KR20160060171A - 전고체배터리용 양극과, 그 제조방법, 및 이를 포함하는 전고체배터리 - Google Patents

전고체배터리용 양극과, 그 제조방법, 및 이를 포함하는 전고체배터리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전고체배터리용 양극과, 그 제조방법 및 이를 포함하는 전고체배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 압력을 요하지 않는 습식공정에 의해 제조되어 대면적화에 유리하고, 바인더를 포함하지 않아 방전용량이 저하되지 않는 전고체배터리용 양극과, 그 제조방법 및 이를 포함하는 전고체배터리에 관한 것이다.

Description

전고체배터리용 양극과, 그 제조방법, 및 이를 포함하는 전고체배터리{A CATHODE FOR ALL-SOLID-STATE BATTERY, ITS MANUFACTURING PROCESS, AND ALL-SOLID-STATE BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 전고체배터리용 양극과, 그 제조방법 및 이를 포함하는 전고체배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 압력을 요하지 않는 습식공정에 의해 제조되어 대면적화에 유리하고, 바인더를 포함하지 않아 방전용량이 저하되지 않는 전고체배터리용 양극과, 그 제조방법 및 이를 포함하는 전고체배터리에 관한 것이다.
오늘날 충방전이 가능한 이차전지는 전기자동차나 전력저장시스템 등에 사용되는 대용량 전력저장전지와 휴대폰, 캠코더, 노트북 등과 같은 휴대전자기기의 소형 고성능 에너지원으로 널리 이용되고 있다.
이차전지로서의 리튬이온전지는 니켈-망간 전지나 니켈-카드뮴 전지에 비해단위면적당 용량이 크고, 자기방전율이 낮으며, 메모리 효과가 없어 사용의 편리성에서 장점을 가진다.
그러나, 리튬이온전지는 유기계 액체전해질을 사용하기 때문에 휘발성이 높은 유기용매의 사용에 따른 전지의 안정성, 낮은 에너지밀도, 저출력 등의 여러 문제점이 있다.
따라서, 리튬이온전지의 안전성 확보를 위해, 액체전해질 대신 고체전해질을 이용한 전고체 배터리(All-Solid-State Battery)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 고체전해질을 사용하면 안전성뿐만 아니라, 고에너지밀도, 고출력 밀도, 장수명 등 배터리의 성능관점에서도 유리하고, 제조공정의 단순화, 전지의 대형화/조밀화 및 저가화 등의 경제성 관점에서도 유리한 것으로 알려져 있다.
"Electrochemical Performance of All-Solid-State Li/S Batteries with Sulfur-Based Composite Electrodes Prepared by Mechanical Milling at high Temperature,” Energy Technology, 1, 186-192 (2013)에서는 양극 내 활물질로 유황을 사용하고, Li2S-P2S5의 고체전해질막 및 리튬-인듐 합금의 음극을 원형 몰드 내 삽입하여 가압함으로써 전고체배터리를 제조하였다. 보다 상세하게는 도 1을 참조하면, 유황(313)과 도전재(315)인 아세틸렌 블랙(Acetylene Black)을 155℃에서 기계적 밀링을 한 후 다시 155℃에서 고체전해질(317)인 Li2S-P2S5와 밀링하여 양극복합분말을 제조하고, 상기 양극복합분말을 원형(10㎜)몰드에서 가압하여 집전체(37)의 상측으로 양극(31)을 형성하였다. 그리고 양극 위에 다시 고체전해질 Li2S-P2S5를 넣고 가압하여 고체전해질막(33)을 형성한 후 그 위에 음극(35)으로 리튬-인듐 합금을 디스크 형태로 원형 몰드 내 삽입하고 가압(350 MPa)하여 전고체배터리를 코인셀의 형상으로 제조하였다. 이와 같이 건식공정을 통해 유황 기준으로 방전 용량이 1000 mAh/g인 전고체배터리를 제작하는 건식공정에 대한 기술을 개발하였으나, 이는 지름 10mm 코인셀에 높은 압력을 가하여 제조한 것으로 100×100mm2 이상의 대면적 셀에 본 기술을 도입하는 것에는 무리가 있다. 따라서 높은 압력이 불필요하고 대면적 셀의 제조에 적합한 습식공정의 개발에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이었다.
이에 “A rocking chair type all-solid-state lithium ion battery adopting Li2O-ZrO2 coated LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2 and a sulfide based electrolyte,” Journal of Power Sources 248 (2014)에서는 습식공정을 적용하여 88×53 mm2의 대면적 리튬이온전고체 배터리의 제조방법을 개발하였다. 보다 상세하게는 도 2를 참조하면, Li2O-ZrO2 coated LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2 (NCA, 511), 도전재인 Carbon Nanotube(CNT, 515) 및 고체전해질인 xLi2S-yP2S5(517)를 Nitrile Butadiene 바인더(513)가 용해되어 있는 Xylene용매를 사용하여 알루미늄 집전체(57) 위에 코팅함으로써 양극(51)을 제조하고, 80Li2S-20P2S5를 Nitrile Butadiene 바인더(513)가 용해되어 있는 Xylene 용매를 사용하여 양극(51)의 상측에 코팅하여 고체전해질막(53)을 형성하였다. 또 음극(55)은 Graphite를 사용하였는데 용매의 부적합성으로 인해 기존 리튬이온배터리의 음극에 사용되는 제법(PVdF 바인더(513)가 녹아있는 NMP 용매에 Graphite를 섞은 슬러리를 Nickel 집전체 위에 코팅하는 제조방법)을 그대로 적용하여 제작하였다. 그 결과, 88×53 mm2의 대면적 리튬이온전고체 배터리를 제조하였으나, 방전용량이 약 120 mAh/g으로 상용화하기에는 너무 부족한 한계가 여전히 존재하였다.
본 발명은 전고체배터리를 습식공정으로 제조할 때, 건식공정에 의해 제조된 전고체배터리와 대비하여 방전용량이 낮아지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것이다.
본 발명은 습식공정에 의해 제조되고 다공성 탄소구조체를 포함하여 대면적이면서도 방전용량이 향상된 전고체배터리를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한 본 발명의 목적들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전고체배터리용 양극은 내부에 공극이 형성된 다공성 탄소구조체와, 상기 공극에 슬러리 형태로 주입된 뒤 건조되어 형성되는 활물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전고체배터리는 상기 양극과, 리튬 또는 리튬화 실리콘인 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 고체전해질막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전고체배터리용 양극의 제조방법은 (1) 활물질을 용매와 혼합하여 슬러리로 만들고 다공성 탄소구조체의 공극에 주입하는 함침단계, (2) 상기 활물질을 건조하는 건조단계, 및 (3) 상기 다공성 탄소구조체를 프레스하여 셀로 제작하는 압연단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전고체배터리는 상기의 제조방법으로 제조된 양극, 리튬 또는 리튬화 실리콘인 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 고체전해질막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 습식공정을 이용하여 대면적의 전고체배터리를 제조하여, 전기자동차에 적용할 수 있는 전고체배터리를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 양극이 바인더를 포함하지 않아 전자 및 이온의 전달이 자유로워 방전용량이 향상된 전고체배터리를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 다공성 탄소구조체가 집전체의 기능을 수행하므로 전극두께를 두껍게 하여 활물질의 로딩량을 증가시킬 수 있어 방전용량이 향상된 전고체배터리를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 의한 일실시예로써 건식공정으로 제조된 전고체배터리의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 종래기술에 의한 다른 실시예로써 습식공정으로 제조된 바인더를 포함하는 전고체배터리의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명인 전고체배터리의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전고체배터리는 전기화학적인 반응에 의해 전자를 생성 및 소모하는 양극(11)과 음극(15), 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 상기 전고체배터리의 내부에서 리튬 등의 금속이온이 전달될 수 있도록 하는 고체전해질막(13)을 포함한다. 본 발명에 있어서, 상기 고체전해질막(13) 및 상기 음극(15)은 종래기술에 해당하는 것이므로 자세한 내용은 생략한다.
상기 양극(11)은 내부에 공극이 형성된 다공성 탄소구조체(111)와, 상기 공극에 슬러리 형태로 주입된 뒤 건조되어 형성되는 활물질을 포함한다.
도 4를 참조하면, 상기 다공성 탄소구조체(111)는 GDL로 사용되어지는 Carbon fiber들이 있는데, Freudenberg사의 X0155, X0164와 JNTG사의 JNT20B가 있다. 이는 후술할 활물질이 내부에 채워질 수 있도록 공극을 포함하고 있다.
상기 다공성 탄소구조체는 70 내지 90 %의 기공률을 가질 수 있다. 기공률이 70% 이하라면 양극 활물질을 적게 넣을 수밖에 없기 때문에 에너지밀도가 낮아지는 문제가 있고, 90% 이상이라면 탄소구조체의 강도가 약해질 수 있기 때문에 상기 수치범위를 만족시키는 것이 바람직할 수 있다.
상기 다공성 탄소구조체는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 양극의 기본 프레임을 이루는 구성으로, 본 발명에서는 상기 다공성 탄소구조체가 상기 공극에 상기 활물질을 견고하게 붙잡아 둘 수 있으므로 대면적의 전고체배터리를 구현하는데 유리할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전고체배터리는 집전체(37,57)를 포함해야 한다. 상기 집전체는 활물질의 전기화학 반응에 의해 생성된 전자를 모으거나 전기화학 반응에 필요한 전자를 공급하는 역할을 한다.
종래에는 전지의 방전용량을 높이기 위하여 집전체 위에 활물질의 두께를 두껍게 제작하여 단위면적당 활물질의 양을 최대한 많이 적층하는 방법을 사용하였다. 그러나 이러한 방법은 충방전이 반복되면서 집전체에서 멀리 떨어진 일부 활물질이 떨어져 나가버려 전지의 출력이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 상기 Carbon fiber로 제조된 다공성 탄소구조체의 전기저항이 Electrical resistance 2-point로 측정하였을 때 9 mΩ㎠ 이고 4-Point로 측정하였을 때 3 mΩ㎠ 만큼 낮기 때문에 상기 집전체의 역할을 할 수 있다. 따라서 상기 다공성 탄소구조체의 두께를 두껍게 하고 상기 다공성 탄소구조체의 공극에 활물질을 주입하면 상기와 같은 문제점을 발생시키지 않고 안정적으로 상기 활물질의 로딩량을 증대시킬 수 있어 방전용량을 향상시킬 수 있다.
상기 활물질은 유황(113), 도전재(115) 및 고체전해질(117)을 포함할 수 있다.
상기 유황(113)은 전고체배터리 내부에서 전달되는 리튬과 같은 금속이온이 전기화학적으로 자유롭게 삽입 및 탈착되는 구성이다.
상기 도전재(115)는 상기 유황의 전기적 부도체 특성을 보완하여 상기 유황이 리튬이온과 반응하여 전자를 이동시킬 수 있도록 하기 위하여 도전재를 추가하는 구성으로 되어 있는데, 바람직하게는 Ketjen Black, Carbon Black, SuperC, SuperP, Carbon Nano Tube(CNT), Vapor Grown Carbon Fiber(VGCF) 등을 사용할 수 있다.
상기 고체전해질(117)은 상기 양극 내에서 액체전해질의 기능을 대신하여 리튬이온의 이동을 전담하는 전달체로써, 바람직하게는 황화물계 고체전해질 Li2S-P2S5, Li10GeP2S12, Li3·25Ge0·25P0·75S4, Li6PS5Cl, 50Li2S17·P2S5·33LiBH4, 63Li2S·36SiS2·Li3PO4, 70Li2S·30P2S5, Li7P3S11, Li3·25P0·95S4 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 양극 소재가 채워진 다공성 탄소구조체를 온도조절(~ 60℃)을 통해 압연하여 단단한 전극을 형성하므로 바인더를 포함하지 않아도 종래의 전고체배터리와 비교하여 동등한 또는 그 이상의 방전용량을 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 바인더(513)는 배터리의 충방전시 부피팽창에 의한 양극(51) 내 도전재(515), 고체전해질(517), NCA(511) 간의 계면 저항의 증가를 완화시켜주는 구성인데, 전고체배터리에 있어서 양극의 다른 모든 구성요소가 고체이므로 아주 소량의 바인더라 하더라도 상기 전고체배터리 내부에서의 전자 및 이온 전달이 심각하게 방해가 될 수 있다.
따라서 본 발명에 의하면 상기 바인더를 포함하지 않고도 안정적으로 양극을 형성할 수 있으므로 전고체배터리 내부의 전자 및 이온의 전달이 방해받지 않아 방전용량을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전고체배터리용 양극의 제조방법은 (1) 활물질을 용매와 혼합하여 슬러리로 만들고 다공성 탄소구조체의 공극에 주입하는 함침단계, (2) 상기 활물질을 건조하는 건조단계, 및 (3) 상기 다공성 탄소구조체를 프레스하여 셀로 제작하는 압연단계를 포함한다. 각 구성요소에 대한 구체적인 설명은 전술하였으므로 설명의 중복을 피하기 위하여 이하에서는 생략하도록 한다.
본 발명에서는 상기 함침단계에서 양극을 습식공정으로 제조하므로 전술한 바와 같이 건식공정에 비하여 대면적의 전고체배터리를 제조하는데 유리할 수 있다.
상기 압연단계에서는 상기 활물질과 상기 다공성 탄소구조체 간의 접촉이 잘 되도록 상기 양극에 압력을 가하는 단계로써, 압연을 통해 접촉성이 좋아 전기적 전도성을 안정적으로 유지할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
(1) 활물질로서 유황, 도전재 및 고체전해질을 용매와 혼합하여 고형ㅂns 25 내지 40%의 슬러리를 제조하였다. 상기 도전재로는 VAPOR GROWN CARBON FIBER( VGCF)를, 상기 고체전해질로는 Li2S-P2S5를 사용하였다.
(2) 상기 슬러리를 기공률 85%의 다공성 탄소구조체에 치밀하게 함침시켰다.
(3) 상기 활물질이 함침된 다공성 탄소구조체를 열풍건조기에서 60℃로 12시간 동안 건조하였다.
(4) 건조된 양극의 무게를 확인하여 상기 다공성 탄소구조체의 공극의 90% 이상이 채워질 때까지 상기 (1) 내지 (3) 단계를 반복하였다.
(5) 상기 (4)단계를 거친 양극을 롤프레스를 이용하여 50℃에서 2톤의 압력으로 압연작업을 하였다.
(6) 상기 (5)단계에 의해 제조된 양극 위에 고체전해질막을 고팅하고, 리튬음극을 사용하여 전고체배터리를 코인셀로 제작하였다.
비교예1
전술한 "Electrochemical Performance of All-Solid-State Li/S Batteries with Sulfur-Based Composite Electrodes Prepared by Mechanical Milling at high Temperature,” Energy Technology, 1, 186-192 (2013)에 개시된 방법과 동일한 방법으로 전고체배터리를 제작하였다.
비교예2
전술한 “A rocking chair type all-solid-state lithium ion battery adopting Li2O-ZrO2 coated LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2 and a sulfide based electrolyte,” Journal of Power Sources 248 (2014)에 개시된 방법과 동일한 방법으로 전고체배터리를 제작하였다.
측정예
실시예와 비교예1, 2에서 사용한 코인셀은 2032이며 양극 로딩량은 2mg/cm2로 설정하였다. 고체전해질의 두께는 모두 110㎛이었다. 셀평가는 Arbin사의 충방전기를 이용하여 0.01C로 방전용량을 측정하였다. 그 결과는 하기의 표1과 같다.
실시예 비교예1 비교예2
면적 φ16mm φ16mm φ16mm
방전용량 500 mAh/mg 500 mAh/mg 200 mAh/mg
비고 대면적 가능
비교예1과 동등한 방전용량		 대면적 불가능 대면적 가능
방전용량이 저하
실시예는 비교예1, 2와 비교하기 위하여 16mm의 면적으로 제작하였으나, 100×100mm2의 대면적 전고체배터리를 제조할 수 있다.
비교예1은 전술한 바와 같이 건식공정에 의해 제조된 전고체배터리로써, 높은 압력(350 MPa)을 필요로 하므로 대면적화할 수 없다는 한계가 있다. 또한 비교예2는 대면적화를 위해 습식공정으로 전고체배터리를 제조하지만 바인더를 포함해야하므로 방전용량이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에 의하면, 습식공정을 통해 대면적의 전고체배터리를 제조할 수 있으면서도, 바인더를 포함하지 않을 수 있어 방전용량이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다는 장점이 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
11:양극
111:다공성 탄소구조체
113:유황
115:도전재
117:고체전해질
13:고체전해질막
15:음극

Claims (10)

  1. 내부에 공극이 형성된 다공성 탄소구조체와, 상기 공극에 슬러리 형태로 주입된 뒤 건조되어 형성되는 활물질을 포함하는 전고체배터리용 양극.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 탄소구조체는 카본파이버인 전고체배터리용 양극.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 탄소구조체의 기공률은 70 내지 90 %인 전고체배터리용 양극.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 활물질은 유황 또는 유황-금속합금, 도전재 및 고체전해질을 포함하는 전고체배터리용 양극.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 양극과, 리튬 또는 리튬화 실리콘인 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 고체전해질막을 포함하는 전고체배터리.
  6. (1) 활물질을 용매와 혼합하여 슬러리로 만들고 다공성 탄소구조체의 공극에 주입하는 함침단계,
    (2) 상기 활물질을 건조하는 건조단계, 및
    (3) 상기 다공성 탄소구조체를 프레스하여 셀로 제작하는 압연단계를 포함하는 전고체배터리용 양극의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 다공성 탄소구조체는 카본파이버인 전고체배터리용 양극의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 다공성 탄소구조체의 기공률은 70 내지 90 %인 전고체배터리용 양극의 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 활물질은 유황 또는 유황-금속합금, 도전재 및 고체전해질을 포함하는 전고체배터리용 양극의 제조방법.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 양극, 리튬 또는 리튬화 실리콘인 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 고체전해질막을 포함하는 전고체배터리.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020087736A (ja) * 2018-11-27 2020-06-04 トヨタ自動車株式会社 正極合材、全固体電池および正極合材の製造方法
CN113826243A (zh) * 2019-05-24 2021-12-21 株式会社Lg新能源 制造用于全固态电池的负极的方法
CN114072936A (zh) * 2019-06-28 2022-02-18 帝人株式会社 含有纤维状碳的全固体锂二次电池用活性物质层及全固体锂二次电池
KR20240029153A (ko) 2022-08-26 2024-03-05 이상천 그래핀 산소 전고체 배터리 및 그래핀 산소 전고체 배터리의 고체 전해질 소재 및 구조적 특성

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020087736A (ja) * 2018-11-27 2020-06-04 トヨタ自動車株式会社 正極合材、全固体電池および正極合材の製造方法
CN113826243A (zh) * 2019-05-24 2021-12-21 株式会社Lg新能源 制造用于全固态电池的负极的方法
EP3961762A4 (en) * 2019-05-24 2022-06-29 LG Energy Solution, Ltd. Method for manufacturing negative electrode for all-solid-state battery
CN114072936A (zh) * 2019-06-28 2022-02-18 帝人株式会社 含有纤维状碳的全固体锂二次电池用活性物质层及全固体锂二次电池
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