KR20170084912A - Fabricating mehtod of solid electrolyte - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 고체전해질 제조 방법은, TEGDME(Tetraethylene glycol dimethyl ether)를 용매로 하여 리튬설파이드(Lithium sulfide)와 유황(Sulfur)을 혼합하여 리튬폴리설파이드(Li2S8)를 제조하는 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110); 상기 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110)로부터 수득한 리튬폴리설파이드(Li2S8)에 리튬 염인 LiTFSI(Bis(trifluoromethanesulfonimide) lithium salt) 및 LiClO4(Lithium perchlorate)를 각각 첨가하여 혼합하는 리튬 염 첨가단계(S120); 상기 리튬 염 첨가단계(S120)의 혼합물에 실리카(SiO2)를 첨가하여 겔과 고체 상태의 중간 형태인 준 고체상태 (Quasi-solid-state, QS)를 형성하도록 하는 준 고체상 형성 단계(S130); 상기 준 고체상 형성 단계(S130)로부터 수득된 준 고체상 혼합물에 PEO(Poly(ethylene oxide)를 1 : 1의 중량비로 혼합하는 PEO혼합 단계(S140); 상기 PEO혼합 단계(S140)의 혼합물을 가열 및 가압 하여 필름형태의 고체전해질을 형성하는 고체전해질 수득 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 전기방사법을 이용한 고체전해질 제조 방법은, 용매 ACN(acetonitrile, Aldrich)에, PEO(poly(ethylene oxide))을 넣고 교반 시키는 PEO교반 단계(E110); 상기 PEO교반 단계(E110)에서 얻어진 혼합물을 전기방사하는 PEO전기방사 단계(E120);를 포함하는 PEO web 제조단계(E100) 와, 용매 DMF(dimethylformamide)에 SiO2 및 PAN(polyacrylonitrile)을 혼합시키는 PAN혼합 단계(E210); 상기 PAN혼합 단계(E210)에서 얻어진 혼합물을 전기방사하는 PAN전기방사 단계(E220); 상기 PAN전기방사 단계(E220)에서 전기방사로 얻어진 PAN 나노섬유 가닥 내에 있는 SiO2를 제거하기 위해 HF(hydrogen fluoride)희석용액에 담지시키는 PAN 나노섬유 담지 단계(E230); 상기 PAN 나노섬유 담지 단계(E230) 후, 담지된 PAN 나노섬유를 청수로 세척하고 건조하는 PAN 나노섬유 건조단계(E240);를 포함하는 PAN web 제조단계(E200) 와, TEGDME(Tetraethylene glycol dimethyl ether)를 용매로 하여 리튬설파이드(Lithium sulfide)와 유황(Sulfur)을 혼합하여 리튬폴리설파이드(Li2S8)를 제조하는 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110); 상기 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110)로부터 수득한 리튬폴리설파이드(Li2S8)에 리튬 염인 LiTFSI(Bis(trifluoromethanesulfonimide) lithium salt) 및 LiClO4(Lithium perchlorate)를 각각 첨가하여 혼합하는 리튬 염 첨가단계(S120); 상기 리튬 염 첨가단계(S120)의 혼합물에 실리카(SiO2)를 첨가하여 겔과 고체 상태의 중간 형태인 준 고체상태 (Quasi-solid-state, QS)를 형성하도록 하는 준 고체상 형성 단계(S130);를 포함하는 준고체상 제조 단계(S100) 와, 상기 준고체상 제조 단계(S100)의 수득물에 상기 PEO web 제조단계(E100) 및 PAN web 제조단계(E200)에서 얻어진 PEO web 및 PAN web을 혼합하여 가열 가압하여 필름 형태의 고체전해질을 수득하는 전기방사 고체전해질 수득 단계(E300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The method for producing a solid electrolyte according to the present invention comprises the steps of preparing lithium polysulfide (Li2S8) by mixing lithium sulfide and sulfur with TEGDME (tetraethylene glycol dimethyl ether) as a solvent S110); A lithium salt addition step (S120) of adding LiTFSI (lithium trifluoromethanesulfonimide) lithium salt (LiTFSI) and LiClO4 (Lithium perchlorate) to the lithium polysulfide (Li2S8) obtained from the lithium polysulfide production step (S110) and mixing them; A semi-solid phase forming step (S130) in which silica (SiO2) is added to the mixture of the lithium salt addition step (S120) to form a quasi-solid-state (QS) intermediate between the gel and the solid state; The mixture of PEO (S140), which is a mixture of PEO (ethylene oxide) in a weight ratio of 1: 1, to the quasi-solid mixture obtained in the quasi-solid phase forming step (S130) And a step (S150) of obtaining a solid electrolyte by pressurization to form a solid electrolyte in the form of a film.
Also, a method of manufacturing a solid electrolyte using electrospinning according to the present invention includes a PEO stirring step (E110) in which PEO (poly (ethylene oxide)) is added to a solvent ACN (acetonitrile, Aldrich) and stirred; A PEO web preparation step E100 including PEO electrospinning step E120 for electrospinning the mixture obtained in the PEO stirring step E110 and a PEO web preparation step E100 for electropolishing the mixture obtained in the PEO stirring step E110 by mixing PANO which mixes SiO2 and PAN (polyacrylonitrile) Mixing step (E210); A PAN electrospinning step (E220) for electrospinning the mixture obtained in said PAN mixing step (E210); A PAN nanofiber loading step (E230) in which a hydrogen fluoride (HF) diluent solution is supported to remove SiO2 in the PAN nanofiber strands obtained by electrospinning in the PAN electrification step (E220); PAN web fabrication step (E200) including PAN nanofiber drying step (E230), followed by PAN nanofiber drying step (E240) in which the supported PAN nanofibers are washed with fresh water and dried, and TEGDME (Tetraethylene glycol dimethyl ether A lithium polysulfide production step (S110) of producing lithium polysulfide (Li2S8) by mixing lithium sulfide and sulfur with a solvent as a solvent; A lithium salt addition step (S120) of adding LiTFSI (lithium trifluoromethanesulfonimide) lithium salt (LiTFSI) and LiClO4 (Lithium perchlorate) to the lithium polysulfide (Li2S8) obtained from the lithium polysulfide production step (S110) and mixing them; Semi-solid form further comprising: to form an intermediate form of a semi-solid state (Quasi-solid-state, QS ) and the mixture was added to silica (SiO 2) in the gel and the solid state of the lithium salt added to step (S120) (S130) (PE) web and PAN web obtained in the PEO web preparation step (E100) and the PAN web manufacturing step (E200) were mixed with the product obtained in the semi-solid phase preparation step (S100) and the semi-solid phase preparation step (E300) of obtaining an electrospinning solid electrolyte obtained by heating and pressing to obtain a solid electrolyte in the form of a film.

Description

고체 전해질 제조방법{FABRICATING MEHTOD OF SOLID ELECTROLYTE} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a solid electrolyte,

본 발명은 고체전해질 제조방법에 관한 것으로써, 구체적으로, 일반적인 리튬/유황 전지에 사용되는 액체 전해질을 대체하여 고체 전해질을 적용함으로써, 전지의 안전성 확보 및 셔틀현상을 개선할 수 있는 효과를 나타내는 고체 전해질의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solid electrolyte production method, and more particularly, to a solid electrolyte which is capable of improving the safety of a battery and improving shuttle phenomenon by applying a solid electrolyte instead of a liquid electrolyte used in a general lithium / And a method for producing an electrolyte.

전해질은 이차전지의 주요 구성 성분 중 하나로, 충·방전 동안 전지 내 이온이동의 통로역할을 한다. The electrolyte is one of the main components of the secondary cell, and serves as a path for ion movement in the cell during charging and discharging.

이온은 전극으로 삽입된 전자와 전하중성을 이루어 전극 내에 전기에너지를 저장하는 매개체가 되며 저장할 수 있는 전기에너지의 양을 결정짓는 것 또한 전하중성을 이루기 위해 전극에 삽입된 이온의 양이다. Ion is the medium that stores the electric energy in the electrode by neutralizing the electrons inserted into the electrode and determines the amount of electric energy that can be stored. It is also the amount of ions inserted into the electrode to achieve charge neutrality.

또한 이온의 전해질과 전극 사이 이동 속도가 빠를수록 전극 내에서의 반응속도가 빨라진다. 즉 전해질 및 전극 영역에서 인의 이동속도는 전지의 전체 반응 속도에 크게 영향을 미친다. In addition, the faster the moving speed of the ion between the electrolyte and the electrode, the faster the reaction rate in the electrode. That is, the moving speed of phosphorus in the electrolyte and the electrode region greatly affects the overall reaction rate of the battery.

이러한 전해질에 요구되는 몇 가지 특성이 있다. 우선 전지의 빠른 충·방전 동안에도 음극과 양극에서 리튬이온의 출입과 전해질 용액 내에서의 리튬이온의 전달이 용이하기 위해서는 이온전도도가 우수해야 한다. There are several properties required for such electrolytes. First, the ion conductivity must be excellent in order to facilitate the transfer of lithium ions into / out of the cathode and the anode and the lithium ion in the electrolyte solution even during rapid charging / discharging of the battery.

또한 전지의 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 일으키므로 충·방전 전압 범위에서 전기화학적으로 안정해야하며 전기 내부의 각종 금속 및 재료에 대해서도 화학적으로 안정하여야 한다. In addition, since it causes an electrochemical reaction at the positive electrode and negative electrode of the battery, it must be electrochemically stable in the charging and discharging voltage range and chemically stable for various metals and materials in the electricity.

이러한 전해질의 종류에는 액체전해질, 이온성 액체전해질, 겔 고분자전해질, 고체전해질이 있다. 현재 가장 널리 사용하는 액체전해질은 유기용매에 염을 용해시켜서 사용한다. 이온전도도는 우수하지만 가연성물질인 유기용매의 사용으로 전지가 단락 등의 원인으로 인해 고온으로 가열되면 발화 또는 인화로 인한 연소 및 폭발의 위험이 있다. 따라서 유기용매는 발화점이나 인화점이 높을수록 좋으며, 난연성 불연성 재료를 사용하여야한다. 또한 누액이나 폐기 시 외부에 노출되어도 큰 영향이 없도록 독성이 낮아야 한다.Types of such electrolytes include liquid electrolytes, ionic liquid electrolytes, gel polymer electrolytes, and solid electrolytes. Currently the most widely used liquid electrolyte is used by dissolving salts in organic solvents. The ionic conductivity is excellent, but when the battery is heated to a high temperature due to a short circuit or the like due to the use of an organic solvent which is a combustible material, there is a risk of combustion and explosion due to ignition or ignition. Therefore, the higher the flash point and the higher the flash point, the better the organic solvent should be, and the flame retardant nonflammable material should be used. In addition, toxicity should be low so that it does not have a large influence even if it is exposed to the outside when leakage or disposal.

이온성 액체는 이온만으로 구성되는 액체 상태의 염을 말하며 일반적인 액체전해질에 비해 넓은 온도 영역에서 액체 상태를 유지하며 증기압이 낮다. 난연성이며 내열특성 및 화학적 안정성이 우수하다. 그러나 이온결합에 의해 점도가 높고 또다른 양이온이 존재하므로 전지 내 리튬이온의 이동에 방해가 된다는 단점이 있다.  An ionic liquid is a liquid salt consisting of only ions. It maintains a liquid state in a wide temperature range as compared with general liquid electrolytes and has a low vapor pressure. It is flame retardant and has excellent heat resistance and chemical stability. However, it is disadvantageous in that it has a high viscosity due to ionic bonding and another cation is present, which interferes with the movement of lithium ions in the battery.

겔 고분자전해질은 필름의 기계적 강도 유지와 함께 액체 성분을 저장하는 역할을 하는 고분자 매트릭스에 액체전해질을 함침시킨 것으로 고체 필름 상태로 보이지만, 고분자 매트릭스에 함침된 전해질에 의해 ~10-3 S/cm이 높은 이온전도도를 가진다.  The gel polymer electrolyte is a solid polymer film impregnated with a polymer electrolyte matrix, which serves to store the liquid component together with the mechanical strength of the film. However, the electrolyte polymer impregnated into the polymer matrix has ~ 10-3 S / cm It has high ionic conductivity.

점차 전지가 대형화 되면서 높은 에너지밀도와 용량을 가지는 리튬/유황 전지가 각광을 받지만 치명적인 문제점의 가장 큰 원인 중 하나가 액체전해질이다. 따라서 여러 가지 문제점을 야기하는 액체전해질 대신 액체-겔-고체의 방향으로, 또 난연, 불연성을 목표로 연구개발이 진행되고 있다.Lithium / sulfur batteries with high energy densities and capacities are attracting attention as the batteries become larger and larger, but liquid electrolytes are one of the biggest causes of fatal problems. Therefore, research and development are being conducted in the direction of liquid-gel-solid instead of the liquid electrolyte causing various problems, and also aiming at flame retardancy and nonflammability.

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본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems of the prior art.

구체적으로, 고체 고분자전해질은 고분자와 염으로만 구성되어 있으며 이를 이용한 전고상전지는 여러 가지 장점이 있다. 첫째 누액에 대한 염려가 없어 안전성이 확보된다. 둘 째 다양한 모양과 초박막 전지 제조가 가능하다. 셋째 전지온도가 상승하여도 가연성 가스의 분출이 없다. 넷째 분리막 및 보호회로 등이 필요하지 않으므로 보다 저렴한 가격으로 전지를 제조할 수 있다. Specifically, the solid polymer electrolyte is composed of only a polymer and a salt. First, safety is secured because there is no concern about leakage. Secondly, it is possible to manufacture various shapes and ultra-thin batteries. Third, even when the battery temperature rises, no flammable gas is ejected. Fourth, since the separator and the protection circuit are not required, the battery can be manufactured at a lower cost.

따라서, 상기와 같은 고체 전해질의 장점을 이용하여 리튬/유황 전지 내에 액체전해질 대신 고체전해질을 사용하여 전지의 안전성 확보 및 셔틀현상 개선할 수 있도록 하는 것이다. Therefore, by utilizing the advantages of the solid electrolyte as described above, it is possible to secure the safety of the battery and improve the shuttle phenomenon by using a solid electrolyte in place of the liquid electrolyte in the lithium / sulfur battery.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고체전해질 제조 방법은, TEGDME(Tetraethylene glycol dimethyl ether)를 용매로 하여 리튬설파이드(Lithium sulfide)와 유황(Sulfur)을 혼합하여 리튬폴리설파이드(Li2S8)를 제조하는 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110); 상기 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110)로부터 수득한 리튬폴리설파이드(Li2S8)에 리튬 염인 LiTFSI(Bis(trifluoromethanesulfonimide) lithium salt) 및 LiClO4(Lithium perchlorate)를 각각 첨가하여 혼합하는 리튬 염 첨가단계(S120); 상기 리튬 염 첨가단계(S120)의 혼합물에 실리카(SiO2)를 첨가하여 겔과 고체 상태의 중간 형태인 준 고체상태 (Quasi-solid-state, QS)를 형성하도록 하는 준 고체상 형성 단계(S130); 상기 준 고체상 형성 단계(S130)로부터 수득된 준 고체상 혼합물에 PEO(Poly(ethylene oxide)를 1 : 1의 중량비로 혼합하는 PEO혼합 단계(S140); 상기 PEO혼합 단계(S140)의 혼합물을 가열 및 가압 하여 필름형태의 고체전해질을 형성하는 고체전해질 수득 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to accomplish the above object, the present invention provides a method of producing a solid electrolyte comprising mixing lithium sulfide and sulfur with TEGDME (tetraethylene glycol dimethyl ether) as a solvent to produce lithium polysulfide (Li2S8) Lithium polysulfide production step (S110); A lithium salt addition step (S120) of adding LiTFSI (lithium trifluoromethanesulfonimide) lithium salt (LiTFSI) and LiClO4 (Lithium perchlorate) to the lithium polysulfide (Li2S8) obtained from the lithium polysulfide production step (S110) and mixing them; A semi-solid phase forming step (S130) in which silica (SiO2) is added to the mixture of the lithium salt addition step (S120) to form a quasi-solid-state (QS) intermediate between the gel and the solid state; The mixture of PEO (S140), which is a mixture of PEO (ethylene oxide) in a weight ratio of 1: 1, to the quasi-solid mixture obtained in the quasi-solid phase forming step (S130) And a step (S150) of obtaining a solid electrolyte by pressurization to form a solid electrolyte in the form of a film.

또한, 본 발명에 따른 전기방사법을 이용한 고체전해질 제조 방법은, 용매 ACN(acetonitrile, Aldrich)에, PEO(poly(ethylene oxide))을 넣고 교반 시키는 PEO교반 단계(E110); 상기 PEO교반 단계(E110)에서 얻어진 혼합물을 전기방사하는 PEO전기방사 단계(E120);를 포함하는 PEO web 제조단계(E100) 와, 용매 DMF(dimethylformamide)에 SiO2 및 PAN(polyacrylonitrile)을 혼합시키는 PAN혼합 단계(E210); 상기 PAN혼합 단계(E210)에서 얻어진 혼합물을 전기방사하는 PAN전기방사 단계(E220); 상기 PAN전기방사 단계(E220)에서 전기방사로 얻어진 PAN 나노섬유 가닥 내에 있는 SiO2를 제거하기 위해 HF(hydrogen fluoride)희석용액에 담지시키는 PAN 나노섬유 담지 단계(E230); 상기 PAN 나노섬유 담지 단계(E230) 후, 담지된 PAN 나노섬유를 청수로 세척하고 건조하는 PAN 나노섬유 건조단계(E240);를 포함하는 PAN web 제조단계(E200) 와, TEGDME(Tetraethylene glycol dimethyl ether)를 용매로 하여 리튬설파이드(Lithium sulfide)와 유황(Sulfur)을 혼합하여 리튬폴리설파이드(Li2S8)를 제조하는 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110); 상기 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110)로부터 수득한 리튬폴리설파이드(Li2S8)에 리튬 염인 LiTFSI(Bis(trifluoromethanesulfonimide) lithium salt) 및 LiClO4(Lithium perchlorate)를 각각 첨가하여 혼합하는 리튬 염 첨가단계(S120); 상기 리튬 염 첨가단계(S120)의 혼합물에 실리카(SiO2)를 첨가하여 겔과 고체 상태의 중간 형태인 준 고체상태 (Quasi-solid-state, QS)를 형성하도록 하는 준 고체상 형성 단계(S130);를 포함하는 준고체상 제조 단계(S100) 와, 상기 준고체상 제조 단계(S100)의 수득물에 상기 PEO web 제조단계(E100) 및 PAN web 제조단계(E200)에서 얻어진 PEO web 및 PAN web을 혼합하여 가열 가압하여 필름 형태의 고체전해질을 수득하는 전기방사 고체전해질 수득 단계(E300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also, a method of manufacturing a solid electrolyte using electrospinning according to the present invention includes a PEO stirring step (E110) in which PEO (poly (ethylene oxide)) is added to a solvent ACN (acetonitrile, Aldrich) and stirred; A PEO web preparation step E100 including PEO electrospinning step E120 for electrospinning the mixture obtained in the PEO stirring step E110 and a PEO web preparation step E100 for electropolishing the mixture obtained in the PEO stirring step E110 by mixing PANO which mixes SiO2 and PAN (polyacrylonitrile) Mixing step (E210); A PAN electrospinning step (E220) for electrospinning the mixture obtained in said PAN mixing step (E210); A PAN nanofiber loading step (E230) in which a hydrogen fluoride (HF) diluent solution is supported to remove SiO2 in the PAN nanofiber strands obtained by electrospinning in the PAN electrification step (E220); PAN web fabrication step (E200) including PAN nanofiber drying step (E230), followed by PAN nanofiber drying step (E240) in which the supported PAN nanofibers are washed with fresh water and dried, and TEGDME (Tetraethylene glycol dimethyl ether A lithium polysulfide production step (S110) of producing lithium polysulfide (Li2S8) by mixing lithium sulfide and sulfur with a solvent as a solvent; A lithium salt addition step (S120) of adding LiTFSI (lithium trifluoromethanesulfonimide) lithium salt (LiTFSI) and LiClO4 (Lithium perchlorate) to the lithium polysulfide (Li2S8) obtained from the lithium polysulfide production step (S110) and mixing them; Semi-solid form further comprising: to form an intermediate form of a semi-solid state (Quasi-solid-state, QS ) and the mixture was added to silica (SiO 2) in the gel and the solid state of the lithium salt added to step (S120) (S130) (PE) web and PAN web obtained in the PEO web preparation step (E100) and the PAN web manufacturing step (E200) were mixed with the product obtained in the semi-solid phase preparation step (S100) and the semi-solid phase preparation step (E300) of obtaining an electrospinning solid electrolyte obtained by heating and pressing to obtain a solid electrolyte in the form of a film.

이상과 같이 본 발명은 리튬/유황 전지 내에 액체전해질 대신 고체전해질을 사용하여 전지의 안전성 확보 및 셔틀현상을 개선한다. As described above, the present invention uses the solid electrolyte in place of the liquid electrolyte in the lithium / sulfur battery to secure the safety of the battery and to improve the shuttle phenomenon.

즉, 상기와 같이 액체인 유기전해질 대신 고체 상태의 전해질을 사용함으로써, 원천적으로 셔틀현상을 발생시키지 않는다. 특히 리튬폴리설파이드를 첨가하여 제조함으로써, 전해질 내부를 미리 리튬폴리설파이드로 포화된 상태를 만들어 더 이상의 폴리설파이드가 녹아나오지 않도록 하며, 폭발 및 연소의 위험이 있는 유기용매를 사용하지 않으므로 안전성 확보가 가능한 효과를 가진다.That is, by using a solid electrolyte in place of the liquid organic electrolyte, the shuttle phenomenon does not occur originally. Particularly, by preparing lithium polysulfide, the inside of the electrolyte is preliminarily saturated with lithium polysulfide to prevent further dissolution of polysulfide, and since an organic solvent having no risk of explosion and combustion is not used, safety can be secured Effect.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고체전해질 사진 자료이다;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PEO를 이용한 고체전해질 제조 방법을 나타낸 순서도이다;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기방사를 이용한 고체전해질 제조 방법을 나타낸 순서도이다;
도 4는 전기방사를 이용해서 제조한 나노 섬유의 표면 특성 자료이다;
도 5는 전기방사를 이용해 제조한 nano web의 섬유 가닥 내부 기공 및 고체전해질의 표면과 단면을 나타낸 자료이다;
도 6은 전기방사를 이용해서 제조한 나노 섬유의 표면 특성 EDS mapping 자료 이다;
도 7은 Li2S8의 몰 농도에 따른 고체전해질의 표면 특성을 관찰한 결과 자료이다;
도 8은 Li2S8의 몰 농도에 따른 고체전해질의 표면 특성을 관찰한 EDS mapping 면 분석결과 자료이다;
도 9는 LiTFSI를 각기 다른 농도의 Li2S8와 혼합하여 제조한 고체전해질의 상온에서의 전기화학적 특성 자료이다;
도 10은 고온에서의 고체전해질의 전기화학적 특성 자료이다;
도 11은 LiClO4와 각각의 0.2, 0.5, 1 M Li2S8를 첨가하여 제조한 고체전해질의 상온에서의 전기화학적 특성 자료이다;
도 12는 LiClO4와 각각의 0.2, 0.5, 1 M Li2S8를 첨가하여 제조한 고체전해질의 고온에서의 전기화학적 특성 자료이다;
도 13은 PEO를 전기방사하여 고체전해질의 나노섬유 매트릭스로 사용한 리튬/유황 전지의 상온 및 고온에서의 전기화학적 특성 자료이다;
도 14는 PAN를 전기방사하여 고체전해질의 나노섬유 매트릭스로 사용한 리튬/유황 전지의 상온 및 고온에서의 전기화학적 특성 자료이다;
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a solid electrolyte photograph data prepared according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2 is a flowchart showing a method for producing a solid electrolyte using PEO according to an embodiment of the present invention; FIG.
3 is a flowchart showing a method of manufacturing a solid electrolyte using electrospinning according to an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is surface characteristic data of nanofibers prepared by electrospinning; FIG.
5 is a view showing the surface and cross-section of the pores of the fiber strand and the solid electrolyte of the nano web manufactured by electrospinning;
6 is an EDS mapping data of surface properties of nanofibers prepared using electrospinning;
FIG. 7 shows data obtained by observing the surface characteristics of the solid electrolyte according to the molar concentration of Li2S8;
FIG. 8 is the data of the EDS mapping surface analysis of the surface characteristics of the solid electrolyte according to the molar concentration of Li2S8;
9 is an electrochemical characteristic data at room temperature of a solid electrolyte prepared by mixing LiTFSI with different concentrations of Li2S8;
10 is an electrochemical characteristic data of a solid electrolyte at a high temperature;
11 is an electrochemical characteristic data of a solid electrolyte prepared by adding LiClO4 and each of 0.2, 0.5, and 1 M Li2S8 at room temperature;
12 is an electrochemical characteristic data of a solid electrolyte prepared by adding LiClO4 and each of 0.2, 0.5, and 1 M Li2S8 at a high temperature;
13 is an electrochemical characteristic data of a lithium / sulfur battery using PEO as a nanofiber matrix of a solid electrolyte by electrospinning at room temperature and high temperature;
14 is an electrochemical characteristic data of a lithium / sulfur battery using PAN as a nanofiber matrix of a solid electrolyte at normal temperature and high temperature;

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.

고체 고분자전해질로 사용되는 고분자는 유리전이온도가 낮아 상온에서도 고분자 사슬의 움직임이 활발하고, 염을 해리할 수 있는 극성원소를 포함하며 무정형의 구조를 가져야 한다. Polymers used as solid polymer electrolytes should have an amorphous structure including a polar element capable of dissociating salts because the polymer chain has a low glass transition temperature and thus the polymer chains move even at room temperature.

주로 PEO(poly(ethylene oxide)), PPO(poly(propylene oxide)), polyphosphazene, polysiloxane 등의 유도체가 주로 연구되어 왔는데 그 중에서도 PEO를 기본골격으로 하는 전해질에 대한 연구가 활발하다. (PEO), poly (propylene oxide), polyphosphazene, and polysiloxane have been mainly studied. Among them, studies on electrolytes using PEO as a basic skeleton have been actively conducted.

본 발명 또한, 고체 고분자전해질 고분자로, PEO를 매트릭스로 사용한다. PEO를 단독으로 사용할 경우 60 ℃ 이하에서 결정화되려는 경향이 강하기 때문에 SiO2를 첨가하여 PEO고분자의 비정질화를 향상시킨다. 보통 액체 상태의 가소제를 첨가하여 결정화 경향을 감소시키면서 이온전도도를 향상시키지만 이렇게 할 경우 전해질의 기계적 성질이 약화되고 리튬과의 반응성이 증가하게 된다. 따라서 액체 상태의 가소제가 아닌 세라믹 미립자를 필러로서 첨가하면서 고체 가소제 역할을 담당하여 PEO의 결정화를 억제 한다. The present invention also uses PEO as a matrix as a solid polymer electrolyte polymer. When PEO alone is used, SiO2 is added to improve the amorphization of the PEO polymer because it tends to be crystallized at 60 DEG C or less. In general, adding a liquid plasticizer improves the ionic conductivity while decreasing the crystallization tendency, but the mechanical properties of the electrolyte are weakened and the reactivity with lithium is increased. Therefore, ceramic fine particles, which are not a plasticizer in a liquid state, are added as a filler to serve as a solid plasticizer to inhibit the crystallization of PEO.

또한 SiO2 자체는 이온전도성을 갖지 않지만 PEO에 소량 첨가할 경우 전해질의 이온전도도가 현저히 개선된다. PEO를 리튬염과 혼합하여 전해질로 사용할 경우 대개 60 ℃ 이상의 고온에서 10-4 S/cm의 이온전도도 값을 가진다. In addition, SiO2 itself does not have ionic conductivity, but ionic conductivity of electrolyte is remarkably improved when added in small amount to PEO. When PEO is mixed with a lithium salt and used as an electrolyte, it usually has an ion conductivity of 10-4 S / cm at a temperature of 60 ° C or higher.

(1) PEO를 이용한 고체전해질 제조 (1) Production of solid electrolyte using PEO

도 2를 참고하여 고체 전해질의 제조과정을 살펴보면, 본 발명에 따른 고체전해질 제조 방법은, TEGDME(Tetraethylene glycol dimethyl ether)를 용매로 하여 리튬설파이드(Lithium sulfide)와 유황(Sulfur)을 혼합하여 리튬폴리설파이드(Li2S8)를 제조하는 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110); 상기 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110)로부터 수득한 리튬폴리설파이드(Li2S8)에 리튬 염인 LiTFSI(Bis(trifluoromethanesulfonimide) lithium salt) 및 LiClO4(Lithium perchlorate)를 각각 첨가하여 혼합하는 리튬 염 첨가단계(S120); 상기 리튬 염 첨가단계(S120)의 혼합물에 15 wt %의 실리카(SiO2)를 첨가하여 겔과 고체 상태의 중간 형태인 준 고체상태 (Quasi-solid-state, QS)를 형성하도록 하는 준 고체상 형성 단계(S130); 상기 준 고체상 형성 단계(S130)로부터 수득된 준 고체상 혼합물에 PEO(Poly(ethylene oxide)를 1 : 1의 중량비로 혼합하는 PEO혼합 단계(S140); 상기 PEO혼합 단계(S140)의 혼합물을 가열 및 가압 하여 필름형태의 고체전해질을 형성하는 고체전해질 수득 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 2, the solid electrolyte according to the present invention is prepared by mixing lithium sulfide and sulfur in the presence of TEGDME (tetraethylene glycol dimethyl ether) A lithium polysulfide production step (S110) for producing sulfide (Li2S8); A lithium salt addition step (S120) of adding LiTFSI (lithium trifluoromethanesulfonimide) lithium salt (LiTFSI) and LiClO4 (Lithium perchlorate) to the lithium polysulfide (Li2S8) obtained from the lithium polysulfide production step (S110) and mixing them; A quasi-solid-state (QS) state in which 15 wt% of silica (SiO 2 ) is added to the mixture of the lithium salt addition step (S120) to form an intermediate form of gel and a solid state Step S130; The mixture of PEO (S140), which is a mixture of PEO (ethylene oxide) in a weight ratio of 1: 1, to the quasi-solid mixture obtained in the quasi-solid phase forming step (S130) And a step (S150) of obtaining a solid electrolyte by pressurization to form a solid electrolyte in the form of a film.

구체적으로, 고체전해질을 제조하기 전 모든 원재료는 아르곤으로 채워진 글로브박스 내에서 진공 건조하여 수분 및 불순물을 제거한다. Specifically, all the raw materials are vacuum dried in a glove box filled with argon to remove water and impurities before preparing the solid electrolyte.

우선 TEGDME(Tetraethylene glycol dimethyl ether, Aldrich)를 용매로 하여 리튬설파이드(Lithium sulfide, Aldrich)와 유황(Sulfur, 100 mesh. Aldrich)을 혼합하여 각각 0.2, 0.5, 1.0 M의 리튬폴리설파이드(Li2S8)를 제조한다. Lithium sulfide (Aldrich) and sulfur (100 mesh, Aldrich) were mixed with TEGDME (Tetraethylene glycol dimethyl ether, Aldrich) as a solvent to prepare lithium polysulfide (Li2S8) of 0.2, 0.5, .

그리고 두 가지 종류의 리튬 염 LiTFSI(Bis(trifluoromethanesulfonimide) lithium salt, Aldrich), LiClO4(Lithium perchlorate, Aldrich)를 각각 첨가하여 교반기에 24시간 이상 충분히 혼합한 후 15 wt.% SiO2(Silica fumed, 7nm, Aldrich)를 각 농도에 첨가한다. Two kinds of lithium salt LiTFSI (Bis (trifluoromethanesulfonimide) lithium salt, Aldrich) and LiClO4 (Lithium perchlorate, Aldrich) Aldrich) is added to each concentration.

액체상태의 TEGDME-리튬폴리설파이드-리튬 염은 SiO2에 상당 양 흡착되어 고체 상태에 가깝게 된다. 겔과 고체 상태 중간 형태를 띠며, 이를 준 고체상태(Quasi-solid-state, QS)라 한다. The TEGDME-lithium polysulfide-lithium salt in liquid state is adsorbed to SiO2 in a comparable amount to the solid state. It is in the form of gel and solid state, called quasi-solid-state (QS).

준 고체상태의 전해질(Quasi-solid-state electrolyte, QSE)에 PEO(Poly(ethylene oxide), Mv 600,000, Aldrich)를 1 : 1 중량 비율로 첨가하여 교반기에 최소 3시간 이상 믹싱 한다. PEO (Poly (ethylene oxide), Mv 600,000, Aldrich) is added to quasi-solid-state electrolyte (QSE) at a weight ratio of 1: 1 and mixed for at least 3 hours in a stirrer.

충분히 섞은 뒤 100 ℃에서 60분 동안 0.8 MPa의 압력을 가해주면 도 1에서 보는 바와 같은 필름 형태의 고체전해질을 제조할 수 있다. 이는 ~100 ㎛ 두께로, 매우 유연하면서 탄력적이다. After sufficiently mixing, applying a pressure of 0.8 MPa at 100 DEG C for 60 minutes can produce a film-like solid electrolyte as shown in Fig. It is ~ 100 μm thick, very flexible and elastic.

또한, 상기 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110) 리튬폴리설파이드 (Li2S8)의 몰 농도에 따른 고체전해질의 표면 특성을 관찰한 결과를 도 7에 나타내었다. 제조 시 0.2 M의 Li2S8을 첨가한 고체전해질의 표면은 전체적으로 PEO 매트릭스가 만들어지지 않았으며, 제조 시 첨가한 물질들이 고르게 섞이지 않은 것을 확인할 수 있다. 반면에 0.5 M의 Li2S8를 첨가한 경우의 고체전해질은 PEO와 SiO2, 리튬 염까지 고르게 잘 섞여 매끄러운 표면을 가진다. 더 많은 양의 Li2S8를 첨가할 경우에는 PEO 매트릭스 표면 위로 입자들이 석출되는 것을 확인 할 수 있다. The results of observing the surface characteristics of the solid electrolyte according to the molar concentration of lithium polysulfide (Li2S8) in the step of producing lithium polysulfide (S110) are shown in FIG. The surface of the solid electrolyte to which 0.2 M of Li 2 S 8 was added at the time of manufacture shows that the PEO matrix was not formed as a whole and that the materials added during the production were not mixed evenly. On the other hand, when 0.5 M of Li 2 S 8 is added, the solid electrolyte has a smooth surface evenly mixed with PEO, SiO 2 and lithium salt. When a larger amount of Li2S8 is added, it is confirmed that the particles are precipitated on the surface of the PEO matrix.

보다 정확하게 표면의 성분 분포를 확인하기 위해서 EDS mapping 면 분석을 통한 각 원소의 위치 정보를 도 8에 나타내었다. 0.5 M Li2S8을 첨가한 고체전해질은 모든 원소들이 고르게 섞여 표면을 이루고 있으나(도 8(a)), 1 M을 첨가한 경우 표면 위로 관찰된 입자들은 EDS mapping 분석을 통해 유황이 과량으로 첨가되어 표면에 석출된 것임을 알 수 있다(도 8(b)). FE-SEM 및 EDS 분석 결과 0.5 M의 Li2S8을 첨가하여 만드는 것이 가장 적합한 비율이었으며, 가장 고른 표면 형상을 보였다. Figure 8 shows the positional information of each element through the EDS mapping surface analysis in order to more precisely confirm the component distribution of the surface. The solid electrolyte added with 0.5 M Li2S8 has a uniform mixture of all the elements (Fig. 8 (a)), but when 1 M is added, the particles observed on the surface are excessively added with sulfur through EDS mapping analysis, (Fig. 8 (b)). As a result of FE-SEM and EDS analysis, 0.5 M of Li2S8 was the most suitable ratio and showed the most uniform surface shape.

다음으로, 도 9는 Li salt로 선택한 LiTFSI를 각기 다른 농도의 Li2S8와 혼합하여 제조한 고체전해질의 상온에서의 전기화학적 특성을 나타내었다. LiTFSI와 0.2, 0.5, 1 M의 Li2S8을 첨가하여 제조한 고체전해질을 사용한 전지는 0.1 C, 30 ℃에서 각각 1308, 95, 721 mAhg-1의 초기 방전 용량을 보였으며, 20번째 사이클에서는 방전 용량이 각각 314, 164, 149 mAhg-1이다. Next, FIG. 9 shows the electrochemical characteristics at room temperature of the solid electrolyte prepared by mixing LiTFSI selected with Li salt with different concentrations of Li2S8. LiTFSI and 0.2, 0.5, and 1 M Li2S8 were added to the solid electrolytes. The initial discharge capacities of the batteries were 1308, 95, and 721 mAhg-1 at 0.1 C and 30 ° C, respectively. Are 314, 164, and 149 mAhg-1, respectively.

0.2, 1 M의 Li2S8를 첨가하여 제조한 고체전해질의 표면 관찰 결과에 따라 표면이 고르지 않았던 만큼 전해질과 전극 계면특성이 좋지 못하여 셀 내부 저항이 증가하며, 사이클 특성에도 영향을 미칠 것으로 판단된다. 0.2, and 1 M Li2S8 was added to the surface of the solid electrolyte. As a result, the internal electrode resistance was increased due to poor electrolyte and electrode interface characteristics, and the cycle characteristics were also affected.

각각 0.2, 1 M의 Li2S8를 첨가하여 제조한 고체전해질은 0.5 M의 Li2S8를 첨가한 고체전해질과 달리 리튬/유황 전지의 방전 곡선에서 관찰되는 것에 반해 두 번째 평탄 구간이 관찰되지 않았으며, 두 번째 평탄 구간은 리튬이온이 전해질을 통해 이동하여 양극의 유황과 반응하여 고차원의 리튬폴리설파이드에서 낮은 차원의 리튬폴리설파이드로 반응하는 과정동안 관찰되는데, 과량으로 첨가된 Li2S8으로 인해 유황전극과 리튬이온사이의 반응이 더 이상 진행되지 않은 것으로 판단된다. 또한 과량으로 첨가된 Li2S8과 고체 고분자의 특성 상, 상온에서의 낮은 이온전도성으로 인해 리튬 이온이 유황까지 도달 하는데 더 많은 시간이 걸리게 되고 이것이 결국 전지 내의 전기반응속도를 느리게 하여 충분한 용량을 확보하지 못한 주요 원인으로 판단된다. The solid electrolyte prepared by adding 0.2 and 1 M of Li2S8, respectively, showed a second flat region not observed in the discharge curves of the lithium / sulfur battery, unlike the solid electrolyte containing 0.5 M of Li2S8, The flattening period is observed during the process of lithium ions moving through the electrolyte and reacting with the sulfur of the anode and reacting with a high-dimensional lithium polysulfide to a low-level lithium polysulfide. Due to the excess of Li 2 S 8 added between the sulfur electrode and the lithium ion Of the respondents said they did not have any further progress. In addition, due to the characteristics of Li2S8 and the solid polymer added in an excessive amount, the lithium ion reaches the sulfur by the low ionic conductivity at room temperature, and therefore, it takes more time to eventually slow the electric reaction in the battery, This is a major cause.

동일한 조건으로 제조한 고체전해질의 고온에서의 전기화학적 특성을 도 10에 나타내었다. LiTFSI와 0.2, 0.5, 1 M 의 Li2S8\을 첨가하여 제조한 고체전해질을 사용한 전지는 0.1 C, 80 ℃에서 각각 685, 1439, 527 mAhg-1의 초기 방전 용량을 보였으며, 0.2 M Li2S8은 9번째 사이클에서 방전 용량이 506 mAhg-1, 0.5 M Li2S8은 25번째 사이클에서 방전 용량이 461 mAhg-1, 1.0 M Li2S8은 20번째 사이클에서 방전 용량이 147 mAhg-1으로 상온에서의 사이클 특성 보다 향상된 결과를 확인 할 수 있다. 이는 SiO2 첨가로 PEO의 고분자 체인의 응집을 막음으로써 결정화 경향을 감소해 무정형 영역을 확보함과 동시에 이온전도도를 향상시킬 수 있지만 PEO를 매트릭스로 하는 만큼 O-Li+ 사이의 상호작용이 강하기 때문에 상온에서는 충분한 이온전도성이 나타나진 않는 것으로 판단된다. The electrochemical characteristics at a high temperature of the solid electrolyte prepared under the same conditions are shown in FIG. The initial discharge capacity of LiTFSI and 0.2, 0.5, and 1 M Li2S8 was 685, 1439 and 527 mAhg-1 at 0.1 C and 80 ℃, respectively. Discharge capacity in the 25th cycle was 461 mAhg-1 and 1.0 M Li2S8 in the 20th cycle, the discharge capacity was 147 mAhg-1, and the discharge capacity was 147 mAhg-1. The results can be confirmed. The addition of SiO2 prevents the aggregation of the polymer chain of PEO, thereby reducing the crystallization tendency and securing the amorphous region and improving the ionic conductivity. However, since the interaction between O-Li + is strong as PEO is used as a matrix, It is judged that sufficient ionic conductivity does not appear.

이온전도도를 개선하여 사이클 특성을 향상시키기 위해서 PEO와 결합시 이온전도성이 보다 우수한 LiClO4와 각각의 0.2, 0.5, 1 M Li2S8를 첨가하여 제조한 고체전해질의 상온에서의 전기화학적 특성을 도 11에 나타내었다. 0.1 C에서 각각 375, 590, 206 mAhg-1의 초기 방전 용량을 보였으며, 20번째 사이클에서는 방전 용량이138, 394, 136 mAhg-1으로 LiTFSI를 첨가한 고체전해질보다 상온에서의 사이클 특성이 우수하다. The electrochemical characteristics at room temperature of solid electrolytes prepared by adding LiClO4 and 0.2, 0.5, and 1 M Li2S8, which are superior in ionic conductivity when bound to PEO, are shown in FIG. 11 to improve ionic conductivity and improve cycle characteristics . The initial discharge capacities of 375, 590 and 206 mAhg-1 were observed at 0.1 C, respectively. In the 20th cycle, discharge capacities of 138, 394 and 136 mAhg-1 were better than solid electrolytes containing LiTFSI at room temperature. Do.

도 12는 Li salt로 선택한 LiClO4를 각기 다른 농도의 Li2S8와 혼합하여 제조한 고체전해질의 고온에서의 전기화학적 특성을 나타내었다. LiClO4와 0.2, 0.5, 1 M 의 Li2S8를 첨가하여 제조한 고체전해질을 사용한 전지는 0.1 C, 80 ℃에서 각각 422, 230, 1027 mAhg-1의 초기 방전 용량을 보였으며, 0.2 M Li2S8은 9번째 사이클에서 방전 용량이 318 mAhg-1, 0.5 M Li2S8은 12번째 사이클에서 방전 용량이 659 mAhg-1, 1.0 M Li2S8은 15번째 사이클에서 방전 용량이 108 mAhg-1이다. 초기 방전 용량은 1.0 M Li2S8이 가장 높았지만 사이클이 진행되는 동안 용량이 급격하게 감소한 것에 비해 0.5 M Li2S8은 사이클이 진행됨에 따라 점차 용량이 안정화되며 사이클 유지 특성이 가장 우수하다. FIG. 12 shows electrochemical characteristics at a high temperature of a solid electrolyte prepared by mixing LiClO4 selected with Li salt and Li2S8 at different concentrations. The cells using Li2S8 with 0.2, 0.5, and 1 M of LiClO4 showed an initial discharge capacity of 422, 230, and 1027 mAhg-1 at 0.1 C and 80 ° C, respectively. The discharge capacity is 318 mAhg-1 in the cycle, 0.5 M Li2S8 is 659 mAhg-1 in the 12th cycle, and the discharge capacity is 108 mAhg-1 in the 15th cycle of 1.0 M Li2S8. The initial discharge capacity of 1.0 M Li2S8 was the highest, but the capacity was drastically decreased during the cycle, while 0.5 M Li2S8 was gradually stabilized as the cycle progressed and the cycle holding characteristics were the best.

고체전해질 제조 시 첨가한 SiO2는 전해질 내 잔류 수분이나 불순물이 무기물 입자 표면에 흡착되도록 함으로써 고분자의 결정화를 억제하고 무기물의 강유전성에 의한 염의 해리를 촉진시키게 된다. 이를 통해 이온전도도, 기계적 강도, 전극과 전해질 계면 특성의 향상을 기대할 수 있다. 표면 형상 결과를 통해서도 확인 했듯이, 0.5 M의 Li2S8를 첨가한 고체전해질 내에는 SiO2가 고르게 분산되어 있어 계면 안정화 작용을 한다. The SiO2 added during the production of the solid electrolyte inhibits the crystallization of the polymer and promotes dissociation of the salt due to the ferroelectricity of the inorganic substance by allowing the residual water or impurities in the electrolyte to be adsorbed on the surface of the inorganic particles. As a result, ionic conductivity, mechanical strength, and electrode and electrolyte interface characteristics can be expected to be improved. As confirmed by the surface shape results, SiO2 is evenly dispersed in the solid electrolyte to which 0.5 M of Li2S8 is added, and thus the interface stabilizing action is obtained.

따라서, 상기 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110)에서 리튬폴리설파이드 (Li2S8)의 몰 농도는 0.5 M인 것이 바람직하다. Therefore, the molar concentration of lithium polysulfide (Li2S8) in the lithium polysulfide production step (S110) is preferably 0.5M.

(2) 전기방사를 이용하여 제조한 매트릭스의 종류에 따른 고체전해질(2) Solid electrolytes according to the type of matrix prepared by electrospinning

① 전기방사① Electrospinning

앞서 설명한 고체전해질 제조 방법은 powder 상태의 PEO와 준고체상태의 [TEGDME-리튬폴리설파이드-리튬염-SiO2]를 단순히 섞은 후, 열을 가하며 압축 처리하여 필름형태를 얻었다. 또 다른 제조 방법으로, 고체전해질 매트릭스 내에 리튬 이온을 보다 용이하게 이동하기 위해서 전기방사법을 이용한다. In the above-described solid electrolyte production method, PEO in powder state and [TEGDME-lithium polysulfide-lithium salt-SiO 2] in quasi-solid state were simply mixed and heat-treated and compressed to obtain a film form. In another manufacturing method, electrospinning is used to more easily transfer lithium ions into the solid electrolyte matrix.

도 3을 참고하여 본 발명에 따른 전기방사법을 이용한 고체전해질 제조 방법을 살펴보면, 용매 ACN(acetonitrile, Aldrich) 45 ml에, PEO(poly(ethylene oxide)) 1.8g을 넣고 교반 시키는 PEO교반 단계(E110); 상기 PEO교반 단계(E110)에서 얻어진 혼합물을 인가전압 16 kV, 노즐에서 집전체까지의 거리는 18 cm, 집전체 회전 속도는 180 rpm, 노즐 구경은 21 gauge (ID : 0.51 mm), 분사속도는 0.05 ml/min으로 전기방사하는 PEO전기방사 단계(E120);를 포함하는 PEO web 제조단계(E100) 와, 용매 DMF(dimethylformamide) 54.6 ml에 SiO2 7 g 및 PAN(polyacrylonitrile) 4.6g을 혼합시키는 PAN혼합 단계(E210); 상기 PAN혼합 단계(E210)에서 얻어진 혼합물을 인가전압 20 kV, 노즐에서 집전체까지의 거리는 18 cm, 집전체 회전 속도는 180 rpm, 노즐 구경은 21 gauge (ID : 0.51 mm), 분사속도는 0.1 ml/min으로 전기방사하는 PAN전기방사 단계(E220); 상기 PAN전기방사 단계(E220)에서 전기방사로 얻어진 PAN 나노섬유 가닥 내에 있는 SiO2를 제거하기 위해 HF(hydrogen fluoride : Advantor performance materials. Inc 50%)를 증류수에 1:1로 희석시킨 용액에 담지시키는 PAN 나노섬유 담지 단계(E230); 상기 PAN 나노섬유 담지 단계(E230) 후, 담지된 PAN 나노섬유를 청수로 세척하고 건조하는 PAN 나노섬유 건조단계(E240);를 포함하는 PAN web 제조단계(E200) 와, TEGDME(Tetraethylene glycol dimethyl ether)를 용매로 하여 리튬설파이드(Lithium sulfide)와 유황(Sulfur)을 혼합하여 리튬폴리설파이드(Li2S8)를 제조하는 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110); 상기 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110)로부터 수득한 리튬폴리설파이드(Li2S8)에 리튬 염인 LiTFSI(Bis(trifluoromethanesulfonimide) lithium salt) 및 LiClO4(Lithium perchlorate)를 각각 첨가하여 혼합하는 리튬 염 첨가단계(S120); 상기 리튬 염 첨가단계(S120)의 혼합물에 15 wt %의 실리카(SiO2)를 첨가하여 겔과 고체 상태의 중간 형태인 준 고체상태 (Quasi-solid-state, QS)를 형성하도록 하는 준 고체상 형성 단계(S130);를 포함하는 준고체상 제조 단계(S100) 와, 상기 준고체상 제조 단계(S100)의 수득물에 상기 PEO web 제조단계(E100) 및 PAN web 제조단계(E200)에서 얻어진 PEO web 및 PAN web을 혼합하여 가열 가압하여 필름 형태의 고체전해질을 수득하는 전기방사 고체전해질 수득 단계(E300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 3, a method of preparing a solid electrolyte using the electrospinning method according to the present invention will be described. A PEO stirring step (E110 (1)) in which 1.8 g of PEO (poly (ethylene oxide)) is added to 45 ml of solvent ACN (acetonitrile, Aldrich) ); The mixture obtained in the PEO stirring step E110 was applied at an applied voltage of 16 kV, the distance from the nozzle to the collector was 18 cm, the current collecting speed was 180 rpm, the nozzle diameter was 21 gauge (ID: 0.51 mm) a PEO web preparation step (E100) including a PEO electrospinning step (E120) in which electrospinning is carried out in an electrospinning step (E120) Step E210; The mixture obtained in the PAN mixing step E210 was applied at an applied voltage of 20 kV, the distance from the nozzle to the collector was 18 cm, the current collecting speed was 180 rpm, the nozzle diameter was 21 gauge (ID: 0.51 mm) a PAN electrospinning step (E 220) of electrospinning at a rate of 1 ml / min; In order to remove SiO2 in the PAN nanofiber strands obtained by electrospinning in the PAN electrospinning step (E220), HF (hydrogen fluoride: Advantor performance materials, Inc 50%) was supported on a 1: 1 diluted solution in distilled water PAN nanofiber supporting step (E230); PAN web fabrication step (E200) including PAN nanofiber drying step (E230), followed by PAN nanofiber drying step (E240) in which the supported PAN nanofibers are washed with fresh water and dried, and TEGDME (Tetraethylene glycol dimethyl ether A lithium polysulfide production step (S110) of producing lithium polysulfide (Li2S8) by mixing lithium sulfide and sulfur with a solvent as a solvent; A lithium salt addition step (S120) of adding LiTFSI (lithium trifluoromethanesulfonimide) lithium salt (LiTFSI) and LiClO4 (Lithium perchlorate) to the lithium polysulfide (Li2S8) obtained from the lithium polysulfide production step (S110) and mixing them; A quasi-solid-state (QS) state in which 15 wt% of silica (SiO 2 ) is added to the mixture of the lithium salt addition step (S120) to form an intermediate form of the gel and a solid state PEO web production step (E100) and PAN web production step (E200) obtained in the semi-solid phase production step (S100) and the quasi solid phase production step (S100) including step (S130) And a step (E300) of obtaining an electrospinning solid electrolyte by mixing and heating the PAN web to obtain a solid electrolyte in the form of a film.

구체적으로, 전기방사는 고분자 용액이나 용융물에 높은 전압을 인가함으로써 고분자사슬 사이에 조성된 정전기적인 반발력과 음극과 양극 사이에 생성된 전기장을 이용하여 직경 수백 nm 크기의 섬유로 만들어진 부직포 웹을 얻는 기술이다. Specifically, electrospinning is a technique of obtaining a nonwoven web made of fibers of several hundreds of nm in diameter by using an electrostatic repulsion between the polymer chains and an electric field generated between the cathode and the anode by applying a high voltage to the polymer solution or melt to be.

즉, 고전압의 전기장을 가하여 (+)로 하전된 고분자 용융체 또는 고분자 용액을 방사구로부터 토출시켜 (-)로 하전된 집전체에 모아지게 되는 것이다. That is, a high-voltage electric field is applied to discharge the polymer melt or the polymer solution charged with (+) from the spinneret and collect it in the charged current collector.

특정한 임계 전압이 가해지게 되면, 노즐내의 고분자 용액 또는 용융체로부터 하나의 jet이 형성되어 용매 증발과 함께 나노미터의 직경을 가지는 여러 섬유로 갈라지게 된다. When a specific threshold voltage is applied, one jet is formed from the polymer solution or molten material in the nozzle, and is split into several fibers having a diameter of nanometer together with evaporation of the solvent.

이렇게 갈라진 섬유들은 (-)하전된 집전체에 불규칙적으로 수집되어 부직포를 형성하게 된다. These cracked fibers are irregularly collected on the (-) charged collecting body to form a nonwoven fabric.

② PEO web 제조② PEO web manufacture

용매 ACN(acetonitrile, Aldrich) 45 ml에 PEO(poly(ethylene oxide)) 1.8g을 넣고 24시간 동안 교반시킨 후, 혼합된 용액을 60 ml 주사기에 옮겨 담아 전기방사를 한다. 이 때, 인가전압은 16 kV, 주사기에서 집전체까지의 거리는 18 cm, 집전체 회전 속도는 180 rpm, 노즐 구경은 21 gauge (ID : 0.51 mm), 주사속도는 0.05 ml/min의 조건으로 전기방사를 수행한다. 1.8 g of PEO (poly (ethylene oxide)) is added to 45 ml of solvent ACN (acetonitrile, Aldrich), stirred for 24 hours, and the mixed solution is transferred into a 60 ml syringe and electrospun. At this time, the applied voltage was 16 kV, the distance from the syringe to the current collector was 18 cm, the current collecting speed was 180 rpm, the nozzle diameter was 21 gauge (ID: 0.51 mm) Radiation.

③ PAN web 제조③ PAN web manufacturing

용매 DMF(dimethylformamide: Samchun Pure Chemical Co., LTD(이하 Samchun으로 표기), 99.0%) 54.6 ml에 SiO2(Aldrich, Particle size : 7 nm) 7 g과 PAN(polyacrylonitrile : Polysciences, Inc. Mw : 150,000) 4.6g을 넣어 high energy ball mill을 이용하여 1시간 동안 혼합하고, 상기 혼합에 의한 용액을 60 ml 주사기에 옮겨 담아 전기방사를 한다. 이 때, 인가전압은 20 kV, 주사기에서 집전체까지의 거리는 18 cm, 집전체 회전 속도는 180 rpm, 노즐 구경은 21 gauge (ID : 0.51 mm), 주사속도는 0.1 ml/min이다. 상기 전기방사에 의해 생성된 PAN나노섬유는, 바닥에 놓인 스테인리스 회전 드럼에 말린 알루미늄 호일에 방사되고, 상기 PAN 나노섬유 가닥 내에 있는 SiO2를 제거하기 위해, HF(hydrogen fluoride : Advantor performance materials. Inc 50%)를 증류수에 1:1로 희석시킨 용액 50 ml에 PAN 나노섬유를 넣어 24시간 동안 상온 하에 담지시킨 후, 증류수를 이용하여 세척을 한 후, 50 ℃ 오븐에서 24시간 동안 건조한다. 7 g of SiO2 (Aldrich, Particle size: 7 nm) and PAN (polyacrylonitrile: Polysciences, Inc. Mw: 150,000) were added to 54.6 ml of a solvent DMF (dimethylformamide: Samchun Pure Chemical Co., And mixed for 1 hour using a high energy ball mill. The mixture solution is transferred into a 60 ml syringe and electrospun. At this time, the applied voltage is 20 kV, the distance from the syringe to the current collector is 18 cm, the current collecting speed is 180 rpm, the nozzle diameter is 21 gauge (ID: 0.51 mm) and the scanning speed is 0.1 ml / min. The PAN nanofibers produced by the electrospinning were spun onto a dried aluminum foil on a stainless steel rotary drum placed on the bottom, and HF (hydrogen fluoride: Advantor performance materials. %) Is diluted to 1: 1 with distilled water. PAN nanofibers are added to the solution for 24 hours at room temperature, washed with distilled water, and dried in an oven at 50 ° C for 24 hours.

④ 고체전해질 제조④ Solid electrolyte production

상기와 같은 전기 방사를 통해 두 종류의 매트릭스를 얻은 후, 앞서 설명한 PEO를 이용한 고체전해질 제조 방법대로 제조한 QSE와 함께 30 ℃에서 5분 동안 0.6 MPa의 압력을 가하여 QSE가 전기방사한 섬유 가닥 및 가닥사이에 고르게 침투함으로써, ~80 ㎛이하의 필름형태의 고체전해질을 얻을 수 있다. Two kinds of matrices were obtained through the above-mentioned electrospinning, and then the pressure was applied at a pressure of 0.6 MPa at 30 DEG C for 5 minutes together with QSE prepared according to the PEO-based solid electrolyte production method described above, By uniformly penetrating between the strands, it is possible to obtain a solid electrolyte in the form of a film having a thickness of 80 μm or less.

이러한 전기방사를 이용해서 제조한 나노 섬유의 표면 특성을 도 4에 나타내었다. PEO 및 PAN을 이용해 방사한 나노섬유 web은 매끄러운 표면을 가지며 섬유 가닥이 서로 잘 연결된 다공성의 형태로 QSE를 충분히 침투시킬 수 있는 구조를 가진다. The surface properties of the nanofibers produced by such electrospinning are shown in FIG. The nanofiber webs, which are spun using PEO and PAN, have a smooth surface and have a structure in which the fiber strands can penetrate the QSE in a well-porous form.

특히 PAN 나노섬유는 가닥 내에 있는 SiO2를 제거함으로써 PEO 나노섬유에 비해 많은 기공을 가진다. 즉 PAN 나노섬유는 가닥 사이의 기공뿐 만 아니라, 가닥 내의 기공에까지 QSE를 채울 수 있다. 따라서 보다 많은 양의 QSE를 보다 고르게 채운 고체전해질을 만들 수 있다. 이는 도 5와 도 6을 통해 확인 할 수 있다. 도 5는 전기방사를 이용해 제조한 nano web의 섬유 가닥(도 5(a)) 내부 기공 및 가닥 사이에 QSE(도 5(b))를 채워서 만든 고체전해질의 표면(도 5(c)) 과 단면(도 5(d)) 형상이다. PAN-QSE EDS mapping 분석 결과를 통해서도 PAN 나노섬유의 표면 및 단면까지 QSE가 잘 분산되어 고르게 채워져 있다는 것을 확인할 수 있다. In particular, PAN nanofibers have more pores than PEO nanofibers by removing SiO2 in the strands. That is, the PAN nanofibers can fill the pores within the strands as well as the pores between the strands. Thus, a larger amount of QSE can be made more evenly filled with a solid electrolyte. This can be confirmed from FIG. 5 and FIG. 5 shows the surface (Fig. 5 (c)) of the solid electrolyte made by filling QSE (Fig. 5 (b)) between the inner pores and the strands of the fiber strand (Fig. 5 Sectional view (Fig. 5 (d)). PAN-QSE EDS mapping analysis also shows that QSE is well dispersed and evenly distributed on the surface and cross-section of PAN nanofibers.

다음으로, 도 13은 PEO를 전기방사하여 고체전해질의 나노섬유 매트릭스로 사용한 리튬/유황 전지의 상온 및 고온에서의 전기화학적 특성이다. 0.1 C, 30 ℃에서 95 mAhg-1의 초기 방전 용량을 보였으며, 첫 번째 방전 이후 반응 속도가 증가하고 안정화 되면서 30번째 사이클에서는 방전 용량이 190 mAhg-1으로 유지된다. 80 ℃에서는 초기 방전 용량이 485 mAhg-1, 30번째 사이클에서의 방전 용량이 126 mAhg-1으로 큰 폭으로 용량이 감소한다. 분말형태의 PEO를 매트릭스로 이용한 경우에는 고온 특성이 확연히 우수하지만, 전기방사한 PEO 나노섬유를 매트릭스로 이용한 경우에는 방전 용량 유지율 측면에서 상온에서의 전기화학적 특성이 더 좋은 것을 확인 할 수 있다. 전기방사를 통해 제조한 나노 섬유 매트릭스는 분말형태로 제조한 경우 보다 두께가 얇고 QSE가 고르게 분산되어 있기 때문에 상온에서 리튬이온이동이 보다 용이하다. Next, FIG. 13 shows electrochemical characteristics at room temperature and high temperature of a lithium / sulfur battery using PEO as a nanofiber matrix of a solid electrolyte by electrospinning. The initial discharge capacity of 95 mAhg-1 at 0.1 ° C and 30 ° C is shown. The discharge rate is maintained at 190 mAhg-1 in the 30th cycle as the reaction rate increases and stabilizes after the first discharge. At 80 deg. C, the initial discharge capacity is 485 mAhg-1, and the discharge capacity in the 30th cycle is 126 mAhg-1. When the powdered PEO is used as the matrix, the high temperature characteristics are remarkably excellent. However, when the electrospun PEO nanofiber is used as the matrix, the electrochemical characteristics at room temperature are better in terms of the discharge capacity retention ratio. The nanofiber matrix prepared by electrospinning is thinner than the powder form, and the QSE is evenly dispersed, so it is easier to transport lithium ions at room temperature.

도 14는 PAN를 전기방사하여 고체전해질의 나노섬유 매트릭스로 사용한 리튬/유황 전지의 상온 및 고온에서의 전기화학적 특성이다. 0.1 C, 30 ℃에서 1887 mAhg-1의 초기 방전 용량을 보였으며, 20번째 사이클에서의 방전 용량은 1603 mAhg-1으로 우수한 방전 용량을 나타내었다. 80 ℃에서는 초기 방전 용량이 924 mAhg-1, 7번째 사이클에서의 방전 용량이 1072 mAhg-1으로 첫 번째 방전 이후 안정화 되었다가 서서히 용량이 감소한다. FIG. 14 is an electrochemical characteristic of a lithium / sulfur battery using PAN as a nanofiber matrix of a solid electrolyte at normal temperature and high temperature. The initial discharge capacity was shown to be 1887 mAhg-1 at 0.1 ° C and 30 ° C, and the discharge capacity at 160th mAh-1 was 1603 mAhg-1. At 80 ° C, the initial discharge capacity is 924 mAhg-1, the discharge capacity in the seventh cycle is 1072 mAhg-1, stabilized after the first discharge, and the capacity is gradually decreased.

전기화학적 특성을 비교한 리튬 염과 고체 고분자 전해질의 매트릭스의 종류에 상관없이 0.5 M의 Li2S8을 첨가하였을 경우에 방전 용량 및 용량 유지율이 다른 농도의 Li2S8을 첨가한 경우보다 좋은 것을 확인할 수 있다. Regardless of the type of the matrix of the lithium salt and the solid polymer electrolyte comparing the electrochemical characteristics, when 0.5 M of Li2S8 was added, the discharge capacity and the capacity retention were better than those of Li2S8 having different concentrations.

즉, 고체전해질 제조 시 Li salt는 LiTFSI를 첨가한 경우 보다 LiClO4를 첨가하는 경우가 사이클 특성이 더 우수하며, 첨가하는 Li2S8의 적정 농도는 0.5 M 임을 알 수 있다. 고체전해질 내에 Li2S8을 첨가함으로써, 액체전해질의 사용으로 인한 리튬/유황의 고질적인 문제점인 셔틀현상을 원천 봉쇄하며 반복되는 전기화학 반응에서도 전극의 안정성, 즉 전해질과 전극 계면의 안정성과 전해질 자체의 안정성이 확보되는 효과를 나타낸다. That is, in the case of the solid electrolyte, the addition of LiClO4 to Li salt is superior to the addition of LiTFSI to the cycle characteristics, and the proper concentration of added Li2S8 is 0.5M. By adding Li2S8 in the solid electrolyte, the shuttle phenomenon, which is a chronic problem of lithium / sulfur due to the use of a liquid electrolyte, is blocked and the stability of the electrode, Is obtained.

또한 PEO를 매트릭스로 사용할 때는 전기방사를 이용한 나노섬유 형태의 매트릭스보다 분말형태의 매트릭스를 이용하는 것이 용량이 좋았으며, PEO보다 PAN 나노섬유 매트릭스를 사용하는 경우가 전기화학적 특성이 우수하였다. PAN 나노섬유 매트릭스를 사용하여 제조 한 고체 고분자 전해질의 두께가 얇고, 나노섬유 가닥 내에도 많은 기공이 분포되어 있기 때문에 PEO를 사용한 나노섬유 매트릭스 보다 QSE가 더 고르게 분산되어 있어 상온에서 리튬이온이동이 보다 용이하다. In addition, when using PEO as a matrix, it was better to use a powdery matrix than a nanofiber matrix using electrospinning, and the electrochemical properties of PAN nanofiber matrix were better than that of PEO. Since the thickness of the solid polymer electrolyte prepared using the PAN nanofiber matrix is thin and many pores are distributed in the nanofiber strands, the QSE is more uniformly dispersed than the nanofiber matrix using the PEO, It is easy.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.

Claims (8)

TEGDME(Tetraethylene glycol dimethyl ether)를 용매로 하여 리튬설파이드(Lithium sulfide)와 유황(Sulfur)을 혼합하여 리튬폴리설파이드(Li2S8)를 제조하는 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110);
상기 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110)로부터 수득한 리튬폴리설파이드(Li2S8)에 리튬 염인 LiTFSI(Bis(trifluoromethanesulfonimide) lithium salt) 및 LiClO4(Lithium perchlorate)를 각각 첨가하여 혼합하는 리튬 염 첨가단계(S120);
상기 리튬 염 첨가단계(S120)의 혼합물에 실리카(SiO2)를 첨가하여 겔과 고체 상태의 중간 형태인 준 고체상태 (Quasi-solid-state, QS)를 형성하도록 하는 준 고체상 형성 단계(S130);
상기 준 고체상 형성 단계(S130)로부터 수득된 준 고체상 혼합물에 PEO(Poly(ethylene oxide)를 1 : 1의 중량비로 혼합하는 PEO혼합 단계(S140);
상기 PEO혼합 단계(S140)의 혼합물을 가열 및 가압 하여 필름형태의 고체전해질을 형성하는 고체전해질 수득 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체전해질 제조 방법.
A step (S110) of preparing lithium polysulfide to produce lithium polysulfide (Li2S8) by mixing lithium sulfide and sulfur with TEGDME (tetraethylene glycol dimethyl ether) as a solvent;
A lithium salt addition step (S120) of adding LiTFSI (lithium trifluoromethanesulfonimide) lithium salt (LiTFSI) and LiClO4 (Lithium perchlorate) to the lithium polysulfide (Li2S8) obtained from the lithium polysulfide production step (S110) and mixing them;
Semi-solid form further comprising: to form an intermediate form of a semi-solid state (Quasi-solid-state, QS ) and the mixture was added to silica (SiO 2) in the gel and the solid state of the lithium salt added to step (S120) (S130) ;
A PEO mixing step (S140) of mixing PEO (poly (ethylene oxide) at a weight ratio of 1: 1) to the semi-solid mixture obtained from the semi-solid phase forming step (S130);
And a solid electrolyte obtaining step (S150) of heating and pressurizing the mixture of the PEO mixing step (S140) to form a solid electrolyte in the form of a film.
용매 ACN(acetonitrile, Aldrich)에, PEO(poly(ethylene oxide))을 넣고 교반 시키는 PEO교반 단계(E110); 상기 PEO교반 단계(E110)에서 얻어진 혼합물을 전기방사하는 PEO전기방사 단계(E120);를 포함하는 PEO web 제조단계(E100) 와,
용매 DMF(dimethylformamide)에 SiO2 및 PAN(polyacrylonitrile)을 혼합시키는 PAN혼합 단계(E210); 상기 PAN혼합 단계(E210)에서 얻어진 혼합물을 전기방사하는 PAN전기방사 단계(E220); 상기 PAN전기방사 단계(E220)에서 전기방사로 얻어진 PAN 나노섬유 가닥 내에 있는 SiO2를 제거하기 위해 HF(hydrogen fluoride)희석용액에 담지시키는 PAN 나노섬유 담지 단계(E230); 상기 PAN 나노섬유 담지 단계(E230) 후, 담지된 PAN 나노섬유를 청수로 세척하고 건조하는 PAN 나노섬유 건조단계(E240);를 포함하는 PAN web 제조단계(E200) 와,
TEGDME(Tetraethylene glycol dimethyl ether)를 용매로 하여 리튬설파이드(Lithium sulfide)와 유황(Sulfur)을 혼합하여 리튬폴리설파이드(Li2S8)를 제조하는 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110); 상기 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110)로부터 수득한 리튬폴리설파이드(Li2S8)에 리튬 염인 LiTFSI(Bis(trifluoromethanesulfonimide) lithium salt) 및 LiClO4(Lithium perchlorate)를 각각 첨가하여 혼합하는 리튬 염 첨가단계(S120); 상기 리튬 염 첨가단계(S120)의 혼합물에 실리카(SiO2)를 첨가하여 겔과 고체 상태의 중간 형태인 준 고체상태 (Quasi-solid-state, QS)를 형성하도록 하는 준 고체상 형성 단계(S130);를 포함하는 준고체상 제조 단계(S100) 와,
상기 준고체상 제조 단계(S100)의 수득물에 상기 PEO web 제조단계(E100) 및 PAN web 제조단계(E200)에서 얻어진 PEO web 및 PAN web을 혼합하여 가열 가압하여 필름 형태의 고체전해질을 수득하는 전기방사 고체전해질 수득 단계(E300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체전해질 제조 방법.
A PEO stirring step (E110) in which PEO (poly (ethylene oxide)) is added to a solvent ACN (acetonitrile, Aldrich) and stirred; A PEO web preparation step (E100) including a PEO electrospinning step (E120) for electrospinning the mixture obtained in the PEO stirring step (E110)
PAN mixing step (E210) in which SiO2 and PAN (polyacrylonitrile) are mixed with solvent DMF (dimethylformamide); A PAN electrospinning step (E220) for electrospinning the mixture obtained in said PAN mixing step (E210); A PAN nanofiber loading step (E230) in which a hydrogen fluoride (HF) diluent solution is supported to remove SiO2 in the PAN nanofiber strands obtained by electrospinning in the PAN electrification step (E220); (PAN) web fabrication step (E200) comprising a PAN nanofiber drying step (E240) for washing and drying the supported PAN nanofibers with fresh water after the PAN nanofiber supporting step (E230)
A step (S110) of preparing lithium polysulfide to produce lithium polysulfide (Li2S8) by mixing lithium sulfide and sulfur with TEGDME (tetraethylene glycol dimethyl ether) as a solvent; A lithium salt addition step (S120) of adding LiTFSI (lithium trifluoromethanesulfonimide) lithium salt (LiTFSI) and LiClO4 (Lithium perchlorate) to the lithium polysulfide (Li2S8) obtained from the lithium polysulfide production step (S110) and mixing them; Semi-solid form further comprising: to form an intermediate form of a semi-solid state (Quasi-solid-state, QS ) and the mixture was added to silica (SiO 2) in the gel and the solid state of the lithium salt added to step (S120) (S130) ; A semi-solid phase preparation step (S100)
The PEO web and the PAN web obtained in the PEO web production step (E100) and the PAN web production step (E200) are mixed with the product obtained in the semi-solid phase production step (S100) and heated to pressurize the electric And a step (E300) of obtaining a spinning solid electrolyte.
제 2 항에 있어서,
상기 PEO전기방사 단계(E120)는, 상기 PEO교반 단계(E110)에서 얻어진 혼합물을 노즐로써 방사하고, 인가전압 16 kV, 노즐에서 집전체까지의 거리는 18 cm, 집전체 회전 속도는 180 rpm, 노즐 구경은 21 gauge (ID : 0.51 mm), 분사속도는 0.05 ml/min으로 전기방사 하는 것을 특징으로 하는 고체전해질 제조 방법.
3. The method of claim 2,
The PEO electrospunping step E120 is a step in which the mixture obtained in the PEO stirring step E110 is spun by a nozzle and the applied voltage is 16 kV, the distance from the nozzle to the collector is 18 cm, the current collecting speed is 180 rpm, Wherein the diameter is 21 gauge (ID: 0.51 mm) and the spraying speed is 0.05 ml / min.
제 2 항에 있어서,
상기 PAN전기방사 단계(E220)는, 상기 PAN혼합 단계(E210)에서 얻어진 혼합물을 노즐로써 방사하고, 인가전압 20 kV, 노즐에서 집전체까지의 거리는 18 cm, 집전체 회전 속도는 180 rpm, 노즐 구경은 21 gauge (ID : 0.51 mm), 분사속도는 0.1 ml/min으로 전기방사 하는 것을 특징으로 하는 고체전해질 제조 방법.
3. The method of claim 2,
The PAN electrospun process (E220) is a process in which the mixture obtained in the PAN mixing process (E210) is spun by a nozzle, the applied voltage is 20 kV, the distance from the nozzle to the collector is 18 cm, the current collecting speed is 180 rpm, A diameter of 21 gauge (ID: 0.51 mm) and an injection speed of 0.1 ml / min.
제 2 항에 있어서,
상기 PEO교반 단계(E110)는, 용매 ACN(acetonitrile, Aldrich) 45 ml에, PEO(poly(ethylene oxide)) 1.8g을 넣고 교반 시키는 것을 특징으로 하는 고체전해질 제조 방법.
3. The method of claim 2,
In the PEO stirring step (E110), 1.8 g of PEO (poly (ethylene oxide)) is added to 45 ml of solvent ACN (acetonitrile, Aldrich) and stirred.
제 2 항에 있어서,
상기 PAN혼합 단계(E210)는, 용매 DMF(dimethylformamide) 54.6 ml에 SiO2 7 g 및 PAN(polyacrylonitrile) 4.6g을 혼합시키는 것을 특징으로 하는 고체전해질 제조 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the PAN mixing step (E210) comprises mixing 54.6 ml of DMF (dimethylformamide) with 7 g of SiO2 and 4.6 g of PAN (polyacrylonitrile).
제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 준 고체상 형성 단계(S130)는, 상기 리튬 염 첨가단계(S120)의 혼합물에 15 wt %의 실리카(SiO2)를 첨가하는 것을 특징으로 하는 고체전해질 제조 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The semi-solid phase forming step (S130), the solid electrolyte, production method further comprising a step of adding a silica (SiO 2) 15 wt% of the mixture of the lithium salt added to step (S120).
제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리튬폴리설파이드 제조 단계(S110)는, 리튬폴리설파이드 (Li2S8)의 몰 농도가 0.5 M인 것을 특징으로 하는 고체전해질 제조 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the lithium polysulfide production step (S110) comprises a molar concentration of lithium polysulfide (Li2S8) of 0.5M.
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