KR102597452B1 - Lithium ion conductive halide-based solid electrolyte and method for synthesizing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 할로겐계 고체전해질 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 염화리튬(LiCl), 이염화철(FeCl2) 및 삼염화철(FeCl3)을 특정 몰비로 조합하여 사방정계 (orthorhombic) 결정구조를 갖는 할로겐계 고체전해질을 구현하여 이의 리튬이온 전도도를 크게 향상시킨 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a halogen-based solid electrolyte and a method for producing the same, and relates to a halogen having an orthorhombic crystal structure by combining lithium chloride (LiCl), iron dichloride (FeCl 2 ), and iron trichloride (FeCl 3 ) in a specific molar ratio. It is characterized by greatly improving its lithium ion conductivity by implementing a solid electrolyte.

Description

리튬 이온 전도성을 가진 할로겐계 고체전해질 및 이의 제조방법{LITHIUM ION CONDUCTIVE HALIDE-BASED SOLID ELECTROLYTE AND METHOD FOR SYNTHESIZING THE SAME}Halogen-based solid electrolyte with lithium ion conductivity and method for manufacturing the same {LITHIUM ION CONDUCTIVE HALIDE-BASED SOLID ELECTROLYTE AND METHOD FOR SYNTHESIZING THE SAME}

본 발명은 할로겐계 고체전해질 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 염화리튬(LiCl), 이염화철(FeCl2) 및 삼염화철(FeCl3)을 특정 몰비로 조합하여 사방정계 (orthorhombic) 결정구조를 갖는 할로겐계 고체전해질을 구현하여 이의 리튬이온 전도도를 크게 향상시킨 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a halogen-based solid electrolyte and a method for producing the same, and relates to a halogen having an orthorhombic crystal structure by combining lithium chloride (LiCl), iron dichloride (FeCl 2 ), and iron trichloride (FeCl 3 ) in a specific molar ratio. It is characterized by greatly improving its lithium ion conductivity by implementing a solid electrolyte.

전고체 전지 개발에 널리 쓰이는 황화물 기반의 고체전해질은 액체전해질과 동등한 리튬이온 전도도로 인해 각광을 받고 있다. 그러나 황화물계 고체전해질은 전기화학적 안정성이 매우 낮아 전극과의 부반응으로 인해 셀 열화의 원인이 된다. 또한, 황화물계 고체전해질은 그 조성적 특징으로 인해 대기 열화, 낮은 공정성 등의 문제가 있어 양산을 위해서는 추가적인 연구가 필요한 실정이다.Sulfide-based solid electrolytes, which are widely used in the development of all-solid-state batteries, are attracting attention due to their lithium ion conductivity equivalent to that of liquid electrolytes. However, sulfide-based solid electrolytes have very low electrochemical stability, causing cell deterioration due to side reactions with electrodes. In addition, sulfide-based solid electrolytes have problems such as atmospheric deterioration and low processability due to their compositional characteristics, so additional research is needed for mass production.

반면에 할로겐계 고체전해질은 상대적으로 전기화학적 안정성이 우수하여 전극 소재와의 반응성이 낮다. 또한, 가역적인 수분 용해성이 우수해 습식 합성 등 용액 기반의 합성이 가능하여 대량 생산에 적합하다. 이에 현재 할로겐계 고체전해질을 이용한 전고체 전지를 개발하고자 하는 시도가 많이 이루어지고 있다.On the other hand, halogen-based solid electrolytes have relatively excellent electrochemical stability and have low reactivity with electrode materials. In addition, it has excellent reversible water solubility, making solution-based synthesis such as wet synthesis possible, making it suitable for mass production. Accordingly, many attempts are currently being made to develop all-solid-state batteries using halogen-based solid electrolytes.

현재, 할로겐 원소를 기반으로 한 결정질계 고체전해질에서 기계적 물성, 리튬이온 전도성 및 높은 생산성을 갖는 소재를 개발 중에 있다.Currently, materials with mechanical properties, lithium ion conductivity, and high productivity are being developed in crystalline solid electrolytes based on halogen elements.

본 발명은 리튬이온 전도성 및 전기화학적 안정성이 우수한 할로겐계 고체전해질을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a halogen-based solid electrolyte with excellent lithium ion conductivity and electrochemical stability.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 더욱 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the objects mentioned above. The object of the present invention will become clearer from the following description and may be realized by means and combinations thereof as set forth in the claims.

본 발명의 일 실시예에 따른 할로겐계 고체전해질은 하기 화학식1로 표시되는 것일 수 있다.The halogen-based solid electrolyte according to an embodiment of the present invention may be represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식1][Formula 1]

(LiCl)x(FeCl2)y(FeCl3)z (LiCl) x (FeCl 2 ) y (FeCl 3 ) z

여기서, 0.35≤x≤0.85, 0.00<y≤0.60, 및 0.00<z≤0.40를 만족한다.Here, 0.35≤x≤0.85, 0.00<y≤0.60, and 0.00<z≤0.40 are satisfied.

상기 할로겐계 고체전해질은 상기 화학식1에서 0.50≤x≤0.75 및 0.25≤2y+3z≤0.50를 만족하는 것일 수 있다.The halogen-based solid electrolyte may satisfy 0.50≤x≤0.75 and 0.25≤2y+3z≤0.50 in Chemical Formula 1.

상기 할로겐계 고체전해질은 사방정계(Orthorhombic) 결정구조를 갖는 것일 수 있다.The halogen-based solid electrolyte may have an orthorhombic crystal structure.

상기 할로겐계 고체전해질은 CuKα선을 사용한 X선 회절 패턴 측정시 2θ=17.25˚±0.50˚에서 피크를 보이는 것일 수 있다.The halogen-based solid electrolyte may show a peak at 2θ=17.25°±0.50° when measuring an X-ray diffraction pattern using CuKα rays.

상기 할로겐계 고체전해질은 CuKα선을 사용한 X선 회절 패턴 측정시 2θ=14.8˚±0.5˚, 2θ=17.25˚±0.50˚, 2θ=27.0˚±0.50˚, 2θ=30.0˚±0.50˚, 2θ=34.5˚±0.50˚, 2θ=45.6˚±0.50˚, 및 2θ=50.0˚±1.00˚에서 피크를 보이는 것일 수 있다.When measuring an It may show peaks at 34.5˚±0.50˚, 2θ=45.6˚±0.50˚, and 2θ=50.0˚±1.00˚.

상기 할로겐계 고체전해질은 이하의 수학식1을 만족하는 것일 수 있다.The halogen-based solid electrolyte may satisfy Equation 1 below.

[수학식1][Equation 1]

7.50 < I(002) / (I(011) + I(002)) × 100 < 20.507.50 < I (002) / (I (011) + I (002) ) × 100 < 20.50

여기서, I(011)는 2θ=14.86˚±0.50˚의 XRD 피크의 회절 강도이고, I(002)은 2θ=17.50˚±0.50˚에서 XRD 피크의 회절 강도이다.Here, I (011) is the diffraction intensity of the XRD peak at 2θ=14.86°±0.50°, and I (002) is the diffraction intensity of the

상기 할로겐계 고체전해질은 X선 광전자 분광 분석(XPS)에 의해 얻어지는 Fe-XPS 스펙트럼에서 708eV 내지 713eV의 결합 에너지(Binding energy)에서 제1 피크(Peak-1), 713.53±0.55 eV의 결합 에너지에서 제2 피크(Peak-2), 715.41±0.22 eV의 결합 에너지에서 제3 피크(Peak-3) 및 718.24± 0.44eV의 결합 에너지에서 제4 피크(Peak-4)가 검출되는 것일 수 있다.The halogen-based solid electrolyte has a first peak (Peak-1) at a binding energy of 708 eV to 713 eV in the Fe-XPS spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and a binding energy of 713.53 ± 0.55 eV. The second peak (Peak-2) may be detected at a binding energy of 715.41 ± 0.22 eV, the third peak (Peak-3), and the fourth peak (Peak-4) may be detected at a binding energy of 718.24 ± 0.44 eV.

상기 할로겐계 고체전해질은 이하의 수학식2를 만족하는 것일 수 있다.The halogen-based solid electrolyte may satisfy Equation 2 below.

[수학식2] [Equation 2]

0 ≤ APeak -4 / (APeak -3 + APeak -4) × 100 ≤ 850 ≤ A Peak -4 / (A Peak -3 + A Peak -4 ) × 100 ≤ 85

APeak - 3는 X선 광전자 분광 분석(XPS)에 의해 얻어지는 Fe-XPS 스펙트럼 중 715.41±0.22 eV의 결합 에너지에서 검출되는 피크의 면적이고, APeak -4는 X선 광전자 분광 분석(XPS)에 의해 얻어지는 Fe-XPS 스펙트럼 중 718.24± 0.44eV의 결합 에너지에서 검출되는 피크의 면적이다.A Peak - 3 is the area of the peak detected at a binding energy of 715.41 ± 0.22 eV in the Fe-XPS spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and A Peak -4 is the area of the peak detected by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). This is the area of the peak detected at a binding energy of 718.24 ± 0.44 eV in the Fe-XPS spectrum obtained by .

본 발명의 일 실시예에 따른 할로겐계 고체전해질의 제조방법은 염화리튬 (LiCl), 이염화철 (FeCl2) 및 삼염화철(FeCl3)을 포함하는 출발물질을 화학식1에 따른 조성에 맞게 칭량하여 준비하는 단계; 및 상기 출발물질을 분쇄하는 단계;를 포함할 수 있다.The method for producing a halogen-based solid electrolyte according to an embodiment of the present invention involves weighing starting materials containing lithium chloride (LiCl), iron dichloride (FeCl 2 ), and iron trichloride (FeCl 3 ) according to the composition according to Chemical Formula 1. Preparing steps; and grinding the starting material.

상기 제조방법은 분쇄물을 30℃ 내지 1,000℃의 온도로 10초 내지 1000시간 동안 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method may further include heat treating the pulverized material at a temperature of 30°C to 1,000°C for 10 seconds to 1,000 hours.

본 발명에 따르면 리튬이온 전도성 및 전기화학적 안정성이 우수한 할로겐계 고체전해질을 얻을 수 있다.According to the present invention, a halogen-based solid electrolyte with excellent lithium ion conductivity and electrochemical stability can be obtained.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above. The effects of the present invention should be understood to include all effects that can be inferred from the following description.

도 1은 실시예 및 비교예들을 토대로 3가지 원료 물질들(LiCl, FeCl2, FeCl3)의 몰 비율에 따른 리튬이온 전도도 결과를 컨투어 맵(contour map)으로 도시한 것이다.
도 2는 실시예1 내지 실시예5 및 비교예5에 따른 할로겐계 고체전해질에 대한 X-선 회절(XRD) 분석을 수행한 결과이다.
도 3은 실시예1 내지 실시예5 및 비교예5의 XRD 결과에서 관찰한 (002) 피크 및 (011) 피크 간의 강도 비율을 도시한 것이다.
도 4는 실시예1 내지 실시예5 및 비교예5에 따른 할로겐계 고체전해질에 대한 Fe-XPS 분석을 수행한 결과이다.
도 5는 실시예1 내지 실시예5 및 비교예5에 따른 할로겐계 고체전해질의 Fe-XPS 결과를 수학식2의 수식에 대입한 결과를 도시한 것이다.
Figure 1 shows lithium ion conductivity results according to the molar ratio of three raw materials (LiCl, FeCl 2 , FeCl 3 ) based on examples and comparative examples as a contour map.
Figure 2 shows the results of X-ray diffraction (XRD) analysis of the halogen-based solid electrolyte according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 5.
Figure 3 shows the intensity ratio between the (002) peak and the (011) peak observed in the XRD results of Examples 1 to 5 and Comparative Example 5.
Figure 4 shows the results of Fe-XPS analysis of the halogen-based solid electrolytes according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 5.
Figure 5 shows the results of substituting the Fe-XPS results of the halogen-based solid electrolytes according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 5 into Equation 2.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.While describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the attached drawings, the dimensions of the structures are enlarged from the actual size for clarity of the present invention. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Additionally, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this includes not only being “directly above” the other part, but also cases where there is another part in between. Conversely, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be "underneath" another part, this includes not only being "immediately below" the other part, but also cases where there is another part in between.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values, and/or expressions used herein expressing quantities of components, reaction conditions, polymer compositions, and formulations are intended to represent, among other things, how such numbers inherently occur in obtaining such values. Since they are approximations reflecting the various uncertainties of measurement, they should be understood in all cases as being qualified by the term "approximately". Additionally, where a numerical range is disclosed herein, such range is continuous and, unless otherwise indicated, includes all values from the minimum to the maximum of such range inclusively. Furthermore, when such range refers to an integer, all integers from the minimum value up to and including the maximum value are included, unless otherwise indicated.

본 발명에 따른 할로겐계 고체전해질은 하기 화학식1로 표현되는 것일 수 있다.The halogen-based solid electrolyte according to the present invention may be represented by the following formula (1).

[화학식1][Formula 1]

(LiCl)x(FeCl2)y(FeCl3)z (LiCl) x (FeCl 2 ) y (FeCl 3 ) z

여기서, 0.35≤x≤0.85, 0.00<y≤0.60, 및 0.00<z≤0.40를 만족할 수 있다. 바람직하게는 0.50≤x≤0.75 및 0.25 ≤ 2y+3z ≤0.50를 만족할 수 있다.Here, 0.35≤x≤0.85, 0.00<y≤0.60, and 0.00<z≤0.40 may be satisfied. Preferably, 0.50≤x≤0.75 and 0.25≤2y+3z≤0.50 may be satisfied.

상기 할로겐계 고체전해질이 위 조성을 만족할 때, 높은 리튬이온 전도도를 보일 수 있다.When the halogen-based solid electrolyte satisfies the above composition, it can exhibit high lithium ion conductivity.

상기 할로겐계 고체전해질은 사방정계(Orthorhombic) 결정구조를 갖는 것일 수 있다. 이에 본 발명에 따른 할로겐계 고체전해질은 입방정계(Cubic) 결정구조를 갖는 종래의 것과 비교해 향상된 리튬이온 전도도를 보인다.The halogen-based solid electrolyte may have an orthorhombic crystal structure. Accordingly, the halogen-based solid electrolyte according to the present invention shows improved lithium ion conductivity compared to the conventional one having a cubic crystal structure.

본 발명에 따른 할로겐계 고체전해질의 제조방법은 염화리튬 (LiCl), 이염화철 (FeCl2) 및 삼염화철(FeCl3)을 포함하는 출발물질을 화학식1에 따른 조성에 맞게 칭량하여 준비하는 단계, 상기 출발물질을 분쇄하는 단계 및 분쇄물을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.The method for producing a halogen-based solid electrolyte according to the present invention includes preparing starting materials including lithium chloride (LiCl), iron dichloride (FeCl 2 ), and iron trichloride (FeCl 3 ) by weighing them according to the composition according to Chemical Formula 1, It may include the step of pulverizing the starting material and heat treating the pulverized product.

본 발명은 사방정계 결정구조를 갖고, 상기 화학식1의 조성을 갖는 할로겐계 고체전해질을 얻기 위해 출발물질로 삼염화철을 특정 비율로 사용한 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized by using iron trichloride in a specific ratio as a starting material to obtain a halogen-based solid electrolyte having an orthorhombic crystal structure and the composition of Chemical Formula 1.

먼저, 상기 출발물질을 분쇄하여 비정질화함으로써, 유리질의 분쇄물을 얻을 수 있다. 출발물질을 분쇄하는 방법으로는 메커니컬 밀링, 용융 급랭법 등을 들 수 있고, 그 중에서도 메커니컬 밀링이 바람직하다. 상온에서의 처리가 가능하고, 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있기 때문이다. First, the starting material is pulverized and amorphized to obtain a glassy pulverized product. Methods for pulverizing the starting material include mechanical milling and melt quenching, and among them, mechanical milling is preferable. This is because processing at room temperature is possible and the manufacturing process can be simplified.

메커니컬 밀링은 상기 출발물질에 기계적 에너지를 부여하면서 분쇄 및 혼합할 수 있다면 어떠한 방법, 장치로도 수행할 수 있다. 예를 들어, 전동 볼밀, 진동 볼밀, 유성 볼밀 등의 볼밀(Ball Mill); 진동밀(Vibration Mixer Mill) 또는 SPEX밀; 등의 방법으로 수행할 수 있다. 바람직하게는 유성 볼밀을 사용할 수 있다. 구체적으로 용기에 출발물질 및 비드(Bead)를 넣고 유성 볼밀 장치를 작동하면 용기 속의 비드가 용기 내부의 벽을 따라 회전하며 마찰력으로 원료물질을 분쇄한다. 이때, 회전의 속도를 다양하게 바꾸고, 회전 속도에 따른 공정 시간을 다양하게 제어하여 차별화된 분쇄 조건이 가해지도록 할 수 있다. 또한, 분쇄 시에 외부에서 냉각 혹은 가열을 하는 장치를 추가하여 분쇄 시 가해지는 평형 온도를 제어할 수도 있다.Mechanical milling can be performed using any method or device as long as it can grind and mix the starting material while applying mechanical energy to it. For example, ball mills such as electric ball mills, vibrating ball mills, and planetary ball mills; Vibration Mixer Mill or SPEX Mill; It can be performed in such a way. Preferably, a planetary ball mill can be used. Specifically, when starting materials and beads are placed in a container and the planetary ball mill device is operated, the beads in the container rotate along the inner wall of the container and crush the raw materials through friction. At this time, the rotation speed can be varied and the process time according to the rotation speed can be controlled in various ways to apply differentiated grinding conditions. Additionally, the equilibrium temperature applied during grinding can be controlled by adding an external cooling or heating device during grinding.

이후, 비정질화된 분쇄물을 열처리하여 결정화된 할로겐계 고체전해질을 얻을 수 있다. 열처리의 조건은 특별히 한정되지 않지만 분쇄물의 결정화 온도보다 높은 온도로 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리하는 단계는 분쇄물을 30℃ 내지 1,000℃의 온도로 10초 내지 1000시간 동안 열처리하는 것일 수 있다. Thereafter, the amorphized pulverized product can be heat treated to obtain a crystallized halogen-based solid electrolyte. The conditions of heat treatment are not particularly limited, but may be performed at a temperature higher than the crystallization temperature of the ground product. For example, the heat treatment step may involve heat treating the pulverized material at a temperature of 30°C to 1,000°C for 10 seconds to 1,000 hours.

위의 방법으로 제조한 결정질의 할로겐계 고체전해질은 종래의 소재와 전혀 다른 성질을 보인다. 이를 아래와 같은 실시예 및 실험예를 통해 분석하였다.The crystalline halogen-based solid electrolyte prepared by the above method shows completely different properties from conventional materials. This was analyzed through the examples and experimental examples below.

실시예1Example 1 - ( - ( LiClLiCl )) 0.5820.582 (( FeClFeCl 22 )) 0.3820.382 (( FeClFeCl 33 )) 0.036 0.036 합성(x=0.582; y=0.382; z=0.036)Composite (x=0.582; y=0.382; z=0.036)

염화리튬(LiCl), 이염화철(FeCl2) 및 삼염화철(FeCl3)을 각각 0.582 : 0.382 : 0.036의 몰비로 포함하는 출발물질을 준비하였다.Starting materials containing lithium chloride (LiCl), iron dichloride (FeCl 2 ), and iron trichloride (FeCl 3 ) at a molar ratio of 0.582:0.382:0.036, respectively, were prepared.

상기 출발물질을 가스 밀폐형 밀링 용기에 장입하고, 산화 지르코늄 재질의 직경이 3mm인 비드(Bead)를 함께 넣었다. 이때, 비드의 투입량은 원료물질 중량의 약 27.5배였다. 전술한 바와 같이 높은 관성력을 발생시키는 유성 볼밀 방법으로 상기 출발물질을 분쇄하였다. 구체적으로 상기 혼합물에 약 30G의 힘이 가해지도록 용기를 회전시켰고, 30분의 분쇄 및 10분의 정지를 1사이클로 하여 18사이클을 연속 수행하였다. 분쇄를 마친 뒤, 적절한 체가름과 유발 그라인딩을 통해 분말 상태의 분쇄물을 회수하였다.The starting material was charged into a gas-tight milling container, and a bead with a diameter of 3 mm made of zirconium oxide was added thereto. At this time, the amount of beads input was about 27.5 times the weight of the raw material. As described above, the starting material was pulverized using a planetary ball mill method that generates high inertial force. Specifically, the container was rotated so that a force of about 30G was applied to the mixture, and 18 cycles were continuously performed, with 30 minutes of grinding and 10 minutes of stopping as one cycle. After grinding, the powdered product was recovered through appropriate sieving and mortar grinding.

이후, 상기 분쇄물을 열처리하여 결정질의 할로겐계 고체전해질을 제조하였다.Thereafter, the pulverized material was heat treated to prepare a crystalline halogen-based solid electrolyte.

실시예2Example 2 내지 inside 실시예12Example 12

출발물질로 염화리튬(LiCl), 이염화철(FeCl2) 및 삼염화철(FeCl3)을 하기 표1에 기재된 몰비로 준비한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 할로겐계 고체전해질을 제조하였다.A halogen-based solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that lithium chloride (LiCl), iron dichloride (FeCl 2 ), and iron trichloride (FeCl 3 ) were prepared as starting materials in the molar ratios shown in Table 1 below.

비교예1Comparative Example 1 - ( - ( LiClLiCl )) 0.5710.571 (( FeClFeCl 22 )) 0.4290.429 합성 (x=0.571; y=0.429; z=0.00) Composite (x=0.571; y=0.429; z=0.00)

출발물질로 삼염화철(FeCl3)을 사용하지 않고, 염화리튬(LiCl) 및 이염화철(FeCl2)을 0.571 : 0.429의 몰비로 준비한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 할로겐계 고체전해질을 제조하였다.A halogen-based solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that iron trichloride (FeCl 3 ) was not used as a starting material, and lithium chloride (LiCl) and iron dichloride (FeCl 2 ) were prepared at a molar ratio of 0.571:0.429. Manufactured.

비교예2Comparative example 2 - ( - ( LiClLiCl )) 0.8330.833 (( FeClFeCl 22 )) 0.1670.167 합성(x=0.833; y=0.167; z=0.00) Composite (x=0.833; y=0.167; z=0.00)

출발물질로 삼염화철(FeCl3)을 사용하지 않고, 염화리튬(LiCl) 및 이염화철(FeCl2)을 0.833 : 0.167의 몰비로 준비한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 할로겐계 고체전해질을 제조하였다.A halogen-based solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that iron trichloride (FeCl 3 ) was not used as a starting material, and lithium chloride (LiCl) and iron dichloride (FeCl 2 ) were prepared at a molar ratio of 0.833:0.167. Manufactured.

비교예3Comparative example 3 - ( - ( LiClLiCl )) 0.6430.643 (( FeClFeCl 22 )) 0.3570.357 합성 (x=0.643; y=0.357; z=0.00) Composite (x=0.643; y=0.357; z=0.00)

출발물질로 삼염화철(FeCl3)을 사용하지 않고, 염화리튬(LiCl) 및 이염화철(FeCl2)을 0.643 : 0.357의 몰비로 준비한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 할로겐계 고체전해질을 제조하였다.A halogen-based solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that iron trichloride (FeCl 3 ) was not used as a starting material, and lithium chloride (LiCl) and iron dichloride (FeCl 2 ) were prepared at a molar ratio of 0.643:0.357. Manufactured.

비교예4Comparative Example 4 - ( - ( LiClLiCl )) 0.7560.756 (( FeClFeCl 22 )) 0.2440.244 합성(x=0.756; y=0.244; z=0.00) Composite (x=0.756; y=0.244; z=0.00)

출발물질로 삼염화철(FeCl3)을 사용하지 않고, 염화리튬(LiCl) 및 이염화철(FeCl2)을 0.756 : 0.244의 몰비로 준비한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 할로겐계 고체전해질을 제조하였다.A halogen-based solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that iron trichloride (FeCl 3 ) was not used as a starting material, and lithium chloride (LiCl) and iron dichloride (FeCl 2 ) were prepared at a molar ratio of 0.756:0.244. Manufactured.

비교예5Comparative Example 5 - ( - ( LiClLiCl )) 0.6670.667 (( FeClFeCl 22 )) 0.3330.333 합성(x=0.667; y=0.333; z=0.00) Composite (x=0.667; y=0.333; z=0.00)

2020년에 Adv. Energy Sustainability Res. Vol. 1, Page.에 기재된 방법으로 입방구조를 갖고 Li2FeCl4로 표현되는 고체전해질을 제조하였다.In 2020, Adv. Energy Sustainability Res. Vol. A solid electrolyte having a cubic structure and expressed as Li 2 FeCl 4 was prepared by the method described in 1, Page.

실험예1Experimental Example 1 - 교류 임피던스 측정을 통한 리튬이온 전도도 측정 - Measurement of lithium ion conductivity through AC impedance measurement

실시예1 내지 12 및 비교예1 내지 5에 따른 할로겐계 고체전해질의 리튬이온 전도도를 측정하기 위하여 상온에서 교류 임피던스 분석을 수행하였다. 각 분말을 전도도 측정 몰드에 장입하고 300Mpa의 일축 냉각 압축(Uniaxial Cold Press) 성형을 통해 직경 6mm, 두께 2.5mm의 시료를 제작하였다. 상기 시료에 100mV의 교류 전위를 주고, 1Hz에서 3MHz까지 주파수 스윕(Frequency Sweep)을 실시하여 상기 시료의 임피던스를 얻었다. 그 결과를 표 1에 표시하였다.AC impedance analysis was performed at room temperature to measure the lithium ion conductivity of the halogen-based solid electrolytes according to Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 5. Each powder was charged into a conductivity measurement mold, and a sample with a diameter of 6 mm and a thickness of 2.5 mm was produced through uniaxial cold pressing at 300 Mpa. An alternating potential of 100 mV was applied to the sample, and a frequency sweep was performed from 1 Hz to 3 MHz to obtain the impedance of the sample. The results are shown in Table 1.

구분division 화학식chemical formula 몰 비율molar ratio 이온 전도도
(mS/cm)
ionic conductivity
(mS/cm)
xx yy zz 실시예1Example 1 (LiCl)0.582(FeCl2)0.382(FeCl3)0.036 (LiCl) 0.582 (FeCl 2 ) 0.382 (FeCl 3 ) 0.036 0.5820.582 0.3820.382 0.0360.036 0.0670.067 실시예2Example 2 (LiCl)0.593(FeCl2)0.333(FeCl3)0.074 (LiCl) 0.593 (FeCl 2 ) 0.333 (FeCl 3 ) 0.074 0.5930.593 0.3330.333 0.0740.074 0.0700.070 실시예3Example 3 (LiCl)0.604(FeCl2)0.283(FeCl3)0.113 (LiCl) 0.604 (FeCl 2 ) 0.283 (FeCl 3 ) 0.113 0.6040.604 0.2830.283 0.1130.113 0.1200.120 실시예4Example 4 (LiCl)0.615(FeCl2)0.231(FeCl3)0.154 (LiCl) 0.615 (FeCl 2 ) 0.231 (FeCl 3 ) 0.154 0.6150.615 0.2310.231 0.1540.154 0.2000.200 실시예5Example 5 (LiCl)0.627(FeCl2)0.176(FeCl3)0.196 (LiCl) 0.627 (FeCl 2 ) 0.176 (FeCl 3 ) 0.196 0.6270.627 0.1760.176 0.1960.196 0.2300.230 실시예6Example 6 (LiCl)0.550(FeCl2)0.252(FeCl3)0.198 (LiCl) 0.550 (FeCl 2 ) 0.252 (FeCl 3 ) 0.198 0.5500.550 0.2520.252 0.1980.198 0.0280.028 실시예7Example 7 (LiCl)0.661(FeCl2)0.219(FeCl3)0.120 (LiCl) 0.661 (FeCl 2 ) 0.219 (FeCl 3 ) 0.120 0.6610.661 0.2190.219 0.1200.120 0.1840.184 실시예8Example 8 (LiCl)0.725(FeCl2)0.137(FeCl3)0.137 (LiCl) 0.725 (FeCl 2 ) 0.137 (FeCl 3 ) 0.137 0.7250.725 0.1370.137 0.1370.137 0.0810.081 실시예9Example 9 (LiCl)0.449(FeCl2)0.346(FeCl3)0.206 (LiCl) 0.449 (FeCl 2 ) 0.346 (FeCl 3 ) 0.206 0.4490.449 0.3460.346 0.2060.206 0.0670.067 실시예10Example 10 (LiCl)0.506(FeCl2)0.468(FeCl3)0.027 (LiCl) 0.506 (FeCl 2 ) 0.468 (FeCl 3 ) 0.027 0.5060.506 0.4680.468 0.0270.027 0.0340.034 실시예11Example 11 (LiCl)0.519(FeCl2)0.403(FeCl3)0.078 (LiCl) 0.519 (FeCl 2 ) 0.403 (FeCl 3 ) 0.078 0.5190.519 0.4030.403 0.0780.078 0.0800.080 실시예12Example 12 (LiCl)0.526(FeCl2)0.368(FeCl3)0.105 (LiCl) 0.526 (FeCl 2 ) 0.368 (FeCl 3 ) 0.105 0.5260.526 0.3680.368 0.1050.105 0.1300.130 비교예1Comparative Example 1 (LiCl)0.571(FeCl2)0.429 (LiCl) 0.571 (FeCl 2 ) 0.429 0.5710.571 0.4290.429 0.0000.000 0.0240.024 비교예2Comparative example 2 (LiCl)0.833(FeCl2)0.167 (LiCl) 0.833 (FeCl 2 ) 0.167 0.8330.833 0.1670.167 0.0000.000 0.0240.024 비교예3Comparative Example 3 (LiCl)0.764(FeCl2)0.236 (LiCl) 0.764 (FeCl 2 ) 0.236 0.7640.764 0.2360.236 0.0000.000 0.0220.022 비교예4Comparative Example 4 (LiCl)0.756(FeCl2)0.244 (LiCl) 0.756 (FeCl 2 ) 0.244 0.7560.756 0.2440.244 0.0000.000 0.0080.008 비교예5Comparative Example 5 (LiCl)0.667(FeCl2)0.333 (LiCl) 0.667 (FeCl 2 ) 0.333 0.6670.667 0.3330.333 0.0000.000 0.0210.021

비교예1 내지 비교예5에 따른 할로겐계 고체전해질은 약 0.02mS/cm 수준의 리튬이온 전도도를 보이는 반면에, 본 발명에 따른 할로겐계 고체전해질은 모두 이보다 높은 리튬이온 전도도를 보임을 알 수 있다.It can be seen that the halogen-based solid electrolytes according to Comparative Examples 1 to 5 showed lithium ion conductivity of about 0.02 mS/cm, while the halogen-based solid electrolytes according to the present invention all showed higher lithium ion conductivity. .

특히, 실시예5의 고체전해질은 약 0.23mS/cm의 리튬이온 전도도를 보여 종래의 할로겐계 고체전해질에 비해 10배 이상 향상된 리튬이온 전도도를 나타냈다.In particular, the solid electrolyte of Example 5 showed a lithium ion conductivity of about 0.23 mS/cm, which was more than 10 times more improved than the conventional halogen-based solid electrolyte.

도 1은 상기 실시예 및 비교예들을 토대로 3가지 원료 물질들(LiCl, FeCl2, FeCl3)의 몰 비율에 따른 리튬이온 전도도 결과를 컨투어 맵(contour map)으로 도시한 것이다. 도 1을 토대로 높은 이온전도도가 발현되는 LiCl과 FeCl2의 몰 비율을 확인하고, 그에 따르는 FeCl3의 비율을 도출할 수 있다.Figure 1 shows lithium ion conductivity results according to the molar ratio of three raw materials (LiCl, FeCl 2 , FeCl 3 ) based on the above examples and comparative examples as a contour map. Based on Figure 1, the molar ratio of LiCl and FeCl 2 that exhibit high ionic conductivity can be confirmed, and the corresponding ratio of FeCl 3 can be derived.

실험예2Experimental Example 2 - - XRDXRD 분석을 통한 through analysis 고체전해질의solid electrolyte 결정 구조 관찰 Crystal structure observation

실시예1 내지 실시예5 및 비교예5에 따른 할로겐계 고체전해질에 대한 X-선 회절(XRD) 분석을 수행하였다. 각 시료를 밀폐된 XRD 전용 홀더에 놓고 분당 3˚의 스캔 속도로 10˚ ≤ 2θ ≤ 60˚의 영역을 측정하였다. 그 결과를 도 2에 도시하였다.X-ray diffraction (XRD) analysis was performed on the halogen-based solid electrolytes according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 5. Each sample was placed in a sealed XRD-specific holder and the area of 10˚ ≤ 2θ ≤ 60˚ was measured at a scan speed of 3˚ per minute. The results are shown in Figure 2.

이를 참조하면, 실시예1 내지 실시예5에 따른 할로겐계 고체전해질은 CuKα선을 사용한 X선 회절 패턴 측정시 2θ=14.8˚±0.5˚, 2θ=17.25˚±0.50˚, 2θ=27.0˚±0.50˚, 2θ=30.0˚±0.50˚, 2θ=34.5˚±0.50˚, 2θ=45.6˚±0.50˚, 및 2θ=50.0˚±1.00˚에서 피크를 보인다. 이는 사방정계 (orthorhombic) 결정 구조(#04-010-0693)에서 나타나는 피크와 일치한다. 따라서 본 발명에 따른 고체전해질은 사방정계 결정 구조를 갖는다는 것을 확인할 수 있다. Referring to this, the halogen-based solid electrolytes according to Examples 1 to 5 had 2θ=14.8˚±0.5˚, 2θ=17.25˚±0.50˚, 2θ=27.0˚±0.50 when measuring the X-ray diffraction pattern using CuKα rays. Peaks appear at ˚, 2θ=30.0˚±0.50˚, 2θ=34.5˚±0.50˚, 2θ=45.6˚±0.50˚, and 2θ=50.0˚±1.00˚. This matches the peak appearing in the orthorhombic crystal structure (#04-010-0693). Therefore, it can be confirmed that the solid electrolyte according to the present invention has an orthorhombic crystal structure.

또한, 본 발명에 따른 할로겐계 고체전해질은 2θ=17.25˚±0.50˚에서 (002) 피크가 발견되는데, 이는 비교예5의 입방정계 결정구조를 갖는 할로겐계 고체전해질에서는 관찰되지 않는다. 이에 실시예1 내지 실시예5 및 비교예5의 결과에서 관찰한 (002) 피크 및 (011) 피크 간의 강도 비율을 하기 표 2 및 도 3에 나타냈다.In addition, in the halogen-based solid electrolyte according to the present invention, a (002) peak is found at 2θ = 17.25˚±0.50˚, which is not observed in the halogen-based solid electrolyte having a cubic crystal structure of Comparative Example 5. Accordingly, the intensity ratios between the (002) peak and the (011) peak observed in the results of Examples 1 to 5 and Comparative Example 5 are shown in Table 2 and Figure 3 below.

구분division I(002)/ I(011)+I(002) × 100 (%)I (002)/ I (011) +I (002) × 100 (%) 실시예1Example 1 8.768.76 실시예2Example 2 11.0011.00 실시예3Example 3 13.1913.19 실시예4Example 4 15.8315.83 실시예5Example 5 19.1319.13 비교예5Comparative Example 5 0.000.00

이를 통해 본 발명에 따른 할로겐계 고체전해질은 하기 수학식1을 만족함을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the halogen-based solid electrolyte according to the present invention satisfies Equation 1 below.

[수학식1] [Equation 1]

7.50 < I(002) / (I(011) + I(002)) × 100 < 20.507.50 < I (002) / (I (011) + I (002) ) × 100 < 20.50

여기서, I(011)는 2θ=14.86˚±0.50˚의 XRD 피크의 회절 강도이고, I(002)은 2θ=17.50˚±0.50˚에서 XRD 피크의 회절 강도이다.Here, I (011) is the diffraction intensity of the XRD peak at 2θ=14.86°±0.50°, and I (002) is the diffraction intensity of the

실험예3Experimental Example 3 - - XPSXPS 분석을 통한 through analysis 고체전해질의solid electrolyte 결정 특성 관찰 Observation of crystal properties

실시예1 내지 실시예5 및 비교예5에 따른 할로겐계 고체전해질에 대한 Fe-XPS 분석을 수행하였다. 각 시료를 밀폐된 이동형 진공 장비(vacuum transfer vessel)에 올려놓고, 1486.6 eV를 가지는 Monochromated Al Kα를 빔 조사 영역 100㎛ x 100㎛에 조사하여 상기 시료의 방출되는 광전자(photoelectron)를 측정하였다. 그 결과를 표 3 및 도 4에 나타냈다.Fe-XPS analysis was performed on the halogen-based solid electrolytes according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 5. Each sample was placed in a sealed vacuum transfer vessel, and monochromated Al Kα having 1486.6 eV was irradiated to a beam irradiation area of 100㎛ x 100㎛ to measure the photoelectrons emitted from the sample. The results are shown in Table 3 and Figure 4.

하기 표 3 및 도 4를 참조하면, 실시예1 내지 실시예5에 따른 할로겐계 고체전해질은 철(Fe)에 대한 X선 광전지 분광기(XPS) 측정 스펙트럼을 기준으로 706eV 내지 722eV의 결합 에너지(Binding energy)에서 피크를 보인다. 구체적으로 708eV 내지 713eV의 결합 에너지(Binding energy)에서 제1 피크(Peak-1), 713.53±0.55 eV의 결합 에너지에서 제2 피크(Peak-2), 715.41±0.22 eV의 결합 에너지에서 제3 피크(Peak-3) 및 718.24±0.44eV의 결합 에너지에서 제4 피크(Peak-4)가 검출된다.Referring to Table 3 and Figure 4 below, the halogen-based solid electrolytes according to Examples 1 to 5 have a binding energy (Binding) of 706 eV to 722 eV based on the X-ray photovoltaic spectroscopy (XPS) measurement spectrum for iron (Fe). energy). Specifically, the first peak (Peak-1) at a binding energy of 708 eV to 713 eV, the second peak (Peak-2) at a binding energy of 713.53 ± 0.55 eV, and the third peak at a binding energy of 715.41 ± 0.22 eV. (Peak-3) and the fourth peak (Peak-4) are detected at a binding energy of 718.24 ± 0.44 eV.

상기 제1 피크는 708.86±0.25 eV의 결합 에너지에서 발견되는 Peak-1a, 709.85±0.31 eV의 결합 에너지에서 발견되는 Peak-1b, 710.80±0.47 eV의 결합 에너지에서 발견되는 Peak-1c, 711.65±0.46 eV의 결합 에너지에서 발견되는 Peak-1d, 711.65±0.46 eV의 결합 에너지에서 발견되는 Peak-1e로 구분할 수 있다.The first peak is Peak-1a found at a binding energy of 708.86±0.25 eV, Peak-1b found at a binding energy of 709.85±0.31 eV, and Peak-1c found at a binding energy of 710.80±0.47 eV, 711.65±0.46. It can be divided into Peak-1d, which is found at a binding energy of eV, and Peak-1e, which is found at a binding energy of 711.65±0.46 eV.

한편, 비교예5에 따른 할로겐계 고체전해질은 본 발명과 달리 제4 피크가 검출되지 않는다.Meanwhile, in the halogen-based solid electrolyte according to Comparative Example 5, unlike the present invention, the fourth peak was not detected.

구분division APeak -1a A Peak -1a APeak -1b A Peak -1b APeak -1c A Peak -1c APeak -1d A Peak -1d APeak -1e A Peak -1e APeak -2 A Peak -2 APeak -3 A Peak -3 APeak -4 A Peak -4 수학식2Equation 2 실시예1Example 1 385385 12721272 911911 818818 436436 222222 19201920 160160 7.697.69 실시예2Example 2 227227 859859 822822 742742 551551 217217 17081708 8282 4.584.58 실시예3Example 3 165165 583583 731731 603603 463463 232232 12891289 8585 6.196.19 실시예4Example 4 107107 506506 569569 561561 473473 268268 12071207 7777 6.006.00 실시예5Example 5 -- 768768 12361236 24882488 11761176 602602 242242 10391039 81.1181.11 비교예5Comparative Example 5 202202 997997 13251325 10991099 723723 343343 18651865 -- 0.000.00

표 3에서 APeak -1a는 Binding energy = 708.86±0.25 eV의 Fe-XPS 피크의 면적이고, APeak -1b는 Binding energy = 709.85±0.31 eV의 Fe-XPS 피크의 면적이고, APeak -1c는 Binding energy = 710.80±0.47 eV의 Fe-XPS 피크의 면적이고, APeak -1d는 Binding energy = 711.65±0.46 eV의 Fe-XPS 피크의 면적이고, APeak -1e는 Binding energy=712.54±0.51 eV의 Fe-XPS 피크의 면적이고, APeak -2는 Binding energy=713.53±0.55 eV의 Fe-XPS 피크의 면적이고, APeak - 3는 Binding energy=715.41±0.22 eV의 Fe-XPS 피크의 면적이고, APeak -4는 Binding energy=718.24± 0.44eV의 Fe-XPS이다.In Table 3, A Peak -1a is the area of the Fe-XPS peak with Binding energy = 708.86 ± 0.25 eV, A Peak -1b is the area of the Fe-XPS peak with Binding energy = 709.85 ± 0.31 eV, and A Peak -1c is Binding energy = 710.80 ± 0.47 eV is the area of the Fe- A Peak -2 is the area of the Fe-XPS peak with binding energy=713.53±0.55 eV, A Peak - 3 is the area of the Fe-XPS peak with binding energy=715.41±0.22 eV, A Peak -4 is Fe-XPS with Binding energy=718.24± 0.44eV.

이를 통해 본 발명에 따른 할로겐계 고체전해질은 하기 수학식2를 만족함을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the halogen-based solid electrolyte according to the present invention satisfies Equation 2 below.

[수학식2] [Equation 2]

0% ≤ APeak -4 / (APeak -3 + APeak -4) × 100 ≤ 85%0% ≤ A Peak -4 / (A Peak -3 + A Peak -4 ) × 100 ≤ 85%

도 5는 실시예1 내지 실시예5 및 비교예5에 따른 할로겐계 고체전해질의 Fe-XPS 결과를 상기 수학식2의 수식에 대입한 결과를 도시한 것이다.Figure 5 shows the results of substituting the Fe-XPS results of the halogen-based solid electrolytes according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 5 into the equation of Equation 2 above.

본 발명에 따른 리튬 이온 전도성 할로겐계 고체전해질은 고체전해질을 사용하는 모든 전기화학 셀에 사용될 수 있다. 구체적으로 이차전지를 이용한 에너지 저장 시스템, 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차용 배터리, 무인 로봇 또는 사물 인터넷의 휴대용 전력 공급 시스템 등 다양한 분야 및 제품에 적용될 수 있다.The lithium ion conductive halogen-based solid electrolyte according to the present invention can be used in all electrochemical cells using solid electrolytes. Specifically, it can be applied to various fields and products, such as energy storage systems using secondary batteries, batteries for electric vehicles or hybrid electric vehicles, unmanned robots, or portable power supply systems for the Internet of Things.

이상으로 본 발명의 실험예 및 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실험예 및 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다. As the experimental examples and examples of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited to the above-mentioned experimental examples and examples, and the basic concept of the present invention defined in the following claims is Various modifications and improvements made by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention.

Claims (10)

하기 화학식1로 표시되는 할로겐계 고체전해질.
[화학식1]
(LiCl)x(FeCl2)y(FeCl3)z
여기서, 0.35≤x≤0.85, 0.00<y≤0.60, 및 0.00<z≤0.40를 만족한다.
A halogen-based solid electrolyte represented by the following formula (1).
[Formula 1]
(LiCl) x (FeCl 2 ) y (FeCl 3 ) z
Here, 0.35≤x≤0.85, 0.00<y≤0.60, and 0.00<z≤0.40 are satisfied.
제1항에 있어서,
상기 화학식1에서 0.50≤x≤0.75 및 0.25≤2y+3z≤0.50를 만족하는 할로겐계 고체전해질.
According to paragraph 1,
A halogen-based solid electrolyte satisfying 0.50≤x≤0.75 and 0.25≤2y+3z≤0.50 in Chemical Formula 1.
제1항에 있어서,
사방정계(Orthorhombic) 결정구조를 갖는 할로겐계 고체전해질.
According to paragraph 1,
Halogen-based solid electrolyte with an orthorhombic crystal structure.
제1항에 있어서,
CuKα선을 사용한 X선 회절 패턴 측정시 2θ=17.25˚±0.50˚에서 피크를 보이는 할로겐계 고체전해질.
According to paragraph 1,
A halogen-based solid electrolyte that shows a peak at 2θ=17.25˚±0.50˚ when measuring an X-ray diffraction pattern using CuKα rays.
제1항에 있어서,
CuKα선을 사용한 X선 회절 패턴 측정시 2θ=14.8˚±0.5˚, 2θ=17.25˚±0.50˚, 2θ=27.0˚±0.50˚, 2θ=30.0˚±0.50˚, 2θ=34.5˚±0.50˚, 2θ=45.6˚±0.50˚, 및 2θ=50.0˚±1.00˚에서 피크를 보이는 할로겐계 고체전해질.
According to paragraph 1,
When measuring an Halogen-based solid electrolyte showing peaks at 2θ=45.6˚±0.50˚ and 2θ=50.0˚±1.00˚.
제1항에 있어서,
이하의 수학식1을 만족하는 할로겐계 고체전해질.
[수학식1]
7.50 < I(002) / (I(011) + I(002)) × 100 < 20.50
여기서, I(011)는 2θ=14.86˚±0.50˚의 XRD 피크의 회절 강도이고, I(002)은 2θ=17.50˚±0.50˚에서 XRD 피크의 회절 강도이다.
According to paragraph 1,
A halogen-based solid electrolyte that satisfies Equation 1 below.
[Equation 1]
7.50 < I (002) / (I (011) + I (002) ) × 100 < 20.50
Here, I (011) is the diffraction intensity of the XRD peak at 2θ=14.86°±0.50°, and I (002) is the diffraction intensity of the
제1항에 있어서,
X선 광전자 분광 분석(XPS)에 의해 얻어지는 Fe-XPS 스펙트럼에서
708eV 내지 713eV의 결합 에너지(Binding energy)에서 제1 피크(Peak-1),
713.53±0.55 eV의 결합 에너지에서 제2 피크(Peak-2),
715.41±0.22 eV의 결합 에너지에서 제3 피크(Peak-3) 및
718.24± 0.44eV의 결합 에너지에서 제4 피크(Peak-4)가 검출되는 할로겐계 고체전해질.
According to paragraph 1,
In the Fe-XPS spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)
The first peak (Peak-1) at a binding energy of 708 eV to 713 eV,
The second peak (Peak-2) at a binding energy of 713.53±0.55 eV,
The third peak (Peak-3) at a binding energy of 715.41±0.22 eV and
A halogen-based solid electrolyte in which the fourth peak (Peak-4) is detected at a binding energy of 718.24 ± 0.44 eV.
제1항에 있어서,
이하의 수학식2를 만족하는 할로겐계 고체전해질.
[수학식2]
0 ≤ APeak -4 / (APeak -3 + APeak -4) × 100 ≤ 85
APeak - 3는 X선 광전자 분광 분석(XPS)에 의해 얻어지는 Fe-XPS 스펙트럼 중 715.41±0.22 eV의 결합 에너지에서 검출되는 피크의 면적이고,
APeak -4는 X선 광전자 분광 분석(XPS)에 의해 얻어지는 Fe-XPS 스펙트럼 중 718.24± 0.44eV의 결합 에너지에서 검출되는 피크의 면적이다.
According to paragraph 1,
A halogen-based solid electrolyte that satisfies Equation 2 below.
[Equation 2]
0 ≤ A Peak -4 / (A Peak -3 + A Peak -4 ) × 100 ≤ 85
A Peak - 3 is the area of the peak detected at a binding energy of 715.41 ± 0.22 eV in the Fe-XPS spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS),
A Peak -4 is the area of the peak detected at a binding energy of 718.24 ± 0.44 eV in the Fe-XPS spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 할로겐계 고체전해질의 제조방법으로서,
염화리튬 (LiCl), 이염화철 (FeCl2) 및 삼염화철(FeCl3)을 포함하는 출발물질을 화학식1에 따른 조성에 맞게 칭량하여 준비하는 단계; 및
상기 출발물질을 분쇄하는 단계;를 포함하는 할로겐계 고체전해질의 제조방법.
A method for producing the halogen-based solid electrolyte of any one of claims 1 to 8,
Preparing starting materials including lithium chloride (LiCl), iron dichloride (FeCl 2 ), and iron trichloride (FeCl 3 ) by weighing them according to the composition according to Chemical Formula 1; and
A method for producing a halogen-based solid electrolyte comprising the step of pulverizing the starting material.
제9항에 있어서,
분쇄물을 30℃ 내지 1,000℃의 온도로 10초 내지 1000시간 동안 열처리하는 단계를 더 포함하는 할로겐계 고체전해질의 제조방법.
According to clause 9,
A method for producing a halogen-based solid electrolyte, further comprising heat-treating the pulverized material at a temperature of 30°C to 1,000°C for 10 seconds to 1,000 hours.
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