KR102654897B1 - A method for predicting ion conductivity of an electrode for all solid type battery electrolyte and selecting the same - Google Patents

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KR102654897B1 KR1020180110435A KR20180110435A KR102654897B1 KR 102654897 B1 KR102654897 B1 KR 102654897B1 KR 1020180110435 A KR1020180110435 A KR 1020180110435A KR 20180110435 A KR20180110435 A KR 20180110435A KR 102654897 B1 KR102654897 B1 KR 102654897B1
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Abstract

본원 발명은 무기 입자 및 유기 입자 중 선택된 1종 이상을 이용하여 전극 고체 전해질의 3차원적 네트워크 구조를 모사하고 실제 전극에 적용되었을 경우 고체 전해질의 이온 전도도를 예측하고 이렇게 수집된 데이터를 기초로 하여 전극을 선정하는 방법에 대한 것이다.The present invention simulates the three-dimensional network structure of an electrode solid electrolyte using one or more types of inorganic particles and organic particles selected, predicts the ionic conductivity of the solid electrolyte when applied to an actual electrode, and based on the data collected in this way, This is about how to select electrodes.

Description

전고체 전지용 전극의 이온 전도도 예측 및 전극 선정 방법{A method for predicting ion conductivity of an electrode for all solid type battery electrolyte and selecting the same}Method for predicting ion conductivity of an electrode for all solid type battery electrolyte and selecting the same}

본 발명은 전고체 전지용 전극의 이온 전도도를 예측하는 방법 및 적절한 이온 전도도를 갖는 전극을 선정하여 전지를 제조하는 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for predicting the ionic conductivity of an electrode for an all-solid-state battery and a method for manufacturing a battery by selecting an electrode with appropriate ionic conductivity.

최근 이차 전지는 PC, 비디오 카메라 및 휴대 전화 등의 전원으로서, 혹은 전기 자동차나 전력 저장용 매체의 전원으로서 다양한 용도에서 그 수요가 증가하고 있다. 이차 전지 중에서도 특히 리튬계 이차 전지는 다른 이차 전지보다 용량 밀도가 높고, 고전압에서도 작동이 가능하기 때문에, 소형 경량화를 위한 이차 전지로서 정보 관련 기기나 통신 기기에 사용되고 있고, 최근 전기 자동차나 하이브리드 자동차용의 고출력이면서 고용량인 리튬계 이차 전지의 개발이 진행되고 있다.Recently, demand for secondary batteries has been increasing in various applications as a power source for PCs, video cameras, and mobile phones, or as a power source for electric vehicles and power storage media. Among secondary batteries, lithium-based secondary batteries in particular have a higher capacity density than other secondary batteries and can operate at high voltages, so they are used in information-related devices and communication devices as secondary batteries for compactness and weight reduction, and have recently been used in electric vehicles and hybrid vehicles. The development of high-output and high-capacity lithium-based secondary batteries is in progress.

통상의 리튬계 이차 전지는 양극(정극, Cathode), 음극(부극, Anode) 및 이들 사이에 개재되는 리튬염을 함유하는 전해질로 구성되며, 이러한 전해질은 비수계 액체 전해질 또는 고체 전해질이 사용된다. 전해질에 비수계 액체 전해질이 사용될 경우에는 전해액이 양극의 내부로 침투하기 때문에, 양극을 구성하는 양극 활물질과 전해질의 계면이 형성되기 쉬워 전기적 성능이 높은 특징이 있다.A typical lithium-based secondary battery consists of a positive electrode (cathode), a negative electrode (anode), and an electrolyte containing lithium salt interposed between them, and non-aqueous liquid electrolyte or solid electrolyte is used as the electrolyte. When a non-aqueous liquid electrolyte is used as the electrolyte, the electrolyte penetrates into the interior of the positive electrode, so an interface between the positive electrode active material constituting the positive electrode and the electrolyte is easily formed, resulting in high electrical performance.

그러나, 리튬계 이차 전지는, 액체 전해액에 가연성의 유기 용매를 사용하고 있기 때문에, 단락(Short)에 의한 과전류 등에 기인하여 발생하는 경우가 있는 발화나 파열을 방지하기 위해서, 안전 장치의 부설이 필요해지기도 한다. 또한, 이러한 현상을 방지하기 위해서, 전지 재료의 선택이나 전지 구조의 설계를 행하는 데있어서 제약을 받거나 하는 경우가 있다.However, since lithium-based secondary batteries use a flammable organic solvent in the liquid electrolyte, it is necessary to install a safety device to prevent ignition or rupture that may occur due to overcurrent due to a short circuit. Sometimes you lose. Additionally, in order to prevent this phenomenon, there are cases where restrictions are placed on the selection of battery materials or the design of the battery structure.

따라서, 액체 전해액 대신에, 고체 전해질을 사용하는 전(全)고체형 전지의 개발이 진행되고 있다. 전고체 전지는, 가연성의 유기 용매를 포함하지 않기 때문에, 안전 장치를 간략화할 수 있는 이점이 있어, 제조 비용이나 생산성이 우수한 전지라고 인식되고 있다. 또한, 양극(정극)층 및 음극(부극)층을 포함하는 한 쌍의 전극층과, 이들 전극층 사이에 놓이는 고체 전해질층을 포함하는 접합 구조를 직렬로 적층하는 것이 용이하기 때문에, 안정되면서 고용량이고, 또한 고출력의 전지를 제조할 수 있는 기술로서 기대되고 있다.Therefore, the development of an all-solid-state battery that uses a solid electrolyte instead of a liquid electrolyte is in progress. Since all-solid-state batteries do not contain flammable organic solvents, they have the advantage of simplifying safety devices, and are recognized as batteries with excellent manufacturing costs and productivity. In addition, since it is easy to stack in series a bonding structure including a pair of electrode layers including an anode (positive electrode) layer and a cathode (negative electrode) layer and a solid electrolyte layer placed between these electrode layers, it is stable and has high capacity, It is also expected to be a technology that can produce high-output batteries.

상기 고체 전해질로는 이온 전도성을 갖는 고분자 소재나 황화물이나 산화물 등의 무기물 입자를 사용하고 있는데 전극에서의 이온 전도도를 확보하기 위해 통상적으로 전극 활물질과 고체 전해질을 혼합하여 전극을 제조한다. 전고체 전지 제조 중 전해질로 고분자 전해질을 사용하는 경우에는 전극을 제조하기 전에 고체 고분자 전해질을 소정 두께를 갖는 필름 등으로 제작하여 벌크 상태에서 이온 전도도를 측정하고 이를 전극에 적용하는데 벌크 상태에서 측정된 이온 전도도와 실제 전극에 적용된 이후 측정된 이온 전도도가 달라 예측 가능성이 낮은 문제가 있다.As the solid electrolyte, a polymer material with ion conductivity or inorganic particles such as sulfide or oxide are used. To ensure ionic conductivity in the electrode, the electrode is usually manufactured by mixing an electrode active material and a solid electrolyte. When using a polymer electrolyte as an electrolyte during the manufacture of an all-solid-state battery, before manufacturing the electrode, the solid polymer electrolyte is made into a film with a predetermined thickness, the ionic conductivity is measured in the bulk state, and this is applied to the electrode. There is a problem with low predictability because the ionic conductivity and the ionic conductivity measured after being applied to the actual electrode are different.

본원 발명은 무기 입자 및 유기 입자 중 선택된 1종 이상을 이용하여 전극 고체 전해질의 3차원적 네트워크 구조를 모사하고 실제 전극에 적용되었을 경우 고체 전해질의 이온 전도도를 예측하고 이렇게 수집된 데이터를 기초로 하여 전극을 선정하는 방법에 대한 것이다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 한편, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서The present invention simulates the three-dimensional network structure of an electrode solid electrolyte using one or more types of inorganic particles and organic particles selected, predicts the ionic conductivity of the solid electrolyte when applied to an actual electrode, and based on the data collected in this way, This is about how to select electrodes. Other objects and advantages of the present invention may be understood by the following description. Meanwhile, the purposes and advantages of the present invention are in the scope of the patent claims.

기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을It can be easily seen that this can be realized by the described means or methods, and combinations thereof.

것이다.will be.

본 발명은 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법을 제공한다. 본 발명의 제1 측면은 상기 방법에 대한 것으로서, 상기 방법은 (S10) 고분자 고체 전해질 재료 및 무기 입자 및/또는 유기 입자를 포함하는 복합 필름을 제조하는 단계; (S20) 상기 복합 필름으로부터 고체 고분자 전해질 재료를 제외한 무기 입자 및/또는 유기 입자를 선택적으로 제거하여 고체 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 수득하는 단계; (S30) 상기 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도를 측정하는 단계; 및 (S40) (S30)에서 측정된 이온 전도도를 기 설정된 기준치(baseThe present invention provides a method for selecting an electrode containing a solid electrolyte with improved ionic conductivity. A first aspect of the present invention relates to the method, which includes (S10) producing a composite film comprising a polymer solid electrolyte material and inorganic particles and/or organic particles; (S20) obtaining a three-dimensional network structure of a solid polymer electrolyte by selectively removing inorganic particles and/or organic particles other than the solid polymer electrolyte material from the composite film; (S30) measuring ionic conductivity of the three-dimensional network structure; And (S40) the ionic conductivity measured in (S30) is set to a preset base.

line)와 비교하는 단계;를 포함한다.It includes a step of comparing with line).

본 발명의 제2 측면은, 상기 제1 측면에 있어서, 상기 (S10) 단계 수행 전 하기 A1) 내지 A3) 중 적어도 하나 이상을 측정하는 단계를 더 수행하는 것이다:The second aspect of the present invention, in the first aspect, is to further perform the step of measuring at least one of the following A1) to A3) before performing the step (S10):

A1) 투입되는 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경,A1) Particle size of the inorganic particles and/or organic particles introduced,

A2) 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량비율(%), 및A2) The content ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100% by weight of the composite film, and

A3) 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%).A3) Volume ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100 vol% of the composite film.

또한, 본 발명의 제3 측면은, 상기 제1 또는 제2 측면에 있어서, (S50) 측정된 이온 전도도가 상기 기준치 이상인 경우 (S1)의 복합 필름의 구조를 모델 전극 구조로 선정하는 단계를 더 포함하는 것이다.In addition, the third aspect of the present invention, in the first or second aspect, further includes the step of selecting the structure of the composite film of (S1) as the model electrode structure when the measured ionic conductivity (S50) is equal to or higher than the reference value. It includes.

본 발명의 제4 측면은 상기 제3 측면에 있어서, (S60) 고분자 고체 전해질 재료 및 전극 활물질 입자를 포함하는 전고체 전지용 전극을 제조하는 단계를 더 포함하며, 상기 전극 활물질 입자는 하기 B1) 내지 B3) 중 적어도 하나 이상의 조건을 만족하는 것이다:The fourth aspect of the present invention, according to the third aspect, further includes the step of (S60) manufacturing an electrode for an all-solid-state battery including a polymer solid electrolyte material and electrode active material particles, wherein the electrode active material particles are from B1) to B3) satisfies at least one condition:

B1) 모델 전극 구조에 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경의 +/-10% 또는 +/-5% 이내의 입경 범위를 가짐B1) Having a particle size range within +/-10% or +/-5% of the particle size of the inorganic particles and/or organic particles contained in the model electrode structure.

B2) 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량 비율(%)의 +/- 10% 또는 +/- 5% 또는 +/- 2%의 함량을 가짐B2) The content of inorganic particles and/or organic particles contained in 100% by weight of the composite film selected as the model electrode structure is +/- 10% or +/- 5% or +/- 2%. have

B3) 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%)의 +/- 10% 또는 +/-5% 또는 +/-2%의 부피를 가짐.B3) A volume of +/- 10% or +/-5% or +/-2% of the volume ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100 vol% of the composite film selected as the model electrode structure. Having.

또한, 본 발명의 제5 측면은 상기 제4 측면에 있어서, (S70) 상기 전고체 전지용 전극의 이온 전도도를 측정하고 상기 이온 전도도를 모델 전극 구조의 이온전도도와 비교하는 단계; 및 (S80) 측정된 전고체 전지용 전극의 이온 전도도가 모델 전극 구조의 이온 전도도와 비교했을 때 70% 이상 또는 80% 이상 또는 90% 이상의 이온 전도도를 나타내는 경우 (S60)에서 제조된 전극을 모델 전극으로 선정하는 단계:를 더 포함하는 것이다.In addition, the fifth aspect of the present invention is in accordance with the fourth aspect, (S70) measuring the ionic conductivity of the electrode for an all-solid-state battery and comparing the ionic conductivity with the ionic conductivity of the model electrode structure; And (S80) when the measured ionic conductivity of the all-solid-state battery electrode shows an ionic conductivity of 70% or more, 80% or more, or 90% or more compared to the ionic conductivity of the model electrode structure, the electrode manufactured in (S60) is called a model electrode. It further includes the step of selecting.

한편, 본 발명의 제6 측면은 상기 제1 내지 제5 측면 중 어느 하나에 있어서, (S50) 측정된 이온 전도도가 상기 기준치에 미치지 못하는 경우 하기 A1) 내지A3) 중 적어도 하나 이상의 조건을 변경하고 상기 S1) 내지 S4)를 반복하는 단계를 더 수행하는 것이다:Meanwhile, in the sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, (S50) when the measured ionic conductivity does not meet the standard value, at least one of the following conditions A1) to A3) is changed, The steps of repeating steps S1) to S4) are further performed:

A1) 투입되는 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경,A1) Particle size of the inorganic particles and/or organic particles introduced,

A2) 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량비율(%),A2) Content ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100% by weight of composite film,

and

A3) 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%).A3) Volume ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100 vol% of the composite film.

또한, 본 발명의 제7 측면은 상기 제1 내지 제6 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 입자는 PMMA(polymethyl metacrylate)를 포함하는 것이다.Additionally, a seventh aspect of the present invention is that in any one of the first to sixth aspects, the particles include PMMA (polymethyl methacrylate).

본 발명의 제8 측면은 상기 제1 내지 제7 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S20) 는 하기 (S21) 단계 내지 (S23) 단계를 포함하는 하위 공정에 의해 수행되는 것인, 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법에 대한 것으로서 상기 방법은: (S21) PMMA를 포함하는 유기 입자, 고분자 고체 전해질 및 분산매를 투입하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계; (S22) 상기 혼합 슬러리를 기판에 도포하는 단계; (S23) 상기 도포된 혼합 슬러리를 건조하여 복합 필름을 수득하는 단계; 및 (S24) 복합 필름으로부터 상기 입자를 제거하는 단계를 포함한다.The eighth aspect of the present invention is according to any one of the first to seventh aspects, wherein (S20) is performed by a sub-process comprising the following steps (S21) to (S23), wherein the ion conductivity is A method for selecting an electrode containing an improved solid electrolyte includes: (S21) preparing a mixed slurry by adding organic particles containing PMMA, a polymer solid electrolyte, and a dispersion medium; (S22) applying the mixed slurry to a substrate; (S23) drying the applied mixed slurry to obtain a composite film; and (S24) removing the particles from the composite film.

본 발명에 따른 전극 제조 방법은 입경 조절이 용이한 무기 입자나 유기 입자를 전극 활물질 대신 사용하여 전극을 모사함으로써 간단한 공정만으로 다양한 전극 모형 및/또는 다양한 고체 전해질 3차원 네트워크를 얻을 수 있다. 또한, 이를 바탕으로 실제로 전극을 제조한 경우 이의 이온 전도도의 예측이 가능하다. 또한, 이렇게 모사된 전극 구조를 바탕으로 활물질 및 전극 내 전해질층의 최적 형상을 선정하여 전극을 설계할 수 있다. 또한, 이렇게 모사된 전극 구조를 바탕으로 활물질 및 전극 내 전해질 층의 최적 형상을 선정하여 전극을 설계할 수 있다.The electrode manufacturing method according to the present invention can obtain various electrode models and/or various solid electrolyte three-dimensional networks through a simple process by simulating an electrode by using inorganic particles or organic particles whose particle size is easy to control instead of the electrode active material. Additionally, based on this, when an electrode is actually manufactured, its ionic conductivity can be predicted. In addition, based on the electrode structure simulated in this way, the electrode can be designed by selecting the optimal shape of the active material and the electrolyte layer within the electrode. In addition, based on the electrode structure simulated in this way, the electrode can be designed by selecting the optimal shape of the active material and the electrolyte layer within the electrode.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라 무기 입자 및/또는 유기 입자를 선택적으로 제거하여 고체 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 얻는 과정을 도식화하여 나타낸 것이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the invention described later. Therefore, the present invention includes the matters described in such drawings. It should not be interpreted as limited to only . Meanwhile, the shape, size, scale, or ratio of elements in the drawings included in this specification may be exaggerated to emphasize a clearer description.
Figure 1 schematically shows the process of obtaining a three-dimensional network structure of a solid polymer electrolyte by selectively removing inorganic particles and/or organic particles according to an embodiment of the present invention.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시양태에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물 및 변형예가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms used in this specification and patent claims should not be construed as limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on principles. Therefore, the configuration shown in the examples described in this specification is only one of the most preferred embodiments of the present invention and does not represent the entire technical idea of the present invention, so various equivalents can be substituted for them at the time of filing the present application. It should be understood that there may be variations and modifications.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 「연결」되어 있다고 할 때, 이는 「직접적으로 연결되어 있는 경우」뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 「이온적으로 연결 또는 전기적으로 연결」되어 있는 경우도 포함한다.Throughout the specification of this application, when a part is said to be “connected” to another part, this means not only “directly connected” but also “ionically connected or electrically connected” with another element in between. Also includes cases where there are.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 「포함한다」고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification of the present application, when it is said that a part “includes” a certain component, this means that it does not exclude other components but may further include other components, unless specifically stated to the contrary.

본원 명세서 전체에서 사용되는 용어 「약」, 「실질적으로」 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용 오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로서 사용되고 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.The terms “about,” “substantially,” and the like used throughout the specification herein are used to mean at or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and are used accurately to aid understanding of the present application. It is used to prevent unscrupulous infringers from unfairly exploiting disclosures where absolute figures are mentioned.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 「상에」 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐만 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함된다.Throughout the specification of the present application, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only the case where the member is in contact with the other member, but also the case where another member exists between the two members.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표면에 포함된 「이들의 조합(들)」의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout the specification herein, the term "combination(s) thereof" included in the surface of the Markushi format means a mixture or combination of one or more selected from the group consisting of the constituent elements described in the expression of the Markushi format, It means including one or more selected from the group consisting of the above components.

본원 명세서 전체에서, 「A 및/또는 B」의 기재는 「A 또는 B 또는 이들 모두」를 의미한다.Throughout this specification, the description of “A and/or B” means “A or B or both.”

이하, 본원 발명의 구현예들을 상세하게 설명하였다. 그러나, 본원 발명은 하기 구체적인 구현예들로만 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the specific embodiments below.

본 발명은 고분자 전해질로 구성된 3차원 네트워크 구조 및 모델 전극 구조를 만들어 전극의 이온 전도도를 예측하고, 이로부터 선정된 3차원 네트워크 구조 및 모델 전극 구조를 실제 전극에 적용하여 전극을 제조하는 방법에 대한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 이온 전도도 예측 방법 및 전극의 선정 방법에 대한 것이다. 본 발명에 있어서 상기 전지는 고체 전해질을 포함하는 전고체 전지인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서 상기 고체 전해질은 고분자 고체 전해질을 포함한다. 또한, 본 발명에 있어서 상기 전극은 고체 고분자 전해질과 전극 활물질의 혼합물을 포함한다. The present invention relates to a method of predicting the ionic conductivity of an electrode by creating a three-dimensional network structure and a model electrode structure composed of a polymer electrolyte, and applying the selected three-dimensional network structure and model electrode structure to an actual electrode to manufacture an electrode. will be. Additionally, the present invention relates to a method for predicting ion conductivity and a method for selecting an electrode. In the present invention, the battery is preferably an all-solid-state battery containing a solid electrolyte. Additionally, in the present invention, the solid electrolyte includes a polymer solid electrolyte. Additionally, in the present invention, the electrode includes a mixture of a solid polymer electrolyte and an electrode active material.

고분자 전해질을 이용하여 전극을 제조하는 경우 실제로 전극을 제조하지 않고는 전극의 이온 전도도를 정확하게 측정하거나 예측하는 것이 용이하지 않다. 전극의 이온 전도도에 대해 고분자 전해질의 재료적인 특성이 많은 영향을 미치지만 재료적인 측면 외에도 전극 내 전해질의 구조에 따른 이온 도전 경로의 형상이나 길이에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 고분자 전해질의 이온 전도도는 고분자 전해질을 전극에 적용하기 전에 예를 들어 필름 형상(벌크 상태)의 고분자 전해질을 이용하여 이온 전도를 측정하고 이를 바탕으로 전극에 적용된 경우의 이온 전도도를 예측하는데 앞서 설명한 이유로 벌크 상태의 이온 전도도만으로는 정확한 전극의 이온 전도도를 예측하는 것이 어렵다. 이에 본 발명에서는 고분자 전해질을 전극에 실제로 적용하여 전극을 제조하기 전에 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 제조하고 이를 통해 전극의 이온 전도도를 예측하는 방법을 제공한다. 또한 이를 바탕으로 최적의 이온 전도도를 갖는 전극 구조를 설계하여 최적화된 설계 용량을 발현하는 전극 및 전지를 제조할 수 있다.When manufacturing an electrode using a polymer electrolyte, it is not easy to accurately measure or predict the ionic conductivity of the electrode without actually manufacturing the electrode. The material properties of the polymer electrolyte have a great influence on the ionic conductivity of the electrode, but in addition to the material aspects, it can also be affected by the shape or length of the ionic conduction path depending on the structure of the electrolyte within the electrode. The ionic conductivity of a polymer electrolyte is measured by measuring the ionic conductivity using, for example, a film-shaped (bulk state) polymer electrolyte before applying the polymer electrolyte to the electrode, and predicting the ionic conductivity when applied to the electrode based on this, for the reasons explained above. It is difficult to accurately predict the ionic conductivity of an electrode based only on the ionic conductivity of the bulk state. Accordingly, the present invention provides a method of manufacturing a three-dimensional network structure of a polymer electrolyte and predicting the ionic conductivity of the electrode before actually applying the polymer electrolyte to the electrode to manufacture the electrode. Additionally, based on this, an electrode structure with optimal ionic conductivity can be designed to manufacture electrodes and batteries with optimized design capacity.

본 발명의 전극의 이온 전도도 예측 및 전극 선정 방법은 하기 (S10) 내지 (S40) 단계를 포함한다:The method for predicting the ionic conductivity of the electrode and selecting the electrode of the present invention includes the following steps (S10) to (S40):

(S10) 고분자 고체 전해질 재료 및 무기 입자 및/또는 유기 입자를 포함하는 복합 필름을 제조하는 단계;(S10) manufacturing a composite film containing a polymer solid electrolyte material and inorganic particles and/or organic particles;

(S20) 상기 복합 필름으로부터 고체 고분자 전해질 재료를 제외한 무기 입자 및/또는 유기 입자를 선택적으로 제거하여 고체 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 수득하는 단계;(S20) obtaining a three-dimensional network structure of a solid polymer electrolyte by selectively removing inorganic particles and/or organic particles other than the solid polymer electrolyte material from the composite film;

(S30) 상기 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도를 측정하는 단계;(S30) measuring ionic conductivity of the three-dimensional network structure;

(S40) 상기 (S30)에서 측정된 이온 전도도를 미리 설정된 기준치(base line)와 비교(S40) Compare the ionic conductivity measured in (S30) with a preset base line

하는 단계;를 포함하는 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법.A method of selecting an electrode containing a solid electrolyte with improved ionic conductivity.

우선, 고분자 고체 전해질 재료 및 무기 입자 및/또는 유기 입자를 포함하는 복합 필름을 제조하고(S10) 다음으로 상기 복합 필름으로부터 고체 고분자 전해질 재료를 제외한 무기 입자 및/또는 유기 입자를 선택적으로 제거한다(S20). 상기 (S20) 단계를 통해 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 얻을 수 있다.First, a composite film containing a polymer solid electrolyte material and inorganic particles and/or organic particles is prepared (S10), and then the inorganic particles and/or organic particles excluding the solid polymer electrolyte material are selectively removed from the composite film (S10). S20). Through the step (S20), a three-dimensional network structure of the polymer electrolyte can be obtained.

본 발명에 있어서, 상기 고분자 전해질은 용매화된 리튬염에 고분자 수지가 첨가되거나 고분자 수지에 리튬염이 도핑되어 이온 전도성을 나타내는 고분자 재료를 포함하는 것으로서, 통상적으로 전고체 전지용 고분자 전해질로 사용되는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니며 제조하고자 하는 전극의 특성에 맞추어 적절하게 선택될 수 있다. In the present invention, the polymer electrolyte includes a polymer material that exhibits ion conductivity by adding a polymer resin to a solvated lithium salt or doping a lithium salt into a polymer resin, and is typically used as a polymer electrolyte for an all-solid-state battery. It is not particularly limited and can be appropriately selected according to the characteristics of the electrode to be manufactured.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 고체 고분자 전해질은 고분자 수지로 폴리에테르계 고분자, 폴리카보네이트계 고분자, 아크릴레이트계 고분자, 폴리실록산계 고분자, 포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌 유도체, 알킬렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등을 포함할 수 있다. 구체적으로는 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF), 폴리스티렌(PS) 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에스테르설파이드(PES), 이들의 유도체, 이온 해리성기를 포함하는 다른 고분자 등, 또는 그 조합물을 들 수 있다. 예를 들어 상기 고분자 고체 전해질은 PEO(polyethylene oxide) 주쇄에 PMMA, 폴리카보네이트, 폴리실록산(pdms) 및/또는 포스파젠과 같은 무정형 고분자를 공단량체로 공중합시킨 가지형 공중합체, 빗형 고분자 수지 (comb-like polymer) 및 가교 고분자 수지 등이 포함될 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the solid polymer electrolyte is a polymer resin and includes polyether-based polymer, polycarbonate-based polymer, acrylate-based polymer, polysiloxane-based polymer, phosphazene-based polymer, polyethylene derivative, alkylene oxide derivative, It may include phosphoric acid ester polymer, poly agitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, polymer containing an ionic dissociation group, etc. Specifically, the polymer resin is polyethylene oxide, poly(methyl methacrylate) (PMMA), polypropylene oxide (PPO), polyvinylidene fluoride (PVdF), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), and polyvinyl oxide. Examples include alcohol (PVA), polyacrylonitrile (PAN), polyester sulfide (PES), derivatives thereof, other polymers containing ion dissociable groups, or combinations thereof. For example, the polymer solid electrolyte is a branched copolymer, a comb-shaped polymer resin, in which an amorphous polymer such as PMMA, polycarbonate, polysiloxane (pdms), and/or phosphazene is copolymerized on a PEO (polyethylene oxide) main chain as a comonomer. like polymer) and cross-linked polymer resins may be included.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리튬염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6),리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4),리튬 퍼클로레이트(LiClO4),리튬 클로라이드(LiCl), 리튬 트리플레이트(LiTf), 리튬 헥사플루오로알세네이트(LiAsF6),리튬 설파이드(Li2S),리튬 설페이트(Li2SO4),리튬 포스페이트(Li3PO4),리튬 시트레이트(Li3C6H5O7),리튬 비스(옥살레이토)보레이트(LiBOB), 리튬 비스(노나플루오로술포닐)메탄, 리튬 디플루오로 비스옥살레이토 포스페이트(LiF4OP),리튬 디플로로(옥살레이트)보레이트(LiDFOB), 리튬 비스(펜타플루오로에틸술포닐)아미드 (LiBETI), Lithium bis(fluorosulfonyl) imide)(LiFSI), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(LiTFSI), 리튬 트리스(트리플루오로메탄술포닐)메타이드[LiC(SO2CF3)3],및 이들의 조합들로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 특별히 이들 성분으로 한정되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the lithium salt is lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium chloride (LiCl), and lithium triflate (LiTf). ), lithium hexafluoroalcenate (LiAsF 6 ), lithium sulfide (Li 2 S), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium citrate (Li 3 C 6 H 5 O 7 ), Lithium bis(oxalate)borate (LiBOB), Lithium bis(nonafluorosulfonyl)methane, Lithium difluorobisoxalatophosphate (LiF 4 OP), Lithium difluoro(oxalate)borate (LiDFOB) ), Lithium bis(pentafluoroethylsulfonyl)amide (LiBETI), Lithium bis(fluorosulfonyl) imide)(LiFSI), Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), Lithium tris(trifluoro) It may include one selected from the group consisting of methanesulfonyl)methide [LiC(SO 2 CF 3 ) 3 ], and combinations thereof, but is not particularly limited to these components.

또한, 상기 무기 입자 및/또는 유기 입자 등 입자들은 고분자 전해질의 3차원 네크워크 구조를 손상시키지 않고 복합 필름으로부터 제거될 수 있는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서 상기 입자들은 복합 필름에서 전극 활물질의 대체재로 사용되는 것으로서 전극에서 소망하는 수준의 이온 전도도를 확보하기 위해 요구되는 전극 활물질의 조건을 확인하기 위해 사용되는 것이다. 전극 활물질을 직접 사용하는 경우에는 비용적인 측면이나 활물질 제조 공정의 측면 등을 고려했을 때 입경 크기, 입자의 입경 분포 등 각 실험 조건에 부합하는 재료들을 다양하게 확보하는 것이 용이하지 않다. 따라서 입수가 용이하고 특히 실험실 수준에서 입경의 크기나 분포를 복잡하지 않은 방법으로 조절할 수 있는 입자를 이용하여 전극 구조를 모사할 수 있는 방법을 고안한 것이다. 본 발명에 있어서, 상기 입자들로는 무기 입자, 유기 입자 또는 이들 중 하나 이상을 적절하게 선택할 수 있다.Additionally, the particles, such as the inorganic particles and/or organic particles, are not particularly limited as long as they can be removed from the composite film without damaging the three-dimensional network structure of the polymer electrolyte. In the present invention, the particles are used as a substitute for the electrode active material in the composite film and are used to confirm the conditions of the electrode active material required to secure the desired level of ionic conductivity in the electrode. When using electrode active materials directly, it is not easy to secure a variety of materials that meet each experimental condition, such as particle size and particle size distribution, considering cost aspects and aspects of the active material manufacturing process. Therefore, we designed a method to simulate the electrode structure using particles that are easy to obtain and whose size and distribution can be controlled in a simple way, especially at the laboratory level. In the present invention, the particles may be inorganic particles, organic particles, or one or more of them.

본 발명에 있어서 상기 3차원 네트워크 구조는 하기 공정으로부터 제조될 수 있다. 우선, 입자들, 고분자 고체 전해질 및 분산매를 투입하여 혼합 슬러리를 제조한다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 혼합 슬러리는 고체 전해질의 3차원 네트워크 구조를 형성하고 상기 구조가 잘 유지되도록 하기 위해 경화제 및 개시제 중 적어도 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 다음으로 상기 혼합 슬러리를 기판에 도포하고 건조하여 복합 필름을 수득한 후 상기 복합 필름으로부터 입자들을 제거하여 고체 전해질의 3차원 네트워크 구조를 수득한다.In the present invention, the three-dimensional network structure can be manufactured from the following process. First, particles, polymer solid electrolyte, and dispersion medium are added to prepare a mixed slurry. In one embodiment of the present invention, the mixed slurry may further include at least one of a curing agent and an initiator to form a three-dimensional network structure of a solid electrolyte and maintain the structure. Next, the mixed slurry is applied to a substrate and dried to obtain a composite film, and then particles are removed from the composite film to obtain a three-dimensional network structure of a solid electrolyte.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 상기 입자는 유기 입자를 포함할 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the particles may include organic particles.

유기 입자들은 중합 조건을 조절하여 입경을 조절할 수 있어 실험 조건에 따라 다양한 입경 범위로 준비될 수 있어 직경 등 다양한 치수의 활물질을 대체할 수 있는 장점이 있다. Organic particles have the advantage of being able to control the particle size by adjusting the polymerization conditions, so they can be prepared in a variety of particle size ranges depending on the experimental conditions, and thus can replace active materials of various dimensions, such as diameter.

본 발명에 있어서, 상기 유기 입자는 복합 필름 제조 후 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 손상시키지 않고 복합 필름으로부터 제거되는데 적합한 것으로 선택될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 유기 입자는 전극 활물질을 대체하는 용도이므로 복합 필름을 수득할 때까지 입자의 형태가 유지되는 것으로서 혼합 슬러리에 사용되는 분산매에 용해되지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, the organic particles may be selected to be suitable for removal from the composite film after manufacturing the composite film without damaging the three-dimensional network structure of the polymer electrolyte. In the present invention, since the organic particles are used to replace electrode active materials, it is preferable to use particles that maintain their shape until a composite film is obtained and do not dissolve in the dispersion medium used in the mixed slurry.

본 발명의 일 실시양태에 있어서, 유기 입자의 제거는 유기 입자를 유기 용매로 용해시키는 방법으로 수행될 수 있다. 이때, 유기 입자를 제거하기 위한 용매로는 고분자 전해질 재료에 대해서는 용해성이 없거나 용해도가 매우 낮으며, 사용된 유기 입자만을 선택적으로 제거할 수 있는 것을 선택한다. 예를 들어서 상기 용매는 톨루엔, 클로로포름 및 NMP 등이 있으며 이 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 그러나, 용매의 종류는 이에 한정되는 것은 아니며 당업자라면 사용되는 유기 입자 및 고분자 고체 전해질에 따라 적절한 것을 선택하여 사용할 수 있다. In one embodiment of the present invention, removal of organic particles may be performed by dissolving the organic particles in an organic solvent. At this time, a solvent for removing organic particles is selected that is insoluble or has very low solubility in the polymer electrolyte material and can selectively remove only the used organic particles. For example, the solvent includes toluene, chloroform, and NMP, and may include one or more of these. However, the type of solvent is not limited to this, and a person skilled in the art can select and use an appropriate solvent depending on the organic particles and polymer solid electrolyte used.

본 발명의 다른 실시양태에 따르면, 유기 입자로 PMMA와 같은 UV 분해성 재료를 사용하여 복합 필름을 제조하고 복합 필름에 UV광을 조사하여 유기 입자를 광분해 시키는 방법으로 복합 필름으로부터 UV 유기 입자만을 선택적으로 제거할 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 유기 입자를 제거하기 위하여 UV 광분해의 방법을 적용하는 경우에는 고체 전해질의 3차원 네크워크 구조가 UV에 의해 열화되지 않도록 하기 위해 복합 필름 제조시 고체 전해질 성분과 함께 경화제 성분이나 개시제 등의 첨가제를 투입할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a composite film is manufactured using a UV-decomposable material such as PMMA as organic particles, and UV light is irradiated on the composite film to photodecompose the organic particles, thereby selectively removing only UV organic particles from the composite film. It can be removed. In one embodiment of the present invention, when applying the method of UV photolysis to remove organic particles, a curing agent is used together with the solid electrolyte component when manufacturing the composite film to prevent the three-dimensional network structure of the solid electrolyte from being deteriorated by UV. Additives such as ingredients or initiators can be added.

본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 유기 입자는 스타이렌-부타디엔 러버(SBR), 폴리부타디엔러버, 폴리플로로프렌(네오프렌), 니트릴 러버, 아크릴 러버, 불소계 고무(FKM), PVC, 폴리스티렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐플루오라이드, PTFE, 폴리비닐 아세테이트나 이의 공중합체, 비닐아세테이트-에틸렌 공중합체 중 하나 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the organic particles are styrene-butadiene rubber (SBR), polybutadiene rubber, polyfluoroprene (neoprene), nitrile rubber, acrylic rubber, fluorinated rubber (FKM), PVC, polystyrene, Polystyrene, polymethyl methacrylate (PMMA), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, PTFE, polyvinyl acetate or its copolymer, vinyl acetate-ethylene copolymer. It may contain more than one.

한편, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 입자는 무기 입자일 수 있다. 또한, 상기 무기 입자는 예를 들어 실리카일 수 있다. 실리카 입자와 고분자 전해질을 용매에 투입하고 슬러리를 제조한 후 상기 슬러리를 유리 기판에 도포하고 건조시켜 복합 필름을 제조한다. 이후 상기 복합 필름을 불화 수소산(수용액)과 같은 용매로 처리하여 실리카 입자를 용해시키고 상기 복합 필름으로부터 제거한다. 이때 상기 불화 수소산에 의해 고분자 전해질이 용해되지 않아야 한다. 실리카 입자는 불화 수소산에 용해시켜 제거할 수 있으며, 기계적인 밀링 등의 방법으로 입경을 조절할 수 있어 실험 조건에 따라 다양한 입경 범위로 준비될 수 있는 장점이 있다.Meanwhile, in a specific embodiment of the present invention, the particles may be inorganic particles. Additionally, the inorganic particle may be, for example, silica. Silica particles and polymer electrolyte are added to a solvent to prepare a slurry, and then the slurry is applied to a glass substrate and dried to prepare a composite film. The composite film is then treated with a solvent such as hydrofluoric acid (aqueous solution) to dissolve the silica particles and remove them from the composite film. At this time, the polymer electrolyte must not be dissolved by the hydrofluoric acid. Silica particles can be removed by dissolving in hydrofluoric acid, and the particle size can be adjusted by methods such as mechanical milling, which has the advantage of being able to prepare a variety of particle size ranges depending on experimental conditions.

다음으로 전술한 단계들에 의해 얻어진 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도를 측정하고(S30), 상기 이온 전도도를 미리 설정된 기준치(base line)와 비교한다(S40).Next, the ionic conductivity of the three-dimensional network structure of the polymer electrolyte obtained through the above steps is measured (S30), and the ionic conductivity is compared with a preset base line (S40).

만일 미리 설정된 기준치의 이온 전도도 조건을 만족하는 경우에는 상기 (S10)을 통해 수득된 복합 필름의 구조를 모델 전극 구조로 선정할 수 있다(S50). 또한, 상기 3차원 네트워크 구조를 전극에 적용한다. 본 발명에 있어서, 상기 「미리 설정된 기준치를 만족한다」는 의미는 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도가 상기 설정된 기준치 이상인 것이다.If the ionic conductivity condition of the preset standard value is satisfied, the structure of the composite film obtained through (S10) can be selected as the model electrode structure (S50). Additionally, the three-dimensional network structure is applied to the electrode. In the present invention, “satisfies a preset standard value” means that the ionic conductivity of the three-dimensional network structure is greater than or equal to the set standard value.

본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 기준치는 1x10-7S/cm 이상, 1x10-6S/cm 이상, 1x10-5S/cm 이상, 1x10-4S/cm 이상일 수 있다. 또는 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 기준치는 같은 두께의 고체 고분자 전해질층의 이온 전도도 대비 20% 이상인 수준을 기준치로 설정할 수 있다. 예를 들어, 동일한 소재의 이온 전도성 고분자 재료를 이용하여 전극 모형과 동일한 두께를 갖는 전해질층을 제조하여 이의 이온 전도도를 측정하고 전극 모형의 이온 전도도를 고체 고분자 전해질층의 이온 전도도와 대비하여 20% 이상의 이온 전도도를 나타내는 경우 상기 전극 모형은 기설정된 기준치를 만족하는 것으로 한다. 즉, 고체 전해질층의 이온 전도도에 대한 전극 모형의 이온 전도도의 백분율이 20% 이상 되는 것을 의미하며 아래 식과 같이 표현될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the reference value may be 1x10 -7 S/cm or more, 1x10 -6 S/cm or more, 1x10 -5 S/cm or more, and 1x10 -4 S/cm or more. Alternatively, in one embodiment of the present invention, the reference value may be set at a level of 20% or more compared to the ionic conductivity of a solid polymer electrolyte layer of the same thickness. For example, an electrolyte layer having the same thickness as the electrode model is manufactured using the same ion conductive polymer material, its ionic conductivity is measured, and the ionic conductivity of the electrode model is compared to the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte layer by 20%. If the ionic conductivity is above or equal to the above, the electrode model is assumed to satisfy the preset standard value. In other words, it means that the percentage of the ionic conductivity of the electrode model to the ionic conductivity of the solid electrolyte layer is 20% or more, and can be expressed as the equation below.

식)ceremony)

(전극 모형의 이온 전도도/고체 전해질층의 이온 전도도) X 100 ≥ 20%(ion conductivity of electrode model/ion conductivity of solid electrolyte layer)

본 명세서에서 상기 ‘같은 두께의 고체 고분자 전해질층’이라 함은 입자를 포함하지 않고 기공도가 10% 이하 또는 바람직하게는 5% 이하 더욱 바람직하게는 3% 이하 가장 바람직하게는 1% 이하인 고체 고분자 전해질로만 이루어진 치밀한 막으로 3차원 네트워크 구조를 갖는 전극 모형과 동일한 두께를 갖는 것을 의미한다. 즉, 3차원 네트워크 구조를 갖는 전극 모형에서 입자가 제거됨으로써 형성된 기공이 고체 고분자 전해질로 채워져 있는 모양과 같다. 본 발명에 있어서, 비교 대상인 상기 ‘같은 두께의 고체 고분자 전해질층’과 ‘3차원 네트워크 구조를 갖는 전극 모형’에서 사용된 고분자 고체 전해질은 서로 동일한 것이 바람직하다. In this specification, the 'solid polymer electrolyte layer of the same thickness' refers to a solid polymer that does not contain particles and has a porosity of 10% or less, preferably 5% or less, more preferably 3% or less, and most preferably 1% or less. This means that it is a dense membrane made only of electrolyte and has the same thickness as the electrode model with a three-dimensional network structure. In other words, it looks like the pores formed by removing particles from an electrode model with a three-dimensional network structure are filled with a solid polymer electrolyte. In the present invention, it is preferable that the polymer solid electrolyte used in the 'solid polymer electrolyte layer of the same thickness' and the 'electrode model with a three-dimensional network structure', which are the objects of comparison, are the same.

한편, 상기 기공도는 질소 등의 흡착 기체를 이용하여 BEL JAPAN사의 BELSORP (BET 장비)를 이용하여 측정하거나 수은 압입법(Mercury intrusion porosimetry)과 같은 방법으로 측정될 수 있다. 또는 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 수득된 전극 모형의 밀도(겉보기 밀도)와 전극 모형에 포함된 재료들의 조성비와 각 성분들의 밀도로부터 진밀도를 계산하고 겉보기 밀도(apparent density)와 진밀도(net density)의 차이로부터 기공도를 계산할 수 있다.Meanwhile, the porosity can be measured using BEL JAPAN's BELSORP (BET equipment) using an adsorbed gas such as nitrogen, or can be measured by a method such as mercury intrusion porosimetry. Or, in one embodiment of the present invention, the true density is calculated from the density (apparent density) of the obtained electrode model, the composition ratio of the materials included in the electrode model, and the density of each component, and the apparent density and true density ( Porosity can be calculated from the difference in net density.

전극의 이온 전도도는 전해질의 분포, 구조, 이에 따른 이온 도전 경로, 경로의 길이 나 폭 등의 다양한 조건에 좌우될 수 있다. 본 발명자들은 전극 중 고분자 전해질의 이러한 3차원적 구조는 고분자 전해질 이외에 전극에 포함되는 활물질 등 전극 합재 성분들의 물리적인 특성으로부터 영향을 받을 것으로 예상하였다. 이러한 물리적인 특성은 활물질의 입경, 입경의 분포, 활물질의 분포 상태 등 다양한 조건을 포함할 수 있다.The ionic conductivity of an electrode can depend on various conditions such as the distribution and structure of the electrolyte, the resulting ion conduction path, and the length or width of the path. The present inventors predicted that the three-dimensional structure of the polymer electrolyte in the electrode would be influenced by the physical properties of electrode compound components such as active materials included in the electrode in addition to the polymer electrolyte. These physical properties may include various conditions such as the particle size of the active material, distribution of the particle size, and distribution state of the active material.

따라서, 본 발명에서 「3차원 네트워크 구조를 전극에 적용한다」는 의미는 본 네트워크 구조를 제조하는데 적용된 다양한 조건 중 적어도 하나 이상을 전극 제조에 적용한다는 것을 의미한다. 상기 조건은 a) 내지 h)와 같이 열거될 수 있다.Therefore, in the present invention, “applying the three-dimensional network structure to the electrode” means applying at least one of the various conditions applied to manufacture the network structure to the electrode manufacturing. The conditions may be listed as a) to h).

a) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 고분자 전해질a) Polyelectrolyte used to fabricate the three-dimensional network structure

b) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 고분자 전해질의 함량b) Content of polyelectrolyte used to prepare the three-dimensional network structure

c) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 입자의 입경 (D50, D90 등)c) Particle size (D50, D90, etc.) of the particles used to manufacture the three-dimensional network structure.

d) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 입자의 입경 분포d) Particle size distribution of particles used to fabricate the three-dimensional network structure.

e) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 입자의 함량e) Content of particles used to fabricate the three-dimensional network structure

f) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 용매의 성질 (용해도, 극성도, 점도 등)f) the nature of the solvent used to prepare the three-dimensional network structure (solubility, polarity, viscosity, etc.)

g) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 용매의 성질g) nature of the solvent used to prepare the three-dimensional network structure

h) 고형분의 함량 및/또는 슬러리의 농도h) Solids content and/or slurry concentration

상기 조건들은 완전히 동일하거나, 경우에 따라서는 소정 범위를 만족하도록 할 수 있다. 예를 들어 활물질 입자의 경우, 모델 전극 구조에 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경의 +/-10% 이내의 입경 범위를 가질 수 있다. 또는 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량 비율(%)의 +/-10%의 함량을 가질 수 있다. 또는 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%)의 +/-10%의 부피를 가질 수 있다.The above conditions may be completely the same or, in some cases, may satisfy a predetermined range. For example, in the case of active material particles, the particle size may be within +/-10% of the particle size of the inorganic particles and/or organic particles included in the model electrode structure. Alternatively, it may have a content of +/-10% of the content ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100% by weight of the composite film selected as the model electrode structure. Alternatively, it may have a volume of +/-10% of the volume ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100 vol% of the composite film selected as the model electrode structure.

또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 선정된 3차원 네트워크 구조 및 이의 제조 조건을 참조하여 전고체 전지용 전극을 제조하는 단계를 더 수행할 수 있다(S60). 이때 전극 활물질은 상기 복합 필름에서 무기 및/또는 유기 입자 대신 투입되는 것이므로 전극 활물질 입자는 하기 B1) 내지 B3) 중 적어도 하나 이상의 조건을 만족하는 것이 바람직하다:Additionally, in a specific embodiment of the present invention, a step of manufacturing an electrode for an all-solid-state battery may be further performed with reference to the selected three-dimensional network structure and its manufacturing conditions (S60). At this time, since the electrode active material is added instead of the inorganic and/or organic particles in the composite film, it is preferable that the electrode active material particles satisfy at least one of the following conditions B1) to B3):

B1) 모델 전극 구조에 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경의 +/-10% 또는 +/- 5% 이내의 입경 범위를 가짐B1) Having a particle size range within +/-10% or +/- 5% of the particle size of the inorganic particles and/or organic particles contained in the model electrode structure.

B2) 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량 비율(%)의 +/- 10% 또는 +/- 5% 또는 +/- 2%의 함량을 가짐B2) The content of inorganic particles and/or organic particles contained in 100% by weight of the composite film selected as the model electrode structure is +/- 10% or +/- 5% or +/- 2%. have

B3) 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%)의 +/- 10% 또는 +/- 5% 또는 +/- 2%의 부피를 가짐.B3) A volume of +/- 10% or +/- 5% or +/- 2% of the volume ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100 vol% of the composite film selected as the model electrode structure. Having.

한편, 전술한 단계를 통해 전극을 제조한 경우에는 상기 전극의 이온 전도도를 측정하고 이를 상기 모델 전극 구조 또는 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도와 비교하는 단계를 더 수행할 수 있다(S70). 만일 전극의 이온 전도도가 모델 전극 구조의 이온 전도도 또는 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도에 대해 70% 이상, 또는 80% 이상, 또는 90% 이상의 이온 전도도를 나타내거나 이들의 이온 전도도에 비해 높은 이온 전도도를 나타내는 경우에는 상기 전극을 모델 전극으로 선정할 수 있다(S80).Meanwhile, when the electrode is manufactured through the above-described steps, a step of measuring the ionic conductivity of the electrode and comparing it with the ionic conductivity of the model electrode structure or three-dimensional network structure can be further performed (S70). If the ionic conductivity of the electrode is greater than 70%, or greater than 80%, or greater than 90% of the ionic conductivity of the model electrode structure or the ionic conductivity of the three-dimensional network structure, or has a higher ionic conductivity compared to these ionic conductivities. If indicated, the electrode can be selected as a model electrode (S80).

한편, 3차원 네트워크 구조에서 측정된 이온 전도도가 기설정된 기준치에 미치지 못하는 경우에는 제조 조건을 변경하고 변경된 조건들을 3차원 네트워크 구조 제조에 다시 적용할 수 있다. 예를 들어 하기 A1) 내지 A3) 중 적어도 하나 이상의 조건을 변경할 수 있다. 또한, 변경된 조건에 따라 전술한 S10) 내지 S40)의 공정을 반복하여 수행하고 3차원 네트워크 구조를 수득할 수 있다.Meanwhile, if the ionic conductivity measured in the three-dimensional network structure does not reach the preset standard, the manufacturing conditions can be changed and the changed conditions can be reapplied to the manufacturing of the three-dimensional network structure. For example, at least one of the conditions A1) to A3) below can be changed. In addition, the above-described processes S10) to S40) can be repeatedly performed according to changed conditions and a three-dimensional network structure can be obtained.

A1) 투입되는 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경,A1) Particle size of the inorganic particles and/or organic particles introduced,

A2) 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량비율(%),A2) Content ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100% by weight of composite film,

and

A3) 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%).A3) Volume ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100 vol% of the composite film.

본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 전극은 당업계에 알려진 통상 적인 방법에 따라 전극 활물질을 전극 전류집전체에 접착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극 활물질 중 양극 활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기 화학 소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극 활물질이 사용가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들의 조합에 의하여 형성In one embodiment of the present invention, the electrode can be manufactured by attaching the electrode active material to the electrode current collector according to a common method known in the art. Non-limiting examples of the positive electrode active material among the electrode active materials include common positive electrode active materials that can be used in the positive electrode of conventional electrochemical devices, especially lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide, or these. formed by combination

되는 복합산화물 등과 같은 리튬흡착물질(lithium intercalation material) 등이 바람직하다. 음극 활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기 화학 소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극 활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이Lithium intercalation materials such as complex oxides are preferred. Non-limiting examples of the negative electrode active material include common negative electrode active materials that can be used in the negative electrode of conventional electrochemical devices, especially lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, Graphite

트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. 양극 전류 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.Lithium adsorption materials such as graphite or other carbons are preferred. Non-limiting examples of the positive current collector include foil made of aluminum, nickel, or a combination thereof, and non-limiting examples of the negative current collector include foil made of copper, gold, nickel, or a copper alloy, or a combination thereof. There are foils etc. that are manufactured.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art.

(1) 필름의 제조(1) Production of film

실시예1Example 1 -1-One

Acetonitrile (AN)용매에 PEO (Mw =4,000,000g/mol)을 녹여 4wt% 농도의 고분자 용액을 준비하였다. 또한, 상기 고분자 용액에 리튬염으로 LiFSI를 [EO]/[Li+]=20/1이 되도록 투입하여 혼합하였다. 상기 고분자 용액에서 PEO(Polyethylene oxide)와 리튬염이 충분히 녹을 수 있도록 70℃에서 약 24시간 동안 밤샘 교반하였다. 상기 용액에 PMMA(Poly methyl methacrylate) 입자 (D50 5㎛)를 투입하고 상온에서 약 24시간 동안 밤샘 교반하였다. PMMA의 양은 고형분(PEO+리튬염+개시제+경화제) 중 50중량%가 되도록 하였다. 코팅을 하기 전, 개시제와 경화제 용액을 미리 준비하여 약 1 시간 교반한 후, 상기 고분자 용액에 첨가하였다. 이때, 경화제는 PEGDA(Polyethylene glycol diacrylate, Mw =575), 개시제는 BPO(Benzoyl peroxide)를 사용하였다. PEGDA는 PEO 100 중량부 대비 20 중량부, BPO는 PEGDA 100중량부 대비 1중량부의 양으로 투입되었다. 개시제, 경화제 용액 투입 후, 코팅을 실시하였다. 코팅은 닥터 블레이드를 이용하며, 이형 필름 위에 하였다. 코팅 gap은 800㎛, 코팅 속도는 20mm/min으로 제어되었다. 코팅된 용액을 이형 필름째로 유리판으로 이동시켜 수평을 잘 유지하고, 챔버 내에서 상온 밤샘 정치시킨 후, 100℃에서 12시간 진공 건조하였다. 이후 압연을 통해 50㎛의 두께를 갖는 복합 필름을 수득하였다. 상기 복합 필름에 UV 광을 조사하여 상기 복합 필름에서 PMMA 입자를 분해 및 제거하여 고분자 고체 전해질의 3차원 네크워크 구조로 이루어진 다공성 필름을 수득하였다. 상기 다공성 필름의 기공 부피는 50vol%였다.A polymer solution with a concentration of 4 wt% was prepared by dissolving PEO (Mw = 4,000,000 g/mol) in acetonitrile (AN) solvent. Additionally, LiFSI as a lithium salt was added to the polymer solution so that [EO]/[Li+]=20/1 and mixed. The polymer solution was stirred overnight at 70°C for about 24 hours to sufficiently dissolve PEO (polyethylene oxide) and lithium salt. Poly methyl methacrylate (PMMA) particles (D50 5㎛) were added to the solution and stirred overnight at room temperature for about 24 hours. The amount of PMMA was set to 50% by weight of the solid content (PEO + lithium salt + initiator + hardener). Before coating, an initiator and curing agent solution was prepared in advance, stirred for about 1 hour, and then added to the polymer solution. At this time, PEGDA (Polyethylene glycol diacrylate, Mw = 575) was used as the curing agent, and BPO (Benzoyl peroxide) was used as the initiator. PEGDA was added in an amount of 20 parts by weight compared to 100 parts by weight of PEO, and BPO was added in an amount of 1 part by weight compared to 100 parts by weight of PEGDA. After adding the initiator and curing agent solution, coating was performed. Coating was done using a doctor blade and on a release film. The coating gap was controlled to 800㎛, and the coating speed was controlled to 20mm/min. The coated solution was moved to a glass plate with a release film, maintained well, left in the chamber at room temperature overnight, and then dried under vacuum at 100°C for 12 hours. Afterwards, a composite film with a thickness of 50㎛ was obtained through rolling. The composite film was irradiated with UV light to decompose and remove PMMA particles from the composite film, thereby obtaining a porous film composed of a three-dimensional network structure of a polymer solid electrolyte. The pore volume of the porous film was 50 vol%.

상기 제조된 필름을 직경 1.7671cm2크기의 원형으로 절단하고 이를 동일한 크기의 금속판(SUS 재질) 사이에 개재하여 코인 타입 전지를 제작하였다. 상온에서 impedance를 측정한 후, 이온 전도도를 계산하였다. 이온 전도도는 500kHz~0.1Hz의 교류 임피던스를 측정해, 그 측 정치에서 저항 R를 계산한다. 또한 이 저항 R과 측정 샘플의 면적 A와 두께 d로부터 이온 전도도=1/R×1d/A를 구하였다. The prepared film was cut into a circular shape with a diameter of 1.7671 cm 2 and sandwiched between metal plates (SUS material) of the same size to produce a coin-type battery. After measuring impedance at room temperature, ionic conductivity was calculated. For ionic conductivity, alternating current impedance is measured from 500 kHz to 0.1 Hz, and resistance R is calculated from that measurement. Additionally, ionic conductivity = 1/R x 1d/A was obtained from this resistance R and the area A and thickness d of the measurement sample.

실시예 1-2Example 1-2

사용한 PMMA 입자의 D50이 10㎛인 것을 제외하고는 제조예 1과 같이 동일하게 필름을 제조하고 이온 전도도를 측정하였다. 상기 다공성 필름의 기공 부피는 50vol%였다.A film was prepared in the same manner as Preparation Example 1, except that the D50 of the PMMA particles used was 10㎛, and the ionic conductivity was measured. The pore volume of the porous film was 50 vol%.

실시예 1-3Example 1-3

사용한 PMMA 입자의 D50이 10㎛이고 고형분 중 PMMA의 함량이 60wt%인 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 다공성 필름을 제조하고 이온 전도도를 측정하였다. 수득된 다공성 필름의 기공 부피는 40vol%였다.A porous film was prepared in the same manner as Preparation Example 1, except that the D50 of the PMMA particles used was 10㎛ and the PMMA content in the solid content was 60wt%, and the ionic conductivity was measured. The pore volume of the obtained porous film was 40 vol%.

실시예 1-4Example 1-4

PMMA 대신 실리카 입자 (D50 5㎛~10㎛)을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 복합 필름을 제조하고 이온 전도도를 측정하였다. 수득된 복합 필름을 3wt% HF 수용액에 넣고 30분간 정치시켜 실리카 입자를 제거하고 다공성 필름을 제조하였다. 수득된 다공성 필름의 기공 부피는 50vol%였다. A composite film was prepared in the same manner as Preparation Example 1, except that silica particles (D50 5㎛~10㎛) were used instead of PMMA, and ionic conductivity was measured. The obtained composite film was placed in a 3 wt% HF aqueous solution and left to stand for 30 minutes to remove silica particles and prepare a porous film. The pore volume of the obtained porous film was 50 vol%.

실시예 1-5Examples 1-5

사용한 PMMA 입자가 10㎛이고, PMMA 함량이 70wt%인 것을 제외하고, 제조예 1과 같이 동일하게 복합 필름을 제조하고 이온 전도도를 측정하였다. 수득된 다공성 필름의 기공 부피는 30vol%였다. A composite film was prepared in the same manner as Preparation Example 1, except that the PMMA particles used were 10㎛ and the PMMA content was 70wt%, and the ionic conductivity was measured. The pore volume of the obtained porous film was 30 vol%.

참조예Reference example

Acetonitrile(AN) 용매에 PEO (Mw =4,000,000g/m ol)을 녹여 4wt%의 농도의 고분자 용액을 준비하였다. 이 때, 리튬염으로 LiFSI를 [EO]/[Li+]=20/1이 되도록 함께 투입하였다. 준비된 고분자 용액에서 PEO와 리튬염이 충분히 녹을 수 있도록 70℃에서 약 24시간 동안 밤샘 교반 했다. 코팅을 하기 전, 개시제와 경화제 용액을 미리 준비하여 약 1 시간 정도 교반한 후, 상기 고분자 용액에 첨가하였다. 이때, 경화제는 PEGDA(Mw =575), 개시제는 BPO를 사용하며, PEGDA는 PEO 100 중량부 대비 20 중량부, BPO는 PEGDA 100중량부 대비 1중량부의 양으로 투입되었다. 개시제, 경화제 용액 투입 후, 용액이 충분히 섞은 후 코팅을 실시하였다. 코팅은 doctor blade를 이용하였으며, 이형 필름 위에 하였다. 코팅 gap은 800㎛, 코팅속도는 20mm/min이다. 코팅된 용액은 이형 필름째로 유리판으로 이동시켜 수평을 잘 유지하고, 챔버 내에서 상온 밤샘 유지 후, 100℃에서 약 12시간 진공 건조 하였다. 이 후 압연을 통해 50㎛의 두께를 갖는 필름을 수득하고 이온 전도도를 측정하였다.A polymer solution with a concentration of 4 wt% was prepared by dissolving PEO (Mw = 4,000,000 g/m ol) in acetonitrile (AN) solvent. At this time, LiFSI was added as a lithium salt so that [EO]/[Li+]=20/1. The prepared polymer solution was stirred overnight at 70°C for about 24 hours to ensure that PEO and lithium salt were sufficiently dissolved. Before coating, an initiator and curing agent solution was prepared in advance, stirred for about 1 hour, and then added to the polymer solution. At this time, PEGDA (Mw = 575) was used as the curing agent, and BPO was used as the initiator. PEGDA was added in an amount of 20 parts by weight compared to 100 parts by weight of PEO, and BPO was added in an amount of 1 part by weight compared to 100 parts by weight of PEGDA. After adding the initiator and curing agent solutions, the solutions were sufficiently mixed and then coating was performed. Coating was done using a doctor blade and was applied on a release film. The coating gap is 800㎛, and the coating speed is 20mm/min. The coated solution was moved to a glass plate with the release film, kept well leveled, maintained in the chamber at room temperature overnight, and then vacuum dried at 100°C for about 12 hours. Afterwards, a film with a thickness of 50㎛ was obtained through rolling, and the ionic conductivity was measured.



실시예 1-1

Example 1-1

실시예 1-2

Example 1-2

실시예 1-3

Example 1-3

실시예 1-4

Example 1-4

실시예 1-5

Examples 1-5

참조예

Reference example

이온 전도도(S/cm, 상온)

Ion conductivity (S/cm, room temperature)

2.5x10-7

2.5x10 -7

2.2x10-7

2.2x10 -7

1.6x10-7

1.6x10 -7

1.3x10-7

1.3x10 -7

0.9x10-7

0.9x10 -7

5x10-7

5x10 -7

실험예와 같이, 참조예 의 PEO 적용 단독 고체 전해질 막의 경우 가장 높은 이온 전도도 값을 나타내었다. 이것은 벌크 상태의 단순 필름형의 tortuosity가 1인 것으로 기준값(reference) 산출하는 기준이 된다. 전극 활물질을 포함하는 경우 활물질의 입경과 함량 등에 의해 결정되는 전극 구조에 따른 이온 전도도를 확인하기 위해 활물질 대신 유기 입자(예를 들어, 구형의 PMMA) 또는 무기 입자(예를 들어, 실리카 입자)를 사용하여 실제 수득되는 전극의 이온 전도도를 예측하였다. 같은 고체 전해질 재료를 전극에 적용한 경우 벌크 상태의 단순 필름형의 고체 전해질막에 비해서 전극 내 이온 전도도는 활물질로 인해 tortuosity가 발생하여 이온 전도도가 감소 한다. 활물질 함량이 증가함에 따라 전극 내 고체 전해질의 함량이 낮아져 이온 전도도가 감소한다. 고체 전해질 함량이 30wt% 수준(실시예 1-5)로 감소함에 따라 이온 전도도가 벌크(bulk) 상태의 이온 전도도 대비 18%로 매우 낮아져 성능에 영향을 줄 수 있다. 이와 같이 전극 내 이온 전도도는 벌크 상태 대비 20% 이상인 것이 바람직한 것으로 확인되었다.As in the experimental example, the PEO-only solid electrolyte membrane of the reference example showed the highest ionic conductivity value. This is the standard for calculating the reference value as the tortuosity of a simple film type in bulk is 1. When an electrode active material is included, organic particles (e.g., spherical PMMA) or inorganic particles (e.g., silica particles) are used instead of the active material to check the ionic conductivity according to the electrode structure, which is determined by the particle size and content of the active material. was used to predict the ionic conductivity of the electrode actually obtained. When the same solid electrolyte material is applied to the electrode, the ionic conductivity within the electrode decreases due to tortuosity caused by the active material compared to a simple film-type solid electrolyte membrane in the bulk state. As the active material content increases, the content of solid electrolyte in the electrode decreases, resulting in a decrease in ionic conductivity. As the solid electrolyte content decreases to 30wt% (Example 1-5), the ionic conductivity becomes very low to 18% compared to the bulk ionic conductivity, which may affect performance. In this way, it was confirmed that the ionic conductivity in the electrode is preferably 20% or more compared to the bulk state.

실시예 2: 전극의 제조Example 2: Preparation of electrodes

Acetonitrile (AN)용매에 PEO (Mw =4,000,000g/mol)을 녹여 4wt% 농도의 고분자 용액을 준비하였다. 또한, 상기 고분자 용액에 리튬염으로 LiFSI를 [EO]/[Li+]=20/1이 되도록 투입하여 혼합하였다. 상기 고분자 용액에서 PEO와 리튬염이 충분히 녹을 수 있도록 70℃에서 약 24시간 동안 밤샘 교반하였다. 상기 용액에 전극 활물질 (LiNi8Mn1Co1O2)(D505㎛)를 용액 내 고형분 양 (PEO+ 리튬염+개시제 +경화제) 만큼 넣은 후 상온에서 약 24시간 동안 밤샘 교반하였다. 코팅을 하기 전, 개시제와 경화제 용액을 미리 준비하여 약 1 시간 교반한 후, 상기 고분자 용액에 첨가하였다. 이때, 경화제는 PEGDA(Mw =575), 개시제는 BPO를 사용하였다. PEGDA는 PEO 100 중량부 대비 20 중량부, BPO는 PEGDA 100 중량부 대비 1중량부의 함량으로 투입되었다. 개시제, 경화제 용액 투입 후, 상기 용액이 충분히 섞이면 코팅을 실시하였다. 코팅은 doctor blade를 이용하며, 이형 필름 위에 하였다. 코팅 gap은 200㎛, 코팅 속도는 20mm/min으로 제어되었다. 코팅된 solution은 이형 필름째로 유리판에 이동시켜 수평을 잘 유지하고, chamber 내에서 상온 밤샘 정치시킨 후, 100℃에서 12시간 진공 건조하였다. 이후 압연을 통해 두께를 50㎛로 조절하였다. 최종적으로 고체 전해질의 함량이 50vol%인 전극을 수득하였다.A polymer solution with a concentration of 4 wt% was prepared by dissolving PEO (Mw = 4,000,000 g/mol) in acetonitrile (AN) solvent. Additionally, LiFSI as a lithium salt was added to the polymer solution so that [EO]/[Li+]=20/1 and mixed. The polymer solution was stirred overnight at 70°C for about 24 hours to ensure that PEO and lithium salt were sufficiently dissolved. The electrode active material (LiNi 8 Mn 1 Co 1 O 2 ) (D505㎛) was added to the solution in an amount equal to the amount of solid content (PEO + lithium salt + initiator + curing agent), and then stirred overnight at room temperature for about 24 hours. Before coating, an initiator and curing agent solution was prepared in advance, stirred for about 1 hour, and then added to the polymer solution. At this time, PEGDA (Mw = 575) was used as the curing agent, and BPO was used as the initiator. PEGDA was added in an amount of 20 parts by weight compared to 100 parts by weight of PEO, and BPO was added in an amount of 1 part by weight compared to 100 parts by weight of PEGDA. After adding the initiator and curing agent solutions, coating was performed when the solutions were sufficiently mixed. Coating was done using a doctor blade and on a release film. The coating gap was controlled to 200㎛, and the coating speed was controlled to 20mm/min. The coated solution was moved to a glass plate as a release film, maintained well, left in a chamber at room temperature overnight, and then dried under vacuum at 100°C for 12 hours. Afterwards, the thickness was adjusted to 50㎛ through rolling. Finally, an electrode with a solid electrolyte content of 50 vol% was obtained.

(2) 이온 전도도의 측정(2) Measurement of ionic conductivity

상기 제조된 전극을 직경 1.4875cm2크기의 원형으로 절단하여 두 장을 준비하고 이 사이에 제조예 5에서 제작한 고체 전해질 막을 개재하여 코인 타입 전지를 제작하였다. 상온에서 impedance를 측정한 후, 이온 전도도를 계산하였다. 이의 이온 전도도 수치는 2.4x10-7로 제조예 1의 이온 전도도 수치와 유사한 범위를 나타내는 것으로 확인되었다. The prepared electrode was cut into circular shapes with a diameter of 1.4875 cm 2 to prepare two sheets, and a coin-type battery was manufactured by interposing the solid electrolyte membrane prepared in Preparation Example 5 between them. After measuring impedance at room temperature, ionic conductivity was calculated. Its ionic conductivity value was 2.4x10 -7 , which was confirmed to be in a similar range to that of Preparation Example 1.

이와 같이 본 발명은 희망하는 이온 전도도 범위를 나타내는 전극의 재료 선정, 전극의 두께, 고체 전해질의 함량 등 전극의 구조를 설계하는데 적용할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 전극 모형은 실제 전극의 이온 전도도 수치와 유사한 수치를 나타내는 것으로 확인되어 신뢰성 있는 예측 결과를 도출할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이 다양한 실시양태를 통해 본 발명을 상세히 설명하였다. 그러나, 상기 실시양태는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.In this way, the present invention can be applied to design the structure of the electrode, such as selection of electrode material showing the desired ionic conductivity range, electrode thickness, and solid electrolyte content. The electrode model manufactured according to the present invention has the advantage of being able to derive reliable prediction results as it has been confirmed to exhibit values similar to the ionic conductivity values of the actual electrode. As such, the present invention has been described in detail through various embodiments. However, the above embodiments are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these only.

10 유기 및/또는 무기 입자10 Organic and/or inorganic particles

20 3차원 네트워크 구조 20 3D network structure

Claims (8)

(S10) 고분자 고체 전해질 재료 및 무기 입자 및/또는 유기 입자를 포함하는 복합 필름을 제조하는 단계;
(S20) 상기 복합 필름으로부터 고체 고분자 전해질 재료를 제외한 무기 입자 및/또는 유기 입자를 선택적으로 제거하여 고체 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 수득하는 단계;
(S30) 상기 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도를 측정하는 단계; 및
(S40) 상기 (S30)에서 측정된 이온 전도도를 미리 설정된 기준치(base line)와 비교하는 단계;를 포함하는 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법.
(S10) manufacturing a composite film containing a polymer solid electrolyte material and inorganic particles and/or organic particles;
(S20) obtaining a three-dimensional network structure of a solid polymer electrolyte by selectively removing inorganic particles and/or organic particles other than the solid polymer electrolyte material from the composite film;
(S30) measuring ionic conductivity of the three-dimensional network structure; and
(S40) Comparing the ionic conductivity measured in (S30) with a preset base line. A method of selecting an electrode containing a solid electrolyte comprising a.
제1항에 있어서,
상기 (S10) 단계 수행 전 하기 A1) 내지 A3) 중 적어도 하나 이상을 측정하는 단계를 더 수행하는 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법:
A1) 투입되는 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경,
A2) 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량비율(%),

A3) 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%).
According to paragraph 1,
A method of selecting an electrode containing a solid electrolyte further comprising the step of measuring at least one of the following A1) to A3) before performing the step (S10):
A1) Particle size of the inorganic particles and/or organic particles introduced,
A2) Content ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100% by weight of composite film,
and
A3) Volume ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100 vol% of the composite film.
제1항에 있어서,
(S50) 측정된 이온 전도도가 상기 기준치 이상인 경우 (S10)의 복합 필름의 구조를 모델 전극 구조로 선정하는 단계를 더 포함하는 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법.
According to paragraph 1,
(S50) A method of selecting an electrode containing a solid electrolyte further comprising the step of selecting the structure of the composite film of (S10) as a model electrode structure when the measured ionic conductivity is greater than the above reference value.
제3항에 있어서,
(S60) 고분자 고체 전해질 재료 및 전극 활물질 입자를 포함하는 전고체 전지용 전극을 제조하는 단계를 더 포함하며, 상기 전극 활물질 입자는 하기 B1) 내지 B3) 중 적어도 하나 이상의 조건을 만족하는 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법:
B1) 모델 전극 구조에 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경의 +/-10% 또는 +/-5% 이내의 입경 범위를 가짐
B2) 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량 비율(%)의 +/- 10% 또는 +/- 5% 또는 +/- 2%의 함량을 가짐
B3) 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%)의 +/- 10% 또는 +/- 5% 또는 +/- 2%의 부피를 가
짐.
According to paragraph 3,
(S60) further comprising manufacturing an electrode for an all-solid-state battery containing a polymer solid electrolyte material and electrode active material particles, wherein the electrode active material particles are a solid electrolyte-containing electrode that satisfies at least one of the conditions B1) to B3) below. How to select:
B1) Having a particle size range within +/-10% or +/-5% of the particle size of the inorganic particles and/or organic particles contained in the model electrode structure.
B2) The content of inorganic particles and/or organic particles contained in 100% by weight of the composite film selected as the model electrode structure is +/- 10% or +/- 5% or +/- 2%. have
B3) A volume of +/- 10% or +/- 5% or +/- 2% of the volume ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100 vol% of the composite film selected as the model electrode structure. go
load.
제4항에 있어서,
(S70) 상기 전고체 전지용 전극의 이온 전도도를 측정하고 상기 이온 전도도를 모델 전극 구조의 이온 전도도와 비교하는 단계; 및
(S80) 측정된 전고체 전지용 전극의 이온 전도도가 모델 전극 구조의 이온 전도도에 비해 70% 이상의 이온 전도도를 나타내는 경우 (S60)에서 제조된 전극을 모델 전극으로 선정하는 단계:를 더 포함하는 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법.
According to paragraph 4,
(S70) measuring the ionic conductivity of the electrode for an all-solid-state battery and comparing the ionic conductivity with the ionic conductivity of a model electrode structure; and
(S80) If the measured ionic conductivity of the all-solid-state battery electrode shows an ionic conductivity of 70% or more compared to the ionic conductivity of the model electrode structure, selecting the electrode manufactured in (S60) as the model electrode: A solid electrolyte further comprising: How to select inclusion electrodes.
제1항에 있어서,
(S50) 측정된 이온 전도도가 상기 기준치에 미치지 못하는 경우 하기 A1) 내지 A3) 중 적어도 하나 이상의 조건을 변경하고 상기 S10) 내지 S40)를 반복하는 단계를 더 수행하는 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법:
A1) 투입되는 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경,
A2) 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량비율(%),

A3) 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%).
According to paragraph 1,
(S50) If the measured ionic conductivity does not meet the above standard value, a method of selecting an electrode containing a solid electrolyte further includes changing at least one of the conditions A1) to A3) below and repeating steps S10) to S40). :
A1) Particle size of the inorganic particles and/or organic particles introduced,
A2) Content ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100% by weight of composite film,
and
A3) Volume ratio (%) of inorganic particles and/or organic particles contained in 100 vol% of the composite film.
제1항에 있어서,
상기 입자는 PMMA를 포함하는 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법.
According to paragraph 1,
A method for selecting an electrode containing a solid electrolyte in which the particles contain PMMA.
제1항에 있어서,
상기 (S20)는 하기 (S21) 단계 내지 (S24) 단계를 포함하는 하위 공정에 의해 수행되는 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법:
(S21) 유기 입자, 고분자 고체 전해질 및 분산매를 투입하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계;
(S22) 상기 혼합 슬러리를 기판에 도포하는 단계;
(S23) 상기 도포된 혼합 슬러리를 건조하여 복합 필름을 수득하는 단계; 및
(S24) 복합 필름으로부터 상기 입자를 제거하는 단계.
According to paragraph 1,
The (S20) method for selecting an electrode containing a solid electrolyte is performed by a sub-process including the following steps (S21) to (S24):
(S21) preparing a mixed slurry by adding organic particles, a polymer solid electrolyte, and a dispersion medium;
(S22) applying the mixed slurry to a substrate;
(S23) drying the applied mixed slurry to obtain a composite film; and
(S24) removing the particles from the composite film.
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