2S-(1-a)SiS2 (0<a<1), aLi2S-bSiS2-cLiI (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), aLi2S-bSiS2-cLiBr (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), aLi2S-bSiS2-cLiCl (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), aLi2S-bSiS2-cB2S3-dLiI (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<d<1 및 a+b+c+d=1), aLi2S-bSiS2-cP2S5-dLiI (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<d<1 및 a+b+c+d=1), aLi2S-(1-a)B2S3 (0<a<1), aLi2S-bP2S5-cZmSn (m 및 n는 서로 독립적으로 1 내지 10의 양의 정수이고, Z는 Ge, Zn, 또는 Ga이고, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), aLi2S-(1-a)GeS2 (0<a<1), aLi2S-bSiS2-cLi3PO4 (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1), 또는 aLi2S-bSiS2-cLiPMOq (p 및 q는 서로 독립적으로 1 내지 10의 양의 정수이고, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 및 a+b+c=1이고, M은 P, Si, Ge, B, Al, Ga 또는 In)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
The solid electrolyte layer is Li 7-a PS 6-a X a (X is F, Cl, Br, I, or a combination thereof, 0≤a<2), aLi 2 S-(1-a)P 2 S 5 (0<a<1), aLi 2 S-bP 2 S 5 -cLiX (X is F, Cl, Br, I, or a combination thereof, 0<a<1, 0<b<1, 0<c <1, and a+b+c=1), aLi 2 S-bP 2 S 5 -cLi 2 O (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, and a+b+c = 1), aLi 2 S-bP 2 S 5 -cLi 2 O-dLiI (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<d<1 and a+b+c+d = 1), aLi 2 S-(1-a)SiS 2 (0<a<1), aLi2 S -bSiS 2 -cLiI (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, and a+b+c=1), aLi 2 S-bSiS 2 -cLiBr (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, and a+b+c=1), aLi 2 S- bSiS 2 -cLiCl (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, and a+b+c=1), aLi 2 S-bSiS 2 -cB 2 S 3 -dLiI (0<a <1, 0<b<1, 0<c<1, 0<d<1 and a+b+c+d=1), aLi 2 S-bSiS 2 -cP 2 S 5 -dLiI (0<a< 1, 0<b<1, 0<c<1, 0<d<1 and a+b+c+d=1), aLi 2 S-(1-a)B 2 S 3 (0<a<1 ), aLi 2 S-bP 2 S 5 -cZ m S n (m and n are independently positive integers from 1 to 10, Z is Ge, Zn, or Ga, and 0<a<1, 0<b<1,0<c<1, and a+b+c=1), aLi 2 S-(1-a)GeS 2 (0<a<1), aLi 2 S-bSiS 2 -cLi 3 PO 4 (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, and a+b+c=1), or aLi 2 S-bSiS 2 -cLi P MO q (p and q are independently 1 to 10, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, and a+b+c=1, M is P, Si, Ge, B, Al, Ga or An all-solid-state secondary battery comprising In).
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질층은 황(S), 인(P) 및 리튬(Li)을 포함하는 고체 전해질 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
The solid electrolyte layer is an all-solid-state secondary battery, characterized in that it comprises a solid electrolyte material containing sulfur (S), phosphorus (P) and lithium (Li).
제1항에 있어서,
상기 전고체 이차전지는 양극 집전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
The all-solid secondary battery further comprises a positive electrode current collector.
제1항에 있어서,
상기 전고체 이차전지의 50 사이클 후의 용량 유지율이 75%를 초과하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
The all-solid-state secondary battery, characterized in that the capacity retention rate after 50 cycles of the all-solid-state secondary battery exceeds 75%.
제1항에 있어서,
상기 전고체 이차전지는 폐쇄 회로 전압이 2.4V를 초과하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 1,
The all-solid-state secondary battery is an all-solid-state secondary battery, characterized in that the closed circuit voltage exceeds 2.4V.

양극활물질층을 포함하는 양극;
음극집전체, 상기 음극집전체 상에 음극활물질층, 상기 음극집전체 및 상기 음극활물질층 사이에 도금층을 포함하는 음극으로, 상기 음극활물질층이 카본을 포함하고, 상기 도금층이 리튬을 포함하는 음극; 및
상기 양극활물질층 및 상기 음극활물질층 사이에 고체전해질층;
을 포함하고,
상기 양극활물질층 및 상기 고체 전해질층의 계면에서의 산술 평균 조도(Ra)가 1.0 μm 이하이며, 상기 고체 전해질층 상대 밀도가 80% 이상인 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.

A positive electrode including a positive electrode active material layer;
A negative electrode including a negative electrode current collector, a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector, and a plating layer between the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer, wherein the negative electrode active material layer contains carbon and the plating layer contains lithium. ; and
a solid electrolyte layer between the positive active material layer and the negative active material layer;
including,
An all-solid-state secondary battery, characterized in that the arithmetic mean roughness (Ra) at the interface between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer is 1.0 μm or less, and the relative density of the solid electrolyte layer is 80% or more.
제19항에 있어서,
상기 카본은 비정질인 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 19,
The all-solid secondary battery, characterized in that the carbon is amorphous.
제19항에 있어서,
상기 도금층은 리튬으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 19,
The plating layer is an all-solid-state secondary battery, characterized in that consisting of lithium.
제19항에 있어서,
상기 고체전해질층은 황화물 고체 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지.
According to claim 19,
The solid electrolyte layer is an all-solid-state secondary battery, characterized in that it comprises a sulfide solid electrolyte.
제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 전고체 이차전지를 제조 하는 방법으로서, 상기 방법은:
양극활물질층을 제공하는 단계,
음극활물질층을 제공하는 단계,
황화물계 고체 전해질을 포함하는 고체 전해질층을 제공하는 단계,
상기 양극활물질층과 상기 고체 전해질층을 예비 프레스 하는 단계, 및
상기 예비 프레스된 양극활물질층, 상기 예비 프레스된 고체전해질층, 및 상기 음극활물질층을 포함하는 전극 적층체를 프레스하여 전고체 이차전지를 제조하는 단계를 포함하고
상기 양극활물질층 및 상기 고체전해질을 예비 프레스하는 단계는
상기 프레스된 양극활물질층을 고체 전해질층 상에 적층하기 전에, 상기 양극활물질층을 프레스하여 프레스된 양극활물질층을 제공하는 단계; 및
상기 프레스된 고체 전해질층을 상기 음극활물질층에 적층하기 전에, 상기 고체 전해질층을 프레스 하여 프레스된 고체전해질층을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지의 제조 방법.
A method of manufacturing the all-solid-state secondary battery according to any one of claims 1 to 5 and 7 to 18, the method comprising:
providing a cathode active material layer;
providing an anode active material layer;
Providing a solid electrolyte layer comprising a sulfide-based solid electrolyte;
Pre-pressing the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer, and
Preparing an all-solid-state secondary battery by pressing an electrode laminate including the pre-pressed cathode active material layer, the pre-pressed solid electrolyte layer, and the anode active material layer;
The step of pre-pressing the positive electrode active material layer and the solid electrolyte
Prior to laminating the pressed cathode active material layer on the solid electrolyte layer, pressing the cathode active material layer to provide a pressed cathode active material layer; and
The manufacturing method of an all-solid-state secondary battery comprising the step of providing a pressed solid electrolyte layer by pressing the solid electrolyte layer before laminating the pressed solid electrolyte layer on the negative electrode active material layer.
제23항에 있어서,
상기 양극활물질층을 프레스하는 단계는, 상기 양극활물질층을 양극집전체와 함께 프레스 하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지의 제조 방법.
According to claim 23,
In the step of pressing the positive electrode active material layer, the method of manufacturing an all-solid-state secondary battery, characterized in that the positive electrode active material layer is pressed together with the positive electrode current collector.
제23항에 있어서,
상기 고체 전해질층을 프레스하는 단계는,
상기 프레스된 양극 활물질층을 적층하기 전에, 상기 고체 전해질층을 단독으로 프레스하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지의 제조 방법.
According to claim 23,
Pressing the solid electrolyte layer,
The method of manufacturing an all-solid-state secondary battery comprising the step of pressing the solid electrolyte layer alone before laminating the pressed cathode active material layer.
제25항에 있어서,
상기 고체 전해질층을 프레스하는 단계는,
상기 고체 전해질층을 단독으로 프레스하는 단계, 및
상기 프레스된 상기 고체 전해질층 및 상기 프레스된 양극활물질층을 포함하는 제1 중간 적층체를 프레스 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지의 제조 방법.
According to claim 25,
Pressing the solid electrolyte layer,
Pressing the solid electrolyte layer alone, and
The method of manufacturing an all-solid-state secondary battery comprising the step of pressing the first intermediate laminate comprising the pressed solid electrolyte layer and the pressed positive electrode active material layer.
제23항에 있어서,
상기 고체 전해질층을 프레스하는 단계는,
상기 프레스된 고체 전해질층 및 상기 프레스된 양극활물질층을 포함하는 제2 중간 적층체를 프레스하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 전고체 이차전지의 제조 방법.
According to claim 23,
Pressing the solid electrolyte layer,
The method of manufacturing an all-solid-state secondary battery comprising the step of pressing the second intermediate laminate comprising the pressed solid electrolyte layer and the pressed positive electrode active material layer.
제23항에 있어서,
상기 음극활물질층은 음극집전체 상에 위치하고,
상기 전고체 이차전지를 충전하여 상기 음극활물질층 및 상기 음극집전체 사이에 도금층을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지의 제조 방법.
According to claim 23,
The negative electrode active material layer is located on the negative electrode current collector,
The method of manufacturing an all-solid-state secondary battery, characterized in that it further comprises the step of providing a plating layer between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector by charging the all-solid-state secondary battery.
제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 전고체 이차전지의 제조 방법으로서,
양극활물질층을 포함하는 양극을 제공하는 단계;
상기 양극 상에 고체전해질층을 배치하는 단계;
상기 고체전해질층 상에 음극을 배치하는 단계로, 상기 음극이 음극집전체 및 상기 음극집전체 상에 음극활물질층을 포함하고, 상기 음극활물질층이 카본을 포함하는, 단계; 및
상기 양극 및 상기 음극 사이에 전압을 제공하여 상기 음극활물질층 및 상기 음극집전체 사이에 도금층을 형성하여 상기 전고체 이차전지를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지의 제조 방법.
A method for manufacturing an all-solid-state secondary battery according to any one of claims 19 to 22,
providing a cathode comprising a cathode active material layer;
disposing a solid electrolyte layer on the anode;
disposing a negative electrode on the solid electrolyte layer, wherein the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer includes carbon; and
The method of manufacturing an all-solid-state secondary battery comprising the step of manufacturing the all-solid-state secondary battery by providing a voltage between the positive electrode and the negative electrode to form a plating layer between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector.
제29항에 있어서,
상기 카본은 비정질 카본인 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지의 제조 방법.
According to claim 29,
The method of manufacturing an all-solid-state secondary battery, characterized in that the carbon is amorphous carbon.
제29항에 있어서,
상기 도금층은 리튬으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전고체 이차전지의 제조방법.
According to claim 29,
The method of manufacturing an all-solid-state secondary battery, characterized in that the plating layer is composed of lithium.
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