KR20190004012A - A cathode of a lithium-air battery, a lithium-air battery including the same, and fabrication method of the cathode of the lithium-air battery - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method for a positive electrode for a lithium air battery, which comprises: a step of providing a carbon sheet; and a step of forming a coating layer including a solid electrolyte on at least one surface of the carbon sheet. In addition, the step of forming a coating layer comprises: a step of providing a solid electrolyte solution on at least one surface of the carbon sheet; a step of drying the solid electrolyte solution; and a step of conducting heat treatment on the dried solid electrolyte solution. Herein, the solid electrolyte includes at least one among Li_2S-P_2S_5, Li_3.25Ge_0.25P_0.75S_4, Li_10GeP_2S_12, LiNbO_3, Li_3PO_4, Li_7La_3Zr_2O_12, Li_3BO_3, and Li_0.5La_0.5TiO_3. Therefore, the manufacturing method for a positive electrode for a lithium air battery can contribute to increase in a charging capacity and a discharging capacity.

Description

리튬 공기 전지용 양극, 이를 포함하는 리튬 공기 전지, 및 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법{A CATHODE OF A LITHIUM-AIR BATTERY, A LITHIUM-AIR BATTERY INCLUDING THE SAME, AND FABRICATION METHOD OF THE CATHODE OF THE LITHIUM-AIR BATTERY}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive electrode for a lithium air battery, a lithium air battery including the positive electrode, and a method for manufacturing a positive electrode for a lithium air battery. BACKGROUND OF THE INVENTION BATTERY}

본 발명은 리튬 공기 전지용 양극, 이를 포함하는 리튬 공기 전지, 및 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법에 관한 것으로, 고체 전해질을 이용하며, 더욱 상세하게는 양극 내 리튬 이온, 전자, 및 산소가 효율적으로 전도할 수 있는 리튬 공기 전지용 양극, 이를 포함하는 리튬 공기 전지, 및 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode for a lithium air battery, a lithium air battery including the positive electrode, and a method for manufacturing a positive electrode for a lithium air battery. More particularly, the present invention relates to a lithium ion battery, An anode for a lithium-air battery, a lithium-air battery including the same, and a method for manufacturing an anode for a lithium-air battery.

리튬 공기 전지는 기존 리튬 이온 전지 대비 10배 이상의 높은 이론 용량으로 인해 전기자동차 전지용 차세대 중대형전지로 각광받고 있다. 하지만 방전시 반응성이 강한 방전생성물, 음극과의 부 반응 등 분리막으로 사용되는 액체 전해질의 불안정성으로 리튬 공기 전지의 가역성을 저해하여 수명을 제한하고 있다. 액체 전해질은 휘발성과 누출되기 쉬어 고온에서 취약 및 폭발성 유발시킬 수 있어 차량 운전시 위험성을 갖고 있다. 리튬 공기 전지 시스템 구조상 공기 확산이 필요하여 전지 내외부와 공기 통로를 만들어야 하고, 이는 액체 전해질 및 기화된 전해질 누출을 유발시키므로 휘발 및 폭발 위험성을 가중시킨다.Lithium air cells are attracting attention as the next generation medium and large batteries for electric vehicle batteries because of their theoretical capacity more than 10 times higher than conventional lithium ion batteries. However, the instability of the liquid electrolyte used as a separation membrane, such as a discharge product having high reactivity during discharge and negative reaction with the negative electrode, hinders the reversibility of the lithium air battery and limits its service life. The liquid electrolyte is liable to be volatile and leaking, which can cause explosion and explosion at high temperature, which is a risk of running the vehicle. In the structure of the lithium air battery system, air diffusion is required to make internal and external parts of the battery and air passages. This causes leakage of liquid electrolyte and vaporized electrolyte, thereby increasing the risk of volatilization and explosion.

최근 액체 전해질을 고체 전해질로 대체하여 리튬 공기 전지의 안정성을 향상시키고 있다. 본 발명은 안정성뿐 아니라, 리튬 이온 통로, 산소 통로, 전자 통로를 충분히 확보하여, 높은 충전 용량 및 방전 용량을 갖게 하는 리튬 공기 전지용 양극을 제안한다.Recently, the stability of the lithium air battery is improved by replacing the liquid electrolyte with a solid electrolyte. The present invention proposes a positive electrode for a lithium air battery which not only has stability but also has a sufficient lithium ion passage, an oxygen passage and an electron passage, and has a high charging capacity and a discharging capacity.

한국공개특허 제10-2015-0059678호Korean Patent Publication No. 10-2015-0059678

본 발명의 목적은 충전 용량 및 방전 용량을 높이는데 기여할 수 있는 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an anode for a lithium air battery which can contribute to enhancement of the charging capacity and the discharge capacity.

본 발명의 다른 목적은 충전 용량 및 방전 용량을 높이는데 기여할 수 있는 리튬 공기 전지용 양극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium air battery capable of contributing to increase the charging capacity and the discharging capacity.

본 발명의 다른 목적은 충전 용량 및 방전 용량을 높이는데 기여할 수 있는 리튬 공기 전지를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a lithium air battery capable of contributing to increase the charging capacity and the discharging capacity.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법은 탄소 시트를 제공하는 단계 및 상기 탄소 시트의 적어도 일면에 고체 전해질을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 코팅층을 형성하는 단계는 상기 탄소 시트의 적어도 일면에 고체 전해질 용액을 제공하는 단계, 상기 고체 전해질 용액을 건조하는 단계, 및 상기 건조된 고체 전해질 용액을 열처리하는 단계를 포함한다. 상기 고체 전해질은 Li2S-P2S5, Li3 . 25Ge0 .25P0. 75S4, Li10GeP2S12, LiNbO3, Li3PO4, Li7La3Zr2O12, Li3BO3 및 Li0 . 5La0 . 5TiO3 중 적어도 하나를 포함한다.A method of manufacturing a positive electrode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention includes the steps of providing a carbon sheet and forming a coating layer including a solid electrolyte on at least one side of the carbon sheet. The forming of the coating layer may include providing a solid electrolyte solution on at least one surface of the carbon sheet, drying the solid electrolyte solution, and heat treating the dried solid electrolyte solution. The solid electrolyte is Li 2 SP 2 S 5 , Li 3 . 25 Ge 0 .25 P 0. 75 S 4, Li 10 GeP 2 S 12, LiNbO 3, Li 3 PO 4, Li 7 La 3 Zr 2 O 12, Li 3 BO 3 , and Li 0. 5 La 0 . 5, TiO 3 of at least one.

상기 고체 전해질은 Li2S-P2S5을 포함하고, 상기 Li2S 및 P2S5의 몰% 비율은 50:50 내지 90:10인 것일 수 있다.The solid electrolyte may include Li 2 SP 2 S 5 , and the molar ratio of Li 2 S and P 2 S 5 may be 50:50 to 90:10.

상기 고체 전해질 용액을 제공하는 단계는 딥 코팅법으로 수행되는 것일 수 있다.The step of providing the solid electrolyte solution may be performed by a dip coating method.

상기 건조하는 단계는 진공 분위기에서, 80 내지 150℃에서 2 내지 4시간 동안 수행되는 것일 수 있다.The drying step may be performed in a vacuum atmosphere at 80 to 150 DEG C for 2 to 4 hours.

상기 열처리하는 단계는 불활성 분위기에서, 200 내지 700℃에서 수행되는 것일 수 있다.The heat-treating step may be performed at 200 to 700 ° C in an inert atmosphere.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법은 상기 열처리한 고체 전해질 용액을 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 냉각하는 단계는 자연 냉각 또는 급냉법(Quenching)으로 수행되는 것일 수 있다.The method of manufacturing a positive electrode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention may further include a step of cooling the heat-treated solid electrolyte solution. The cooling step may be performed by natural cooling or quenching.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극은 탄소 시트, 및 상기 탄소 시트의 적어도 일면에 제공되고, 고체 전해질을 포함하는 코팅층을 포함한다. 상기 고체 전해질은 Li2S-P2S5, Li3 . 25Ge0 .25P0. 75S4, Li10GeP2S12, LiNbO3, Li3PO4, Li7La3Zr2O12, Li3BO3 및 Li0 . 5La0 . 5TiO3 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.A positive electrode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention includes a carbon sheet and a coating layer provided on at least one side of the carbon sheet and including a solid electrolyte. The solid electrolyte is Li 2 SP 2 S 5 , Li 3 . 25 Ge 0 .25 P 0. 75 S 4, Li 10 GeP 2 S 12, LiNbO 3, Li 3 PO 4, Li 7 La 3 Zr 2 O 12, Li 3 BO 3 , and Li 0. 5 La 0 . Of 5 TiO 3 may be one including at least one.

상기 고체 전해질은 Li2S-P2S5을 포함하고, 상기 Li2S 및 P2S5의 몰% 비율은 50:50 내지 90:10인 것일 수 있다.The solid electrolyte may include Li 2 SP 2 S 5 , and the molar ratio of Li 2 S and P 2 S 5 may be 50:50 to 90:10.

상기 양극의 공극률(Porosity)은 50 내지 75%인 것일 수 있다.The porosity of the anode may be 50 to 75%.

상기 양극의 탄소 함량은 상기 양극을 기준으로, 60 내지 80 중량%인 것일 수 있다.The carbon content of the anode may be 60 to 80% by weight based on the anode.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지는 양극, 음극 및 전해질을 포함한다. 상기 양극은 탄소 시트, 및 상기 탄소 시트의 적어도 일면에 제공되고, 고체 전해질을 포함하는 코팅층을 포함한다. 상기 고체 전해질은 Li2S-P2S5, Li3.25Ge0.25P0.75S4, Li10GeP2S12, LiNbO3, Li3PO4, Li7La3Zr2O12, Li3BO3 및 Li0 . 5La0 . 5TiO3 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 음극은 상기 양극과 대향한다. 상기 전해질은 상기 양극 및 상기 음극 사이에 함침된다.A lithium air battery according to an embodiment of the present invention includes a cathode, a cathode, and an electrolyte. The anode includes a carbon sheet, and a coating layer provided on at least one surface of the carbon sheet and including a solid electrolyte. The solid electrolyte is Li 2 SP 2 S 5, Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4, Li 10 GeP 2 S 12, LiNbO 3, Li 3 PO 4, Li 7 La 3 Zr 2 O 12, Li 3 BO 3 , and Li 0 . 5 La 0 . Of 5 TiO 3 may be one including at least one. The negative electrode faces the positive electrode. The electrolyte is impregnated between the anode and the cathode.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법에 따르면, 리튬 공기 전지의 충전 용량 및 방전 용량을 향상 시킬 수 있는 양극을 제공할 수 있다.According to the method for manufacturing a positive electrode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a positive electrode capable of improving a charging capacity and a discharging capacity of the lithium air battery.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극은 리튬 공기 전지의 충전 용량 및 방전 용량을 향상 시킬 수 있다.The positive electrode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention can improve the charging capacity and the discharging capacity of the lithium air battery.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지는 높은 충전 용량 및 방전 용량을 갖는다.A lithium air battery according to an embodiment of the present invention has a high charging capacity and a discharging capacity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지의 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 단면도이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 평면도이다.
도 4a 및 도 4b은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
도 6a 및 도 6b 각각은 실시예 2에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 SEM 사진이다.
1 is a cross-sectional view of a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.
2A is a cross-sectional view of a cathode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention. 2B is a plan view of an anode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention.
3A is a cross-sectional view of a cathode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention.
3B is a plan view of a cathode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are schematic flowcharts of a method of manufacturing an anode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view sequentially illustrating a method of manufacturing a positive electrode for a lithium-ion battery according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B are SEM photographs of the positive electrode for a lithium air battery according to Example 2. FIG.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged from the actual for the sake of clarity of the present invention. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Also, where a portion such as a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, this includes not only the case where it is "directly on" another portion, but also the case where there is another portion in between. On the contrary, when a part such as a layer, film, region, plate or the like is referred to as being "under" another part, it includes not only the case where it is "directly underneath" another part but also another part in the middle.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지(10)는 양극(100), 음극(300) 및 분리막(200)을 포함한다. 리튬 공기 전지(10)는 음극(300)으로 리튬을 사용하고, 양극(100)에서 활물질로 공기 중의 산소를 이용하는 전지 시스템이다. 음극(300)에서는 리튬의 산화 및 환원 반응이, 양극(100)에서는 외부로부터 유입되는 산소의 환원 및 산화 반응이 일어난다.Referring to FIG. 1, a lithium ion battery 10 according to an embodiment of the present invention includes an anode 100, a cathode 300, and a separator 200. The lithium air battery 10 is a battery system in which lithium is used for the cathode 300 and oxygen in the air is used for the active material in the anode 100. [ In the cathode (300), oxidation and reduction of lithium occur, and in the anode (100), reduction and oxidation of oxygen introduced from the outside occur.

하기 화학식 1 및 화학식 2는 리튬 공기 전지(10)의 방전시 음극(300)과 양극(100)에서 일어나는 반응을 나타낸 것이다.The following formulas (1) and (2) show reactions occurring in the cathode (300) and the anode (100) at the time of discharging the lithium air cell (10).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

(음극): Li Li+ + e- (Cathode) Li Li + + e -

[화학식 2](2)

(양극): 2Li+ + O2 + 2e- Li2O2 (Positive): 2Li + + O 2 + 2e - Li 2 O 2

음극(300)의 리튬 금속이 산화되어 리튬 이온과 전자가 생성된다. 리튬 이온은 분리막(200)을 통해, 전자는 집전체 및 외부 도선을 통해 양극(100)으로 이동한다. 양극(100)은 다공성이므로 외부 공기가 유입될 수 있다. 외부 공기에 포함된 산소는 양극(100)에서 상기 전자에 의해 환원되고, 방전생성물로 Li2O2가 형성된다.The lithium metal of the cathode 300 is oxidized to generate lithium ions and electrons. The lithium ions move through the separator 200, and the electrons move to the anode 100 through the current collector and the external lead. Since the anode 100 is porous, external air can be introduced. The oxygen contained in the outside air is reduced by the electrons in the anode 100, and Li 2 O 2 is formed as a discharge product.

충전 반응은 이와 반대로 진행된다. 하기 화학식 3와 같이 양극(100)에서 Li2O2가 분해되어 리튬 이온과 전자가 생성된다.The charge reaction proceeds in the opposite way. Li 2 O 2 is decomposed in the anode 100 as shown in the following Chemical Formula 3 to generate lithium ions and electrons.

[화학식 3](3)

(양극) Li2O2 2Li+ + O2 + 2e- (Positive electrode) Li 2 O 2 2Li + + O 2 + 2e -

분리막(200)은 양극(100) 및 음극(300) 사이에 함침된다. 분리막(200)은 고체 전해질을 포함하는 것일 수 있다. 분리막(200)은 리튬염을 포함할 수 있다. 리튬염은 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용할 수 있으며, 음극(300)과 리튬 이온과 분리막(200) 간에 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 한다.The separator 200 is impregnated between the anode 100 and the cathode 300. The separator 200 may be one comprising a solid electrolyte. The separator 200 may comprise a lithium salt. The lithium salt is dissolved in a solvent to act as a supply source of lithium ions in the battery and serves to promote the movement of lithium ions between the cathode 300 and the lithium ion and the separation membrane 200.

리튬염은 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2C2F5)2, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiF, LiBr, LiCl, LiI, LiB(C2O4)2, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2(LiTFSI), LiN(SO2C2F5)2 및 LiC(SO2CF3)3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.If this is the lithium salt is usually used in not particularly limited, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAsF 6, LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, Li (CF 3 SO 2) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3, LiClO 4, LiAlO 2, LiAlCl 4, LiF, LiBr, LiCl, LiI, LiB (C 2 O 4) 2, LiCF 3 SO 3, LiN (SO 2 CF 3) 2 (LiTFSI), LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 and LiC (SO 2 CF 3) may be used one or more selected from the group consisting of 3.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 단면도이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 평면도이다. 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 단면도로, 도 2a보다 보다 구체적으로 도시한 것이다. 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 평면도로, 도 2a보다 보다 구체적으로 도시한 것이다.2A is a cross-sectional view of a cathode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention. 2B is a plan view of an anode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention. 3A is a cross-sectional view of an anode for a lithium-ion battery according to an embodiment of the present invention, and is more specifically shown in FIG. 2A. FIG. 3B is a plan view of an anode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention, and is more specifically shown in FIG. 2A.

도 1, 도 2a, 도 2b, 도 3a, 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극(100)은 탄소 시트(110), 및 탄소 시트(110)의 적어도 일면에 제공되고, 고체 전해질(140)을 포함하는 코팅층(120, 130)을 포함한다.1, 2A, 2B, 3A, and 3B, an anode 100 for a lithium-air battery according to an embodiment of the present invention includes a carbon sheet 110, And a coating layer 120, 130 provided with a solid electrolyte 140.

탄소 시트(110)는 양극(100)의 골조를 이루는 구조체이다. 탄소 시트(110)는 전자의 이동 통로이다. 탄소 시트(110)는 다공성으로 복수의 기공들을 포함하고, 이는 공기의 이동 통로이다.The carbon sheet 110 is a framework structure of the anode 100. The carbon sheet 110 is an electron passage. The carbon sheet 110 is porous and comprises a plurality of pores, which are air passages.

코팅층(120, 130)은 탄소 시트(110)의 적어도 일면에 제공될 수 있다. 코팅층(120, 130)은 리튬 이온의 이동 통로이다. 코팅층(120, 130)은 탄소 시트(110) 상에 제공되는 제1 코팅층(120)을 포함한다. 코팅층(120, 130)은 탄소 시트(110)의 하부에 제공되는 제2 코팅층(130)을 더 포함할 수 있다.The coating layers 120 and 130 may be provided on at least one surface of the carbon sheet 110. The coating layers 120 and 130 are movement paths of lithium ions. The coating layers 120 and 130 include a first coating layer 120 provided on the carbon sheet 110. The coating layers 120 and 130 may further include a second coating layer 130 provided under the carbon sheet 110.

코팅층(120, 130)은 고체 전해질(140)을 포함한다. 고체 전해질(140)은 예를 들어, Li2S-P2S5, Li3 . 25Ge0 .25P0. 75S4, Li10GeP2S12, LiNbO3, Li3PO4, Li7La3Zr2O12, Li3BO3 및 Li0 . 5La0 . 5TiO3 중 적어도 하나인 것일 수 있다. 코팅층(120, 130)은 Li2S-P2S5을 포함하고, Li2S 및 P2S5의 몰% 비율은 50:50 내지 90:10인 것일 수 있다. Li2S 및 P2S5의 비율이 60:40 미만이면, 리튬의 양이 충분히 확보되지 않아, 충전 용량 및 방전 용량이 낮아질 수 있고, Li2S 및 P2S5의 비율이 90:10 초과이면, 리튬의 양이 과도하여 산소 및 전자의 이동을 방해할 수 있다.The coating layers 120 and 130 include a solid electrolyte 140. The solid electrolyte 140 may be, for example, Li 2 SP 2 S 5 , Li 3 . 25 Ge 0 .25 P 0. 75 S 4, Li 10 GeP 2 S 12, LiNbO 3, Li 3 PO 4, Li 7 La 3 Zr 2 O 12, Li 3 BO 3 , and Li 0. 5 La 0 . TiO 5 may be at least one of the three. The coating layers 120 and 130 may include Li 2 SP 2 S 5 and the molar percentage of Li 2 S and P 2 S 5 may be 50:50 to 90:10. If the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is less than 60:40, the amount of lithium can not be sufficiently secured and the charging capacity and the discharging capacity can be lowered. When the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is 90:10 , The amount of lithium may excessively interfere with the movement of oxygen and electrons.

양극(100)의 공극률(Porosity)은 50 내지 75%인 것일 수 있다. 양극(100)의 공극률이 50% 미만이면, 방전 생성물이 양극(100) 내부에 형성될 때 공기의 유동을 방해하여, 충분한 공기 유로를 확보하기 어렵다. 보다 구체적으로, 산소의 유로를 확보하기 어렵다. 이에 따라 전해질 및/또는 공기의 침투율이 감소할 수 있다. 양극(100)의 공극률이 75% 초과이면, 양극(100) 내에서 전자 및 리튬 이온의 이동 통로를 충분히 확보하기 어려울 수 있다.The porosity of the anode 100 may be 50 to 75%. When the porosity of the anode 100 is less than 50%, it is difficult to ensure a sufficient air flow by interrupting the flow of air when the discharge product is formed inside the anode 100. More specifically, it is difficult to secure an oxygen flow path. Whereby the penetration rate of the electrolyte and / or air can be reduced. If the porosity of the anode 100 is more than 75%, it may be difficult to sufficiently secure the movement path of electrons and lithium ions in the anode 100.

양극(100)의 탄소 함량은 양극(100)을 기준으로, 60 내지 80 중량%인 것일 수 있다. 양극(100)의 탄소 함량은 양극(100)을 기준으로, 60 중량% 미만이면, 양극(100) 내에서 전자의 이동 통로를 충분히 확보하기 어렵고, 양극(100)의 탄소 함량은 양극(100)을 기준으로, 80 중량% 초과이면, 공기, 보다 구체적으로 산소의 이동 통로를 확보하기 어려울 수 있다.The carbon content of the anode 100 may be 60 to 80% by weight based on the anode 100. When the carbon content of the anode 100 is less than 60% by weight based on the anode 100, it is difficult to sufficiently secure the electron transfer path in the anode 100, and the carbon content of the anode 100 is low, If it exceeds 80% by weight, it may be difficult to secure air, more specifically, a passage for oxygen.

종래의 리튬 공기 전지용 양극은 탄소 분말과 고체 전해질 분말을 혼합하여 형성하였다. 이에 따라 산소의 이동 통로인 기공을 충분히 확보하기 어려웠고, 리튬의 이동 통로와 전자의 이동 통로도 서로 구별되지 않아 높은 충전 용량 및 방전 용량을 갖는 리튬 공기 전지에 활용하기 어려웠다.A conventional positive electrode for a lithium air battery was formed by mixing a carbon powder and a solid electrolyte powder. Accordingly, it is difficult to sufficiently secure the pores which are the movement paths of oxygen, and the movement path of lithium and the movement path of electrons are not distinguished from each other, making it difficult to utilize the lithium ion battery having high charging capacity and discharge capacity.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극은 다공성을 갖는 탄소 시트를 사용하여 산소의 이동 통로를 충분히 확보할 수 있고, 탄소 시트와 고체 전해질을 갖는 코팅층을 별도로 형성하여 전자의 이동 통로와 리튬의 이동 통로를 독립적으로 확보할 수 있다. 이에 따라 리튬 공기 전지의 충전 용량 및 방전 용량을 향상 시킬 수 있다.The positive electrode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention can sufficiently secure a movement path of oxygen by using a porous carbon sheet and separately form a coating layer having a carbon sheet and a solid electrolyte, It is possible to independently secure the moving path of the motor. Accordingly, the charging capacity and the discharging capacity of the lithium ion battery can be improved.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법에 대하여 설명한다. 이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극(100)과의 차이점을 위주로 구체적으로 설명하고, 설명되지 않은 부분은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극에 따른다.Hereinafter, a method of manufacturing a positive electrode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, the difference from the anode 100 for a lithium-ion battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail below, and a portion not described will be described with reference to a cathode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention .

도 4a 및 도 4b은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법의 개략적인 순서도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.4A and 4B are schematic flowcharts of a method of manufacturing an anode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention. 5 is a cross-sectional view sequentially illustrating a method of manufacturing a positive electrode for a lithium-ion battery according to an embodiment of the present invention.

도 4a, 도 4b, 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극(100)의 제조 방법은 탄소 시트(110)를 제공하는 단계(S100) 및 탄소 시트(110)의 적어도 일면에 고체 전해질을 포함하는 코팅층(120, 130)을 형성하는 단계(S200)를 포함한다. 코팅층(120, 130)을 형성하는 단계는 탄소 시트(110)의 적어도 일면에 고체 전해질 용액(500)을 제공하는 단계(S210), 고체 전해질 용액(500)을 건조하는 단계(S220), 및 건조된 고체 전해질 용액(500)을 열처리하는 단계(S230)를 포함한다.4A, 4B, and 5, a method of manufacturing an anode 100 for a lithium-air battery according to an embodiment of the present invention includes the steps of providing a carbon sheet 110 and forming a carbon sheet 110, And forming a coating layer (120, 130) including a solid electrolyte on at least one side of the substrate (S200). The step of forming the coating layers 120 and 130 includes the step S210 of providing the solid electrolyte solution 500 on at least one surface of the carbon sheet 110, the step S220 of drying the solid electrolyte solution 500, And a step S230 of heat treating the solid electrolyte solution 500.

먼저, 탄소 시트(110)를 제공한다(S100). 탄소 시트(110)는 양극(100)의 골조를 이루는 구조체이다. 탄소 시트(110)의 적어도 일면에 고체 전해질을 포함하는 코팅층(120, 130)을 형성한다(S200). 코팅층(120, 130)을 형성하는 단계(S200)는 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 용액법으로 형성되는 것일 수 있다. 코팅층(120, 130)을 형성하는 단계(S200)는 탄소 시트(110) 상에 제1 코팅층(120)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 코팅층(120, 130)을 형성하는 단계(S200)는 탄소 시트(110)의 하부에 제2 코팅층(130)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.First, a carbon sheet 110 is provided (S100). The carbon sheet 110 is a framework structure of the anode 100. Coating layers 120 and 130 including a solid electrolyte are formed on at least one surface of the carbon sheet 110 (S200). The step S200 of forming the coating layers 120 and 130 is not particularly limited as long as it is generally used, but it may be formed by a solution method. Step S200 of forming the coating layers 120 and 130 may include forming the first coating layer 120 on the carbon sheet 110. [ The step of forming the coating layers 120 and 130 (S200) may further include forming a second coating layer 130 below the carbon sheet 110.

코팅층(120, 130)을 형성하는 단계(S200)는 고체 전해질 용액(500)을 제공하는 단계(S210)를 포함한다. 고체 전해질 용액(500)은 예를 들어, Li2S-P2S5, Li3.25Ge0.25P0.75S4, Li10GeP2S12, LiNbO3, Li3PO4, Li7La3Zr2O12, Li3BO3 및 Li0 . 5La0 . 5TiO3 중 적어도 하나를 용매에 녹이고, 바인더를 추가하여 형성하는 것일 수 있다. 용매는 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 톨루엔일 수 있다. 바인더 역시 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, NBR(Nitrile Butadiene Rubber) 바인더일 수 있다. 고체 전해질 용액(500)을 제공하는 단계(S210)는 딥 코팅법으로 수행되는 것일 수 있다. 딥 코팅법을 통해 탄소 시트(110)의 표면에 고체 전해질 용액을 고르게 분산시킬 수 있다.Step S200 of forming the coating layers 120 and 130 includes providing the solid electrolyte solution 500 (S210). The solid electrolyte solution 500 may include, for example, Li 2 SP 2 S 5 , Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 , Li 10 GeP 2 S 12 , LiNbO 3 , Li 3 PO 4 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 3 BO 3 and Li 0 . 5 La 0 . 5 TiO 3 may be dissolved in a solvent and a binder may be added. The solvent is not particularly limited as long as it is ordinarily used, but may be, for example, toluene. The binder is not particularly limited as long as it is commonly used, but may be, for example, a NBR (Nitrile Butadiene Rubber) binder. Step S210 of providing the solid electrolyte solution 500 may be performed by a dip coating method. The solid electrolyte solution can be evenly dispersed on the surface of the carbon sheet 110 through the dip coating method.

고체 전해질 용액(500)은 예를 들어, 고체 전해질(140), 용매, 및 바인더를 포함할 수 있다. 이에 한정하는 것은 아니고, 고체 전해질 용액(500) 추가적인 화합물을 더 포함할 수 있다. 고체 전해질(140)은 예를 들어, Li2S-P2S5, Li3.25Ge0.25P0.75S4, Li10GeP2S12, LiNbO3, Li3PO4, Li7La3Zr2O12, Li3BO3 및 Li0 . 5La0 . 5TiO3 중 적어도 하나를 포함한다. 고체 전해질(140)은, Li2S 및 P2S5의 몰% 비율은 50:50 내지 90:10인 것일 수 있다. Li2S 및 P2S5의 몰% 비율이 50:50 미만이면, 리튬의 양이 충분히 확보되지 않아, 충전 용량 및 방전 용량이 낮아질 수 있고, Li2S 및 P2S5의 몰% 비율이 90:10 초과이면, 리튬의 양이 과도하여 안정한 상으로 존재하지 못하고 불순물로 석출되어, 리튬 이온의 이동을 방해할 수 있다.The solid electrolyte solution 500 may include, for example, a solid electrolyte 140, a solvent, and a binder. But the present invention is not limited thereto, and the solid electrolyte solution 500 may further include additional compounds. The solid electrolyte 140 may include, for example, Li 2 SP 2 S 5 , Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 , Li 10 GeP 2 S 12 , LiNbO 3 , Li 3 PO 4 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 3 BO 3 and Li 0 . 5 La 0 . 5, TiO 3 of at least one. The solid electrolyte 140 may have a molar ratio of Li 2 S and P 2 S 5 of 50:50 to 90:10. If the molar ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is less than 50:50, the amount of lithium can not be sufficiently secured and the charging capacity and the discharge capacity can be lowered, and the molar percentage of Li 2 S and P 2 S 5 Exceeds 90:10, the amount of lithium is excessive and does not exist in a stable phase, and precipitates as an impurity, which may interfere with the movement of lithium ions.

다음으로, 고체 전해질 용액(500)을 건조한다(S220). 건조하는 단계(S220)는 진공 분위기에서, 80 내지 150℃에서 2 내지 4시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 온도 범위 및 상기 시간 범위 내에서 고체 전해질 용액(500)을 건조하여, 용매, 바인더 등을 충분히 승화 또는 기화 시켜 제거할 수 있다.Next, the solid electrolyte solution 500 is dried (S220). The drying step S220 may be performed in a vacuum atmosphere at 80 to 150 DEG C for 2 to 4 hours. The solid electrolyte solution 500 may be dried within the temperature range and the time range to sufficiently remove the solvent, binder, etc. by sublimation or vaporization.

다음으로, 건조된 고체 전해질 용액(500)을 열처리한다(S230). 열처리하는 단계(S230)는 불활성 분위기에서, 200 내지 700℃에서 수행되는 것일 수 있다. 열처리하는 단계(S230)에서 고체 전해질(140)을 소성할 수 있다. 불활성 분위기란, 18족 원소인 비활성 기체, 예를 들어 Ar를 포함하는 분위기를 의미하는 것일 수 있다.Next, the dried solid electrolyte solution 500 is heat-treated (S230). The heat-treating step (S230) may be performed at 200 to 700 占 폚 in an inert atmosphere. The solid electrolyte 140 may be fired in the heat treatment step S230. The inert atmosphere may be an atmosphere containing an inert gas, for example Ar, which is an element of Group 18.

열처리하는 단계(S230)가 200℃ 미만에서 수행되면, 코팅층(120, 130)이 충분히 가열되지 되지 않아 코팅층(120, 130)의 내구성이 떨어질 수 있고, 열처리하는 단계(S230)가 700℃ 초과에서 수행되면, 온도가 높아, 탄소 시트(110) 또는 코팅층(120, 130)에 결함이 생길 수 있다.If the heat treatment step S230 is performed at a temperature lower than 200 占 폚, the coating layers 120 and 130 may not be sufficiently heated to lower the durability of the coating layers 120 and 130. In the heat treatment step S230, The carbon sheet 110 or the coating layers 120 and 130 may be defective due to the high temperature.

도시하지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극(도 1의 100)의 제조 방법은 열처리한 고체 전해질 용액을 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 냉각하는 단계는 예를 들어, 자연 냉각 또는 급냉법(Quenching)으로 수행되는 것일 수 있다.Although not shown, the method of manufacturing the positive electrode (100 of FIG. 1) for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention may further include cooling the heat-treated solid electrolyte solution. The cooling step may be performed, for example, by natural cooling or quenching.

도시하지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극(도 1의 100)의 제조 방법은 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다. 압연하는 단계에서 탄소 시트(110) 및 고체 전해질(140) 사이의 접촉률을 향상 시킬 수 있다.Although not shown, the manufacturing method of the positive electrode (100 of FIG. 1) for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention may further include a step of rolling. The contact ratio between the carbon sheet 110 and the solid electrolyte 140 can be improved in the rolling step.

종래의 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법은 탄소 분말과 고체 전해질 분말을 혼합하여 양극을 형성하였다. 이에 따라 산소의 이동 통로인 기공을 충분히 확보하기 어려웠고, 리튬의 이동 통로와 전자의 이동 통로도 서로 구별되지 않아 높은 충전 용량 및 방전 용량을 갖는 리튬 공기 전지에 활용하기 어려웠다.In a conventional method for manufacturing a positive electrode for a lithium air battery, a carbon powder and a solid electrolyte powder are mixed to form a positive electrode. Accordingly, it is difficult to sufficiently secure the pores which are the movement paths of oxygen, and the movement path of lithium and the movement path of electrons are not distinguished from each other, making it difficult to utilize the lithium ion battery having high charging capacity and discharge capacity.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법은 다공성을 갖는 탄소 시트를 사용하여 산소의 이동 통로를 충분히 확보할 수 있고, 탄소 시트와 고체 전해질을 갖는 코팅층을 용액법등을 활용하여 별도로 형성하여 전자의 이동 통로와 리튬의 이동 통로를 독립적으로 확보할 수 있다. 이에 따라 리튬 공기 전지의 충전 용량 및 방전 용량을 향상 시킬 수 있다.The method of manufacturing a positive electrode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention can sufficiently secure a movement path of oxygen by using a porous carbon sheet and can separate a coating layer having a carbon sheet and a solid electrolyte separately So that the movement path of electrons and the movement path of lithium can be independently ensured. Accordingly, the charging capacity and the discharging capacity of the lithium ion battery can be improved.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of specific examples. The following examples are provided to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1Example 1

350㎛ 두께의, 공극률 87% 미만인 탄소 시트를 준비하였다. 80Li2S-20P2S5을 고체 전해질, 톨루엔을 용매, NBR을 바인더로 포함하는 고체 전해질 용액을 준비하였다. 이때, 고체 전해질 용액을 기준으로, 80Li2S-20P2S5은 25 중량% 포함되었다. 탄소 시트를 고체 전해질 용액에 담근 후 꺼내어, 진공 분위기에서 3시간동안 120℃로 건조하였다. 건조 후 Ar 분위기하에서 400℃로 열처리하여 양극을 제조하였다A carbon sheet having a thickness of 350 탆 and a porosity of less than 87% was prepared. A solid electrolyte solution containing 80 Li 2 S-20P 2 S 5 as a solid electrolyte, toluene as a solvent and NBR as a binder was prepared. At this time, based on the solid electrolyte solution, 80 Li 2 S-20P 2 S 5 was contained at 25 wt%. The carbon sheet was immersed in the solid electrolyte solution, taken out, and dried at 120 캜 for 3 hours in a vacuum atmosphere. Dried and then heat-treated at 400 캜 in an Ar atmosphere to prepare a positive electrode

실시예 2Example 2

고체 전해질 용액에서 80Li2S-20P2S5이 30 중량% 포함되는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 실시예 2의 양극의 SEM 사진을 도 6a 및 도 6b에 나타내었다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 탄소 시트와 탄소 시트 상에 고체 전해질로 형성된 코팅층을 확인할 수 있다.The procedure of Example 1 was repeated except that 80 Li 2 S-20P 2 S 5 was contained in the solid electrolyte solution in an amount of 30 wt%. SEM photographs of the positive electrode of Example 2 are shown in Figs. 6A and 6B. 6A and 6B, a carbon sheet and a coating layer formed of a solid electrolyte on a carbon sheet can be identified.

실시예 3Example 3

고체 전해질 용액에서 80Li2S-20P2S5이 35 중량% 포함되는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 1 was repeated except that 80 Li 2 S-20P 2 S 5 was contained in the solid electrolyte solution in an amount of 35 wt%.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1의 탄소 시트만으로 양극을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 1 was repeated except that the positive electrode was prepared only from the carbon sheet of Example 1.

비교예 2Comparative Example 2

탄소 분말 2mg과 80Li2S-20P2S5 파우더를 혼합하여 양극을 제조하였다.2 mg of carbon powder and 80 Li 2 S-20P 2 S 5 powder were mixed to prepare a positive electrode.

리튬 공기 전지의 제조 및 물성 평가Preparation and properties evaluation of lithium air battery

비교예 1, 2, 실시예 1 내지 3을 각각 양극으로 하고, 고체전해질 Li10GeP2S12을 분리막, 리틈 금속 호일로 500 ㎛의 음극으로 하는 리튬 공기 전지를 제조하였다. 공극률은 다공도계(Porosimeter)로 측정하였고, 리튬 이온 전도도 및 전기 저항은 임피던스(Impedance)로 측정하였다. 충전 용량 및 방전 용량은 2V-4.6V 전위범위, 전류밀도 0.25mA/cm2, 산소(99.995%) 분위기하(2bar), 80℃에서 측정하였다.Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 to 3 were used as positive electrodes, respectively, and a solid electrolyte Li 10 GeP 2 S 12 was used as a separation membrane and a receding metal foil to form a 500 탆 negative electrode. Porosity was measured by Porosimeter, and lithium ion conductivity and electrical resistance were measured by Impedance. Charge capacity and the discharge capacity was measured in the potential range 2V-4.6V and a current density of 0.25mA / cm 2, oxygen (99.995%) atmosphere (2bar), 80 ℃.

실험 결과Experiment result

고체 전해질 비율
(중량%)
Solid electrolyte ratio
(weight%)
공극률 (%)Porosity (%) 리튬 이온 전도도(Scm-1)Lithium ion conductivity (Scm -1 ) 전자 저항
(mΩ·㎠)
Electronic resistance
(m? · cm 2)
비교예 1Comparative Example 1 00 <87<87 -- <10<10 실시예 1Example 1 2525 <72<72 2x10-6 2 x 10 -6 < 35<35 실시예 2Example 2 3030 <68<68 3x10-5 3x10 -5 < 50<50 실시예 3Example 3 3535 <53<53 8x10-5 8x10 -5 < 86<86

양극 내 탄소 비율
(중량%)
Carbon content in anode
(weight%)
양극 로딩량
(mg)
Anode loading amount
(mg)
충전 용량
(mAh/cm2)
Charging capacity
(mAh / cm 2 )
방전 용량
(mAh/cm2)
Discharge capacity
(mAh / cm 2 )
비교예1Comparative Example 1 100100 12.312.3 00 00 비교예2Comparative Example 2 55 0.50.5 2.12.1 3.13.1 실시예1Example 1 7575 15.415.4 5.05.0 5.25.2 실시예2Example 2 7070 16.016.0 9.29.2 9.49.4 실시예3Example 3 6565 16.616.6 4.54.5 4.64.6

표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 3은 비교예 1보다 높은 리튬 이온 전도도가 최대 전기 저항 값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한, 표 2를 참조하면, 비교예 1의 경우, 양극 내 리튬 이온의 통로가 없어 방전 생성물이 생성되지 않고, 이에 따라 용량 발현이 되지 않음을 확인할 수 있다. 실시예 1 내지 3 모두 탄소 분말 및 고체 전해질 분말을 혼합하여 양극을 구성한 비교예 2보다 우수한 양극 로딩량, 충전 용량, 및 방전 용량을 갖는 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 1, it can be confirmed that the lithium ion conductivity of Examples 1 to 3 is higher than that of Comparative Example 1. In addition, referring to Table 2, it can be confirmed that, in the case of Comparative Example 1, there is no passage of lithium ions in the positive electrode, discharge products are not generated, and thus the capacity does not develop. It can be confirmed that Examples 1 to 3 had better anode loading, charge capacity, and discharge capacity than Comparative Example 2 in which a carbon powder and a solid electrolyte powder were mixed to form a cathode.

실시예 1의 경우 실시예 2 보다 적은 고체 전해질 코팅으로 리튬 이온의 통로가 부족하여 충전 용량과 방전 용량이 실시예 2보다는 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 3의 경우 과량의 고체 전해질 코팅으로 탄소 시트 내 기공들 사이를 고체 전해질로 막아, 산소 확산로를 차단된다. 이에 따라 방전생성물의 전기화학적 반응 장소가 감소하여, 실시예 2보다 충전 용량과 방전 용량이 떨어짐을 확인할 수 있었다.It was confirmed that the lithium ion passage was insufficient in the case of Example 1 with less solid electrolyte coating than in Example 2, so that the charging capacity and the discharging capacity were lower than those of Example 2. [ Further, in the case of Example 3, the excess oxygen is shielded by blocking the pores in the carbon sheet with the solid electrolyte by the solid electrolyte coating. As a result, it was confirmed that the electrochemical reaction site of the discharge product was reduced and the charge capacity and the discharge capacity were lower than those of Example 2. [

실시예 2의 경우 최적화된 공극률, 전자 전도도, 및 리튬 이온 통로를 확보하여, 전기 화학적 반응 장소의 효율성이 높아 최대 충전 용량 및 방전 용량을 가짐을 확인할 수 있었다.In the case of Example 2, it was confirmed that the optimized porosity, the electron conductivity, and the lithium ion passage were secured, and the efficiency of the electrochemical reaction site was high, so that the maximum charging capacity and the discharge capacity were obtained.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.

리튬 공기 전지: 10 양극: 100
탄소 시트: 110 코팅층: 120, 130
고체 전해질: 140 분리막: 200
음극: 300 고체 전해질 용액: 500
Lithium air cells: 10 Bipolar: 100
Carbon sheet: 110 Coating layer: 120, 130
Solid electrolyte: 140 Membrane: 200
Cathode: 300 Solid electrolyte solution: 500

Claims (11)

탄소 시트를 제공하는 단계; 및
상기 탄소 시트의 적어도 일면에 고체 전해질을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 코팅층을 형성하는 단계는
상기 탄소 시트의 적어도 일면에 고체 전해질 용액을 제공하는 단계;
상기 고체 전해질 용액을 건조하는 단계; 및
상기 건조된 고체 전해질 용액을 열처리하는 단계;를 포함하고,
상기 고체 전해질은 Li2S-P2S5, Li3 . 25Ge0 .25P0. 75S4, Li10GeP2S12, LiNbO3, Li3PO4, Li7La3Zr2O12, Li3BO3 및 Li0 . 5La0 . 5TiO3 중 적어도 하나를 포함하는 것인 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법.
Providing a carbon sheet; And
And forming a coating layer including a solid electrolyte on at least one side of the carbon sheet,
The step of forming the coating layer
Providing a solid electrolyte solution on at least one side of the carbon sheet;
Drying the solid electrolyte solution; And
And heat treating the dried solid electrolyte solution,
The solid electrolyte is Li 2 SP 2 S 5 , Li 3 . 25 Ge 0 .25 P 0. 75 S 4, Li 10 GeP 2 S 12, LiNbO 3, Li 3 PO 4, Li 7 La 3 Zr 2 O 12, Li 3 BO 3 , and Li 0. 5 La 0 . 5 TiO 3 of the method for producing the lithium-air cell cathode comprises at least one.
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질은 Li2S-P2S5을 포함하고, 상기 Li2S 및 P2S5의 몰% 비율은 50:50 내지 90:10인 것인 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solid electrolyte comprises Li 2 SP 2 S 5 , and the molar ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is 50:50 to 90:10.
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질 용액을 제공하는 단계는 딥 코팅법으로 수행되는 것인 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of providing the solid electrolyte solution is performed by a dip coating method.
제1항에 있어서,
상기 건조하는 단계는
진공 분위기에서, 80 내지 150℃에서 2 내지 4시간 동안 수행되는 것인 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The drying step
In a vacuum atmosphere, at 80 to 150 DEG C for 2 to 4 hours.
제1항에 있어서,
상기 열처리하는 단계는
불활성 분위기에서, 200 내지 700℃에서 수행되는 것인 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of heat-
In an inert atmosphere, at 200 to 700 &lt; 0 &gt; C.
제1항에 있어서,
상기 열처리한 고체 전해질 용액을 냉각하는 단계를 더 포함하고,
상기 냉각하는 단계는
자연 냉각 또는 급냉법(Quenching)으로 수행되는 것인 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of cooling the heat-treated solid electrolyte solution,
The cooling step
Wherein the negative electrode is carried out by natural cooling or quenching.
탄소 시트; 및
상기 탄소 시트의 적어도 일면에 제공되고, 고체 전해질을 포함하는 코팅층을 포함하고,
상기 고체 전해질은 Li2S-P2S5, Li3 . 25Ge0 .25P0. 75S4, Li10GeP2S12, LiNbO3, Li3PO4, Li7La3Zr2O12, Li3BO3 및 Li0 . 5La0 . 5TiO3 중 적어도 하나를 포함하는 것인 리튬 공기 전지용 양극.
Carbon sheet; And
And a coating layer provided on at least one side of the carbon sheet and including a solid electrolyte,
The solid electrolyte is Li 2 SP 2 S 5 , Li 3 . 25 Ge 0 .25 P 0. 75 S 4, Li 10 GeP 2 S 12, LiNbO 3, Li 3 PO 4, Li 7 La 3 Zr 2 O 12, Li 3 BO 3 , and Li 0. 5 La 0 . 5 TiO 3 of the lithium-air cell cathode comprises at least one.
제7항에 있어서,
상기 고체 전해질은 Li2S-P2S5을 포함하고, 상기 Li2S 및 P2S5의 몰% 비율은 50:50 내지 90:10인 것인 리튬 공기 전지용 양극.
8. The method of claim 7,
Wherein the solid electrolyte comprises Li 2 SP 2 S 5 , and the molar% ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is 50:50 to 90:10.
제7항에 있어서,
상기 양극의 공극률(Porosity)은
50 내지 75%인 것인 리튬 공기 전지용 양극.
8. The method of claim 7,
The porosity of the anode
50 to 75%.
제7항에 있어서,
상기 양극의 탄소 함량은
상기 양극을 기준으로, 60 내지 80 중량%인 것인 리튬 공기 전지용 양극.
8. The method of claim 7,
The carbon content of the anode
And 60 to 80% by weight based on the positive electrode.
제7항에 따른 양극;
상기 양극과 대향하는 음극; 및
상기 양극 및 상기 음극 사이에 함침된 분리막을 포함하는 리튬 공기 전지.
A positive electrode according to claim 7;
A negative electrode facing the positive electrode; And
And a separator impregnated between the anode and the cathode.
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