KR20140073400A - Solid battery - Google Patents

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KR20140073400A
KR20140073400A KR1020130096872A KR20130096872A KR20140073400A KR 20140073400 A KR20140073400 A KR 20140073400A KR 1020130096872 A KR1020130096872 A KR 1020130096872A KR 20130096872 A KR20130096872 A KR 20130096872A KR 20140073400 A KR20140073400 A KR 20140073400A
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Abstract

The present invention provides a solid battery comprising a cathode, an anode, and a solid electrolyte layer disposed between the cathode and the anode. At least the cathode of the cathode and the anode, and the solid electrolyte layer include a sulfide-based solid electrolyte. The sulfide-based solid electrolyte has amorphous forms and crystal forms. The ratio of the amorphous forms (A) is higher than the ratio of the crystal forms (A′) in the sulfide-based solid electrolyte included in at least the cathode of the cathode and the anode. The ratio of the amorphous forms (B) is higher than the ratio of the crystal forms (B′) in the sulfide-based solid electrolyte included in the solid electrolyte layer.

Description

고체전지{Solid battery}Solid battery {Solid battery}

고체전지에 관한 것이다.≪ / RTI >

리튬이온 2차전지로서 고체전해질을 이용한 고체전지가 알려져 있다. 상기 고체전지는, 고체전해질을 포함한 고체전해질층과 고체전해질층의 양면에 형성되는 전극(양극 및 음극)과 각 전극에 접합되는 집전체를 갖추어 구성되어 있다.A solid-state battery using a solid electrolyte as a lithium ion secondary battery is known. The solid-state battery includes an electrode (positive electrode and negative electrode) formed on both surfaces of a solid electrolyte layer including a solid electrolyte and a solid electrolyte layer, and a current collector joined to each electrode.

고체전지에서는, 각 전극에도 고체전해질이 혼합되는 것이 일반적이다. 고체전해질로서 리튬이온 전도도가 뛰어난 황화물계 고체전해질이 사용되고 있다.In solid-state batteries, solid electrolytes are generally mixed with each electrode. As a solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte having excellent lithium ion conductivity has been used.

일본특허공개 2008-103281호에는, 양극/음극간의 고체전해질층에서, 비정질/결정질의 황화물 고체전해질을 이용한 고체전지가 개시되고 있다. 또한, 일본특허공개2008-103282호에는, 양극 및/또는 음극의 고체전해질에서, 비정질/결정질의 황화물계 고체전해질을 이용한 고체전지가 개시되고 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-103281 discloses a solid battery using an amorphous / crystalline sulfide solid electrolyte in the solid electrolyte layer between the anode and the cathode. Japanese Patent Laid-Open No. 2008-103282 discloses a solid-state battery using an amorphous / crystalline sulfide-based solid electrolyte in a solid electrolyte of a positive electrode and / or a negative electrode.

한 측면은 방전 용량 및 사이클 특성이 개선된 고체 전지를 제공하는 것이다.One aspect is to provide a solid battery having improved discharge capacity and cycle characteristics.

한 측면에 따라On one side

양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 배치된 고체전해질층을 포함하며,anode; cathode; And a solid electrolyte layer disposed between the anode and the cathode,

상기 양극과 음극 중 적어도 양극 및 고체전해질층이 황화물계 고체전해질을 포함하며,At least an anode and a solid electrolyte layer of the anode and the cathode include a sulfide-based solid electrolyte,

상기 황화물계 고체전해질이 비정질체와 결정질체를 포함하며,Wherein the sulfide-based solid electrolyte comprises an amorphous substance and a crystalline substance,

상기 양극과 음극 중 적어도 양극에 포함된 황화물계 고체전해질에서 비정질체의 비율(A)이 결정질체의 비율(A')보다 높으며,Wherein the ratio (A) of the amorphous substance in the sulfide-based solid electrolyte contained in at least one of the positive electrode and the negative electrode is higher than the ratio (A ') of the crystalline substance,

고체전해질층에 포함된 황화물계 고체전해질에서 비정질체의 비율(B)이 결정질체의 비율(B')보다 낮은 고체전지가 제공된다.A solid electrolyte in which a ratio (B) of an amorphous body in a sulfide-based solid electrolyte contained in a solid electrolyte layer is lower than a ratio (B ') of a crystalline body is provided.

한 측면에 따르면 양극, 음극, 및, 전해질층에 있어서의 고체전해질의 결정 구조를 적정범위로 설정하는 것에 의해서, 방전 용량 및 사이클 특성이 개선된 고체전지를 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a solid battery having improved discharge capacity and cycle characteristics by setting the crystal structure of the solid electrolyte in the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte layer to an appropriate range.

도 1은 예시적인 일구현예에 따른 고체전지 구조의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 고체전지 2: 양극집전체
3: 접착층 4: 양극층
5: 고체전해질층 6: 음극층
7: 음극집전체 10: 양극
20: 음극
1 is a cross-sectional view of a solid-state battery structure according to one exemplary embodiment.
Description of the Related Art
1: solid battery 2: anode current collector
3: Adhesive layer 4: anode layer
5: solid electrolyte layer 6: cathode layer
7: anode current collector 10: anode
20: cathode

이하에서 예시적인 구현예들에 따른 고체전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the solid state battery according to the exemplary embodiments will be described in more detail.

황화물계 고체전해질에는 일반적으로 황화리튬(Li2S)과 오황화이인(P2S5)을 기계적 밀링(mechanical milling, MM)으로 처리한 비정질 타입(비정질체)의 고체전해질과, 이것을 고온에서 소성시켜 결정화된 유리 구조로서 결정질 타입(결정질체)의 고체전해질이 있다. 전자는, 유연성을 가져 리튬이온 전도도가 10-4 S/cm 인데 비하여, 후자는 딱딱하지만 리튬이온 전도도가 10-3 S/cm로서 비정질 타입에 비하여 1자릿수가 더 크다.Sulfide-based solid electrolytes generally include amorphous (amorphous) solid electrolytes which are generally treated by mechanical milling (MM) of lithium sulfide (Li 2 S) and sulfurized phosphorus (P 2 S 5 ) As a glass structure crystallized by firing, there is a solid electrolyte of crystalline type (crystalline substance). The former is flexible and has a lithium ion conductivity of 10 -4 S / cm, whereas the latter is rigid, but has a lithium ion conductivity of 10 -3 S / cm, which is one digit larger than the amorphous type.

고체전지의 출력특성을 향상시키려면, 리튬이온 전도도가 커서 전지의 방전용량을 높일 수 있는 결정질 타입을 이용하는 것이 바람직하지만, 고체전지의 충방전은 전극활물질의 팽창/수축을 수반하므로, 결정질 타입의 고체전해질을 사용함에 의하여 전극활물질과 결정질 고체전해질의 계면에 공극이 생기고, 이것이 고저항층이 되어 고체전지의 충방전 사이클 특성을 악화시킨다.In order to improve the output characteristics of the solid-state battery, it is preferable to use a crystalline type in which the lithium ion conductivity is high and the discharge capacity of the battery can be increased. However, charging / discharging of the solid state battery involves expansion / contraction of the electrode active material, The use of a solid electrolyte causes pores at the interface between the electrode active material and the crystalline solid electrolyte, which becomes a high-resistance layer, deteriorating the charge-discharge cycle characteristics of the solid-state battery.

발명자가 열심히 검토한 결과, 양극과 음극에서의 고체전해질에 있어서 비정질 구조의 비율과 고체전해질층에서의 고체전해질에 있어서 비정질 구조의 비율을 각각 제어하는 것으로써, 이온전도도를 양호하게 하면서, 전극활물질과 고체전해질의 계면에서의 공극의 발생을 억제하여 전지의 사이클 특성의 저하를 방지할 수 있음을 알게 되었다.As a result of the inventors' earnest study, it has been found that by controlling the ratio of the amorphous structure in the solid electrolyte in the positive electrode and the negative electrode and the ratio of the amorphous structure in the solid electrolyte in the solid electrolyte layer, And the generation of pores at the interface between the solid electrolyte and the solid electrolyte can be suppressed and the deterioration of the cycle characteristics of the battery can be prevented.

양극 및/또는 음극에는, 결정질 고체전해질과 함께, 유연한 비정질 고체전해질을 사용하는 것에 의하여, 충방전시의 전극활물질과 고체전해질의 계면에서 공극이 발생하는 것을 방지할 수 있다.By using a flexible amorphous solid electrolyte in combination with the crystalline solid electrolyte and the positive electrode and / or the negative electrode, voids can be prevented from occurring at the interface between the electrode active material and the solid electrolyte at the time of charging and discharging.

한편, 고체전해질층은 충방전 과정에 있어서 양극 및 음극으로부터의 체적 변화에 수반하는 응력만을 받는 것이므로, 고체전해질 자체의 체적 변화는 거의 생기지 않는다. 따라서, 고체전해질층에는, 이온전도도가 비결정 고체전해질보다 큰 결정질 고체전해질을 많이 사용하는 것이 가능하다.  이와 같이, 양극 및/또는 음극내에는 비정질 고체전해질이 많이 함유되며 고체전해질층 내에는 결정질 고체전해질이 많이 함유되는 것에 의하여, 높은 리튬이온 전도도를 유지하면서 충방전시의 활물질-고체전해질의 공극 발생을 방지할 수 있다.On the other hand, since the solid electrolyte layer receives only the stress accompanying the change in volume from the positive electrode and the negative electrode in the charging and discharging process, the volume change of the solid electrolyte itself hardly occurs. Therefore, it is possible to use a large amount of a crystalline solid electrolyte having a higher ionic conductivity than the amorphous solid electrolyte in the solid electrolyte layer. As described above, since a large amount of amorphous solid electrolyte is contained in the anode and / or a cathode and a crystalline solid electrolyte is contained in the solid electrolyte layer, the gap of the active material-solid electrolyte Can be prevented.

즉, 일구현예에 따른 고체전지는 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 배치된 고체전해질층을 포함하며, 상기 양극과 음극 중 적어도 양극 및 고체전해질층이 황화물계 고체전해질을 포함하며, 상기 황화물계 고체전해질이 비정질체와 결정질체를 포함하며, 상기 양극과 음극 중 적어도 양극에 포함된 황화물계 고체전해질에서 비정질체의 비율(A)이 결정질체의 비율(A')보다 높으며, 고체전해질층에 포함된 황화물계 고체전해질에서 비정질체의 비율(B)이 결정질체의 비율(B')보다 낮다.That is, the solid battery according to an embodiment includes a positive electrode; cathode; And a solid electrolyte layer disposed between the anode and the cathode, wherein at least an anode and a solid electrolyte layer of the anode and the cathode include a sulfide-based solid electrolyte, and the sulfide-based solid electrolyte includes an amorphous substance and a crystalline substance , The ratio (A) of the amorphous body in the sulfide-based solid electrolyte contained in at least one of the positive electrode and the negative electrode is higher than the ratio (A ') of the crystalline body, and the ratio of the amorphous body in the sulfide- (B) is lower than the ratio (B ') of the crystalline body.

상기 황화물계 고체전해질은 양극에 반드시 포함되며, 음극에도 선택적으로 포함될 수 있다. 상기 양극에서 결정질체의 비율(A')은 양극에 포함된 비정질체와 결정질체의 총 중량에서 결정질체가 차지하는 함량(portion)을 의미한다. 또한, 상기 양극에서 비정질체의 비율(A)은 양극에 포함된 비정질체와 결정질체의 총 중량에서 비정질체가 차지하는 함량(portion)을 의미한다. 고체전해질층의 경우에도 동일하다.The sulfide-based solid electrolyte is necessarily contained in the anode and may be selectively contained in the cathode. The ratio (A ') of the crystalline body in the anode means a portion occupied by the crystalline body in the total weight of the amorphous body and the crystalline body contained in the cathode. In addition, the ratio (A) of the amorphous body in the anode means the amount occupied by the amorphous body in the total weight of the amorphous body and the crystalline body contained in the anode. The same applies to the solid electrolyte layer.

상기 고체전지에서 양극 및 음극 중 적어도 양극에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(A)이 고체전해질층에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(B)보다 높을 수 있다.In the solid electrolyte, the ratio (A) of the amorphous material in the solid electrolyte contained in at least the positive electrode and the negative electrode may be higher than the ratio (B) of the amorphous material in the solid electrolyte included in the solid electrolyte layer.

예를 들어, 음극이 고체전해질을 포함하지 않는 경우에는 상기 양극의 고체전해질에 있어서의 비정질체의 비율(A)이, 그리고 상기 음극이 고체전해질을 포함하는 경우에는 상기 양극과 음극 중 적어도 하나의 고체전해질에 있어서의 비정질체의 비율(A)이, 고체전해질층의 고체전해질에 있어서의 비정질체의 비율(B) 보다 높다.For example, when the cathode does not include the solid electrolyte, the ratio (A) of the amorphous body in the solid electrolyte of the anode is larger than the ratio (A) of the amorphous body in the solid electrolyte. In the case where the anode includes the solid electrolyte, The ratio (A) of the amorphous body in the solid electrolyte is higher than the ratio (B) of the amorphous body in the solid electrolyte in the solid electrolyte layer.

예를 들어, 양극과 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 존재하는 고체전해질을 가지는 고체전해질층을 포함하며, 상기 양극 및 음극 중 상기 양극은 고체전해질을 포함하며, 상기 고체전해질은 비정질체와 결정질체로 구성되며, 음극이 고체전해질을 포함하지 않는 경우에는 상기 양극의 고체전해질에 있어서의 비정질체의 비율(A)과, 상기 음극이 고체전해질을 포함하는 경우에는 상기 양극과 음극 중 적어도 하나의 고체전해질에 있어서의 비정질체의 비율(A)과 고체전해질층의 고체전해질에 있어서의 비정질체의 비율(B)이 아래와 같은 관계로 설정될 수 있다.For example, a solid electrolyte layer having a positive electrode and a negative electrode, and a solid electrolyte existing between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode and the negative electrode each include a solid electrolyte, and the solid electrolyte includes amorphous and crystalline (A) of the amorphous body in the solid electrolyte of the positive electrode when the negative electrode does not include a solid electrolyte and a ratio (A) of the amorphous body in the solid electrolyte of the positive electrode to the solid The ratio (A) of the amorphous body in the electrolyte to the ratio (B) of the amorphous body in the solid electrolyte of the solid electrolyte layer can be set in the following relationship.

0<B<A<10 &lt; B < A < 1

예를 들어, 상기 고체전지에서, 양극 및 음극 중 적어도 양극에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(A)과 고체전해질층에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(B)이 아래와 같은 관계로 설정될 수 있다.For example, in the solid-state battery, the ratio (A) of the amorphous body in the solid electrolyte contained in at least the positive electrode of the positive electrode and the negative electrode and the ratio (B) of the amorphous body in the solid electrolyte included in the solid electrolyte layer are as follows Can be set.

0.1≤B<A≤0.90.1? B? A? 0.9

예를 들어, 상기 고체전지에서, 양극 및 음극 중 적어도 양극에 포함된 고체전해질에 있어서의 비정질체의 비율(A)과 고체전해질층의 고체전해질에 있어서의 비정질체의 비율(B)이 아래와 같은 관계로 설정될 수 있다.For example, in the solid-state battery, the ratio (A) of the amorphous body in the solid electrolyte contained in at least the positive electrode of the positive electrode and the negative electrode and the ratio (B) of the amorphous body in the solid electrolyte of the solid electrolyte layer are Can be set in relation.

0.1≤B<0.5<A≤0.90.1 < B < 0.5 &lt; A &

상기 고체전해질층의 고체전해질에 있어서의 비정질체의 비율(B)이 0.1 미만이면 고체전해질의 유연성이 충분하지 않고, 0.5를 넘으면, 결정질체의 비율이 낮아 리튬이온 전도도가 저하되어 전지의 방전용량이 저하될 수 있다.  양극과 음극에서의 고체전해질에 있어서의 비정질체의 비율(A)이 0.5 이하이면, 비정질체의 비율이 저하하고, 전지의 충방전에 수반해 전극활물질이 팽창 수축해 전극활물질과 고체전해질과의 사이에 공극이 생기며, 0.9를 넘으면 결정질체의 비율이 저하되어 방전용량이 저하될 수 있다.If the ratio (B) of the amorphous substance in the solid electrolyte layer of the solid electrolyte layer is less than 0.1, the flexibility of the solid electrolyte is not sufficient. If the ratio is more than 0.5, the proportion of the crystalline substance is low, Can be lowered. When the ratio (A) of the amorphous body in the solid electrolyte in the positive electrode and the negative electrode is 0.5 or less, the proportion of the amorphous material decreases and the electrode active material expands and shrinks with the charge and discharge of the battery, If the ratio exceeds 0.9, the ratio of the crystalline body may be lowered and the discharge capacity may be lowered.

예를 들어, 상기 고체전지에서 양극 단독 또는 양극과 음극에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(A)이 0.5<A<0.9 일 수 있다. 예를 들어, 상기 고체전지에서 양극 단독 또는 양극과 음극에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(A)이 0.7<A<0.9 일 수 있다. 예를 들어, 상기 고체전지에서 양극 단독 또는 양극과 음극에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(A)이 0.75<A<0.85 일 수 있다.For example, the ratio (A) of the amorphous body in the solid electrolyte contained in the positive electrode or in the positive electrode and the negative electrode in the solid battery may be 0.5 < A < 0.9. For example, in the solid electrolyte, the ratio (A) of the amorphous body to the positive electrode or the solid electrolyte contained in the positive electrode and the negative electrode may be 0.7 <A <0.9. For example, the ratio (A) of the amorphous body in the solid electrolyte contained in the positive electrode or the positive electrode and the negative electrode in the solid electrolyte may be 0.75 < A < 0.85.

예를 들어, 상기 고체전지에서 고체전해질층에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(B)이 0.1<B<0.5 일 수 있다. 예를 들어, 상기 고체전지에서 고체전해질층에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(B)이 0.1<B<0.3 일 수 있다. 예를 들어, 상기 고체전지에서 고체전해질층에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(B)이 0.15<B<0.25 일 수 있다.For example, in the solid electrolyte, the ratio (B) of the amorphous body in the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer may be 0.1 < B < 0.5. For example, the ratio (B) of the amorphous body in the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer in the solid-state battery may be 0.1 < B < 0.3. For example, in the solid electrolyte, the ratio (B) of the amorphous body in the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer may be 0.15 < B < 0.25.

상기 고체전지에서, 고체전해질은 황화물계 고체전해질로부터 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 황화물계 고체전해질은, 황화리튬과 오황화이인과의 혼합물로부터 형성될 수 있다.In the solid-state battery, the solid electrolyte may be formed from a sulfide-based solid electrolyte. For example, the sulfide-based solid electrolyte may be formed from a mixture of lithium sulfide and dihydrogen sulfide.

예를 들어, 상기 고체전지에서, 양극에 포함된 고체전해질에서 황화리튬의 비율(A1)이 음극 및 고체전해질층 각각에 포함된 고체전해질에서 황화리튬의 비율(B1)보다 높을 수 있다. 상기 양극에서 황화리튬의 비율(A1)은 양극에 포함된 황화리튬과 오산화이인의 총 몰수에서 황화리튬이 차지하는 함량(portion)을 의미한다. 상기 음극 및 고체전해질층 각각의 경우에도 동일하다.For example, in the solid-state battery, the ratio (A1) of lithium sulfide in the solid electrolyte contained in the positive electrode may be higher than the ratio (B1) of lithium sulfide in the solid electrolyte contained in each of the negative electrode and the solid electrolyte layer. The ratio (A1) of lithium sulfide in the positive electrode means a content of lithium sulfide in the total moles of lithium sulfide and pentoxide contained in the positive electrode. The same applies to the negative electrode and the solid electrolyte layer.

예를 들어, 상기 고체전지에서, 양극에 포함된 고체전해질에서 황화리튬의 비율(A1)과 음극 및 고체전해질층 각각에 포함된 고체전해질에서 황화리튬의 비율(B1)이 하기 관계를 만족할 수 있다.For example, in the solid-state battery, the ratio (A1) of lithium sulfide in the solid electrolyte contained in the positive electrode and the ratio (B1) of lithium sulfide in the solid electrolyte contained in each of the negative electrode and the solid electrolyte layer can satisfy the following relationship .

0.6≤B1<A1≤0.850.6? B1 <A1? 0.85

예를 들어, 상기 고체전지에서, 양극에 포함된 고체전해질에서 황화리튬의 비율(A1)이 0.70≤A1≤0.85 일 수 있다. 예를 들어, 상기 고체전지에서, 양극에 포함된 고체전해질에서 황화리튬의 비율(A1)이 0.75≤A1≤0.85 일 수 있다. 예를 들어, 양극에 포함된 고체전해질에서 황화리튬과 오산화이인이 8.5:1.5 내지 7:3의 몰비로 혼합될 수 있다.For example, in the solid-state battery, the ratio (A1) of lithium sulfide in the solid electrolyte contained in the anode may be 0.70? A1? 0.85. For example, in the solid battery, the ratio (A1) of lithium sulfide in the solid electrolyte contained in the anode may be 0.75? A1? 0.85. For example, in the solid electrolyte contained in the anode, lithium sulfide and hydrogen peroxide can be mixed in a molar ratio of 8.5: 1.5 to 7: 3.

예를 들어, 상기 고체전지에서 음극 및 고체전해질층 각각에 포함된 황화리튬의 비율(B1)이 0.60≤B<0.75 일 수 있다. 예를 들어, 상기 고체전지에서 음극 및 고체전해질층 각각에 포함된 황화리튬의 비율(B1)이 0.65≤B<0.75 일 수 있다. 예를 들어, 음극 및 고체전해질층 각각에 포함된 고체전해질에서 황화리튬과 오산화이인이 6:4 내지 7.5:2.5의 몰비로 혼합될 수 있다.For example, the ratio (B1) of lithium sulfide contained in each of the anode and the solid electrolyte layers in the solid-state battery may be 0.60? B <0.75. For example, the ratio (B1) of lithium sulfide contained in each of the negative electrode and the solid electrolyte layer in the solid-state battery may be 0.65? B <0.75. For example, lithium sulfide and hydrogen peroxide can be mixed in a molar ratio of 6: 4 to 7.5: 2.5 in the solid electrolyte contained in each of the negative electrode and the solid electrolyte layer.

이하에서, 상기 고체전지에 대하여 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the solid-state battery will be described in more detail with reference to the drawings.

<1. 고체전지의 구성><1. Configuration of solid battery>

먼저, 도 1에 근거하여, 일 실시형태와 관련되는 고체전지(1)의 구성에 대해 설명한다. 고체전지(1)는, 양극집전체(2), 접착층(3), 양극층(4), 고체전해질층(5), 음극층(6), 음극집전체(7)를 포함하여 구성되어 있다. 접착층(3) 및 양극층(4)에 의해 고체전지(1)의 양극(10)이 구성되며, 음극층(6)이 고체전지(1)의 음극(20)을 구성한다. 또한, 고체전지(1)는 접착층(3)을 포함하지 않을 수 있다.First, the configuration of the solid-state battery 1 according to one embodiment will be described with reference to Fig. The solid-state battery 1 includes a positive electrode collector 2, an adhesive layer 3, a positive electrode layer 4, a solid electrolyte layer 5, a negative electrode layer 6, and a negative electrode collector 7 . The positive electrode 10 of the solid electrolyte battery 1 is constituted by the adhesive layer 3 and the positive electrode layer 4 and the negative electrode layer 6 constitutes the negative electrode 20 of the solid electrolyte battery 1. Further, the solid-state battery 1 may not include the adhesive layer 3.

양극집전체(2)는, 도전체이면 어떠한 것이라도 좋고, 예를 들면, 알루미늄, 스텐레스강철, 및, 니켈 도금 강철 등으로 구성될 수 있다.The anode current collector 2 may be any conductive material, and may be composed of, for example, aluminum, stainless steel, and nickel-plated steel.

접착층(3)은, 양극집전체(2)와 양극층(4)을 결착하기 위한 것이다. 접착층(3)은, 접착층 도전성물질, 제1 결착제, 및 제2 결착제를 포함할 수 있다. 접착층 도전성물질은, 켓첸 블랙(Ketjen balck), 아세틸렌 블랙 등의 카본 블랙, 그래파이트, 천연흑연, 인조 흑연 등이지만, 접착층(3)의 도전성을 높이기 위한 것이면 특히 제한되지 않으며, 단독으로 사용되어도, 복수가 혼합되어 사용될 수 있다.The adhesive layer 3 is for binding the positive electrode collector 2 and the positive electrode layer 4 together. The adhesive layer 3 may include an adhesive layer conductive material, a first binder, and a second binder. The adhesive layer conductive material is not particularly limited as long as it is a carbon black such as Ketjen black or acetylene black, graphite, natural graphite, artificial graphite and the like, as long as it enhances the conductivity of the adhesive layer 3, Can be mixed and used.

제1 결착제는, 예를 들면, 극성 관능기를 가지지 않는 비극성 수지이다. 따라서, 제1 결착제는, 반응성이 높은 고체전해질, 특히, 황화물계 고체전해질에 대해서 불활성이다. 황화물계 고체전해질은, 산류, 알코올류, 아민류, 에테르류 등의 극성 구조를 가지는 관능기에 대하여 활성인 것이 알려져 있다. 제1 결착제는 양극층(3)에 결착하기 위한 것으로, 양극층(4)에 제1 결착제 혹은 이것과 같은 성분이 포함되어 있으면, 접착층(3) 내의 제1 결착제는, 접착층(3)과 양극층(4)의 계면을 통해서 양극층(4)내의 제1 결착제와의 상호 확산에 의하여, 양극층(4)과 강하게 결착할 수 있다. 따라서, 양극층(4)에는, 제1 결착제가 포함될 수 있다.The first binder is, for example, a non-polar resin having no polar functional group. Therefore, the first binder is inert to a highly reactive solid electrolyte, particularly, a sulfide-based solid electrolyte. The sulfide-based solid electrolyte is known to be active for functional groups having polar structures such as acids, alcohols, amines, and ethers. The first binder is for binding to the anode layer 3. If the anode layer 4 contains the first binder or the like, the first binder in the adhesive layer 3 is the adhesive layer 3 And the anode layer 4 and the first binder in the anode layer 4 can be strongly bonded to the anode layer 4 by interdiffusion with the first binder in the anode layer 4. [ Therefore, the positive electrode layer 4 may contain the first binder.

제1 결착제로는, 예를 들면, SBS(스티렌-부타디엔 블록공중합체), SEBS (스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체), 스티렌-스티렌부타디엔-스티렌 블록공중합체 등의 스틸렌계 열가소성 일레스토머류, SBR(스티렌-부타디엔 고무), BR(부타디엔 고무), NR(천연 고무), IR(이소프렌 고무), EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔 3원공중합체), 및, 이들의 부분 수소화물, 혹은 완전 수소화물이 예시될 수 있다. 그 외, 폴리스티렌, 폴리올레핀(polyolefin), 올레핀계 열가소성 일레스토머, 폴리사이클로올레핀, 실리콘 수지 등이 예시될 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 비극성 수지로서 당해 기술분야에서 결착제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Examples of the first binder include styrene-based thermoplastic urethanes such as SBS (styrene-butadiene block copolymer), SEBS (styrene-ethylene-butadiene-styrene block copolymer), and styrene-styrene butadiene- (Styrene-butadiene rubber), BR (butadiene rubber), NR (natural rubber), IR (isoprene rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer), and partial hydrides thereof Complete hydrides can be exemplified. Examples of the binder resin include, but are not limited to, polystyrene, polyolefin, olefinic thermoplastic elastomer, polycycloolefin, silicone resin, and the like, and any resin that can be used as a binder in the art as a non- Do.

제2 결착제는, 제1 결착제보다 양극집전체(2)에의 결착성이 뛰어난 결착제이다. 양극집전체(2)에의 결착성이 뛰어난 결착제인 것으로서, 예를 들면, 양극집전체(2)에 결착제 용액을 도포, 건조하는 것으로써 얻을 수 있던 결착제 필름을 양극집전체(2)로부터 박리하는데 필요한 힘을, 시판의 박리시험기로 계측하는 것으로써 판정할 수 있다. 제2 결착제는, 예를 들면, 극성 관능기를 가지는 극성 관능기 함유 수지이며, 양극집전체(2)와 수소결합 등을 개입시켜 강하게 결착할 수 있다. 다만, 제2 결착제는, 황화물계 고체전해질에 대한 반응성이 높은 경우가 많기 때문에, 양극층(4)에는 포함되지 않는다.The second binder is a binder excellent in binding property to the positive electrode collector 2 than the first binder. For example, a binder film obtained by applying a binder solution to the positive electrode collector 2 and drying the same, is used as a binder from the positive electrode current collector 2 The strength required for peeling can be judged by measuring with a commercially available peeling tester. The second binder is, for example, a polar functional group-containing resin having a polar functional group, and can strongly bind to the positive electrode collector 2 through a hydrogen bond or the like. However, since the second binder often has high reactivity with respect to the sulfide-based solid electrolyte, it is not included in the anode layer 4.

제2 결착제로서는, 예를 들면, NBR(니트릴 고무), CR(클로로프렌 고무), 및, 이들의 부분 수소화물, 혹은 완전 수소화물, 폴리아크릴산 에스테르의 공중합체, PVDF(폴리비닐리덴플루오라이드), VDF-HFP(비닐리덴플루오라이이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체), 및, 이들의 카르본산 변성물, CM(염화폴리에틸렌), 폴리메타크릴산 에스테르, 폴리비닐알코올, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드 등이 예시될 수 있다. 또한, 상기의 제1 결착제에서 카르본산, 설폰산, 인산 등을 가지는 모노머를 공중합한 고분자등이 예시될 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 극성 수지로서 당해 기술분야에서 결착제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Examples of the second binder include NBR (nitrile rubber), CR (chloroprene rubber), partial hydrides thereof, or complete hydrides, copolymers of polyacrylic esters, PVDF (polyvinylidene fluoride) , VDF-HFP (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer), and carboxylic acid modified products thereof, CM (chlorinated polyethylene), polymethacrylic acid ester, polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer , Polyimide, polyamide, polyamideimide, and the like. The first binder may be a polymer obtained by copolymerizing a monomer having carboxylic acid, sulfonic acid, phosphoric acid, or the like, but is not limited thereto. Any polar resin that can be used as a binder in the related art It is possible.

또한, 접착층 도전성물질, 제1 결착제, 및, 제2 결착제의 함유량의 비에 대해서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 접착층 도전성물질의 함량은 접착층(3)의 총 중량에 대해서 50~96중량%, 제1 결착제의 함량은 접착층(3)의 총중량에 대해서 3~30중량%, 제2 결착제의 함량은 접착층(3)의 총 중량에 대해서 2~20중량%일 수 있다.The content of the adhesive layer conductive material is not particularly limited as long as the content ratio of the adhesive layer conductive material, the first binder and the second binder is, for example, The content of the first binder may be 3 to 30 wt% based on the total weight of the adhesive layer 3 and the content of the second binder may be 2 to 20 wt% based on the total weight of the adhesive layer 3.

양극층(4)은, 황화물계 고체전해질, 양극활물질, 양극층 도전성물질을 포함할 수 있다. 양극층 도전성물질은, 접착층 도전성물질과 같은 재료일 수 있다.The anode layer 4 may include a sulfide-based solid electrolyte, a cathode active material, and a cathode layer conductive material. The anode layer conductive material may be a material such as an adhesive layer conductive material.

황화물계 고체전해질은, 제1 성분으로서 적어도 황화리튬을 포함하며, 제2 성분으로서 황화규소, 황화인 및 황화붕소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물로부터 합성되며, 특히, Li2S-P2S5일 수 있다. 상기 황화물계 고체전해질은, 리튬이온전도성이 다른 무기 화합물보다 높은 것이 알려져 있는 Li2S-P2S5 외에, SiS2, GeS2, B2S3 등의 황화물을 포함할 수 있다. 또한, 고체전해질에는, Li2S-P2S5, SiS2, GeS2, B2S3 등의 의 조합으로부터 완성되는 무기 고체전해질에 적당한 Li3PO4, 할로겐, 할로겐 화합물 등을 첨가한 무기 고체전해질을 이용할 수 있다.The sulfide-based solid electrolyte contains at least lithium sulfide as a first component and is synthesized from at least one compound selected from the group consisting of silicon sulfide, phosphorus sulfide and boron sulfide as a second component, and particularly, Li 2 SP 2 S 5 Lt; / RTI &gt; The sulfide-based solid electrolyte may contain a sulfide such as SiS 2 , GeS 2 or B 2 S 3 in addition to Li 2 SP 2 S 5 , which is known to have higher lithium ion conductivity than other inorganic compounds. The solid electrolyte may further contain an inorganic solid electrolyte to which Li 3 PO 4 , a halogen, a halogen compound or the like is added to an inorganic solid electrolyte consisting of a combination of Li 2 SP 2 S 5 , SiS 2 , GeS 2 , B 2 S 3 , An electrolyte may be used.

상기 황화물계 고체전해질은, 황화리튬과 오황화이인(P2S5), 또는 황화리튬과 단체인 및 단체 유황, 또는 황화리튬, 오황화이인, 단체인 및/또는 단체 유황으로부터 제조할 수 있다.The sulfide-based solid electrolyte may be produced from lithium sulfide and / or sulfur sulfide (P 2 S 5 ) or lithium sulfide with a single phosphorus or a single sulfur, or lithium sulfide, sulfur phosphorus, group phosphorus and / or sulfur .

상기 황화물계 고체전해질을 제조하기 위한 황화리튬은, 공업적으로 입수 가능한 것을 사용할 수 있지만, 고순도일 수 있다.Lithium sulfide for producing the sulfide-based solid electrolyte can be industrially available, but may be high purity.

예를 들어, 황화리튬은, 유황산화물의 리튬염에서의 총함량이 0.15질량%이하, 더욱 바람직하지는 0.1질량%이하이며, N-메틸아미노부틸산리튬의 함유량이 0.15질량%이하, 더욱 바람직하게는 0.1질량%이하일 수 있다.For example, lithium sulfide has a total content of 0.15% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less, and the content of lithium N-methylaminobutyrate in the lithium salt of the sulfur oxide is 0.15% by mass or less, May be 0.1 mass% or less.

유황산화물의 리튬염에서의 총함량이 0.15질량%이하인 경우에, 용해급냉법이나 기계적밀링법으로 얻을 수 있는 고체전해질은, 유리상태 고체전해질(완전한 비정질체)일 수 있다. 즉, 유황산화물의 리튬염에서의 총함유량이 0.15질량%를 넘으면, 이온전도도가 낮은 결정화물이 얻어질 우려가 있다. 또한, 이러한 결정화물은 열처리에 의하여도 변화가 없어 높은 이온전도성의 고체전해질을 얻지 못할 수 있다.When the total content of the sulfur oxide in the lithium salt is 0.15 mass% or less, the solid electrolyte obtained by the dissolution quenching method or the mechanical milling method may be a glassy solid electrolyte (complete amorphous body). That is, when the total content of the sulfur oxide in the lithium salt exceeds 0.15 mass%, there is a possibility that a crystalline product having a low ionic conductivity is obtained. In addition, such a crystalline product is not changed by heat treatment, and thus a solid electrolyte having high ion conductivity may not be obtained.

또한, N-메틸아미노부틸산리튬의 함유량이 0.15질량%이하인 경우에, N-메틸 아미노부틸산리튬의 열화물이 리튬전지의 사이클 성능을 저하시키지 않는다.When the content of lithium N-methylaminobutylate is 0.15 mass% or less, the heat capacity of the lithium N-methylaminobutylate does not deteriorate the cycle performance of the lithium battery.

따라서, 이와 같이 불순물이 저감된 황화리튬을 이용함에 의하여, 높은 이온전도성을 가지는 고체전해질을 얻을 수 있다.Therefore, by using the lithium sulfide in which the impurities are reduced as described above, a solid electrolyte having high ion conductivity can be obtained.

고이온전도성 고체전해질의 제조에 이용되는 황화리튬(Li2S)의 제조법으로서는, 상기 불순물을 저감할 수 있는 방법이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 비양성자성 유기용매 안에서 수산화리튬과 황화수소를 0~150℃에서 반응시켜 수소황화리튬(LiSH)을 생성하고, 이어서 상기 반응액을 150~200℃으로 황화수소(H2S)를 제거하는 방법, 비양성자성 유기용매 안에서 수산화리튬과 황화수소를 150~200℃에서 반응시켜 직접 황화리튬을 생성하는 방법, 수산화리튬과 가스상태의 유황원을 130~445℃의 온도로 반응시키는 방법 등을 사용할 수 있다.The lithium sulfide (Li 2 S) used for the production of the high ionic conductivity solid electrolyte is not particularly limited as long as it can reduce the impurities. For example, lithium hydroxide and hydrogen sulfide are reacted in an aprotic organic solvent at 0 to 150 ° C to produce lithium hydrosulfide (LiSH), and then the reaction solution is heated to 150 to 200 ° C to remove hydrogen sulfide (H 2 S) A method of directly producing lithium sulfide by reacting lithium hydroxide and hydrogen sulfide at 150 to 200 ° C in an aprotic organic solvent, a method of reacting lithium hydroxide and a sulfur source in a gaseous state at a temperature of 130 to 445 ° C, and the like Can be used.

황화리튬의 정제방법은, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 황화리튬을, 유기용매를 이용해 100℃이상의 온도로 세정한다. 세정에 이용하는 유기용매는, 비양성자성 극성용매인 것이 바람직하고, 게다가 황화리튬의 제조에 사용하는 비양성자성 유기용매와 클리닝에 이용하는 비양성자성 극성 유기용매가 동일할 수 있다. 세정에 이용되는 비양성자성 극성 유기용매로서는, 예를 들면, 아마이드 화합물, 락탐 화합물, 요소 화합물, 유기 유황 화합물, 환식 유기인화합물 등의 비플로톤성의 극성 유기 화합물을 예시할 수 있으며, 이들의 단독 용매, 또는 혼합 용매로서 적절히 사용할 수 있다. 예를 들어, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)이 선택될 수 있다.The method of purifying lithium sulfide is not particularly limited. For example, lithium sulfide is washed with an organic solvent at a temperature of 100 캜 or higher. The organic solvent used for washing is preferably an aprotic polar solvent, and further, the aprotic organic solvent used for preparing lithium sulfide and the aprotic polar organic solvent used for cleaning may be the same. Examples of the aprotic polar organic solvent used for washing include non-fluorinated polar organic compounds such as an amide compound, a lactam compound, a urea compound, an organic sulfur compound, and a cyclic organic phosphorus compound. It can be suitably used as a single solvent or a mixed solvent. For example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) may be selected.

세정에 사용하는 유기용매의 양은 특별히 한정 되지 않으며, 또, 세정의 횟수도 특별히 한정 되지 않으나, 2회 이상일 수 있다. 세정은, 질소, 아르곤 등의 불활성 가스 아래에서 실시할 수 있다.The amount of the organic solvent used for washing is not particularly limited, and the number of times of washing is not particularly limited, but may be two or more times. The cleaning can be carried out under an inert gas such as nitrogen or argon.

세정된 황화리튬을, 세정에 사용한 유기용매의 비점 이상의 온도로, 질소 등의 불활성가스 분위기 하에서, 상압 또는 감압 하에서, 5분 이상, 예를 들어 약 2~3시간 이상 건조함에 의하여, 황화리튬을 제조할 수 있다.The washed lithium sulfide is dried at a temperature equal to or higher than the boiling point of the organic solvent used for washing at atmospheric pressure or reduced pressure for 5 minutes or more, for example, for about 2 to 3 hours or more under an inert gas atmosphere such as nitrogen, Can be manufactured.

P2S5는, 공업적으로 제조되어 판매되고 있는 것이면, 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 다만, P2S5 대신에, 상응하는 몰비의 단체 인(P) 및 단체 유황(S)을 사용할 수도 있다. 단체 인(P) 및 단체 유황(S)은, 공업적으로 제조되어 판매되고 있는 것이면, 특별히 제한없이 사용할 수 있다.P 2 S 5 can be used without any particular limitation as far as it is industrially produced and sold. However, instead of P 2 S 5 , it is also possible to use (P) and a unitary sulfur (S) which are groups of a corresponding molar ratio. The group phosphorus (P) and the group sulfur (S) can be used without particular limitation, as long as they are industrially produced and sold.

황화리튬과 오황화이인 및/또는 단체 인 및 단체 유황의 혼합 몰비는, 예를 들어 50:50~80:20, 예를 들어 60:40~80:20 일 수 있다. 예를 들어, Li2S:P2S5 = 70:30~80:20 의 몰비일 수 있다.The mixing molar ratio of the lithium sulfide to the sulfur and / or the group sulfur and / or the sulfur and / or the sulfur may be, for example, 50:50 to 80:20, for example, 60:40 to 80:20. For example, a molar ratio of Li 2 S: P 2 S 5 = 70: 30 to 80:20.

또한, 황화물계 고체전해질은, Li2S와 P2S5를 용해 온도 이상으로 가열해 소정의 비율로 양자를 용해 혼합하여, 소정 시간 보관 유지한 후, 급냉하여 얻을 수 있다(용해급냉법). 또한, Li2S-P2S5를 기계적밀링법에 의해 처리하여 얻을 수 있다.The sulfide-based solid electrolyte can be obtained by dissolving and mixing Li 2 S and P 2 S 5 in a predetermined ratio by heating to a dissolution temperature or higher, holding the mixture for a predetermined time, and quenching it (dissolution quenching method) . Further, Li 2 SP 2 S 5 can be obtained by treating by mechanical milling.

양극 중의 고체전해질에 있어서의 황화리튬의 비율(A1)은, 고체전해질 및 상기 음극 각각의 고체전해질에 있어서의 황화리튬의 비율(B1)에 대해서, 0.6≤B1<A1≤0.85가 되도록 설정될 수 있다. Li2S-P2S5의 혼합비는, 몰비로, 양극에서, 70/30≤(황화리튬/오황화이인)≤85/15이며, 고체전해질층 및 음극 각각에서, 60/40≤(황화리튬/오황화이인)≤75/25이며, 양극에서 황화리튬과 오황화이인의 몰비(C)와 고체전해질층 및 음극의 각각에서의 황화리튬과 오황화이인의 몰비(D)는, 60/40≤D<C≤85/15가 되도록 설정될 수 있다.The ratio A1 of the lithium sulfide in the solid electrolyte in the anode may be set so that 0.6? B1 < A1? 0.85 with respect to the ratio (B1) of the lithium sulfide in the solid electrolyte and the solid electrolyte in each of the above- have. The mixing ratio of Li 2 SP 2 S 5 is 70/30? (Lithium sulfide / sulfur pentafluoride)? 85/15 in the anode and is 60/40? (Lithium sulfide / lithium sulfide) in each of the solid electrolyte layer and the cathode, And the molar ratio (D) of lithium sulfide and lithium sulfide in each of the solid electrolyte layer and the cathode in the positive electrode is in the range of 60/40? D < C &lt; / = 85/15.

고체전해질로서 황화물계 고체전해질 외에, 무기화합물로 이루어진 리튬이온전도체를 고체전해질로서 추가적으로 함유할 수 있다. 이러한 리튬이온전도체로서는, 예를 들면, Li3N, LISICON, LIPON(Li3+yPO4-xNx), Thio-LISICON(Li3.25Ge0.25P0.75S4), Li2O-Al2O3-TiO2-P2O5(LATP)가 있다.In addition to the sulfide-based solid electrolyte as the solid electrolyte, a lithium ion conductor composed of an inorganic compound may be additionally contained as a solid electrolyte. Examples of such a lithium ion conductor, for example, Li3N, LISICON, LIPON (Li 3 + y PO 4-x N x), Thio-LISICON (Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4), Li 2 O-Al 2 O 3 - TiO 2 - P 2 O 5 (LATP).

고체전해질은, 비정질, 유리상, 결정(결정화 유리) 등의 구조를 가질 수 있다. 고체전해질이 Li2S-P2S5 로 이루어진 황화물계 고체전해질인 경우, 비정질체의 리튬 이온전도도는 10-4 S/cm이다. 한편, 결정질체의 리튬 이온전도도는 10-3 S/cm이다.The solid electrolyte may have a structure such as amorphous, glassy, crystalline (crystallized glass), or the like. When the solid electrolyte is a sulfide-based solid electrolyte made of Li 2 SP 2 S 5 , the lithium ion conductivity of the amorphous material is 10 -4 S / cm. On the other hand, the lithium ion conductivity of the crystalline material is 10 -3 S / cm.

양극, 음극, 전해질층의 각각에 있어서의 황화물계 고체전해질은 비정질체와 결정체와의 혼합물로 이루어질 수 있다. 비정질체는, 상술한 황화물의 제1성분과 제2성분을 혼합하고, 기계적밀링법에 따라 처리하여 제작될 수 있다. 결정질체는 비정질체를 소성처리하여 제작될 수 있다.The sulfide-based solid electrolyte in each of the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte layer may be composed of a mixture of an amorphous substance and a crystalline substance. The amorphous body can be produced by mixing the first component and the second component of the above-described sulfide and treating the resultant by a mechanical milling method. The crystalline body can be produced by calcining the amorphous body.

보다 구체적으로, 비정질체 황화물계 고체전해질을 제조하는 방법은, 예를 들면, 용해급냉법이나 기계적밀링법(MM법)일 수 있다.More specifically, the method for producing the amorphous sulphide-based solid electrolyte may be, for example, a dissolution quenching method or a mechanical milling method (MM method).

용해급냉법은 P2S5로 Li2S를 소정량 막자사발에서 혼합한 후, 펠릿 상태로 제조한 것을 카본코팅한 석영 관 안에 넣어 진공 봉입한다. 이어서, 일정한 반응온도로 반응시킨 후, 얼음물에 투입해 급냉하는 것에 의하여, 황화물계 비정질체가 얻어질 수 있다.In the dissolution quenching method, Li 2 S is mixed with P 2 S 5 in a predetermined amount of pestle and pellet is put into a carbon coated quartz tube and sealed in a vacuum. Subsequently, after the reaction is carried out at a constant reaction temperature, it is poured into ice water and quenched, whereby a sulfide-based amorphous substance can be obtained.

상기 반응시의 반응 온도는, 예를 들어, 400℃~1000℃, 예를 들어 800℃~900℃일 수 있다. 반응시간은, 예를 들어 0.1시간~12시간, 예를 들어 1~12시간일 수 있다. 상기 반응물의 급냉 온도는, 예를 들어 10℃이하, 예를 들어 0℃ 이하일 수 있으며, 냉각 속도는 예를 들어 1~10000 K/sec, 예를 들어 1~1000 K/sec일 수 있다.The reaction temperature during the reaction may be, for example, 400 ° C to 1000 ° C, for example, 800 ° C to 900 ° C. The reaction time may be, for example, 0.1 hour to 12 hours, for example, 1 to 12 hours. The quenching temperature of the reactant may be, for example, 10 ° C or less, for example, 0 ° C or less, and the cooling rate may be 1 to 10000 K / sec, for example, 1 to 1000 K / sec.

기계적밀링법에 따르는 경우, P2S5로 Li2S를 소정량 막자사발에서 혼합해, 기계적밀링법에서 일정시간 반응 시키는 것으로, 황화물계 비정질체가 얻어질 수 있다.According to the mechanical milling method, a sulfide-based amorphous material can be obtained by mixing Li 2 S with P 2 S 5 in a predetermined amount of a mortar and subjecting the mixture to mechanical milling for a certain period of time.

상기 원료를 이용한 기계적밀링법은, 실온으로 반응을 실시할 수 있다. 기계적밀링법에 의하면, 실온으로 비정질체 고체전해질을 제조할 수 있기 때문에, 원료의 열분해가 일어나지 않고, 주입된 조성의 비정질체 고체전해질을 얻을 수 있다. 또한, 기계적밀링에서는, 비정질체 고체전해질의 제조와 동시에, 비정질체 상태의 고체전해질을 미분화할 수 있다.In the mechanical milling method using the raw material, the reaction can be carried out at room temperature. According to the mechanical milling method, since the amorphous solid electrolyte can be produced at room temperature, the amorphous solid electrolyte having the injected composition can be obtained without pyrolysis of the raw material. In mechanical milling, the amorphous solid electrolyte can be pulverized simultaneously with the production of the amorphous solid electrolyte.

기계적밀링법은 여러 가지의 형태의 분쇄법을 이용할 수 있지만, 유성형 볼밀(planetary ball mill)을 사용할 수 있다. 유성형 볼밀은, 포트가 자전 회전하면서, 교자상이 공전 회전해, 매우 높은 충격 에너지를 효율 좋게 발생시킬 수 있다.The mechanical milling method can use various types of milling methods, but a planetary ball mill can be used. In the planetary ball mill, the spigot phase revolves while the pot rotates and rotates, so that a very high impact energy can be efficiently generated.

기계적밀링법의 회전속도 및 회전시간은 특별히 한정되지 않지만, 회전속도가 빠른 만큼, 비정질체 고체전해질의 생성 속도는 빨라지며, 회전시간이 길수록 비정질체 고체전해질 원료의 전환율이 높아질 수 있다.The rotation speed and the rotation time of the mechanical milling method are not particularly limited. However, as the rotation speed is high, the production rate of the amorphous solid electrolyte is accelerated, and the longer the rotation time, the higher the conversion ratio of the amorphous solid electrolyte raw material can be.

예를 들면, 유성형 볼밀기를 사용했을 경우, 회전속도를 수십~수백 rpm으로 해, 0.1시간~100시간 적용할 수 있다.For example, when a planetary ball mill is used, the rotation speed can be set to several tens to several hundreds rpm and can be applied for 0.1 to 100 hours.

상술한 방법으로 제조될 수 있는 비정질체 황화물계 고체전해질을 고온에서 연소시켜, 결정질체 황화물계 고체전해질을 얻을 수 있다. 연소온도는, 예를 들어 190℃~340℃, 예를 들어 195℃~335℃, 예를 들어 200℃~330℃일 수 있다. 연소온도가 190℃ 보다 낮으면 고이온전도성의 결정질체가 얻어지기 어려울 수 있으며, 340℃ 를 초과하면 이온전도성이 낮은 결정질체가 생성될 수 있다.The amorphous sulphide-based solid electrolyte which can be produced by the above-described method is burned at a high temperature to obtain a crystalline sulphide-based solid electrolyte. The combustion temperature may be, for example, 190 ° C to 340 ° C, for example, 195 ° C to 335 ° C, for example, 200 ° C to 330 ° C. If the combustion temperature is lower than 190 ° C, it may be difficult to obtain a crystalline material having high ion conductivity. If the combustion temperature is higher than 340 ° C, a crystalline material having a low ion conductivity may be produced.

예를 들어, 열처리 시간은, 190℃이상 340℃이하의 열처리 온도의 경우에는, 0.1~240시간, 특히 0.2~230시간일 수 있다. 예를 들어, 열처리 시간이 0.1시간 미만이면 고이온전도성의 결정질체를 얻기 어려울 수 있으며, 240시간 초과이면 이온전도성이 낮은 결정질체가 생성될 수 있다.For example, the heat treatment time may be 0.1 to 240 hours, particularly 0.2 to 230 hours in the case of the heat treatment temperature of 190 占 폚 to 340 占 폚. For example, if the heat treatment time is less than 0.1 hour, it may be difficult to obtain a high ion conductive crystalline body, and if it exceeds 240 hours, a crystalline body having low ion conductivity may be produced.

양극 및/또는 음극에는, 결정질 고체전해질과 함께, 유연한 비정질 고체전해질을 혼합하여 사용함에 의하여, 충방전시의 전극활물질과 고체전해질의 계면에 공극이 발생하는 것을 방지할 수 있다.By using a flexible amorphous solid electrolyte in combination with the crystalline solid electrolyte and the positive electrode and / or the negative electrode, voids can be prevented from being generated at the interface between the electrode active material and the solid electrolyte at the time of charging and discharging.

한편, 고체전해질층은 충방전 과정에 있어서의 양극 및 음극으로부터의 체적 변화에 수반하는 응력만을 받으므로, 고체전해질 자체의 체적 변화는 거의 생기지 않는다. 따라서, 고체전해질층에는, 이온 전도도가 비결정 고체전해질보다 큰 결정질고체전해질을 많이 이용할 수 있다.On the other hand, since the solid electrolyte layer receives only the stress accompanied by the volume change from the anode and the cathode in the charging and discharging process, the volume change of the solid electrolyte itself hardly occurs. Therefore, a crystalline solid electrolyte in which the ion conductivity is larger than that of the amorphous solid electrolyte can be used for the solid electrolyte layer.

이와 같이, 양극 및/또는 음극내에는 비정질 고체전해질이 많이 함유되며 고체전해질층내에는 결정질 고체전해질이 많이 함유됨에 의하여, 높은 리튬이온전도도를 유지하면서 충방전시의 활물질-고체전해질의 공극 발생을 방지할 수 있다.As described above, since the amorphous solid electrolyte is contained in the anode and / or the cathode and the crystalline solid electrolyte is contained in the solid electrolyte layer, the generation of voids in the active material-solid electrolyte at the charge / .

양극과 음극에서의 비정질 고체전해질의 비율(A)과 고체전해질에 있어서의 비정질 고체전해질의 비율(B)이란, 0.1<B<0.5<A<0.9의 관계가 되도록 설정될 수 있다.The ratio (A) of the amorphous solid electrolyte in the anode to the amorphous solid electrolyte in the solid electrolyte and the ratio (B) of the amorphous solid electrolyte in the solid electrolyte can be set to satisfy the relationship 0.1 <B <0.5 <A <0.9.

고체전해질층의 고체전해질에 있어서의 비정질체의 비율(B)이 0.1 미만이면, 고체전해질의 유연성이 충분하지 않으며, 0.5 초과이면, 상기 결정질체의 비율이 낮아져 리튬이온전도도가 저하되어 방전용량이 저하될 수 있다.If the proportion (B) of the amorphous body in the solid electrolyte of the solid electrolyte layer is less than 0.1, the flexibility of the solid electrolyte is not sufficient. If the ratio is more than 0.5, the proportion of the crystalline body is lowered, Can be degraded.

상기 양극과 음극에서의 고체전해질에 있어서의 비정질체의 비율(A)이 0.5 이하이면, 비정질체의 비율이 저하되어, 전지의 충방전에 수반하여 전극활물질이 팽창/수축해 전극활물질과 고체전해질과의 사이에 공극이 생기며, 0.9를 초과하면 결정질체의 비율이 저하되어 방전용량이 저하될 수 있다.When the ratio (A) of the amorphous body in the solid electrolyte in the positive electrode to the negative electrode is 0.5 or less, the proportion of the amorphous material is lowered and the electrode active material expands / shrinks with the charge / discharge of the battery, And when it exceeds 0.9, the ratio of the crystalline material decreases, and the discharge capacity may be lowered.

양극활물질은, 리튬이온을 가역적으로 흡장 및 방출하는 것이 가능한 물질이면 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 코발트산리튬(LCO), 니켈산리튬, 니켈코발트산리튬, 니켈코발트알루미늄산리튬(이하, NCA라고 칭하는 경우도 있다), 니켈코발트망간산리튬(이하, NCM이라고 칭하는 경우도 있다), 망간산리튬, 인산철리튬, 황화니켈(nickel sulfide), 유화동(copper sulfide), 황(sulfur), 산화철, 산화바나듐 등을 예시할 수 있다. 이러한 양극활물질은, 단독으로 사용되거나, 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.The cathode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions, and examples thereof include lithium cobalt oxide (LCO), lithium nickel oxide, lithium nickel cobaltate, lithium nickel cobalt aluminum oxide (Hereinafter also referred to as NCA), lithium nickel cobalt manganese oxide (hereinafter also referred to as NCM), lithium manganese oxide, lithium iron phosphate, nickel sulfide, copper sulfide, sulfur, , Iron oxide, vanadium oxide, and the like. These cathode active materials may be used alone or in combination of two or more.

예를 들어, 상기 양극활물질은 리튬함유 금속산화물로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합에서 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는, LiaA1-bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1-bBbO2-cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2-bBbO4-cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1-b-cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:For example, the cathode active material is a lithium-containing metal oxide, and any of those conventionally used in the art can be used without limitation. For example, at least one of complex oxides of metal and lithium selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof may be used. Specific examples thereof include Li a A 1-b B b D 2 0.90? A? 1, and 0? B? 0.5); Li a E 1-b B b O 2 -c D c where 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05; LiE (in the above formula, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05) 2-b B b O 4-c D c; Li a Ni 1 -bc Co b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1- b c Co b B c O 2 -? F ? Wherein? 0.90? A? 1, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1- b c Co b B c O 2-α F 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2; Li a Ni 1-bc Mn b B c D ? Where 0.90? A? 1, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <?? 2; Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F α wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2; Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2; Li a Ni b E c G d O 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, and 0.001 ≤ d ≤ 0.1; Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, and 0.001 ≤ e ≤ 0.1; Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1, and 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1, 0.001? B? 0.1); Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1, 0.001? B? 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (in the above formula, 0.90? A? 1, 0.001? B? 0.1); QO 2; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); In the formula of LiFePO 4 may be used a compound represented by any one:

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

예를 들어, LiCoO2, LiMnxO2x(x=1, 2), LiNi1-xMnxO2x(0<x<1), LiNi1-x-yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), FePO4 등이다.For example, LiCoO 2 , LiMn x O 2x (x = 1, 2), LiNi 1-x Mn x O 2x (0 <x <1), LiNi 1-xy Co x Mn y O 2 0.5, 0? Y? 0.5), FePO 4, and the like.

물론 상기 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, a compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the compound. The coating layer may comprise an oxide, a hydroxide of the coating element, an oxyhydroxide of the coating element, an oxycarbonate of the coating element, or a coating element compound of the hydroxycarbonate of the coating element. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. The coating layer may contain Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof. The coating layer forming step may be any coating method as long as it can coat the above compound by a method that does not adversely affect physical properties of the cathode active material (for example, spray coating, dipping, etc.) by using these elements, It will be understood by those skilled in the art that a detailed description will be omitted.

양극활물질은, 상기에 예시한 양극활물질 중에서, 특히, 층상암염형 구조를 가지는 전이금속산화물의 리튬염일 수 있다. 본 명세서에서 "층상"이란, 얇은 시트상태의 형상을 의미하며, "암염형 구조"란, 결정 구조의 1종인 염화나트륨형 구조이며, 양이온 및 음이온의 각각이 형성하는 면심 입방 격자가, 서로 단위격자의 모퉁이의 1/2만 어긋난 구조를 의미한다. 이러한 층상암염형 구조를 가지는 전이금속산화물의 리튬염으로서는, 예를 들면, Li1-y-zNixCoyAlzO2(NCA) 또는 Li1-y-zNixCoyMnzO2(NCM)(0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, x+y+z=1)로 나타내지는 3원계 전이금속 산화물의 리튬염을 예시할 수 있다.The cathode active material may be a lithium salt of a transition metal oxide having a layered salt salt type structure, among the cathode active materials exemplified above. In the present specification, the term "layered" means a thin sheet state, and "rock salt type structure" means a sodium chloride type structure having one kind of crystal structure, Quot; is < / RTI &gt; As the lithium salt of the transition metal oxide having such a layered rock salt type structure, for example, Li 1- y z Ni x Co y Al z O 2 (NCA) or Li 1 -yz Ni x Co y Mn z O 2 (NCM) (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, x + y + z = 1).

양극층 결착제는, 예를 들면, 극성관능기를 가지지 않는 비극성 수지일 수 있다. 따라서, 양극층 결착제는, 반응성이 높은 고체전해질, 특히, 황화물계 고체전해질에 대해서 불활성일 수 있다. 양극층 결착제로서는, 예를 들어, 상술한 제1 결착제를 포함할 수 있다. 고체전지(1)의 전해질은, 반응성이 높은 황화물계 고체전해질이므로, 양극층 결착제는 비극성 수지일 수 있다.The positive electrode layer binder may be, for example, a non-polar resin having no polar functional group. Therefore, the positive electrode layer binder may be inert to a highly reactive solid electrolyte, particularly, a sulfide-based solid electrolyte. As the anode layer binder, for example, the first binder described above may be included. Since the electrolyte of the solid electrolyte battery 1 is a sulfide-based solid electrolyte having high reactivity, the anode layer binder may be a non-polar resin.

양극층(4)을 직접 양극집전체(2) 에 결착하려고 해도, 양극층(4)이 양극집전체(2)에 충분히 결착하지 않을 가능성이 있다. 따라서, 제1 결착제 및 제2 결착제를 포함한 접착층(3)을 양극층(4)과 양극집전체(2)의 사이에 개재시킬 수 있다. 이것에 의해, 접착층(3)내의 제1 결착제가 양극층(4)과 강하게 결착해, 접착층(3)내의 제2 결착제가 양극집전체(2)와 강하게 결착하므로, 양극집전체(2)과 양극층(4)이 강하게 결착될 수 있다. 여기서, 양극층 결착제로 제1 결착제가 포함되는 경우, 접착층(3)내의 제1 결착제는, 접착층(3)과 양극층(4)의 계면을 통해서 양극층(4)내의 제1 결착제와 상호 확산에 의하여, 양극층(4)과 양극집전체(2)가 강하게 결착된다.There is a possibility that the anode layer 4 does not sufficiently adhere to the anode current collector 2 even if the cathode layer 4 is directly bonded to the cathode current collector 2. [ Therefore, the adhesive layer 3 including the first binder and the second binder can be interposed between the anode layer 4 and the cathode current collector 2. [ As a result, the first binder in the adhesive layer 3 binds strongly to the anode layer 4 and the second binder in the adhesive layer 3 binds strongly to the cathode current collector 2, The anode layer 4 can be strongly bonded. When the first binder is used as the anode layer binder, the first binder in the adhesive layer 3 is bonded to the first binder in the anode layer 4 through the interface between the adhesive layer 3 and the anode layer 4 By the mutual diffusion, the anode layer 4 and the cathode current collector 2 are strongly bonded.

양극 중의 황화물계 고체전해질, 양극활물질, 양극층 도전성물질, 및, 양극층 결착제의 함유량의 비에 대해서는, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 황화물계 고체전해질이 함량은 양극층(4)의 총 중량에 대해서 20~50중량%, 양극활물질의 함량은 양극층(4)의 총중량에 대해서 45~75중량%, 양극층 도전성물질의 함량은 양극층(4)의 총 중량에 대해서 1~10중량%, 양극층 결착제의 함량은 양극층(4)의 총 중량에 대해서 0.5~4중량%일 수 있다.The ratio of the content of the sulfide-based solid electrolyte, the positive electrode active material, the positive electrode layer conductive material, and the positive electrode layer binder in the positive electrode is not particularly limited. For example, the content of the sulfide-based solid electrolyte is 20 to 50% by weight based on the total weight of the anode layer 4, the content of the cathode active material is 45 to 75% by weight with respect to the total weight of the anode layer 4, The content of the material may be 1 to 10% by weight based on the total weight of the anode layer 4 and the content of the anode layer binder may be 0.5 to 4% by weight based on the total weight of the anode layer 4.

전해질층(5)은, 황화물계 고체전해질, 및, 전해질결착제를 포함할 수 있다. 전해질결착제는, 극성 관능기를 가지지 않는 비극성 수지이다. 따라서, 전해질결착제는, 반응성이 높은 고체전해질, 특히 황화물계 고체전해질에 대해서 불활성일 수 있다. 전해질결착제는, 예를 들어, 제1 결착제를 포함할 수 있다.  전해질층(5)내의 제1 결착제는, 양극층(4)과 전해질층(5)과의 계면을 통해서 양극층(4)내의 제1 결착제와 상호 확산에 의하여, 양극층(4)과 전해질층(5)이 강하게 결착할 수 있다. 또한, 황화물계 고체전해질, 및, 전해질결착제의 함유량의 비에 대해서는, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 황화물계 고체전해질의 함량은 전해질층(5)의 총 중량에 대해서 95~99.9중량%, 전해질결착제의 함량은 전해질층(5)의 총중량에 대해서 0.5~5중량%일 수 있다.The electrolyte layer 5 may include a sulfide-based solid electrolyte and an electrolyte binder. The electrolyte binder is a non-polar resin having no polar functional group. Therefore, the electrolyte binder may be inert to a highly reactive solid electrolyte, particularly a sulfide-based solid electrolyte. The electrolyte binder may include, for example, a first binder. The first binder in the electrolyte layer 5 is formed by interdiffusion with the first binder in the anode layer 4 through the interface between the anode layer 4 and the electrolyte layer 5, The electrolyte layer 5 can strongly bind. The ratio of the content of the sulfide-based solid electrolyte and the electrolyte binder is not particularly limited. For example, the content of the sulfide-based solid electrolyte may be 95 to 99.9% by weight based on the total weight of the electrolyte layer 5, and the content of the electrolyte binder may be 0.5 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte layer 5 .

음극층(6)은, 음극활물질과 음극결착제와 고체전해질을 포함할 수 있다. 음극결착제로서는, 상술한 제1 결착제를 포함할 수 있다. 음극층(6)의 제1 결착제는 전해질층(5)의 제1 결착제와 상호 확산에 의하여, 음극층(6)과 전해질층(5)을 강하게 결착시킬 수 있다.The cathode layer 6 may include a negative electrode active material, a negative electrode binder and a solid electrolyte. The negative electrode binder may include the above-described first binder. The first binder of the negative electrode layer 6 can strongly bind the negative electrode layer 6 and the electrolyte layer 5 by mutual diffusion with the first binder of the electrolyte layer 5. [

또한, 상기 음극활물질은 당해 기술분야에서 리튬전지의 음극활물질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 리튬 금속, 리튬과 합금 가능한 금속, 전이금속 산화물, 비전이금속산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, the negative electrode active material can be used as the negative electrode active material of the lithium battery in the related art. For example, at least one selected from the group consisting of a lithium metal, a metal capable of alloying with lithium, a transition metal oxide, a non-transition metal oxide, and a carbon-based material.

예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.For example, the metal that can be alloyed with lithium is at least one element selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y alloys (Y is at least one element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, Group 13 elements, Group 14 elements, (Wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination element thereof, and not a Sn element) ) And the like. The element Y may be at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Se, Te, Po, or a combination thereof.

예를 들어, 상기 전이금속 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다.For example, the transition metal oxide may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, or the like.

예를 들어, 상기 비전이금속 산화물은 SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다. For example, the non-transition metal oxide may be SnO 2 , SiO x (0 <x <2), or the like.

상기 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스 등일 수 있다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as natural graphite or artificial graphite in an amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous shape, and the amorphous carbon may be soft carbon or hard carbon carbon, mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like.

특히, 음극활물질로서 흑연계 활물질, 예를 들면, 인조흑연, 천연흑연, 인조흑연과 천연흑연의 혼합물, 인조흑연을 피복한 천연 흑연 등을 예시할 수 있다. 또한, 음극활물질로서는, 그래파이트에 대신에 주석(Sn), 규소(Si) 재료를 사용할 수 있다.In particular, graphite active materials such as artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, and natural graphite coated with artificial graphite can be exemplified as the negative electrode active material. As the negative electrode active material, tin (Sn) and silicon (Si) materials can be used instead of graphite.

또한, 음극활물질, 고체전해질, 제1 결착제, 및 제2 결착제의 함유량의 비에 있어서는, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 황화물계 고체전해질의 함량은 음극층(6)의 총 중량에 대해서 0~40중량%, 음극활물질의 함량은 음극층(6)의 총 중량에 대해서 60~100중량%, 제1 결착제의 함량은 음극층(6)의 총중량에 대해서 0.5~50량%를 포함할 수 있다.   음극집전체(7)는, 도전체이라면 어떠한 것에서도 좋고, 예를 들면, 동, 스텐레스강철, 및 니켈 도금강철등 으로 구성될 수 있다. 덧붙여 상기의 각층에는, 공지의 첨가제등을 적당히 첨가될 수 있다.The ratio of the content of the negative electrode active material, the solid electrolyte, the first binder, and the second binder is not particularly limited. For example, the content of the sulfide-based solid electrolyte is 0 to 40% by weight based on the total weight of the cathode layer 6, the content of the anode active material is 60 to 100% by weight based on the total weight of the cathode layer 6, The content of the binder may be 0.5 to 50% by mass based on the total weight of the cathode layer 6. The anode current collector 7 may be any conductor, and may be made of copper, stainless steel, nickel-plated steel, or the like, for example. In addition, known additives can be appropriately added to the respective layers described above.

상기 고체전지에서 고체전해질층이 상기 양극 및 음극에 비하여 높은 리튬이온 전도도를 가질 수 있다. 상기 고체전해질층이 상기 양극 및 음극에 비하여 높은 리튬이온전도도를 가짐에 의하여 향상된 전지특성을 제공할 수 있다.
In the solid-state battery, the solid electrolyte layer may have a higher lithium ion conductivity than the positive electrode and the negative electrode. The solid electrolyte layer has a higher lithium ion conductivity than the positive electrode and the negative electrode, thereby providing improved battery characteristics.

<2. 고체전지의 제조방법><2. Manufacturing Method of Solid Battery>

다음에, 고체전지(1)의 제조 방법의 예시적인 일 구현예에 대해 설명한다. 먼저, 제1 결착제와 제2 결착제와 접착층 도전성물질과 제1 결착제 및 제2 결착제를 용해하기 위한 제1 용매를 포함한 접착층 코팅액을 생성한다. 여기서, 제1 용매로서는, 예를 들면, NMP(N-메틸피롤리돈), DMF(N,N-디메틸포름아미드), N,N-디메틸아세트아미드 등의 아미드 용매, 초산 부틸, 초산 에틸 등의 알킬 에스테르 용매, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류 용매, 테트라하이드로퓨란, 디에틸 에테르 등의 에테르류 용매, 메탄놀, 에탄올, 이소프로필알코올 등의 알코올류 용매 등이 있다. 후술하듯이, 접착층(3)에는 황화물계 고체전해질이 포함되지 않거나, 양극층(4)으로부터 팽창한 황화물계 고체전해질이 소량 포함되는 정도이므로, 제1 용매에는 극성 용매를 사용할 수 있다.Next, an exemplary embodiment of the manufacturing method of the solid state battery 1 will be described. First, an adhesive layer coating liquid containing a first binder, a second binder, an adhesive layer conductive material, and a first solvent for dissolving the first and second binders is produced. Examples of the first solvent include amide solvents such as NMP (N-methylpyrrolidone), DMF (N, N-dimethylformamide) and N, N-dimethylacetamide, butyl acetate, Ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; ethers such as tetrahydrofuran and diethyl ether; and alcohols such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol. As described later, since the adhesive layer 3 does not contain a sulfide-based solid electrolyte or contains a small amount of a sulfide-based solid electrolyte expanded from the anode layer 4, a polar solvent can be used for the first solvent.

다음에, 접착층 코팅액을 양극집전체(2)상에 코팅해, 건조하는 것으로, 접착층(3)을 생성한다. 또한, 탁상용 스크린 인쇄기 등의 기판상에 접착층 코팅액을 코팅하여, 건조하는 것으로, 접착 필름을 형성해, 이 접착 필름을 양극집전체(2)에 압착할 수 있다.Next, the adhesive layer coating solution is coated on the cathode current collector 2 and dried to produce the adhesive layer 3. [ Further, an adhesive layer coating liquid is coated on a substrate such as a tabletop screen printing machine and dried to form an adhesive film, and the adhesive film can be pressed onto the cathode current collector 2. [

다음에, 황화물계 고체전해질과 양극활물질과 양극층 도전성물질과 양극층결착제를 용해하기 위한 제2 용매를 포함한 양극층코팅액을 생성한다. 제2 용매는, 양극층결착제(제1 결착제)를 용해하지만, 제2 결착제를 용해하지 않는다. 제2 용매는, 구체적으로는 비극성 용매이며, 예를 들면, 크실렌, 톨루엔, 에틸 벤젠 등의 방향족 탄화수소, 펜탄, 헥산, 헵탄 등의 지방족탄화수소류 등이다. 그 다음에, 양극층코팅액을 접착층(3)상에 코팅해, 건조하는 것으로, 양극층(4)을 생성한다. 이것에 의해, 접착층(3)내의 제1 결착제가 제2 용매에 용해됨에 의하여 양극층(4)내에 팽창하므로, 접착층(3)과 양극층(4)의 결착이 보다 강하게 될 수 있다. 이와 같이, 예시적인 일 구현예에서는, 양극(10)을 코팅에 의하여 생성하므로, 대면적의 양극(10)을 용이하게 제조할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 대용량의 고체전지(1)를 용이하게 제조할 수 있다.Next, a positive electrode layer coating liquid containing a sulfide-based solid electrolyte, a positive electrode active material, a positive electrode layer conductive material and a second solvent for dissolving the positive electrode layer binder is produced. The second solvent dissolves the positive electrode layer binder (first binder), but does not dissolve the second binder. Specific examples of the second solvent include non-polar solvents such as aromatic hydrocarbons such as xylene, toluene and ethylbenzene, and aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane and heptane. Then, the positive electrode layer coating liquid is coated on the adhesive layer 3 and dried to produce the positive electrode layer 4. As a result, the first binder in the adhesive layer 3 dissolves in the second solvent and expands into the anode layer 4, so that the adhesion between the adhesive layer 3 and the anode layer 4 can be strengthened. Thus, in an exemplary embodiment, the anode 10 is formed by coating, so that the large-area anode 10 can be easily manufactured. That is, in this embodiment, a large-capacity solid battery 1 can be easily manufactured.

또한, 제2 용매는 제2 결착제를 용해하지 않기 때문에, 접착층(3) 상에 양극층 코팅액을 코팅했을 때에, 접착층(3)내의 제2 결착제가 양극층(4)내에 팽창하는 것이 방지된다. 이로부터, 양극층(4)내의 황화물계 고체전해질이 제2 결착제에 의하여 열화되는 것이 방지될 수 있다. 이상의 공정에 의해, 양극집전체(2), 접착층(3), 및, 양극층(4)을 포함한 양극구조체가 생성된다.In addition, since the second solvent does not dissolve the second binder, when the anode layer coating liquid is coated on the adhesive layer 3, the second binder in the adhesive layer 3 is prevented from expanding into the anode layer 4 . From this, it is possible to prevent the sulfide-based solid electrolyte in the anode layer 4 from being deteriorated by the second binder. By the above process, a positive electrode structure including the positive electrode collector 2, the adhesive layer 3, and the positive electrode layer 4 is produced.

한편, 제2 결착제와 음극활물질과 황화물계 고체전해질과 제2 용매를 포함하는 음극층 코팅액을 생성한다. 음극층(6)에는 황화물계 고체전해질을 포함하지 않는 경우에는, 제1 용매(극성 용매)를 사용할 수 있다. 그 다음에, 음극층 코팅액을 음극집전체(7)상에 코팅해, 건조하는 것으로, 음극층(6)을 생성한다. 이것에 의해, 음극구조체가 생성된다.On the other hand, a negative electrode coating liquid containing a second binder, a negative electrode active material, a sulfide-based solid electrolyte and a second solvent is produced. When the cathode layer 6 does not contain a sulfide-based solid electrolyte, a first solvent (polar solvent) may be used. Then, the negative electrode layer coating liquid is coated on the negative electrode collector 7 and dried to produce the negative electrode layer 6. [ Thus, a cathode structure is produced.

그 다음에, 황화물계 고체전해질과 전해질결착제와 제2 용매를 포함한 전해질층 코팅액을 생성한다. 그 다음에, 전해질층 코팅액을 유리판 등의 기판 상에 코팅해, 건조하는 것으로, 전해질층(5)을 생성한다. 그 다음에, 전해질층(5)을 음극 구조체의 음극층(6)상에 압착시킨다.Then, an electrolyte layer coating liquid containing a sulfide-based solid electrolyte, an electrolyte binder and a second solvent is produced. Then, the electrolyte layer coating liquid is coated on a substrate such as a glass plate and dried to produce the electrolyte layer 5. [ Then, the electrolyte layer 5 is pressed onto the negative electrode layer 6 of the negative electrode structure.

그 다음에, 양극구조체와 전해질층(5) 및 음극구조체로부터 형성되는 시트를 압착하는 것으로, 고체전지(1)가 생성된다.
Then, a solid battery 1 is produced by squeezing a sheet formed from the anode structure, the electrolyte layer 5 and the cathode structure.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention will be described in more detail by way of the following examples and comparative examples. However, the examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예><Examples>

다음에, 본 실시 형태의 실시예에 대해 설명한다. 덧붙여 이하의 각 실시예 및 비교예의 작업은, 모두 이슬점 온도 55℃이하의 드라이룸 내에서 행해졌다.Next, an embodiment of the present embodiment will be described. Incidentally, the operations of each of the following examples and comparative examples were all performed in a drier at a dew point temperature of 55 DEG C or lower.

[실시예1][Example 1]

[접착층의 생성][Generation of adhesive layer]

접착층 도전성 물질로서의 그래파이트(Timcal KS-4, 이하 같다) 및 아세틸렌블랙(덴키화학공업, 이하 같다)와 제1 결착제로서의 스티렌계열가소성 일레스토머(이하, 결착제A)(아사히화성 S.O.E1611, 이하 같다)와 제2 결착제로서 산변성 PVDF(이하, 결착제B)(구레하 K9200, 이하 같다)를 60:10:15:15의 중량%비로 칭량했다. 그리고, 상기 재료와 적당량의 NMP를 자전 공전 믹서에 투입해, 3000rpm으로 5분 교반하여 접착층 코팅액을 생성하였다.(Hereinafter referred to as binder A) (Asahi Chemical Industry Co., Ltd., hereinafter referred to as &quot; Asahi Kasei SOE1611 &quot;) as the adhesive layer conductive material and graphite (Timcal KS- (Hereinafter referred to as Binder B) (Kureha K9200, hereinafter the same) were weighed in a weight% ratio of 60: 10: 15: 15 as the second binder and acid-modified PVDF as the second binder. Then, the above materials and an appropriate amount of NMP were put into a revolving mixer and stirred at 3000 rpm for 5 minutes to produce an adhesive layer coating solution.

다음으로, 탁상용 스크린 인쇄기(뉴롱(newlong)정밀공업사제, 이하 같다)에 양극집전체(2)로서 두께 20㎛의 알루미늄박 집전체를 배치해, 400 메쉬의 스크린을 이용해 접착층 코팅액을 알루미늄박집전체상에 코팅했다. 이어서, 접착층 코팅액이 코팅된 양극집전체(2)를 80℃에서 12시간 진공 건조시켰다. 이에 의해, 양극집전체(2)위에 접착층(3)을 형성시켰다. 건조 후의 접착층(3)의 두께는 7㎛이었다.
Next, an aluminum foil current collector having a thickness of 20 占 퐉 was disposed as a positive electrode current collector 2 on a desktop screen printer (manufactured by Newlong Precision Industries Co., Ltd., the same applies hereinafter), and an adhesive layer coating liquid Lt; / RTI &gt; Then, the positive electrode current collector 2 coated with the adhesive layer coating solution was vacuum-dried at 80 DEG C for 12 hours. Thus, the adhesive layer 3 was formed on the positive electrode current collector 2. The thickness of the adhesive layer 3 after drying was 7 占 퐉.

[양극층의 생성][Formation of anode layer]

양극활물질로서의 LiNiAlO2 3원계 분말과 황화물계 고체전해질로서의 Li2S-P2S5(80:20몰%)과 양극층 도전성물질(도전조제)로서의 기상성장 탄소섬유 분말을 60:35:5의 질량%비로 칭량해, 이것들을 자전 공전 믹서를 이용해 혼합했다.LiNiAlO 2 ternary powder as a positive electrode active material, vapor-grown carbon fiber powder as a positive electrode layer conductive material (conductive auxiliary agent) Li 2 SP 2 S 5 (80:20 mol%) as a sulfide solid electrolyte and a mass of 60:35:5 % Ratio, and these were mixed using a rotation-type static mixer.

황화물계 고체전해질은, 비정질체와 결정질체를 20:80의 비율(중량%)로 혼합하여 형성했다. 비정질체는, Li2S-P2S5(80:20몰%)를 200rpm으로 30분간 기계적밀링 처리(MM 처리)를 실시해 제작되며, 결정질체는 비정질체를 질소중에서 205℃으로 1시간 소성처리를 실시하는 것에 의해서 제작되었다.The sulfide-based solid electrolyte was formed by mixing an amorphous material and a crystalline material at a ratio (weight%) of 20:80. The amorphous body is produced by subjecting Li 2 SP 2 S 5 (80:20 mol%) to mechanical milling (MM treatment) at 200 rpm for 30 minutes. The amorphous body is calcined in nitrogen at 205 ° C. for 1 hour .

이어서, 이러한 혼합가루에, 양극층결착제로서의 결착제A를 용해한 크실렌(xylene) 용액을 결착제A 혼합가루의 총 중량에 대해서 1.0중량%가 되도록 첨가하는 것에 의하여, 1차 혼합액을 조정했다. 또한 이러한 혼합액에, 점도 조정을 위한 탈수 크실렌을 적당량 첨가하는 것에 의하여, 2차 혼합액을 생성했다. 또한, 혼합가루의 분산성을 향상시키기 위해서, 직경 5mm의 지르코니아볼을, 빈공간, 혼합가루, 산화지르코늄볼이 각각 혼련 용기의 전체 용적의 1/3씩을 차지하도록 2차 혼합액에 투입했다. 이것에 의해 생성된 3차 혼합액을 자전 공전 믹서에 투입해, 3000rpm으로 3분가 교반 하는 것에 의하여, 양극층 코팅액을 생성하였다..Next, the primary mixed solution was adjusted to such a mixed powder by adding a xylene solution in which the binder A as the anode layer binder was dissolved so as to be 1.0 wt% with respect to the total weight of the binder A mixed powder. To this mixed solution, an appropriate amount of dehydrated xylene for viscosity adjustment was added to produce a secondary mixed solution. Further, in order to improve the dispersibility of the mixed powder, zirconia balls having a diameter of 5 mm were charged into the secondary mixture so that the voids, the mixed powder, and the zirconium oxide balls accounted for 1/3 of the total volume of the kneading vessel, respectively. The tertiary mixture thus produced was poured into a revolving mixer and stirred at 3000 rpm for 3 minutes to produce a positive electrode coating solution.

이어서, 탁상용 스크린 인쇄기에 양극집전체(2) 및 접착층(3)으로 이루어진 시트를 배치하고, 150㎛의 메탈마스크를 이용해 양극층 코팅액을 시트상에 코팅했다. 그 후, 양극층코팅액이 코팅된 시트를 40℃의 핫플레이트로 10분간 건조시킨 후, 40℃에서 12시간 진공 건조시켰다. 이것에 의해, 접착층(3)상에 양극층(4)을 형성했다. 건조 후의 양극집전체(2), 접착층(3), 및 양극층(4)의 총두께는 165㎛ 전후였다.Subsequently, a sheet made of the positive electrode collector 2 and the adhesive layer 3 was placed on a desk-top screen printer, and a positive electrode layer coating liquid was coated on the sheet using a metal mask of 150 mu m. Thereafter, the sheet coated with the positive electrode layer coating liquid was dried on a hot plate at 40 DEG C for 10 minutes, followed by vacuum drying at 40 DEG C for 12 hours. Thus, the positive electrode layer 4 was formed on the adhesive layer 3. The total thickness of the cathode current collector 2, the adhesive layer 3, and the anode layer 4 after drying was about 165 占 퐉.

이어서, 양극집전체(2), 접착층(3), 및 양극층(4)으로부터 생성되는 시트를 롤(roll) 갭(gap) 10㎛의 롤프레스기를 이용해 압연하는 것으로, 양극구조체를 생성했다. 양극 구조체의 두께는 120㎛전후였다.
Subsequently, a sheet produced from the positive electrode collector 2, the adhesive layer 3, and the positive electrode layer 4 was rolled by using a roll press machine having a roll gap of 10 占 퐉 to produce a positive electrode structure. The thickness of the anode structure was about 120 탆.

[음극층의 생성][Generation of cathode layer]

음극활물질로서의 흑연분말(80℃에서 24시간 진공 건조한 것)과 제1 결착제로서의 결착제A와 황화물계 고체전해질로서의 Li2S-P2S5(70:30몰%)를 69.0:1.0:30.0의 중량%비로 칭량했다. 그리고, 이러한 재료와 적당량의 크실렌을 자전 공전 믹서에 투입해, 3000 rpm으로 3분 교반한 후, 1분간 탈포 처리하는 것에 의하여, 음극층 코팅액을 생성했다. 황화물계 고체전해질의 비정질과 결정질의 비율은 양극의 경우와 같게 했다.A binder A as a first binder and Li 2 SP 2 S 5 (70:30 mol%) as a sulfide-based solid electrolyte were mixed in a ratio of 69.0: 1.0: 30.0 as a negative electrode active material (vacuum dried at 80 ° C for 24 hours) Weight ratio. Then, this material and an appropriate amount of xylene were put into a revolving mixer, stirred at 3000 rpm for 3 minutes, and defoamed for 1 minute to produce a negative electrode coating liquid. The ratio of amorphous to crystalline in the sulfide-based solid electrolyte was the same as that of the positive electrode.

다음에, 음극집전체(7)로서 두께 16㎛의 동박집전체를 준비해, 블레이드를 이용해 동박집전체상에 음극층 코팅액을 코팅했다. 동박집전체상의 음극층 코팅액의 두께(갭)는 150㎛ 전후였다.Next, a copper foil collector having a thickness of 16 mu m was prepared as the negative electrode collector 7, and the negative electrode layer coating liquid was coated on the copper foil collector using a blade. The thickness (gap) of the negative electrode layer coating liquid on the copper foil collector was about 150 mu m.

음극층 코팅액이 코팅된 시트를, 80℃에 가열된 건조기 내에 수납해, 20분간 건조시켰다. 그 후, 음극집전체(7) 및 음극층(6)으로부터 생성되는 시트를 롤 갭 10㎛의 롤프레스기를 이용해 압연하는 것으로, 음극구조체를 생성했다. 음극구조체의 두께는 100㎛ 전후였다.
The sheet coated with the negative electrode layer coating solution was placed in a dryer heated at 80 캜 and dried for 20 minutes. Thereafter, the sheet produced from the negative electrode collector 7 and the negative electrode layer 6 was rolled by a roll press machine having a roll gap of 10 mu m to produce a negative electrode structure. The thickness of the cathode structure was about 100 탆.

[전해질층의 생성][Generation of electrolyte layer]

황화물계 고체전해질로서의 Li2S-P2S5(70:30몰%)에, 결착제A(전해질결착제)의 크실렌 용액을, 결착제A가 비정질 분말의 중량에 대해서 1중량%가 되도록 첨가하여, 1차 혼합액을 조정했다. 이러한 1차 혼합액에, 점도 조정에 유리한 탈수 크실렌을 적당량 첨가하여, 2차 혼합액을 생성했다. 또한, 혼합가루의 분산성을 향상시키기 위해서, 직경 5mm의 산화지르코늄볼을, 공간, 혼합가루, 산화지르코늄볼이 각각 혼련용기의 전체용적에 대해서 1/3씩을 차지하도록 2차 혼합액에 투입했다. 이것에 의해 생성된 3차 혼합액을 자전 공전 믹서에 투입해, 3000rpm으로 3분 교반하는 것으로, 전해질층 코팅액을 생성했다. 고체전해질층의 황화물 고체전해질에서 비정질체와 결정질체와의 비율은 80:20으로 했다.A xylene solution of the binder A (electrolyte binder) was added to Li 2 SP 2 S 5 (70:30 mol%) as a sulfide-based solid electrolyte so that the binder A was 1 wt% based on the weight of the amorphous powder , And the primary mixture was adjusted. To this primary mixed solution, an appropriate amount of dehydrated xylene which is advantageous for viscosity control was added to produce a secondary mixed solution. Further, in order to improve the dispersibility of the mixed powder, zirconium oxide balls having a diameter of 5 mm were charged into the secondary mixture so that the space, the mixed powder and the zirconium oxide balls each occupy 1/3 of the total volume of the kneading container. The tertiary mixture thus produced was charged in a revolving mixer and stirred at 3000 rpm for 3 minutes to produce an electrolyte layer coating solution. The ratio of amorphous to crystalline was 80:20 in the sulfide solid electrolyte of the solid electrolyte layer.

다음에, 탁상용 스크린 인쇄기에 유리판을 배치해, 200㎛의 메탈 마스크를 이용해 전해질층 코팅액을 음극구조체상에 코팅했다. 그 후, 전해질층 코팅액이 코팅된 시트를 40℃의 핫플레이트로 10분 건조시킨 후, 40℃에서 12시간 진공 건조시켰다. 이것에 의해, 전해질층(5)을 얻었다. 건조 후의 전해질층(5)의 두께는 130㎛ 전후였다. 그 다음에, 전해질층(5)과 음극구조체의 음극층(6)을 롤 갭 30㎛의 롤 프레스기를 이용한 건조라미네이션법에 의해 붙여 맞추는 것에 의하여, 음극 구조체상에 전해질층(5)을 형성했다.
Next, a glass plate was placed on a desk-top screen printer, and an electrolyte layer coating liquid was coated on the cathode structure using a metal mask of 200 mu m. Thereafter, the sheet coated with the electrolyte layer coating solution was dried with a hot plate at 40 DEG C for 10 minutes, followed by vacuum drying at 40 DEG C for 12 hours. Thus, an electrolyte layer 5 was obtained. The thickness of the electrolyte layer 5 after drying was about 130 탆. Next, the electrolyte layer 5 and the negative electrode layer 6 of the negative electrode structure were adhered by a dry lamination method using a roll press machine having a roll gap of 30 탆 to form an electrolyte layer 5 on the negative electrode structure .

[고체 전지의 생성][Generation of solid battery]

음극구조체 및 전해질층(5)으로 이루어진는 시트 및 양극구조체를 각각 톰슨 칼날로 잘라내어, 상기 시트의 전해질층(5)과 양극구조체의 양극층(4)을 롤 갭 50㎛의 롤프레스기를 이용한 건조라미네이션법에 의해 붙여 맞추는 것에 의하여, 고체전지(1)의 단일셀(단전지)을 생성했다.
A sheet and an anode structure composed of a cathode structure and an electrolyte layer 5 were each cut with a Thomson blade and the electrolyte layer 5 of the sheet and the anode layer 4 of the anode structure were laminated by dry lamination using a roll press having a roll gap of 50 [ (Single cell) of the solid-state cell 1 was produced.

[실시예 2 및 비교예 1 내지 12][Example 2 and Comparative Examples 1 to 12]

양극, 전해질층, 음극의 각각에 있어서의 황화물계 고체전해질로의 비정질체와 결정질체와의 비율을 후술의 표 1과 같이 변경해 고체전지를 제작했다(실시예 2 및 비교예 1~12).
The ratio of the amorphous substance to the crystalline substance to the sulfide-based solid electrolyte in each of the positive electrode, the electrolyte layer and the negative electrode was changed as shown in Table 1 described below to prepare a solid battery (Example 2 and Comparative Examples 1 to 12).

[전지 특성 시험][Battery characteristics test]

상술한 바와 같이 제조된 단일셀을 동양시스템제 충방전 평가 장치 TOSCAT-3100에 의해 0.05mA/cm2의 정전류 밀도로 충전, 계속해서 방전을 실시해, 방전용량(mAh)을 측정했다(충전 상한 전압 4.0V, 방전 하한 전압 2.5V). 실시예와 비교예의 방전 하한 전압 2.5V에서의 방전용량(mAh/g)을 아래와 같이 표1에 나타내었다.
The single cell produced as described above was charged at a constant current density of 0.05 mA / cm &lt; 2 &gt; by a TOSCAT-3100 charge / discharge evaluation apparatus of the Orientation System, and discharged to measure the discharge capacity (mAh) 4.0V, lower discharge voltage 2.5V). The discharge capacity (mAh / g) at the discharge lower limit voltage of 2.5 V in Examples and Comparative Examples is shown in Table 1 as follows.

[사이클 특성 시험][Cycle characteristic test]

실온으로 0.05C의 정전류 충방전 사이클 시험을 실시해, 첫회 방전 용량에 대한 용량유지율을 평가했다. 실시예 및 비교예의 결과를 표 1에 나타내었다.A constant current charge / discharge cycle test at room temperature of 0.05 C was carried out to evaluate the capacity retention rate relative to the first discharge capacity. The results of Examples and Comparative Examples are shown in Table 1.

결정질/비정질Crystalline / amorphous 방전용량
[mAh/g]
Discharge capacity
[mAh / g]
50사이클후용량유지율
[%]
Capacity retention after 50 cycles
[%]
양극anode 고체
전해질층
solid
Electrolyte layer
음극cathode
실시예 1Example 1 20/8020/80 80/2080/20 20/8020/80 124124 7777 실시예 2Example 2 20/8020/80 80/2080/20 -- 120120 7575 비교예 1Comparative Example 1 100/0100/0 60/4060/40 20/8020/80 5353 5353 비교예 2Comparative Example 2 80/2080/20 60/4060/40 20/8020/80 6767 6767 비교예 3Comparative Example 3 60/4060/40 60/4060/40 20/8020/80 5252 5252 비교예 4Comparative Example 4 0/1000/100 60/4060/40 20/8020/80 8181 8181 비교예 5Comparative Example 5 20/8020/80 0/1000/100 20/8020/80 9494 8181 비교예 6Comparative Example 6 20/8020/80 20/8020/80 20/8020/80 9191 7878 비교예 7Comparative Example 7 20/8020/80 100/0100/0 20/8020/80 9898 7575 비교예 8Comparative Example 8 20/8020/80 60/4060/40 80/2080/20 111111 5555 비교예 9Comparative Example 9 20/8020/80 60/4060/40 -- 102102 4949

표 1로부터 알 수 있듯이, 양극 및 음극의 고체전해질에는 비정질체가 함유 되며, 또한 고체전해질층의 고체전해질에서 비정질체의 비율이 양극 및 음극보다 큰 경우에, 고체전지의 방전 용량이 크고, 한편, 사이클 수명도 양호하다는 것이 확인되었다(실시예 1).As can be seen from Table 1, when the amorphous material is contained in the solid electrolyte of the positive electrode and the negative electrode and the ratio of the amorphous material in the solid electrolyte of the solid electrolyte layer is larger than that of the positive electrode and the negative electrode, It was confirmed that the cycle life was also good (Example 1).

한편, 양극 및 음극중에 비정질체의 비율이 낮은 경우(비교예 1~3)에서는, 사이클수명이 저하하는 것이 확인되었다. 비교예 4에서는, 양극의 황화물계 고체전해질에는 결정질체가 함유되지 않기 때문에, 방전 용량이 저하하였다. 다만, 사이클 수명은 양호했다. 비교예 5, 6에서는, 고체전해질층의 결정질체의 비율이 낮기때문에, 실시예 1과 비교하여 방전용량이 저하하였다. 비교예 7에서는, 고체전해질층에 비정질체가 함유되지 않기 때문에, 실시예 1과 비교해 방전용량이 저하하였다. 비교예 8에서는, 음극에서의 비정질체가 적기 때문에, 사이클 수명이 저하되었다.On the other hand, it was confirmed that when the ratio of the amorphous material in the positive electrode and the negative electrode was low (Comparative Examples 1 to 3), the cycle life was lowered. In Comparative Example 4, since the sulfide-based solid electrolyte of the anode contained no crystalline material, the discharge capacity decreased. However, the cycle life was good. In Comparative Examples 5 and 6, since the ratio of the crystalline body of the solid electrolyte layer was low, the discharge capacity was lowered as compared with Example 1. In Comparative Example 7, since the amorphous substance was not contained in the solid electrolyte layer, the discharge capacity decreased as compared with Example 1. In Comparative Example 8, since the amorphous material in the negative electrode was small, the cycle life was reduced.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 일 측면의 예시적인 구현예에 대해 상세하게 설명했지만, 일 측면은 개시된 구현예로 한정되지 않는다. 당해 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 사람이라면, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범위내에 있고, 각종의 변경예는 수정예에 도출할 수 있는 것은 분명하고, 이것들에 대해서도, 당연하게 개시된 발명 개념의 기술적범위에 속하는 것이다. 예를 들면, 기술의 실시 형태에서는, 양극 및 음극에 고체전해질이 포함할 것을 설명했지만, 음극이 고체전해질을 포함하지 않게 해도, 숙원 발명의 효과를 달성할 수 있다.While the illustrative embodiments of one aspect have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that one aspect is not limited to the disclosed embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims and their equivalents. It belongs to the technical scope of the inventive concept. For example, in the embodiments of the technology, it has been described that the positive electrode and the negative electrode contain a solid electrolyte. However, even if the negative electrode does not include a solid electrolyte, the effect of the inventive aspect can be achieved.

Claims (20)

양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 배치된 고체전해질층을 포함하며,
상기 양극과 음극 중 적어도 양극 및 고체전해질층이 황화물계 고체전해질을 포함하며,
상기 황화물계 고체전해질이 비정질체와 결정질체를 포함하며,
상기 양극과 음극 중 적어도 양극에 포함된 황화물계 고체전해질에서 비정질체의 비율(A)이 결정질체의 비율(A')보다 높으며,
고체전해질층에 포함된 황화물계 고체전해질에서 비정질체의 비율(B)이 결정질체의 비율(B')보다 낮은 고체전지.
anode; cathode; And a solid electrolyte layer disposed between the anode and the cathode,
At least an anode and a solid electrolyte layer of the anode and the cathode include a sulfide-based solid electrolyte,
Wherein the sulfide-based solid electrolyte comprises an amorphous substance and a crystalline substance,
Wherein the ratio (A) of the amorphous substance in the sulfide-based solid electrolyte contained in at least one of the positive electrode and the negative electrode is higher than the ratio (A ') of the crystalline substance,
(B) of the amorphous body in the sulfide-based solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer is lower than the ratio (B ') of the crystalline body.
제 1 항에 있어서, 양극 및 음극 중 적어도 양극에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(A)이 고체전해질층에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(B)보다 높은 고체전지.The solid electrolyte battery according to claim 1, wherein the ratio (A) of the amorphous material in the solid electrolyte contained in at least the positive electrode and the negative electrode is higher than the ratio (B) of the amorphous material in the solid electrolyte included in the solid electrolyte layer. 제 1 항에 있어서, 양극 및 음극 중 적어도 양극에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(A)과 고체전해질층에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(B)이 0.1≤B<A≤0.9인 고체전지.The positive electrode according to claim 1, wherein the ratio (A) of the amorphous body in the solid electrolyte contained in at least the positive electrode and the negative electrode and the ratio (B) of the amorphous body in the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer satisfy 0.1? B? Solid state batteries. 제 1 항에 있어서, 양극 및 음극 중 적어도 양극에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(A)이 0.5<A≤0.9 인 고체전지.The solid battery according to claim 1, wherein the ratio (A) of the amorphous body in the solid electrolyte contained in at least one of the positive electrode and the negative electrode is 0.5 < 제 1 항에 있어서, 양극 및 음극 중 적어도 양극에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(A)이 0.7<A<0.9 인 고체전지.The solid battery according to claim 1, wherein the ratio (A) of amorphous bodies in the solid electrolyte contained in at least one of the positive electrode and the negative electrode is 0.7 < A < 0.9. 제 1 항에 있어서, 고체전해질층에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(B)이 0.1≤B<0.5인 고체전지.The solid electrolyte battery according to claim 1, wherein the ratio (B) of the amorphous body in the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer is 0.1? B < 0.5. 제 1 항에 있어서, 고체전해질층에 포함된 고체전해질에서 비정질체의 비율(B)이 0.1<B<0.3인 고체전지.The solid battery according to claim 1, wherein a ratio (B) of the amorphous body in the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer is 0.1 < B < 0.3. 제 1 항에 있어서, 상기 황화물계 고체전해질은 황화리튬과 황화인의 혼합물로부터 형성되는 고체전지.The solid battery according to claim 1, wherein the sulfide-based solid electrolyte is formed from a mixture of lithium sulfide and phosphorus sulfide. 제 1 항에 있어서, 상기 황화물계 고체전해질이 Li2S-P2S5를 포함하는 고체전지.The solid battery according to claim 1, wherein the sulfide-based solid electrolyte comprises Li 2 SP 2 S 5 . 제 8 항에 있어서, 양극에 포함된 고체전해질에서 황화리튬의 비율(A1)이 음극 및 고체전해질층 각각에 포함된 고체전해질에서 황화리튬의 비율(B1)보다 높은 고체전지.The solid electrolyte battery according to claim 8, wherein the ratio (A1) of lithium sulfide in the solid electrolyte contained in the anode is higher than the ratio (B1) of lithium sulfate in the solid electrolyte contained in each of the anode and the solid electrolyte layer. 제 8 항에 있어서, 양극에 포함된 고체전해질에서 황화리튬의 비율(A1)과 음극 및 고체전해질층 각각에 포함된 고체전해질에서 황화리튬의 비율(B1)이 0.6≤B1<A1≤0.85인 고체전지.The lithium secondary battery according to claim 8, wherein the ratio (A1) of the lithium sulfide in the solid electrolyte contained in the anode and the ratio (B1) of lithium sulfide in the solid electrolyte contained in each of the anode and the solid electrolyte layers are 0.6? B1? A1? battery. 제 8 항에 있어서, 양극에 포함된 고체전해질에서 황화리튬의 비율(A1)이 0.70≤A1≤0.85 인 고체전지.The solid battery according to claim 8, wherein the ratio (A1) of lithium sulfide in the solid electrolyte contained in the anode is 0.70? A1? 0.85. 제 8 항에 있어서, 음극 및 고체전해질층 각각에 포함된 황화리튬의 비율(B1)이 0.60≤B<0.75인 고체전지.The solid battery according to claim 8, wherein a ratio (B1) of lithium sulfide contained in each of the negative electrode and the solid electrolyte layer is 0.60? B < 제 1 항에 있어서, 상기 양극이 양극집전체, 및 양극층을 포함하는 고체전지.The solid battery according to claim 1, wherein the anode includes a positive electrode collector and a positive electrode layer. 제 14 항에 있어서, 상기 양극집전체와 양극층 사이에 접착층을 추가적으로 포함하는 고체전지.15. The solid state battery according to claim 14, further comprising an adhesive layer between the positive electrode collector and the positive electrode layer. 제 13 항에 있어서, 양극층에서 황화물계 고체전해질의 함량이 양극층 총 중량에 대하여 20 내지 50중량%인 고체전지.14. The solid battery according to claim 13, wherein the content of the sulfide-based solid electrolyte in the anode layer is 20 to 50% by weight based on the total weight of the anode layer. 제 1 항에 있어서, 상기 음극이 음극집전체 및 음극층을 포함하는 고체전지.The solid battery according to claim 1, wherein the negative electrode comprises a negative electrode collector and a negative electrode layer. 제 17 항에 있어서, 상기 음극층에서 황화물계 고체전해질의 함량이 음극층 총 중량에 대하여 0 내지 40중량%인 고체전지.The solid battery according to claim 17, wherein the content of the sulfide-based solid electrolyte in the negative electrode layer is 0 to 40% by weight based on the total weight of the negative electrode layer. 제 1 항에 있어서, 상기 고체전해질층에서 황화물계 고체전해질의 함량이 고체전해질층 총 중량에 대하여 95 내지 99.9중량%인 고체전지.The solid battery according to claim 1, wherein the content of the sulfide-based solid electrolyte in the solid electrolyte layer is 95 to 99.9% by weight based on the total weight of the solid electrolyte layer. 제 1 항에 있어서, 상기 고체전해질층이 상기 양극 및 음극에 비하여 높은 리튬이온 전도도를 가지는 고체전지.The solid battery according to claim 1, wherein the solid electrolyte layer has a lithium ion conductivity higher than that of the positive electrode and the negative electrode.
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