KR20180027486A - All solid lithium secondary batteries including conducting polymer and manufacturing method for the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an all-solid-state lithium secondary battery comprising: an anode including anode active materials and a first conductive polymer; a cathode including cathode active materials and a second conductive polymer; and a composite solid-state electrolytic layer including LLZO between the anode and cathode and a third conductive polymer, wherein LLZO is aluminum-doped or undoped LLZO. The anode, the composite solid-state electrolytic layer and the cathode of the all-solid-state lithium secondary battery of the present invention comprise conductive polymers at the same time to enhance discharging capacity and cycle characteristics. Moreover, the method for manufacturing the all-solid-state lithium secondary battery of the present invention reduces manufacturing costs by manufacturing the all-solid-state lithium secondary battery in a non-sintering manner by including the conductive polymers at the same time in the anode, the composite solid-state electrolytic layer and the cathode; and reduces resistance of the battery by enhancing an interfacial property between an electrolyte and an electrode.

Description

전도성 고분자를 포함하는 전고체 리튬이차전지 및 그의 제조방법{ALL SOLID LITHIUM SECONDARY BATTERIES INCLUDING CONDUCTING POLYMER AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an all-solid-state lithium secondary battery including a conductive polymer, and a method for manufacturing the same.

본 발명은 전도성 고분자를 포함하는 전고체 리튬이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 양극, 복합고체전해질층 및 음극이 동시에 전도성 고분자를 포함하는 전도성 고분자를 포함하는 전고체 리튬이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pre-solid lithium secondary battery including a conductive polymer and a method for producing the same, and more particularly, to a pre-solid lithium secondary battery including a positive electrode, a complex solid electrolyte layer and a conductive polymer containing a conductive polymer at the same time, .

리튬이차전지는 큰 전기 화학 용량, 높은 작동 전위 및 우수한 충방전 사이클 특성을 갖기 때문에 휴대정보 단말기, 휴대 전자 기기, 가정용 소형 전력 저장 장치, 모터사이클, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 용도로 수요가 증가하고 있다. 이와 같은 용도의 확산에 따라 리튬이차전지의 안전성 향상 및 고성능화가 요구되고 있다.Lithium secondary batteries have large electrochemical capacities, high operating potentials, and excellent charge / discharge cycle characteristics, so demand for portable information terminals, portable electronic devices, small household power storage devices, motorcycles, electric vehicles and hybrid electric vehicles . With the spread of such applications, improvement of safety and high performance of lithium secondary batteries are required.

종래의 리튬이차전지는 액체전해질을 사용함에 따라 공기 중의 물에 노출될 경우 쉽게 발화되어 안정성 문제가 항상 제기되어 왔다. 이러한 안전성 문제는 전기 자동차가 가시화되면서 더욱 이슈화되고 있다.Conventional lithium secondary batteries use a liquid electrolyte and are readily ignited when exposed to water in the air, thus posing a problem of stability. These safety issues are becoming more and more common as electric vehicles become more visible.

이에 따라, 최근 안전성 향상을 목적으로 불연 재료인 무기 재료로 이루어진 고체 전해질을 이용한 전고체 이차전지(All-Solid-State Secondary Battery)의 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 전고체 이차전지는 안전성, 고에너지 밀도, 고출력, 장수명, 제조공정의 단순화, 전지의 대형화/콤팩트화 및 저가화 등의 관점에서 차세대 이차전지로 주목되고 있다.Recently, all solid-state secondary batteries using a solid electrolyte made of an inorganic material, which is a nonflammable material, have been actively studied for the purpose of improving safety. BACKGROUND ART Solid-state secondary batteries are attracting attention as a next-generation secondary battery in terms of safety, high energy density, high output, long life, simplification of manufacturing process, enlargement / compactification of batteries, and low cost.

전고체 이차전지의 핵심 기술은 높은 이온전도도를 나타내는 고체전해질을 개발하는 것이다. 현재까지 알려진 전고체 이차전지용 고체전해질에는 황화물 고체전해질과, 산화물 고체전해질이 있다. The core technology of all solid secondary batteries is to develop solid electrolytes that exhibit high ionic conductivity. Solid electrolytes for all solid secondary batteries known so far include sulfide solid electrolytes and oxide solid electrolytes.

대한민국 공개특허공보 제2012-0132533호에는 전해질로서 황화물계 고체 전해질을 사용하여 우수한 출력 특성을 갖는 전고체 리튬 이차 전지가 개시되어 있다. 그러나, 황화물 고체 전해질은 유독 가스인 황화수소(H2S) 가스가 발생된다는 문제점이 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2012-0132533 discloses a pre-solid lithium secondary battery having excellent output characteristics by using a sulfide-based solid electrolyte as an electrolyte. However, the sulfide solid electrolyte has a problem that hydrogen sulfide (H 2 S) gas, which is a toxic gas, is generated.

산화물 고체 전해질은 황화물 고체 전해질에 비해 낮은 이온전도도를 보이지만 안정성이 우수하여 최근 주목 받고 있다. 그러나 종래의 산화물계 고체전해질을 사용한 전고체 리튬이차전지는 전해질/전극 간의 계면반응 등에 의해 전지의 저항이 증가하여, 방전용량 및 싸이클 특성이 저하될 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 산화물계 고체전해질을 포함하면서도 전지의 저항을 감소시킬 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.Oxide solid electrolytes exhibit lower ionic conductivity than sulfide solid electrolytes, but have attracted attention recently because of their excellent stability. However, there is a problem that the resistance of the battery increases due to the interface reaction between the electrolyte and the electrode, and the discharge capacity and the cycle characteristics may be lowered, as compared with the conventional solid lithium lithium secondary battery using the conventional oxide-based solid electrolyte. Therefore, it is necessary to develop a technique which can reduce the resistance of a battery even though it contains an oxide-based solid electrolyte.

본 발명의 목적은 양극, 복합고체전해질층 및 음극이 동시에 전도성 고분자를 포함하여 방전용량 및 싸이클 특성이 향상된 전고체 리튬이차전지를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a pre-solid lithium secondary battery in which a cathode, a composite solid electrolyte layer and a cathode simultaneously contain a conductive polymer, thereby improving discharge capacity and cycle characteristics.

또한, 양극, 복합고체전해질층 및 음극에 동시에 전도성 고분자를 포함시켜 비소결 방식으로 전고체 리튬이차전지를 제조함으로써 제조비용을 감소시키고, 전해질/전극 간의 계면 특성을 향상시켜 전지의 저항을 감소시킬 수 있는 전고체 리튬이차전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.In addition, by manufacturing the all-solid lithium secondary battery in a non-sintering manner by including the conductive polymer in the anode, the composite solid electrolyte layer, and the cathode simultaneously, it is possible to reduce the manufacturing cost and improve the interfacial characteristics between the electrolyte and the electrode, The present invention provides a method for manufacturing a pre-solid lithium secondary battery.

본 발명의 일 측면에 따르면, 양극활물질 및 제1 전도성 고분자를 포함하는 양극; 음극활물질 및 제2 전도성 고분자를 포함하는 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 LLZO 및 제3 전도성 고분자를 포함하는 복합고체전해질층;을 포함하고, 상기 LLZO는 알루미늄이 도핑 또는 비도핑된 LLZO이고, 상기 비도핑된 LLZO는 하기 화학식 1로 표시되고, 상기 도핑된 LLZO는 하기 화학식 2로 표시되는 전고체 리튬이차전지가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a cathode comprising: a cathode comprising a cathode active material and a first conductive polymer; A negative electrode comprising a negative electrode active material and a second conductive polymer; And a composite solid electrolyte layer comprising LLZO and a third conductive polymer between the anode and the cathode, wherein the LLZO is an LLZO doped or undoped with aluminum, the non-doped LLZO is represented by a general formula , And the doped LLZO is represented by the following general formula (2).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

LixLayZrzO12(6≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3)Li x La y Zr z O 12 (6? X? 9, 2? Y? 4, 1? Z? 3)

[화학식 2](2)

LixLayZrzAlwO12(5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0<w≤1)Li x La y Zr z Al w O 12 (5? X? 9, 2? Y? 4, 1? Z? 3, 0 <

상기 제1 전도성 고분자, 제2 전도성 고분자 및 제3 전도성 고분자가 각각 독립적으로 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리프로필렌옥사이드(Polypropylene oxide), 폴리포스파젠(Polyphosphazene), 폴리실록산(Polysiloxane) 및 그들의 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The first conductive polymer, the second conductive polymer and the third conductive polymer are each independently selected from the group consisting of polyethylene oxide, polyethylene glycol, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane Polysiloxane) and copolymers thereof.

상기 제1 전도성 고분자, 제2 전도성 고분자 및 제3 전도성 고분자가 각각 독립적으로 평균 분자량이 500 내지 1,000,000인 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide)일 수 있다. The first conductive polymer, the second conductive polymer, and the third conductive polymer may be independently polyethylene oxide having an average molecular weight of 500 to 1,000,000.

상기 양극활 물질이 아래 화학식 3으로 표시되는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC)일 수 있다. The cathode active material may be a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn represented by the following chemical formula (3).

[화학식 3](3)

LiNipCoqMnrO2 LiNi p Co q Mn r O 2

여기서 0<p<0.9, 0<q<0.5, 0<r<0.5, p+q+r=1 이다.here 0 <p <0.9, 0 <q <0.5, 0 <r <0.5, p + q + r = 1.

상기 음극활물질이 흑연, 코크스, 소프트 카본, 하드 카본, LTO(리튬티탄산화물), 주석 및 실리콘 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The negative electrode active material may include at least one selected from graphite, coke, soft carbon, hard carbon, LTO (lithium titanium oxide), tin and silicon.

상기 음극활물질이 흑연을 포함할 수 있다. The negative electrode active material may include graphite.

상기 LLZO가 알루미늄이 도핑된 LLZO일 수 있다. The LLZO may be an aluminum-doped LLZO.

상기 알루미늄이 도핑된 LLZO가 가넷 결정구조일 수 있다. The aluminum-doped LLZO may be a garnet crystal structure.

상기 양극 및 음극 중 선택된 1종 이상이 LLZO 추가로 포함할 수 있다. One or more selected from the anode and the cathode may further include LLZO.

상기 양극 및 음극 중 선택된 1종 이상이 도전재를 추가로 포함할 수 있다. At least one selected from the positive electrode and the negative electrode may further include a conductive material.

상기 도전재가 카본블랙, 아세틸렌블랙, 및 케첸블랙 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The conductive material may include at least one selected from carbon black, acetylene black, and ketjen black.

상기 양극, 복합고체전해질층 및 음극 중 선택된 1종 이상이 리튬염을 추가로 포함할 수 있다. The positive electrode, the composite solid electrolyte layer, and the negative electrode may further include a lithium salt.

상기 리튬염이 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LipF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4) 및 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. Wherein the lithium salt is selected from the group consisting of lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LipF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), and lithium trifluoromethanesulfonylimide may be at least one selected from (LiN (CF 3 SO 2) 2).

상기 전고체 리튬이차전지가 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC) 및 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 양극; 흑연 및 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에, 알루미늄이 도핑 LLZO 및 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 복합고체전해질층;을 포함할 수 있다. Wherein the pre-solid lithium secondary battery comprises a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn and a polyethylene oxide; An anode comprising graphite and polyethylene oxide; And a composite solid electrolyte layer containing aluminum-doped LLZO and polyethylene oxide between the anode and the cathode.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면, (a) 양극활물질 및 제1 전도성 고분자를 혼합하여 양극을 제조하는 단계; (b) 음극활물질 및 제2 전도성 고분자를 혼합하여 음극을 제조하는 단계; (c) 고체전해질 및 제3 전도성 고분자를 혼합하여 복합고체전해질층을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 양극과 음극 사이에 상기 복합고체전해질층을 배치하여 적층하는 단계;를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a positive electrode, comprising: (a) preparing a positive electrode by mixing a positive electrode active material and a first conductive polymer; (b) mixing the negative electrode active material and the second conductive polymer to prepare a negative electrode; (c) mixing the solid electrolyte and the third conductive polymer to prepare a composite solid electrolyte layer; And (d) disposing and laminating the composite solid electrolyte layer between the positive electrode and the negative electrode. The present invention also provides a method of manufacturing a pre-solid lithium rechargeable battery.

단계 (d)가 상기 양극과 음극 사이에 상기 복합고체전해질층을 배치하고 아래 식 1의 온도 범위(T)에서, 0.1 내지 1.0 MPa의 압력으로 가압하여 적층하는 단계일 수 있다. The step (d) may be a step of arranging the composite solid electrolyte layer between the positive electrode and the negative electrode and pressing them at a pressure of 0.1 to 1.0 MPa in the temperature range (T) of the following equation (1).

[식 1][Formula 1]

Tm ≤T≤ Tm+50℃Tm? T? Tm + 50 占 폚

상기 식 1에서, Tm1, Tm2 및 Tm3 중 Tm1 이 가장 클 경우 Tm = Tm1이고, Tm2 가 가장 클 경우 Tm = Tm2이고, Tm3 가 가장 클 경우 Tm = Tm3이고, And in the formula 1, T m1, T m2 and T when m3 of T m1 is the greater, and Tm = T m1, and if T m2 is the greater Tm = T m2, if T m3 is greatest Tm = T m3,

Tm3 < Tm1 = Tm2 인 경우 Tm = Tm1이고, Tm2 < Tm1 = Tm3 인 경우 Tm = Tm1이고, Tm1 < Tm2 = Tm3 인 경우 Tm = Tm2이고, M3 and T <T m1 = m2 if T and Tm = T m1, T m2 < T m1 = T m3 and if Tm = T m1, if the T m1 <T m2 = T m3 Tm = T m2,

Tm1 = Tm2 = Tm3 인 경우 Tm = Tm1이며, M1 = m2 = T and T if T m3 Tm = T m1,

여기서, Tm1은 제1 전도성 고분자의 용융온도이고, Tm2은 제2 전도성 고분자의 용융온도이고, Tm3은 제3 전도성 고분자의 용융온도이다.Here, T m1 is the melting temperature of the first conductive polymer, T m2 is the melting temperature of the second conductive polymer, T m3 is the melting temperature of the third conductive polymer.

상기 제1 전도성 고분자, 제2 전도성 고분자 및 제3 전도성 고분자가 폴리에틸렌옥사이드이고,Wherein the first conductive polymer, the second conductive polymer, and the third conductive polymer are polyethylene oxide,

단계 (d)가 상기 양극과 음극 사이에 상기 복합고체전해질층을 배치하고 65℃(폴리에틸렌옥사이드의 용융온도) 내지 115℃의 온도에서 0.1 내지 1.0 MPa의 압력으로 가압하여 적층하는 단계일 수 있다. The step (d) may be a step of disposing the composite solid electrolyte layer between the anode and the cathode and pressing the mixture at a pressure of 0.1 to 1.0 MPa at a temperature of 65 ° C (melting temperature of polyethylene oxide) to 115 ° C.

본 발명의 전고체 리튬이차전지는 종래기술과는 다르게 양극, 복합고체전해질층 및 음극이 동시에 전도성 고분자를 포함하여 방전용량 및 싸이클 특성이 향상될 수 있다. Unlike the prior art, the pre-solid lithium lithium secondary battery of the present invention includes the conductive polymer at the same time as the anode, the composite solid electrolyte layer, and the cathode, so that the discharge capacity and the cycle characteristics can be improved.

또한, 본 발명의 전고체 리튬이차전지의 제조방법은 양극, 복합고체전해질층 및 음극에 동시에 전도성 고분자를 포함시켜 비소결 방식으로 전고체 리튬이차전지를 제조함으로써 제조비용을 감소시키고, 전해질/전극 간의 계면 특성을 향상시켜 전지의 저항을 감소시킬 수 있다. The method of manufacturing a pre-solid lithium rechargeable battery of the present invention reduces the manufacturing cost by manufacturing a pre-solid lithium rechargeable battery in a non-sintering manner by simultaneously including a conductive polymer in the anode, the composite solid electrolyte layer, The resistance of the battery can be reduced.

도 1은 본 발명의 전고체 리튬이차전지의 개략도이다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지의 충방전 특성을 측정한 결과이다.
도 3은 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지를 70℃에서 싸이클에 따른 방전용량을 측정한 결과이다.
1 is a schematic diagram of a pre-solid lithium secondary battery of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the results of measurement of charge-discharge characteristics of a pre-solid lithium secondary battery produced according to Example 1. FIG.
3 is a graph showing the results of measuring the discharge capacity of the entire solid lithium secondary battery prepared in Example 1 and Example 2 at 70 ° C according to the cycle.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description does not limit the present invention to specific embodiments. In the following description of the present invention, detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the present invention may be blurred .

본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises ", or" having ", and the like, specify that the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 전고체 리튬이차전지의 개략도이다. 여기서, 양극은 리튬금속산화물(NMC) 양극활물질, LLZO 및 PEO 전도성 고분자를 포함하고, 복합고체전해질층은 LLZO 및 PEO 전도성 고분자를 포함하고, 음극은 흑연 음극활물질, LLZO 및 PEO 전도성 고분자를 포함하고, 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 집전체를 포함하는 것으로 예시하였으나, 본 발명의 범위가 여기에 한정되지 않는다.1 is a schematic diagram of a pre-solid lithium secondary battery of the present invention. Here, the anode includes lithium metal oxide (NMC) cathode active material, LLZO and PEO conductive polymer, the composite solid electrolyte layer includes LLZO and PEO conductive polymer, and the anode includes graphite anode active material, LLZO and PEO conductive polymer , Copper (Cu), and aluminum (Al) current collector, but the scope of the present invention is not limited thereto.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 전고체 리튬이차전지에 대해 상세히 설명하도록 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, the entire solid lithium secondary battery of the present invention will be described in detail with reference to FIG. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

본 발명의 전고체 리튬이차전지는 양극활물질 및 제1 전도성 고분자를 포함하는 양극; 음극활물질 및 제2 전도성 고분자를 포함하는 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 LLZO 및 제3 전도성 고분자를 포함하는 복합고체전해질층;을 포함할 수 있다. The pre-solid lithium secondary battery of the present invention comprises a cathode comprising a cathode active material and a first conductive polymer; A negative electrode comprising a negative electrode active material and a second conductive polymer; And a composite solid electrolyte layer including LLZO and a third conductive polymer between the anode and the cathode.

상기 LLZO는 알루미늄이 도핑 또는 비도핑된 LLZO이고, 상기 비도핑된 LLZO는 하기 화학식 1로 표시되고, 상기 도핑된 LLZO는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다. The LLZO may be an aluminum doped or undoped LLZO, the undoped LLZO may be represented by the following Formula 1, and the doped LLZO may be represented by the following Formula 2.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

LixLayZrzO12(6≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3)Li x La y Zr z O 12 (6? X? 9, 2? Y? 4, 1? Z? 3)

[화학식 2](2)

LixLayZrzAlwO12(5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0<w≤1)Li x La y Zr z Al w O 12 (5? X? 9, 2? Y? 4, 1? Z? 3, 0 <

상기 제1 전도성 고분자, 제2 전도성 고분자 및 제3 전도성 고분자는 각각 독립적으로 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리프로필렌옥사이드(Polypropylene oxide), 폴리포스파젠(Polyphosphazene), 폴리실록산(Polysiloxane) 및 그들의 공중합체등이 가능하나, 바람직하게는 평균 분자량이 500 내지 1,000,000인 폴리에틸렌옥사이드일 수 있다. 더욱 바람직하게는 평균 분자량이 1,000 내지 400,000인 폴리에틸렌옥사이드, 더욱 더 바람직하게는 평균 분자량이 5,000 내지 300,000인 폴리에틸렌옥사이드일 수 있다.The first conductive polymer, the second conductive polymer and the third conductive polymer may each independently be selected from the group consisting of polyethylene oxide, polyethylene glycol, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane Polysiloxane, and copolymers thereof, but may preferably be a polyethylene oxide having an average molecular weight of 500 to 1,000,000. More preferably a polyethylene oxide having an average molecular weight of 1,000 to 400,000, and still more preferably a polyethylene oxide having an average molecular weight of 5,000 to 300,000.

상기 제1 전도성 고분자, 제2 전도성 고분자 및 제3 전도성 고분자는 일반적으로 전도율 10-7Scm-1(반도체 이상의 값) 이상의 값을 표시하는 고분자를 의미하며, 대부분의 경우는 전자 수용체 또는 전자 공여체를 고분자에 도프함으로써 높은 전도율이 얻어질 수 있다. 도프된 폴리에틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜 등이 대표적인 전도성 고분자로 알려져있다. 본 발명에서는 리튬염과 복합화하여 최적의 이온전도성을 가질 수 있는 전도성 고분자를 선택하는 것이 바람직하며, 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide)가 바람직할 수 있다.The first conductive polymer, the second conductive polymer and the third conductive polymer generally denote a polymer having a conductivity of 10 -7 Scm -1 or more (a value equal to or higher than a semiconductor value). In most cases, an electron acceptor or an electron donor High conductivity can be obtained by doping the polymer. Doped polyethylene, polypyrrole, polythiophene, and the like are known as typical conductive polymers. In the present invention, it is preferable to select a conductive polymer which is complexed with a lithium salt to have optimal ion conductivity, and polyethylene oxide may be preferable.

상기 양극, 음극 및 복합고체전해질층에 전도성 고분자가 모두 포함됨으로써 전해질/전극 간의 계면 특성이 향상되어 전고체 리튬이차전지의 방전용량 및 싸이클 특성이 향상될 수 있다. By including the conductive polymer in the positive electrode, the negative electrode, and the composite solid electrolyte layer, the interfacial characteristics between the electrolyte and the electrode are improved, so that the discharge capacity and cycle characteristics of the all-solid lithium secondary battery can be improved.

상기 양극활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li 1+xMn2-xO4(여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3; Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC)인 Li[NixCo1-2xNnxO]2 (0<x<0.5)로 표현될 수 있는 Li[Ni1/3Co1/3Nn1/3O]2 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 ; Three component system of Ni-Co-Mn lithium metal oxide (NMC) of Li [Ni x Co 1-2x Nn x O] 2 (0 <x <0.5) Li [Ni 1/3 Co 1/3 , which can be expressed in Nn 1/3 O] 2 , but the present invention is not limited to these.

상기 양극활물질은 바람직하게는 아래 화학식 3으로 표시되는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC)일 수 있다. The cathode active material may preferably be a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn represented by the following formula (3).

[화학식 3](3)

LiNipCoqMnrO2 LiNi p Co q Mn r O 2

여기서 0<p<0.9, 0<q<0.5, 0<r<0.5, p+q+r=1 이다.here 0 <p <0.9, 0 <q <0.5, 0 <r <0.5, p + q + r = 1.

상기 음극활물질은 흑연, 코크스, 소프트 카본, 하드 카본, LTO(리튬티탄산화물), 주석, 실리콘 등이 가능하나, 바람직하게는 흑연일 수 있다.The negative electrode active material may be graphite, coke, soft carbon, hard carbon, LTO (lithium titanium oxide), tin, silicon or the like, preferably graphite.

바람직하게는 상기 LLZO는 알루미늄이 도핑된 LLZO 일 수 있고, 상기 알루미늄이 도핑된 LLZO는 가넷 결정구조일 수 있다. 상기 가넷 결정구조는 이온 전도도가 높고 전위 안전성이 우수한 구조이다. Preferably, the LLZO may be an aluminum-doped LLZO, and the aluminum-doped LLZO may be a garnet crystal structure. The garnet crystal structure is a structure having high ionic conductivity and excellent dislocation stability.

상기 양극 및 음극이 상기 LLZO를 추가로 포함할 수 있다. The anode and the cathode may further include the LLZO.

상기 양극 및 음극이 도전재를 추가로 포함할 수 있다. The positive electrode and the negative electrode may further include a conductive material.

상기 도전재는 카본블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙 등이 가능하나, 바람직하게는 카본블랙일 수 있다. The conductive material may be carbon black, acetylene black, ketjen black, or the like, preferably carbon black.

상기 양극, 복합고체전해질층 및 음극이 리튬염을 추가로 포함할 수 있다. The positive electrode, the composite solid electrolyte layer, and the negative electrode may further include a lithium salt.

상기 리튬염은 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LipF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2) 등이 가능하나, 바람직하게는 리튬퍼클로레이트일 수 있다. The lithium salt is selected from the group consisting of lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LipF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2) 2) , such as the one available, and may be preferably lithium perchlorate.

상기 전고체 리튬이차전지는 바람직하게는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC) 및 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 양극; 흑연 및 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에, 알루미늄이 도핑 LLZO 및 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 복합고체전해질층;을 포함할 수 있다. The pre-solid lithium secondary battery preferably comprises a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn and a polyethylene oxide; An anode comprising graphite and polyethylene oxide; And a composite solid electrolyte layer containing aluminum-doped LLZO and polyethylene oxide between the anode and the cathode.

이하, 본 발명의 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, the production method of the pre-solid lithium secondary battery of the present invention will be described in detail.

먼저, 양극활물질 및 제1 전도성 고분자를 혼합하여 양극을 제조한다(단계 a).First, the positive electrode is prepared by mixing the positive electrode active material and the first conductive polymer (step a).

좀 더 상세하게 설명하면, 상기 양극활물질 및 제1 전도성 고분자를 혼합한 슬러리를 캐스팅한 후 건조하여 양극을 제조할 수 있다. More specifically, the anode may be prepared by casting a slurry containing the cathode active material and the first conductive polymer, followed by drying.

다음으로, 음극활물질 및 제2 전도성 고분자를 혼합하여 음극을 제조한다(단계 b).Next, a negative electrode is prepared by mixing the negative electrode active material and the second conductive polymer (step b).

좀 더 상세하게 설명하면, 상기 음극활물질 및 제2 전도성 고분자를 혼합한 슬러리를 캐스팅한 후 건조하여 음극을 제조할 수 있다.More specifically, a slurry obtained by mixing the negative electrode active material and the second conductive polymer may be cast and dried to produce a negative electrode.

다음으로, 고체전해질 및 제3 전도성 고분자를 혼합하여 복합고체전해질층을 제조한다(단계 c).Next, the solid electrolyte and the third conductive polymer are mixed to prepare a composite solid electrolyte layer (step c).

좀 더 상세하게 설명하면, 상기 고체전해질 및 제3 전도성 고분자를 혼합한 혼합물을 기재 상에 코팅하여 복합고체전해질층을 제조할 수 있다.More specifically, a mixture of the solid electrolyte and the third conductive polymer may be coated on a substrate to produce a composite solid electrolyte layer.

상기 기재는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone), PC(Polycarbonate), PP(polypropylene) 등이 가능하며, 바람직하게는 PET일 수 있다.The substrate may be PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylenenaphthalate), PES (polyethersulfone), PC (Polycarbonate), PP (polypropylene) or the like, preferably PET.

상기 코팅은 기재에 손상을 입히지 않는 코팅 방법이라면 어느 것이든 가능할 수 있다.The coating may be any coating method that does not damage the substrate.

마지막으로, 상기 양극과 음극 사이에 상기 복합고체전해질층을 배치하여 적층한다(단계 d).Finally, the composite solid electrolyte layer is disposed between the positive electrode and the negative electrode and laminated (step d).

바람직하게는 상기 양극과 음극 사이에 상기 복합고체전해질층을 배치하고 아래 식 1의 온도 범위(T)에서, 0.1 내지 1.0 MPa의 압력으로 가압하여 적층할 수 있다. Preferably, the composite solid electrolyte layer is disposed between the positive electrode and the negative electrode and is laminated by pressurization at a pressure of 0.1 to 1.0 MPa in the temperature range (T) shown below.

[식 1][Formula 1]

Tm ≤T≤ Tm+50℃Tm? T? Tm + 50 占 폚

상기 식 1에서, Tm1, Tm2 및 Tm3 중 Tm1 이 가장 클 경우 Tm = Tm1이고, Tm2 가 가장 클 경우 Tm = Tm2이고, Tm3 가 가장 클 경우 Tm = Tm3이고, And in the formula 1, T m1, T m2 and T when m3 of T m1 is the greater, and Tm = T m1, and if T m2 is the greater Tm = T m2, if T m3 is greatest Tm = T m3,

Tm3 < Tm1 = Tm2 인 경우 Tm = Tm1이고, Tm2 < Tm1 = Tm3 인 경우 Tm = Tm1이고, Tm1 < Tm2 = Tm3 인 경우 Tm = Tm2이고, M3 and T <T m1 = m2 if T and Tm = T m1, T m2 < T m1 = T m3 and if Tm = T m1, if the T m1 <T m2 = T m3 Tm = T m2,

Tm1 = Tm2 = Tm3 인 경우 Tm = Tm1이며, M1 = m2 = T and T if T m3 Tm = T m1,

여기서, Tm1은 제1 전도성 고분자의 용융온도이고, Tm2은 제2 전도성 고분자의 용융온도이고, Tm3은 제3 전도성 고분자의 용융온도이다.Here, T m1 is the melting temperature of the first conductive polymer, T m2 is the melting temperature of the second conductive polymer, T m3 is the melting temperature of the third conductive polymer.

상기 가압은 바람직하게는 0.1 내지 1.0 MPa의 압력으로 수행될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.8 MPa, 더욱 더 바람직하게는 0.2 내지 0.4 MPa 로 수행될 수 있다. The pressurization can be preferably carried out at a pressure of 0.1 to 1.0 MPa, more preferably 0.1 to 0.8 MPa, even more preferably 0.2 to 0.4 MPa.

상기 가압은 5초 내지 5분 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 5초 내지 3분, 더욱 바람직하게는 5초 내지 1분 동안 수행될 수 있다.The pressurization can be performed for 5 seconds to 5 minutes, preferably 5 seconds to 3 minutes, more preferably 5 seconds to 1 minute.

상기 제1 전도성 고분자, 제2 전도성 고분자 및 제3 전도성 고분자는 바람직하게는 폴리에틸렌옥사이드일 수 있고, 폴리에틸렌옥사이드인 경우 단계 (d)는 상기 양극과 음극 사이에 상기 복합고체전해질층을 배치하고 65℃(폴리에틸렌옥사이드의 용융온도) 내지 115℃의 온도에서 0.1 내지 1.0 MPa의 압력으로 가압하여 적층하는 단계일 수 있다.The first conductive polymer, the second conductive polymer and the third conductive polymer may preferably be polyethylene oxide. In the case of polyethylene oxide, step (d) is preferably performed by disposing the composite solid electrolyte layer between the anode and the cathode, (Melting temperature of polyethylene oxide) to 115 캜 at a pressure of 0.1 to 1.0 MPa and laminating them.

본 발명의 전고체 리튬이차전지는 제1 전도성 고분자, 제2 전도성 고분자 및 제3 전도성 고분자의 용융온도 이상에서 가압이 수행됨으로써, 양극에 포함되는 제1 전도성 고분자, 복합고체전해질층에 포함되는 제2 전도성 고분자 및 음극에 포함되는 제3 전도성 고분자가 용융된 후 접착되어 양극 및 음극과 복합고체전해질층 사이의 전해질/전극 간의 계면 특성이 향상되고, 이로 인해 전지의 저항이 감소될 수 있다.The entire solid lithium secondary battery of the present invention is pressurized at a temperature higher than the melting temperature of the first conductive polymer, the second conductive polymer and the third conductive polymer, so that the first conductive polymer contained in the anode, the second conductive polymer contained in the composite solid electrolyte layer The second conductive polymer and the third conductive polymer included in the cathode are melted and adhered to improve the interface characteristics between the electrolyte and the electrode between the cathode and the composite solid electrolyte layer, thereby reducing the resistance of the battery.

[실시예][Example]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, this is for illustrative purposes only, and thus the scope of the present invention is not limited thereto.

제조예 1: 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Aluminum doped lithium lanthanum zirconium oxide, Al-LLZO)의 제조Preparation Example 1: Preparation of aluminum-doped lithium lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO)

증류수에 출발물질인 La:Zr:Al의 몰비율이 3:2:0.25가 되도록 란타늄 질산염(La(NO3)3·6H2O), 지르코늄 질산염(ZrO(NO3)2·2H2O) 및 알루미늄 질산염(Al(NO3)3·9H2O)을 용해시켜 출발물질이 1몰 농도인 출발물질 용액을 제조하였다. (La (NO 3 ) 3 .6H 2 O), zirconium nitrate (ZrO (NO 3 ) 2 .2H 2 O) so that the molar ratio of La: Zr: Al in distilled water is 3: And aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O) were dissolved to prepare a starting material solution having a starting molar concentration of 1 mol.

쿠에트 테일러 와류 반응기의 주입부를 통하여 상기 출발물질 용액, 착화제로 암모니아수 0.6몰, 및 수산화나트륨 수용액을 적정량 첨가하여 pH가 11로 조절된 혼합 용액이 되도록 하고 반응온도는 25℃, 반응시간은 4hr, 교반봉의 교반속도는 1,300 rpm으로 하여 공침시켜 액상 슬러리 형태의 전구체 슬러리를 토출부로 토출하였다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기의 공침 반응에서 테일러 수는 640 이상으로 하였다.A proper amount of 0.6 mol of ammonia water and an aqueous solution of sodium hydroxide as a starting material solution and a complexing agent were added through the injection part of a quattroiler vortex reactor so as to obtain a mixed solution whose pH was adjusted to 11. The reaction temperature was 25 ° C, The agitation speed of the stirrer was coprecipitated at 1,300 rpm to discharge the precursor slurry in the form of a liquid slurry to the discharge portion. The Taylor number in the coprecipitation reaction of the Kuett Taylor vortex reactor was 640 or more.

상기 전구체 슬러리를 정제수로 세척한 후, 밤새 건조하였다. 건조된 전구체를 볼밀로 분쇄한 후, 과잉의 LiOH·H2O을 첨가하고, 볼밀로 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물의 LiOH·H2O 함량은 LiOH·H2O 중 Li의 함량이 생성되는 고체전해질 중 Li 100중량부에 대하여 103중량부가 되도록 3 wt% 과잉투입하였다. 상기 혼합물을 900℃에서 2시간 동안 하소한 후 분쇄하여 알루미늄이 도핑된 LLZO(Al-LLZO)인 Li6.25La3Zr2Al0.25O12를 제조하였다.The precursor slurry was washed with purified water and dried overnight. The dried precursor was ground with a ball mill and excess LiOH.H 2 O was added and mixed with a ball mill to prepare a mixture. The LiOH.H 2 O content of the mixture was 3 wt% in an excess amount such that the Li content in the LiOH.H 2 O was 103 parts by weight based on 100 parts by weight of Li in the resulting solid electrolyte. The mixture was calcined at 900 캜 for 2 hours and then pulverized to prepare Li 6.25 La 3 Zr 2 Al 0.25 O 12 , which is an aluminum-doped LLZO (Al-LLZO).

제조예 2: 양극의 제조Production Example 2: Preparation of positive electrode

양극활물질(리튬 니켈 코발트 망간 산화물, NMC), 도전재(Super-p), 전도성 고분자(Polyethylene Oxide(PEO), 평균 분자량: 200,000, 용융온도: 65℃) 및 제조예 1에 따라 제조된 Al-LLZO의 혼합비율을 중량비(wt%)가 70:10:10:10이 되도록 혼합하였다. A conductive polymer (PEO), average molecular weight: 200,000, melting temperature: 65 占 폚), and an Al-Cu alloy prepared according to Production Example 1 were used as a positive electrode active material (lithium nickel cobalt manganese oxide, NMC) LLZO was mixed so that the weight ratio (wt%) was 70: 10: 10: 10.

구체적으로, 먼저 NMC, Super-p 및 제조예 1에 따라 제조된 Al-LLZO를 상기 중량비로 칭량한 후, 막자 사발을 이용하여 30분 동안 혼합하여 혼합 분말을 제조하였다. 상기 혼합 분말은 싱키 혼합기(Thinky mixer) 전용 용기에 옮겨 담은 후 상기 중량비로 PEO를 혼합하고, 혼합기에 장착하여 1회 2,000rpm으로 5분동안 3회 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 다음으로, 상기 혼합물에 ACN(acetonitrile)을 혼합하여 적절한 점도로 조절하고, 지르콘 볼을 넣은 후 2,000rpm으로 5분 동안 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 마지막으로, 상기 슬러리를 알루미늄 포일 상에 캐스팅 하고, 진공 오븐에 60℃로 24시간 건조하여 양극을 제조하였다. 건조 후 두께는 약 35㎛로 조절하였다.Specifically, NMC, Super-p, and Al-LLZO prepared according to Production Example 1 were weighed in the weight ratio, and then mixed using a mortar for 30 minutes to prepare a mixed powder. The mixed powder was transferred into a container dedicated to a Thinky mixer, and then PEO was mixed at the weight ratio, and the mixture was mounted in a mixer and mixed once for 3 minutes at 2,000 rpm for 5 minutes. Next, ACN (acetonitrile) was mixed with the mixture, adjusted to an appropriate viscosity, zircon balls were added, and mixed at 2,000 rpm for 5 minutes to prepare a slurry. Finally, the slurry was cast on an aluminum foil and dried in a vacuum oven at 60 DEG C for 24 hours to prepare a positive electrode. The thickness after drying was adjusted to about 35 탆.

제조예 3: 복합고체전해질층의 제조Production Example 3: Preparation of composite solid electrolyte layer

제조예 1에 따라 제조된 Al-LLZO 및 PEO 전체 중량(Al-LLZO + PEO)에 대해 Al-LLZO의 함량이 70wt%가 되도록 Al-LLZO와 PEO 고체전해질 바인더를 칭량하고, 싱키 혼합기를 이용하여 2,000rpm으로 5분 동안 교반하여 혼합물을 제조하였다. The Al-LLZO and the PEO solid electrolyte binder were weighed so that the content of Al-LLZO was 70 wt% with respect to the total weight of Al-LLZO and PEO produced according to Production Example 1 (Al-LLZO + PEO) The mixture was stirred at 2,000 rpm for 5 minutes to prepare a mixture.

이때, 상기 PEO 고체전해질 바인더는 PEO, ACN 및 LiClO4 를 포함하는 혼합 용액이고, PEO가 PEO 고체전해질 바인더 전체 중량을 기준으로 25wt%가 되도록 하였다. 또한, 상기 PEO 고체전해질 바인더는 이온전도성을 가지도록 설계하였으며, PEO와 LiClO4의 함량비가 [EO] : [Li] = 15 : 1이 되도록 하였다.At this time, the PEO solid electrolyte binder was a mixed solution containing PEO, ACN and LiClO 4 , and PEO was adjusted to 25 wt% based on the total weight of the PEO solid electrolyte binder. Also, the PEO solid electrolyte binder was designed to have ionic conductivity, and the content ratio of PEO and LiClO 4 was set to [EO]: [Li] = 15: 1.

상기 혼합물에 ACN을 혼합하고, 싱키 혼합기로 교반하여 적절한 점도로 조절하였다. 다음으로, 2mm 지르콘 볼을 첨가하고 싱키 혼합기로 2,000rpm으로 5분 동안 교반하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리는 PET(polyethylene terephthalate) 필름 상에 캐스팅하고 상온 건조하였으며, 그 두께가 80㎛가 되도록 조절하여 복합고체전해질층을 제조하였다. The mixture was mixed with ACN and stirred with a Sinky mixer to adjust the viscosity to an appropriate value. Next, 2 mm zircon balls were added and stirred at 2,000 rpm for 5 minutes with a Sinky mixer to prepare a slurry. The slurry was cast on a PET (polyethylene terephthalate) film, dried at room temperature, and adjusted to have a thickness of 80 탆 to prepare a composite solid electrolyte layer.

제조예 4: 음극의 제조Production Example 4: Preparation of a cathode

사용 전 2일간 110℃에서 건조시킨 흑연(Graphite), 제조예 1에 따라 제조된 Al-LLZO, Super P 및 PEO 고체전해질 바인더의 혼합비율을 중량비(wt%)가 57:12:1:30이 되도록 혼합한 후 싱키 혼합기를 이용하여 2,000rpm으로 5분 동안 교반하여 혼합물을 제조하였다. The mixing ratio of graphite dried at 110 DEG C for 2 days before use, Al-LLZO prepared according to Preparation Example 1, Super P and PEO solid electrolyte binder was set to a weight ratio (wt%) of 57: 12: 1: 30 And the mixture was stirred at 2,000 rpm for 5 minutes using a Sinky mixer to prepare a mixture.

이때, 상기 PEO 고체전해질 바인더는 PEO, ACN 및 LiClO4 를 포함하는 혼합 용액이고, PEO가 PEO 고체전해질 바인더 전체 중량을 기준으로 25wt%가 되도록 하였다. 또한, 상기 PEO 고체전해질 바인더는 이온전도성을 가지도록 설계하였으며, PEO와 LiClO4의 함량비가 [EO] : [Li] = 15 : 1이 되도록 하였다.At this time, the PEO solid electrolyte binder was a mixed solution containing PEO, ACN and LiClO 4 , and PEO was adjusted to 25 wt% based on the total weight of the PEO solid electrolyte binder. Also, the PEO solid electrolyte binder was designed to have ionic conductivity, and the content ratio of PEO and LiClO 4 was set to [EO]: [Li] = 15: 1.

상기 혼합물에 ACN을 혼합하고, 싱키 혼합기로 교반하여 적절한 점도로 조절하였다. 다음으로, 2mm 지르콘 볼을 첨가하고 싱키 혼합기로 2,000rpm으로 5분 동안 교반하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 구리 포일 상에 캐스팅하고 60℃에서 24시간 동안 진공 건조하였으며, 구리 포일(집전체)을 포함하는 음극의 두께가 60~65㎛가 되도록 조절하여 음극을 제조하였다. The mixture was mixed with ACN and stirred with a Sinky mixer to adjust the viscosity to an appropriate value. Next, 2 mm zircon balls were added and stirred at 2,000 rpm for 5 minutes with a Sinky mixer to prepare a slurry. The slurry was cast on a copper foil, vacuum-dried at 60 DEG C for 24 hours, and adjusted to have a thickness of 60 to 65 mu m to form a negative electrode including a copper foil (current collector).

실시예 1: 전고체 리튬이차전지의 제조Example 1: Preparation of a pre-solid lithium secondary battery

제조예 2에 따라 제조된 양극, 제조예 3에 따라 제조된 복합고체전해질층 및 제조예 4에 따라 제조된 음극을 각각 14 사이즈로 펀칭한 후 양극, 복합고체전해질층 및 음극 순으로 적층하였다. 다음으로, 약 70~80로 가열하면서 약 10초 동안 0.3 MPa 압력을 가하여 적층체를 제조하였다. 상기 적층체를 2032 규격의 코인셀(coin cell)로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.The composite solid electrolyte layer prepared according to Preparation Example 3 and the negative electrode prepared according to Preparation Example 4 were each punched into 14 sizes and then laminated in the order of the positive electrode, the composite solid electrolyte layer and the negative electrode. Next, a pressure of 0.3 MPa was applied for about 10 seconds while heating to about 70 to 80 to prepare a laminate. A total solid lithium secondary battery was prepared from the above-mentioned laminate using a 2032 coin cell.

실시예 2: 전고체 리튬이차전지의 제조Example 2: Preparation of a pre-solid lithium secondary battery

코인셀이 아닌 파우치 셀(pouch cell)로 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다. A pre-solid lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that it was made into a pouch cell instead of a coin cell.

[시험예][Test Example]

시험예 1: 충방전 특성 측정Test Example 1: Measurement of charge / discharge characteristics

도 2는 실시예 1에 따라 코인셀 타입으로 제조된 전고체 리튬이차전지의 충방전 특성을 0.1C의 전류로 70℃에서 측정하여 나타낸 것이다. 2 is a graph showing the charging / discharging characteristics of a pre-solid lithium secondary battery manufactured in a coin cell type according to Example 1 at a current of 0.1 C at 70 ° C.

도 2를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지는 70℃에서 약 100 mAh/g의 방전용량을 유지하는 것으로 나타났다. Referring to FIG. 2, the entire solid lithium battery produced according to Example 1 was found to maintain a discharge capacity of about 100 mAh / g at 70 ° C.

따라서, 양극, 복합고체전해질층 및 음극에 전도성 고분자 PEO를 포함하는 실시예 1에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지는 싸이클에 따라 용량이 감소되는 경향을 확인 할 수 있었다. Accordingly, it was confirmed that the capacity of the pre-solid lithium lithium secondary battery produced according to Example 1 including the conductive polymer PEO in the anode, the composite solid electrolyte layer, and the cathode decreased according to the cycle.

시험예 2: 싸이클에 따른 방전용량 측정Test Example 2: Measurement of Discharge Capacity According to Cycle

도 3은 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지를 70℃에서 싸이클에 따른 방전용량을 측정한 결과이다. FIG. 3 shows the results of measuring the discharge capacity of the secondary battery prepared in Example 1 and Example 2 at 70 ° C according to the cycle.

도 3을 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지는 20 싸이클에서 초기용량 대비 약 76%의 방전용량을 유지하는 것으로 나타났고, 실시예 2에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지는 초기용량 대비 약 65%의 방전용량을 유지하는 것으로 나타났다.Referring to FIG. 3, the pre-solid lithium lithium secondary battery produced according to Example 1 showed a discharge capacity of about 76% compared to the initial capacity in 20 cycles, and all of the solid lithium lithium produced according to Example 2 The discharge capacity of the battery was maintained at about 65% of the initial capacity.

따라서, 초기 방전용량은 실시예 2에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지가, 싸이클 특성은 실시예 1에 따라 제조된 전고체 리튬이차전지가 우수한 특성을 갖는 것을 알 수 있었다. Therefore, it was found that the all-solid lithium secondary battery produced according to Example 2 had an initial discharge capacity and the all-solid lithium secondary battery produced according to Example 1 had a cycle characteristic.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

Claims (14)

(a) 양극활물질 및 제1 전도성 고분자를 혼합하여 양극을 제조하는 단계;
(b) 음극활물질 및 제2 전도성 고분자를 혼합하여 음극을 제조하는 단계;
(c) 고체전해질 및 제3 전도성 고분자를 혼합하여 복합고체전해질층을 제조하는 단계; 및
(d) 상기 양극과 음극 사이에 상기 복합고체전해질층을 배치하여 적층하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 전도성 고분자, 제2 전도성 고분자 및 제3 전도성 고분자가 각각 독립적으로 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 및 폴리프로필렌옥사이드(Polypropylene oxide) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 단계 (d)가 상기 양극과 음극 사이에 상기 복합고체전해질층을 배치하고 아래 식 1의 온도 범위(T)에서, 0.1 내지 0.3 MPa의 압력으로 가압하여 적층하는 단계인 것인 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
[식 1]
Tm ≤T≤ Tm+50℃
상기 식 1에서, Tm1, Tm2 및 Tm3 중 Tm1 이 가장 클 경우 Tm = Tm1이고,
Tm2 가 가장 클 경우 Tm = Tm2이고,
Tm3 가 가장 클 경우 Tm = Tm3이고,
Tm3 < Tm1 = Tm2 인 경우 Tm = Tm1이고,
Tm2 < Tm1 = Tm3 인 경우 Tm = Tm1이고,
Tm1 < Tm2 = Tm3 인 경우 Tm = Tm2이고,
Tm1 = Tm2 = Tm3 인 경우 Tm = Tm1이며,
여기서, Tm1은 제1 전도성 고분자의 용융온도이고, Tm2은 제2 전도성 고분자의 용융온도이고, Tm3은 제3 전도성 고분자의 용융온도이다.
(a) preparing a positive electrode by mixing the positive electrode active material and the first conductive polymer;
(b) mixing the negative electrode active material and the second conductive polymer to prepare a negative electrode;
(c) mixing the solid electrolyte and the third conductive polymer to prepare a composite solid electrolyte layer; And
(d) arranging and laminating the composite solid electrolyte layer between the positive electrode and the negative electrode,
Wherein the first conductive polymer, the second conductive polymer and the third conductive polymer each independently comprise at least one selected from the group consisting of polyethylene oxide, polyethylene glycol, and polypropylene oxide,
Wherein the step (d) is a step of arranging the composite solid electrolyte layer between the anode and the cathode, and laminating by pressing at a pressure of 0.1 to 0.3 MPa in the temperature range (T) of the following equation (1) Gt;
[Formula 1]
T m T m + 50 ℃ ≤T≤
And in the formula 1, T m1, T m2 and T m3 case of T m1 is the large T m = T m1,
If T m2 is the large and T m = T m2,
And T is the case m3 greater T m = T m3,
If T m3 <T m1 = T m 2 , T m = T m1 ,
If the T m2 <T m1 = T m3 and T m = T m1,
If the T m1 <T m2 = T m3 and T m = T m2,
If the T m1 = T m2 = T m3 and T m = T m1,
Here, T m1 is the melting temperature of the first conductive polymer, T m2 is the melting temperature of the second conductive polymer, T m3 is the melting temperature of the third conductive polymer.
제1항에 있어서,
상기 제1 전도성 고분자, 제2 전도성 고분자 및 제3 전도성 고분자가 각각 독립적으로 평균 분자량이 500 내지 1,000,000인 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide)인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first conductive polymer, the second conductive polymer, and the third conductive polymer are independently polyethylene oxide having an average molecular weight of 500 to 1,000,000.
제1항에 있어서,
상기 양극활 물질이 아래 화학식 3으로 표시되는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC)인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
[화학식 3]
LiNipCoqMnrO2
여기서 0<p<0.9, 0<q<0.5, 0<r<0.5, p+q+r=1이다.
The method according to claim 1,
Wherein the positive electrode active material is a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn represented by the following chemical formula (3).
(3)
LiNi p Co q Mn r O 2
here 0 <p <0.9, 0 <q <0.5, 0 <r <0.5, p + q + r = 1.
제1항에 있어서,
상기 음극활물질이 흑연, 코크스, 소프트 카본, 하드 카본, LTO(리튬티탄산화물), 주석 및 실리콘 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the negative electrode active material comprises at least one selected from graphite, coke, soft carbon, hard carbon, LTO (lithium titanium oxide), tin and silicon.
제4항에 있어서,
상기 음극활물질이 흑연을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the negative active material comprises graphite. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제1항에 있어서,
상기 고체전해질이 알루미늄이 도핑된 LLZO인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solid electrolyte is an aluminum-doped LLZO.
제6항에 있어서,
상기 알루미늄이 도핑된 LLZO가 가넷 결정구조인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the aluminum-doped LLZO is a garnet crystal structure.
제6항에 있어서,
상기 양극 및 음극 중 선택된 1종 이상이 상기 알루미늄이 도핑된 LLZO를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein at least one selected from the positive electrode and the negative electrode further comprises the aluminum-doped LLZO.
제1항에 있어서,
상기 양극 및 음극 중 선택된 1종 이상이 도전재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein at least one selected from the positive electrode and the negative electrode further comprises a conductive material.
제9항에 있어서,
상기 도전재가 카본블랙, 아세틸렌블랙, 및 케첸블랙 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the conductive material comprises at least one selected from the group consisting of carbon black, acetylene black, and ketjen black.
제1항에 있어서,
상기 양극, 복합고체전해질층 및 음극 중 선택된 1종 이상이 리튬염을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein at least one selected from the anode, the composite solid electrolyte layer, and the cathode further comprises a lithium salt.
제11항에 있어서,
상기 리튬염이 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LipF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4) 및 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the lithium salt is selected from the group consisting of lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LipF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), and lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2) 2) 1 the method of the all-solid lithium secondary battery, characterized in that at least one selected from the.
제1항에 있어서, 상기 전고체 리튬이차전지가
Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC) 및 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 양극;
흑연 및 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 음극; 및
상기 양극과 음극 사이에, 알루미늄이 도핑 LLZO 및 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 복합고체전해질층;을
포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
The battery according to claim 1, wherein the pre-solid lithium secondary battery
A positive electrode comprising a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn and polyethylene oxide;
An anode comprising graphite and polyethylene oxide; And
A composite solid electrolyte layer containing aluminum-doped LLZO and polyethylene oxide between the anode and the cathode;
The method of manufacturing a pre-solid lithium secondary battery according to claim 1,
제1항에 있어서,
상기 제1 전도성 고분자, 제2 전도성 고분자 및 제3 전도성 고분자가 폴리에틸렌옥사이드이고,
단계 (d)가 상기 양극과 음극 사이에 상기 복합고체전해질층을 배치하고 65℃(폴리에틸렌옥사이드의 용융온도) 내지 115℃의 온도에서 0.1 내지 1.0 MPa의 압력으로 가압하여 적층하는 단계인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first conductive polymer, the second conductive polymer, and the third conductive polymer are polyethylene oxide,
Step (d) is a step of arranging the composite solid electrolyte layer between the anode and the cathode and pressing the mixture at a pressure of 0.1 to 1.0 MPa at a temperature of 65 占 폚 (melting temperature of polyethylene oxide) to 115 占 폚 Gt; &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1, &lt; / RTI &gt;
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