KR20150138497A - Hybrid Electrolyte comprising Lithium Phosphates and Polymer Systems For Li Batteries And Li Ion Batteries comprising The Same - Google Patents

Hybrid Electrolyte comprising Lithium Phosphates and Polymer Systems For Li Batteries And Li Ion Batteries comprising The Same Download PDF

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KR20150138497A
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도칠훈
최정희
유지현
이철호
김동원
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한국전기연구원
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Abstract

The present invention relates to a lithium secondary battery including a film shaped electrolyte, and to a method for manufacturing the same. The lithium secondary battery of the present invention comprises the film shaped composite electrolyte which includes at least one kind of polymer selected from the group consisting of multi-component lithium phosphate powder, polyethylene oxide, polypropylene oxide (PPO), and glycidol. A weight ratio of the lithium phosphate powder and the polymer inside the composite electrolyte is within a range of 60:40-90:10. According to the present invention, a lithium secondary battery, which has a high mechanical strength and a high ion conductivity and is easily formed, can be manufactured.

Description

리튬 이차전지용 리튬인산염―고분자 복합 전해질 및 그를 포함하는 이차전지 {Hybrid Electrolyte comprising Lithium Phosphates and Polymer Systems For Li Batteries And Li Ion Batteries comprising The Same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium phosphate-polymer composite electrolyte for a lithium secondary battery, and a secondary battery comprising the lithium phosphate-

본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필름 형태의 전해질을 포함하는 리튬 이차전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery including a film-like electrolyte and a method of manufacturing the same.

리튬 이차전지는 크게 양극, 전해질 및 음극으로 구성된다. 보편적으로 상용화 된 리튬 이차전지는 유기용매와 리튬염으로 구성된 액체전해질 내에 15~25㎛ 두께의 고분자 분리막이 추가된 구조로 되어, 방전시에는 Li+ 이온이 음극에서 양극으로 이동하고 Li이 이온화되면서 발생된 전자도 음극에서 양극으로 이동하며, 충전시에는 이와 반대로 이동한다. 이러한 Li+ 이온 이동의 구동력은 두 전극의 전위차에 따른 화학적 안정성에 의해 발생된다. 음극에서 양극으로 또 양극에서 음극으로 이동하는 Li+ 이온의 양에 의해 전지의 용량(capacity, Ah)이 결정된다. 한편, Li+ 이온의 이동은 전해질을 통하여 이루어지기 때문에 전해질의 Li+ 이온 전도도는 전지의 충/방전 속도에 영향을 준다.Lithium secondary batteries are largely composed of an anode, an electrolyte and a cathode. As a general lithium secondary battery is commercialized as moved to an organic solvent and a 15 ~ 25㎛ thickness in the liquid electrolyte consisting of a lithium salt is in a structure added to the polymer membrane, the anode in Li + ions to the negative electrode during discharge and Li ionization The generated electrons move from the cathode to the anode, and when charged, move backward. The driving force of this Li + ion movement is generated by the chemical stability depending on the potential difference between the two electrodes. The capacity (capacity, Ah) of the battery is determined by the amount of Li + ions moving from the cathode to the anode and from the anode to the cathode. On the other hand, since the migration of Li + ions occurs through the electrolyte, the Li + ion conductivity of the electrolyte affects the charge / discharge rate of the battery.

전고체 이차전지(All-Solid-State Battery)는 이상의 전지 구성요소 가운데 액체전해질을 고체전해질로 대체한 것을 말한다. 전고체 이차전지는 액체 전해질에 비해 전지의 폭발이나 화재의 위험성이 없고 제조 공정이 단순화되며 고에너지 밀도화 가능성에서 차세대 이차전지로 주목받고 있다. 그러나, 전고체 이차전지는 액체 전해질에 비해 안전성 등이 높은반면, 전극과의 계면 접촉 저하로 인한 이온전도 경로가 적기 때문에 이온전도도가 감소하는 문제가 있다.All solid-state batteries refer to the replacement of liquid electrolytes with solid electrolytes among the above battery components. The solid secondary battery has less risk of explosion or fire than the liquid electrolyte, simplifies the manufacturing process, and is attracting attention as a next generation secondary battery because of high energy density. However, since the solid secondary battery has higher safety than the liquid electrolyte, the ion conductivity is reduced due to the lower ion conduction path due to the lowered interface contact with the electrode.

또한, 최근에는 폴리머로 이루어진 폴리머 전해질을 사용한 리튬이온 2차전지가 전해액을 사용한 상기 전해질을 활용하는 전지보다 더 많은 주목을 받게 되었다. 이러한 폴리머 전지는 겔타입 전해질을 사용한다. 이 전지는 누액의 염려가 없고 가연성 유기 용매를 포함하고 있지 않아 전지의 안전성이 향상되고, 더 나아가 그러한 전지는 취할수 있는 형상에 있어서 향상된 자유도를 가지는 이점이 있다. 그러나, 이러한 타입의 폴리머 전해질은 전해액 타입 전해질보다 낮은 리튬이온 전도도를 가지고 기계적 강도 역시 감소된다는 문제점이 있으며, 제조공정 중에 폴리머 전해질의 손상에 의해 양극과 음극이 단락되는 결과를 초래하게 된다.Further, in recent years, a lithium ion secondary battery using a polymer electrolyte made of a polymer has received more attention than a battery utilizing the electrolyte using an electrolyte. Such a polymer battery uses a gel-type electrolyte. This battery has no fear of leaking, does not contain a combustible organic solvent, improves the safety of the battery, and further has such an advantage that the battery has an increased degree of freedom in a shape that can be taken. However, this type of polymer electrolyte has a lower lithium ion conductivity and lower mechanical strength than an electrolyte type electrolyte, resulting in a short circuit between the positive electrode and the negative electrode due to damage of the polymer electrolyte during the manufacturing process.

상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리머와 이온 전도성 리튬 인산염으로 구성되는 복합 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art described above, it is an object of the present invention to provide a lithium secondary battery including a composite electrolyte composed of a polymer and an ion conductive lithium phosphate.

또한, 본 발명은 전기 전도도 향상을 위해 최적화 된 조성의 복합 전해질을 구비한 리튬 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having a composite electrolyte of a composition optimized for improving electrical conductivity.

또한, 본 발명은 폴리머 전해질이 갖는 낮은 기계적 강도를 보완할 수 있는 복합 전해질을 구비하는 리튬 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having a composite electrolyte capable of compensating for a low mechanical strength of a polymer electrolyte.

또한, 본 발명은 전술한 리튬 이차전지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing the above-mentioned lithium secondary battery.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다음의 화학식으로 표현되는 다성분계 리튬인산염 분말 In order to accomplish the above object, the present invention provides a multi-component lithium phosphate powder represented by the following formula

Li1 + xM2 - xM'x(PO4)3 Li 1 + x M 2 - x M ' x (PO 4 ) 3

(여기서, x≥0이고, M은 Ti, Ge 및 Hf로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소이고, M'은 Al, B 및 Sn로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소); 및 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드(PPO) 및 글리시돌(glycidol)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 폴리머를 포함하는 필름 형태의 복합 전해질을 포함하고, (Where x? 0, M is at least one element selected from the group consisting of Ti, Ge and Hf, and M 'is at least one element selected from the group consisting of Al, B and Sn); And a composite electrolyte in the form of a film comprising at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene oxide, polypropylene oxide (PPO) and glycidol,

상기 복합 전해질 내의 상기 리튬 인산염 분말과 상기 폴리머의 중량비는60:40~90:10 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지를 제공한다.Wherein the weight ratio of the lithium phosphate powder to the polymer in the composite electrolyte is in the range of 60:40 to 90:10.

본 발명에서 상기 복합 전해질은 리튬염을 더 포함할 수 있다. In the present invention, the composite electrolyte may further include a lithium salt.

또한 본 발명에서 상기 복합 전해질 내의 상기 리튬인산염 분말과 상기 폴리머의 중량비는 60:40~80:20 범위 내에 있는 것이 바람직하다.In the present invention, the weight ratio of the lithium phosphate powder to the polymer in the composite electrolyte is preferably in the range of 60:40 to 80:20.

또한, 상기 폴리머는 폴리에틸렌옥사이드인 것이 바람직하다.Further, the polymer is preferably polyethylene oxide.

본 발명에서 상기 리튬인산염 분말은 Li1 .5Al0 .5Ge1 .5(PO4)3조성을 포함할 수 있다. In the present invention, the lithium phosphate powder may include a composition of Li 1 .5 Al 0 .5 Ge 1 .5 (PO 4 ) 3 .

또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, Li1 + xM2 - xM'x(PO4)3 으로 표현되는 다성분계 리튬인산염 분말(여기서, x≥0이고, M은 Ti, Ge 및 Hf로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소이고, M'은 Al, B 및 Sn로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소); 및 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드(PPO) 및 글리시돌(glycidol)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 폴리머 분말을 상기 리튬인산염 분말과 상기 폴리머 분말의 중량비가60:40~90:10 범위 내로 되도록 배합하는 단계; 상기 배합된 분말을 유기 용매에 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; 제조된 슬러리를 기재 상에 도포하여 막을 형성하는 단계; 및 상기 도포된 슬러리에서 유기 용매를 증발하여 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합 전해질 필름의 제조 방법을 제공한다. The present invention also provides a multicomponent lithium phosphate powder represented by Li 1 + x M 2 - x M ' x (PO 4 ) 3 , wherein x≥0, M represents Ti, Ge, Hf and M 'is at least one element selected from the group consisting of Al, B and Sn); And at least one polymer powder selected from the group consisting of polyethylene oxide, polypropylene oxide (PPO) and glycidol is mixed with the lithium phosphate powder and the polymer powder in a weight ratio of 60:40 to 90:10 Blending; Mixing the blended powder with an organic solvent to prepare a slurry; Applying the prepared slurry on a substrate to form a film; And drying and evaporating the organic solvent in the coated slurry. The present invention also provides a method for producing a composite electrolyte film for a lithium secondary battery.

본 발명에서 상기 배합 단계에서 리튬염이 더 첨가될 수 있다. In the present invention, a lithium salt may be further added in the compounding step.

또한, 상기 배합 단계에서 상기 리튬인산염 분말은 Li1 .5Al0 .5Ge1 .5(PO4)3조성을 포함할 수 있다. Further, the lithium phosphate powder in the blending step may include Li 1 .5 Al 0 .5 Ge 1 .5 (PO 4) 3 composition.

또한 본 발명은, 폴리에틸렌 옥사이드 기지상에 Li1 + xM2 - xM'x(PO4)3으로 표현되는 다성분계 리튬인산염 분말(여기서, x≥0이고, M은 Ti, Ge 및 Hf로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소이고, M'은 Al, B 및 Sn로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소) 조성의 리튬인산염 분말이 분산된 것을 특징으로 하는 복합 전해질 필름을 제공한다.The present invention also provides a multicomponent lithium phosphate powder represented by Li 1 + x M 2 - x M ' x (PO 4 ) 3 on a polyethylene oxide matrix wherein x is 0 and M is selected from Ti, Ge and Hf , And M 'is at least one element selected from the group consisting of Al, B, and Sn). The present invention also provides a composite electrolyte film in which lithium phosphate powder having a composition of at least one element selected from the group consisting of Al, B and Sn is dispersed.

본 발명에 따르면, 폴리머와 이온 전도성 리튬인산염으로 구성되는 복합 전해질을 리튬 이차전지의 전해질로 사용함으로써 이온 전도도가 향상되는 효과를 거둘 수 있다.According to the present invention, by using a composite electrolyte composed of a polymer and an ion conductive lithium phosphate as an electrolyte of a lithium secondary battery, ion conductivity can be improved.

또한, 본 발명에 따르면, 성형성이 용이한 폴리머 전해질을 장점을 구비하면서도 폴리머 전해질이 갖는 낮은 기계적 강도 문제를 해결할 수 있게 된다. In addition, according to the present invention, it is possible to solve the low mechanical strength problem of the polymer electrolyte having the advantage of the polymer electrolyte which is easy to form.

도 1은본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 전해질 필름의 제조 절차를 나타낸 절차도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 필름 샘플을 촬영한 평면 사진이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 필름 샘플의 단면 구조를 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 4는본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 샘플의 이온 전도도 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 샘플의 산화전위주사법에 의해 측정된 인가 전압에 따른 전류밀도를 나타낸 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow chart showing a manufacturing procedure of a composite electrolyte film according to a preferred embodiment of the present invention; FIG.
2 is a plan view photograph of a film sample manufactured according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is an electron micrograph of a cross-sectional structure of a film sample produced according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a graph showing ion conductivity measurement results of a sample manufactured according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the current density according to the applied voltage measured by the oxidation potential scanning method of the sample manufactured according to the preferred embodiment of the present invention.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the drawings.

본 발명은 표현되는 다성분계 리튬인산염과 폴리머를 포함하는 복합 고체 전해질을 제공한다. The present invention provides a composite solid electrolyte comprising a multicomponent lithium phosphate and a polymer to be represented.

(화학식 1)(Formula 1)

Li1 + xM2 - xM'x(PO4)3 Li 1 + x M 2 - x M ' x (PO 4) 3

여기서, x≥0이고, M은 Ti, Ge 및 Hf로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소이고, M'은 Al, B 및 Sn로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소이다. Here, x? 0, M is at least one element selected from the group consisting of Ti, Ge and Hf, and M 'is at least one element selected from the group consisting of Al, B and Sn.

전술한 화합물은 리시콘(LISICON; Li Super Ion Conductivity)으로 표현되기도 하며, 구조적 특성으로 인해 리튬과 나트륨이 구조 내에서 매우 빠르게 이동할 수 있다. 이온 전도도가 매우 우수하다. The aforementioned compounds are sometimes expressed as LISICON (Li Super Ion Conductivity), and due to their structural characteristics, lithium and sodium can migrate very rapidly in the structure. The ionic conductivity is very good.

또한, 리시콘 구조의 화합물들은 올리빈(olivine)형 화합물들과 마찬가지로 구조를 강하게 잡아주는 다중 음이온계 화합물로서, 열적 안정성이나 수명특성이 우수하다. 리시콘 구조의 고체전해질은 삼차원 침입형 구조를 가짐으로써 리튬이온의 이동이 모든 방향에서 용이하여 높은 이온전도도를 기대 할 수 있고, 황화물계 고체전해질에 비해 취급이 쉽고 열 안정성과 화학적 안정성이 우수하다는 장점을 갖는다.In addition, the ricicon compound is a polyanion compound that holds the structure strongly like olivine-type compounds, and is excellent in thermal stability and lifetime characteristics. Since the solid electrolyte having a ricicon structure has a three-dimensional interstitial structure, migration of lithium ions is facilitated in all directions and a high ion conductivity can be expected. It is easier to handle than a sulfide-based solid electrolyte and excellent in thermal stability and chemical stability .

LISICON은 Li이나 금속 이온 자리에 다른 금속이 치환 가능하다. 금속 치환을 통하여 리시콘 구조의 높은 입계 저항을 개선하며 또한 Ge 금속의 치환에 의하여 Ge-O의 강한 공유결합을 나타내고 있어 전기화학적 환원전위에서의 안정성이 보다 우수한 것으로 알려져 있는 LAGP(리튬-알루미늄-저마늄-포스테이트)가 있다. 예컨대, Li1 .5Al0 .5Ge1 .5(PO4)3조성을 갖는 전해질의 경우 2.18x10-4 S/cm 의 높은 이온전도도를 갖는다.LISICON can substitute other metals for Li or metal ion sites. It is known that LAGP (lithium-aluminum-zirconium oxide), which is known to improve the grain boundary resistance of the ricicon structure through metal substitution and exhibits strong covalent bond of Ge-O due to the substitution of Ge metal, Germanium-for-state). For example, in the case of an electrolyte having a composition of Li 1 .5 Al 0 .5 Ge 1 .5 (PO 4) 3 , it has a high ionic conductivity of 2.18 × 10 -4 S / cm.

본 발명에서, 상기 복합 전해질을 구성하는 폴리머는폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO) 및 글리시돌(glycidol)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 최소한 1종의 폴리머가 포함될 수 있다. 바람직하게는 상기 복합 전해질의 폴리머로는 폴리에틸렌옥사이드가 사용되는 것이 좋다.In the present invention, the polymer constituting the composite electrolyte may include at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and glycidol. Preferably, polyethylene oxide is used as the polymer of the composite electrolyte.

본 발명에서 상기 복합 고체 전해질은 리튬염을 포함한다. 상기 리튬염은 전해질 내에서 리튬이온의 공급원으로 작용할 수 있다. 상기 리튬염으로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6,LiN(SO2C2F5)2,Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiF,LiBr, LiCl, 및 LiI로 이루어진 군에서 선택되는 최소한 하나의 화합물을 사용될 수 있다. In the present invention, the complex solid electrolyte includes a lithium salt. The lithium salt may act as a source of lithium ions in the electrolyte. The lithium salt may be LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 2N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiClO 4 , LiAlO 2 , At least one compound selected from the group consisting of LiAlCl 4 , LiF, LiBr, LiCl, and LiI may be used.

본 발명에서 상기 복합 전해질은 바람직하게는 필름 형태로 제공된다. In the present invention, the composite electrolyte is preferably provided in the form of a film.

이하에서는 도 1을 참조하여 복합 전해질 필름의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method for producing a composite electrolyte film will be described with reference to FIG.

전술한 폴리머 분말, 리튬인산염 분말 및 리튬염과 이들을 용해하기 위한 유기 용매가 준비된다. 유기 용매로는 바람직하게는 아세토니트릴(ACN)이 사용된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 전술한 폴리머 분말 및 리튬염을 용해 가능한 다양한 용매가 사용될 수 있다. 예컨대, 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 유기황(organosulfur)계 용매, 유기인(organophosphorous)계 용매 또는 비양성자성 용매가 사용될 수 있다. The above-mentioned polymer powder, lithium phosphate powder and lithium salt and an organic solvent for dissolving them are prepared. As the organic solvent, acetonitrile (ACN) is preferably used. However, the present invention is not limited thereto, and various solvents capable of dissolving the above-mentioned polymer powder and lithium salt can be used. For example, a carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, organosulfur-based solvent, organophosphorous-based solvent or aprotic solvent may be used.

이어서, 전술한 분말들 및 리튬염을 유기 용매에서 교반 및 혼합하여, 혼합 슬러리를 제조한다(S110). 다음으로, 제조된 혼합 슬러리를 유리 기판과 같은 소정의 기재 상에 도포하여 막을 형성한다(S120). 도포된 막에 포함된 유기 용매를 건조하고(S130), 기재를 제거함으로써 전해질 필름이 제조된다(S140). Subsequently, the above-mentioned powders and the lithium salt are stirred and mixed in an organic solvent to prepare a mixed slurry (S110). Next, the prepared mixed slurry is coated on a predetermined substrate such as a glass substrate to form a film (S120). The organic solvent contained in the applied film is dried (S130), and the substrate is removed to produce an electrolyte film (S140).

이상의 제조 공정을 거쳐, 전해질 필름은 도 3에 도시된 바와 같이 폴리머 기지상에 이온 전도성 리튬인산염이 분산된 형태를 갖는다. Through the above manufacturing process, the electrolyte film has a form in which the ion conductive lithium phosphate is dispersed on the polymer matrix as shown in FIG.

제조된 필름을 펀칭함으로써 필름은 전지의 내부에 수용되기에 적합한 형상으로 가공될 수 있다.
By punching the produced film, the film can be processed into a shape suitable for being received inside the cell.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention.

리튬인산염Lithium phosphate 분말( powder( LAGPLAGP )의 제조)

LiOH(Sigma-Aldrich), Al2O3(Sigma-Aldrich), GeO2(Alfa aeser) 및 인산암모늄(NH4H2PO4;Sigma-Aldrich)을 배합하여, 소량(0.05 wt%)의 B2O3(Sigma-Aldrich)를 이소프로필 알코올을 분산매로 볼 밀에서 24시간 교반하여 혼합하였다. A small amount (0.05 wt%) of B (Sigma-Aldrich), Al 2 O 3 (Sigma-Aldrich), GeO 2 (Alfa aeser) and ammonium phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ; 2 O 3 (Sigma-Aldrich) was mixed with isopropyl alcohol as a dispersion medium in a ball mill for 24 hours with stirring.

혼합된 원료를 상온에서 24시간 건조하고, Ar 분위기에서 700~850℃의 온도에서 하소하였다. 하소 결과, 보론(B)이 도핑된 LAGP(Li1 .5Al0 .5Ge1 .5(PO4)3) 분말이 합성되었다. 합성된 LAGP의 상온에서의 이온전도도는2.18*10-4 S/cm였다.
The mixed raw materials were dried at room temperature for 24 hours and calcined at a temperature of 700 to 850 ° C in an Ar atmosphere. As a result of calcining, LAGP (Li 1 .5 Al 0 .5 Ge 1 .5 (PO 4 ) 3 ) powder doped with boron (B) was synthesized. The ionic conductivity of synthesized LAGP at room temperature was 2.18 * 10 -4 S / cm.

전해질 필름의 제조Preparation of electrolyte film

고체 전해질 내의 폴리에틸렌옥사이드:LAGP의 중량비가 100:0~10:90인 범위에서 폴리에틸렌옥사이드 및 LAGP의 중량을 달리하여 각 조성의 전해질 필름 샘플을 제조하였다. Electrolyte film samples of each composition were prepared by varying the weight of polyethylene oxide and LAGP in the range of polyethylene oxide: LAGP weight ratio of 100: 0 to 10: 90 in the solid electrolyte.

먼저, 유기 용매로 ACN(acetonitrile)을 사용하여, 리튬염(LiClO4)을 용해하였다. 이 때, 용해한 리튬염의 함량은 폴리에틸렌 옥사이드에 대하여 몰비가 1/15이 되도록 하였다. 이어서, 리튬염이 용해된 유기 용매에 폴리에틸렌옥사이드 분말(Aldrich)과 앞서 제조된 LAGP를 배합비에 따라 투입하고 교반하여 슬러리를 제조하였다. First, a lithium salt (LiClO 4 ) was dissolved by using ACN (acetonitrile) as an organic solvent. At this time, the molar ratio of the dissolved lithium salt to the polyethylene oxide was 1/15. Then, polyethylene oxide powder (Aldrich) and LAGP prepared above were added to the organic solvent in which the lithium salt was dissolved, and the mixture was stirred to prepare a slurry.

제조된 슬러리를 테프론 플레이트 위에 캐스팅한 후 상온에서 용매를 증발시키면서 건조하였다. 건조된 필름은 두께가 수십 ~ 수백 ㎛의 두께를 나타내었다. 제조된 전해질 필름을 원형으로 펀칭하였다. The prepared slurry was cast on a Teflon plate and dried at room temperature while evaporating the solvent. The dried film had a thickness of several tens to several hundreds of 탆 in thickness. The prepared electrolyte film was circularly punched.

도 2는 원형 필름의 평면 사진이고, 도 3은 LAGP 함량이 70 중량%인 샘플의 단면을 촬영한 전자현미경 사진이다.
FIG. 2 is a plan view photograph of the circular film, and FIG. 3 is an electron micrograph of a cross section of a sample having a LAGP content of 70% by weight.

이온 전도도의 측정Measurement of ion conductivity

펀칭된 1.54 cm2의 원형 필름을 스테인레스스틸/필름/스테인레스스틸의 순으로 적층하여 셀을 구성하고, 셀의 교류 임피던스를 측정하였다. 임피던스 측정은 셀의 온도를 달리하여 반복하였고, 임피던스의 측정은 105~0.1 Hz의 주파수 범위와 진폭 100 mV의 조건에서 수행하였다. 측정된 임피던스로부터 이온 전도도를 계산하였다.A 1.54 cm 2 punched circular film was laminated in the order of stainless steel / film / stainless steel in this order to form a cell, and the alternating current impedance of the cell was measured. Impedance measurements were repeated at different cell temperatures, and impedance measurements were performed at a frequency range of 10 5 to 0.1 Hz and an amplitude of 100 mV. The ionic conductivity was calculated from the measured impedance.

도 4는 각 샘플의 이온 전도도 측정 결과를 도시한 그래프이다. 도시된 바와 같이, LAGP가 폴리에틸렌옥사이드를 대체함으로써 이온 전도도가 증가함을 알 수 있다. 또한, LAGP가 폴리에틸렌옥사이드의 60~80 중량%를 대체할 경우 전기 전도도가 최대값에 이름을 알 수 있다.4 is a graph showing the ion conductivity measurement results of the respective samples. As shown, it can be seen that ion conductivity is increased by replacing polyethylene oxide with LAGP. Further, when LAGP replaces 60 to 80% by weight of the polyethylene oxide, the electric conductivity can be named as the maximum value.

또한, LAGP 및 폴리에틸렌옥사이드로 이루어지는 복합 고체 전해질은 상대적으로 매우 넓은 배합 범위에서 순수한 폴리머 전해질에 비해 높은 이온 전도도 값을 나타낸다. 즉, 고체 전해질 총 중량(LAGP + PEO)에 대하여 LAGP가 60 중량% 이상포함된 경우 바람직하게는 60~90 중량%, 더욱 바람직하게는 60~80중량% 포함된 경우에 상대적으로 높은 이온 전도도를 나타냄을 알 수 있다.
In addition, the composite solid electrolyte consisting of LAGP and polyethylene oxide exhibits a higher ion conductivity value than a pure polymer electrolyte in a relatively wide mixing range. That is, when the LAGP is contained in an amount of 60% by weight or more, preferably 60 to 90% by weight, and more preferably 60 to 80% by weight based on the total weight of the solid electrolyte (LAGP + PEO) .

LSVLSV 측정 Measure

스테인레스스틸, 전해질 필름 및 리튬 금속의 순으로 적층 구조를 형성하고, 2032 코인 셀 내에 장착하여 LSV(Linear sweep volatmmetry)를 측정하였다. 코인 셀 내에서 적층 구조는 스프링을 이용하여 가압하였다. 전압 구간은 3V~6V 범위로 하였고, 1 mVs-1의 스캔 속도로 측정하였다. 측정 온도는 55 ℃로 유지하였다.Stainless steel, an electrolyte film and a lithium metal were stacked in this order, and were mounted in a 2032 coin cell to measure a linear sweep volatmmetry (LSV). The laminated structure in the coin cell was pressed using a spring. The voltage range was from 3V to 6V and measured at a scan rate of 1 mVs -1 . The measurement temperature was maintained at 55 占 폚.

도 5는 LSV 실험에 의해 측정된 인가 전압에 따른 전류밀도를 나타낸 그래프이다. 5 is a graph showing the current density according to the applied voltage measured by the LSV test.

Claims (9)

다음의 화학식으로 표현되는 다성분계 리튬인산염 분말
Li1 + xM2 - xM'x(PO4)3
(여기서, x≥0이고, M은 Ti, Ge 및 Hf로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소이고, M'은 Al, B 및 Sn로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소); 및
폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드(PPO) 및 글리시돌(glycidol)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 폴리머를 포함하는 필름 형태의 복합 전해질을 포함하고,
상기 복합 전해질 내의 상기 리튬인산염 분말과 상기 폴리머의 중량비는 60:40~90:10 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
A multicomponent lithium phosphate powder represented by the following formula
Li 1 + x M 2 - x M ' x (PO 4 ) 3
(Where x? 0, M is at least one element selected from the group consisting of Ti, Ge and Hf, and M 'is at least one element selected from the group consisting of Al, B and Sn); And
A composite electrolyte in the form of a film comprising at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene oxide, polypropylene oxide (PPO) and glycidol,
Wherein the weight ratio of the lithium phosphate powder to the polymer in the composite electrolyte is in the range of 60:40 to 90:10.
제1항에 있어서,
상기 복합 전해질은 리튬염을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
Wherein the composite electrolyte further comprises a lithium salt.
제1항에 있어서,
상기 복합 전해질 내의 상기 리튬인산염 분말과 상기 폴리머의 중량비는 60:40~80:20범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
Wherein the weight ratio of the lithium phosphate powder to the polymer in the composite electrolyte is in the range of 60:40 to 80:20.
제1항에 있어서,
상기 폴리머는 폴리에틸렌옥사이드인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer is polyethylene oxide.
제1항에 있어서,
상기 리튬인산염 분말은 Li1 .5Al0 .5Ge1 .5(PO4)3 조성을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
The lithium phosphate powder was Li 1 .5 Al 0 .5 Ge 1 .5 (PO 4) The lithium secondary battery characterized in that it comprises three composition.
Li1 + xM2 - xM'x(PO4)3으로 표현되는 다성분계 리튬인산염 분말(여기서, x≥0이고, M은 Ti, Ge 및 Hf로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소이고, M'은 Al, B 및 Sn로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소); 및 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드(PPO) 및 글리시돌(glycidol)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 폴리머 분말을 상기 리튬인산염 분말과 상기 폴리머 분말의 중량비가 60:40~90:10 범위 내로 되도록 배합하는 단계;
상기 배합된 분말을 유기 용매에 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계;
제조된 슬러리를 기재 상에 도포하여 막을 형성하는 단계; 및
상기 도포된 슬러리에서 유기 용매를 증발하여 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합 전해질 필름의 제조 방법.
Li 1 + x M 2 - and x M 'x (PO 4) multi-component system lithium phosphate powder (where, x≥0, which is represented by the 3, M is an element of at least one selected from the group consisting of Ti, Ge, and Hf And M 'is at least one element selected from the group consisting of Al, B, and Sn); And at least one polymer powder selected from the group consisting of polyethylene oxide, polypropylene oxide (PPO) and glycidol is mixed with the lithium phosphate powder and the polymer powder in a weight ratio of 60:40 to 90:10 Blending;
Mixing the blended powder with an organic solvent to prepare a slurry;
Applying the prepared slurry on a substrate to form a film; And
And drying and evaporating the organic solvent in the coated slurry. The method for producing a composite electrolyte film for a lithium secondary battery according to claim 1,
제6항에 있어서,
상기 배합 단계에서 리튬염을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합 전해질 필름의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the lithium salt is further added in the mixing step.
제6항에 있어서,
상기 배합 단계에서 상기 리튬인산염 분말은 Li1 .5Al0 .5Ge1 .5(PO4)3 조성을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합 전해질 필름의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the lithium phosphate powder comprises a composition of Li 1 .5 Al 0 .5 Ge 1 .5 (PO 4 ) 3 in the mixing step.
폴리에틸렌 옥사이드 기지상에 Li1 + xM2 - xM'x(PO4)3으로 표현되는 다성분계 리튬인산염 분말(여기서, x≥0이고, M은 Ti, Ge 및 Hf로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소이고, M'은 Al, B 및 Sn로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 원소) 조성의 리튬인산염 분말이 분산된 것을 특징으로 하는 복합 전해질 필름.A multi-component lithium phosphate powder represented by Li 1 + x M 2 - x M ' x (PO 4 ) 3 on a polyethylene oxide matrix wherein x≥0 and M is at least one selected from the group consisting of Ti, Ge and Hf And M 'is at least one element selected from the group consisting of Al, B and Sn).
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