KR20190030631A - 전고체 전지용 전극의 이온 전도도 예측 및 전극 선정 방법 - Google Patents
전고체 전지용 전극의 이온 전도도 예측 및 전극 선정 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본원 발명은 무기 입자 및 유기 입자 중 선택된 1종 이상을 이용하여 전극 고체 전해질의 3차원적 네트워크 구조를 모사하고 실제 전극에 적용되었을 경우 고체 전해질의 이온 전도도를 예측하고 이렇게 수집된 데이터를 기초로 하여 전극을 선정하는 방법에 대한 것이다.
Description
본 발명은 전고체 전지용 전극의 이온 전도도를 예측하는 방법 및 적절한 이온 전도도를 갖는 전극을 선정하여 전지를 제조하는 방법에 대한 것이다.
최근 이차 전지는 PC, 비디오 카메라 및 휴대 전화 등의 전원으로서, 혹은 전기 자동차나 전력 저장용 매체의 전원으로서 다양한 용도에서 그 수요가 증가하고 있다. 이차 전지 중에서도 특히 리튬계 이차 전지는 다른 이차 전지보다 용량 밀도가 높고, 고전압에서도 작동이 가능하기 때문에, 소형 경량화를 위한 이차 전지로서 정보 관련 기기나 통신 기기에 사용되고 있고, 최근 전기 자동차나 하이브리드 자동차용의 고출력이면서 고용량인 리튬계 이차 전지의 개발이 진행되고 있다.
통상의 리튬계 이차 전지는 양극(정극, Cathode), 음극(부극, Anode) 및 이들 사이에 개재되는 리튬염을 함유하는 전해질로 구성되며, 이러한 전해질은 비수계 액체 전해질 또는 고체 전해질이 사용된다. 전해질에 비수계 액체 전해질이 사용될 경우에는 전해액이 양극의 내부로 침투하기 때문에, 양극을 구성하는 양극 활물질과 전해질의 계면이 형성되기 쉬워 전기적 성능이 높은 특징이 있다.
그러나, 리튬계 이차 전지는, 액체 전해액에 가연성의 유기 용매를 사용하고 있기 때문에, 단락(Short)에 의한 과전류 등에 기인하여 발생하는 경우가 있는 발화나 파열을 방지하기 위해서, 안전 장치의 부설이 필요해지기도 한다. 또한, 이러한 현상을 방지하기 위해서, 전지 재료의 선택이나 전지 구조의 설계를 행하는 데있어서 제약을 받거나 하는 경우가 있다.
따라서, 액체 전해액 대신에, 고체 전해질을 사용하는 전(全)고체형 전지의 개발이 진행되고 있다. 전고체 전지는, 가연성의 유기 용매를 포함하지 않기 때문에, 안전 장치를 간략화할 수 있는 이점이 있어, 제조 비용이나 생산성이 우수한 전지라고 인식되고 있다. 또한, 양극(정극)층 및 음극(부극)층을 포함하는 한 쌍의 전극층과, 이들 전극층 사이에 놓이는 고체 전해질층을 포함하는 접합 구조를 직렬로 적층하는 것이 용이하기 때문에, 안정되면서 고용량이고, 또한 고출력의 전지를 제조할 수 있는 기술로서 기대되고 있다.
상기 고체 전해질로는 이온 전도성을 갖는 고분자 소재나 황화물이나 산화물 등의 무기물 입자를 사용하고 있는데 전극에서의 이온 전도도를 확보하기 위해 통상적으로 전극 활물질과 고체 전해질을 혼합하여 전극을 제조한다. 전고체 전지 제조 중 전해질로 고분자 전해질을 사용하는 경우에는 전극을 제조하기 전에 고체 고분자 전해질을 소정 두께를 갖는 필름 등으로 제작하여 벌크 상태에서 이온 전도도를 측정하고 이를 전극에 적용하는데 벌크 상태에서 측정된 이온 전도도와 실제 전극에 적용된 이후 측정된 이온 전도도가 달라 예측 가능성이 낮은 문제가 있다.
본원 발명은 무기 입자 및 유기 입자 중 선택된 1종 이상을 이용하여 전극 고체 전해질의 3차원적 네트워크 구조를 모사하고 실제 전극에 적용되었을 경우 고체 전해질의 이온 전도도를 예측하고 이렇게 수집된 데이터를 기초로 하여 전극을 선정하는 방법에 대한 것이다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 한편, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서
기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을
것이다.
본 발명은 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법을 제공한다. 본 발명의 제1 측면은 상기 방법에 대한 것으로서, 상기 방법은 (S10) 고분자 고체 전해질 재료 및 무기 입자 및/또는 유기 입자를 포함하는 복합 필름을 제조하는 단계; (S20) 상기 복합 필름으로부터 고체 고분자 전해질 재료를 제외한 무기 입자 및/또는 유기 입자를 선택적으로 제거하여 고체 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 수득하는 단계; (S30) 상기 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도를 측정하는 단계; 및 (S40) (S30)에서 측정된 이온 전도도를 기 설정된 기준치(base
line)와 비교하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 제2 측면은, 상기 제1 측면에 있어서, 상기 (S10) 단계 수행 전 하기 A1) 내지 A3) 중 적어도 하나 이상을 측정하는 단계를 더 수행하는 것이다:
A1) 투입되는 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경,
A2) 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량비율(%), 및
A3) 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%).
또한, 본 발명의 제3 측면은, 상기 제1 또는 제2 측면에 있어서, (S50) 측정된 이온 전도도가 상기 기준치 이상인 경우 (S1)의 복합 필름의 구조를 모델 전극 구조로 선정하는 단계를 더 포함하는 것이다.
본 발명의 제4 측면은 상기 제3 측면에 있어서, (S60) 고분자 고체 전해질 재료 및 전극 활물질 입자를 포함하는 전고체 전지용 전극을 제조하는 단계를 더 포함하며, 상기 전극 활물질 입자는 하기 B1) 내지 B3) 중 적어도 하나 이상의 조건을 만족하는 것이다:
B1) 모델 전극 구조에 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경의 +/-10% 또는 +/-5% 이내의 입경 범위를 가짐
B2) 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량 비율(%)의 +/- 10% 또는 +/- 5% 또는 +/- 2%의 함량을 가짐
B3) 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%)의 +/- 10% 또는 +/-5% 또는 +/-2%의 부피를 가짐.
또한, 본 발명의 제5 측면은 상기 제4 측면에 있어서, (S70) 상기 전고체 전지용 전극의 이온 전도도를 측정하고 상기 이온 전도도를 모델 전극 구조의 이온전도도와 비교하는 단계; 및 (S80) 측정된 전고체 전지용 전극의 이온 전도도가 모델 전극 구조의 이온 전도도와 비교했을 때 70% 이상 또는 80% 이상 또는 90% 이상의 이온 전도도를 나타내는 경우 (S60)에서 제조된 전극을 모델 전극으로 선정하는 단계:를 더 포함하는 것이다.
한편, 본 발명의 제6 측면은 상기 제1 내지 제5 측면 중 어느 하나에 있어서, (S50) 측정된 이온 전도도가 상기 기준치에 미치지 못하는 경우 하기 A1) 내지A3) 중 적어도 하나 이상의 조건을 변경하고 상기 S1) 내지 S4)를 반복하는 단계를 더 수행하는 것이다:
A1) 투입되는 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경,
A2) 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량비율(%),
및
A3) 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%).
또한, 본 발명의 제7 측면은 상기 제1 내지 제6 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 입자는 PMMA(polymethyl metacrylate)를 포함하는 것이다.
본 발명의 제8 측면은 상기 제1 내지 제7 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S20) 는 하기 (S21) 단계 내지 (S23) 단계를 포함하는 하위 공정에 의해 수행되는 것인, 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법에 대한 것으로서 상기 방법은: (S21) PMMA를 포함하는 유기 입자, 고분자 고체 전해질 및 분산매를 투입하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계; (S22) 상기 혼합 슬러리를 기판에 도포하는 단계; (S23) 상기 도포된 혼합 슬러리를 건조하여 복합 필름을 수득하는 단계; 및 (S24) 복합 필름으로부터 상기 입자를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 전극 제조 방법은 입경 조절이 용이한 무기 입자나 유기 입자를 전극 활물질 대신 사용하여 전극을 모사함으로써 간단한 공정만으로 다양한 전극 모형 및/또는 다양한 고체 전해질 3차원 네트워크를 얻을 수 있다. 또한, 이를 바탕으로 실제로 전극을 제조한 경우 이의 이온 전도도의 예측이 가능하다. 또한, 이렇게 모사된 전극 구조를 바탕으로 활물질 및 전극 내 전해질층의 최적 형상을 선정하여 전극을 설계할 수 있다. 또한, 이렇게 모사된 전극 구조를 바탕으로 활물질 및 전극 내 전해질 층의 최적 형상을 선정하여 전극을 설계할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라 무기 입자 및/또는 유기 입자를 선택적으로 제거하여 고체 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 얻는 과정을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라 무기 입자 및/또는 유기 입자를 선택적으로 제거하여 고체 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 얻는 과정을 도식화하여 나타낸 것이다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시양태에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물 및 변형예가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 「연결」되어 있다고 할 때, 이는 「직접적으로 연결되어 있는 경우」뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 「이온적으로 연결 또는 전기적으로 연결」되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 「포함한다」고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 용어 「약」, 「실질적으로」 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용 오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로서 사용되고 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 「상에」 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐만 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함된다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표면에 포함된 「이들의 조합(들)」의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 「A 및/또는 B」의 기재는 「A 또는 B 또는 이들 모두」를 의미한다.
이하, 본원 발명의 구현예들을 상세하게 설명하였다. 그러나, 본원 발명은 하기 구체적인 구현예들로만 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 고분자 전해질로 구성된 3차원 네트워크 구조 및 모델 전극 구조를 만들어 전극의 이온 전도도를 예측하고, 이로부터 선정된 3차원 네트워크 구조 및 모델 전극 구조를 실제 전극에 적용하여 전극을 제조하는 방법에 대한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 이온 전도도 예측 방법 및 전극의 선정 방법에 대한 것이다. 본 발명에 있어서 상기 전지는 고체 전해질을 포함하는 전고체 전지인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서 상기 고체 전해질은 고분자 고체 전해질을 포함한다. 또한, 본 발명에 있어서 상기 전극은 고체 고분자 전해질과 전극 활물질의 혼합물을 포함한다.
고분자 전해질을 이용하여 전극을 제조하는 경우 실제로 전극을 제조하지 않고는 전극의 이온 전도도를 정확하게 측정하거나 예측하는 것이 용이하지 않다. 전극의 이온 전도도에 대해 고분자 전해질의 재료적인 특성이 많은 영향을 미치지만 재료적인 측면 외에도 전극 내 전해질의 구조에 따른 이온 도전 경로의 형상이나 길이에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 고분자 전해질의 이온 전도도는 고분자 전해질을 전극에 적용하기 전에 예를 들어 필름 형상(벌크 상태)의 고분자 전해질을 이용하여 이온 전도를 측정하고 이를 바탕으로 전극에 적용된 경우의 이온 전도도를 예측하는데 앞서 설명한 이유로 벌크 상태의 이온 전도도만으로는 정확한 전극의 이온 전도도를 예측하는 것이 어렵다. 이에 본 발명에서는 고분자 전해질을 전극에 실제로 적용하여 전극을 제조하기 전에 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 제조하고 이를 통해 전극의 이온 전도도를 예측하는 방법을 제공한다. 또한 이를 바탕으로 최적의 이온 전도도를 갖는 전극 구조를 설계하여 최적화된 설계 용량을 발현하는 전극 및 전지를 제조할 수 있다.
본 발명의 전극의 이온 전도도 예측 및 전극 선정 방법은 하기 (S10) 내지 (S40) 단계를 포함한다:
(S10) 고분자 고체 전해질 재료 및 무기 입자 및/또는 유기 입자를 포함하는 복합 필름을 제조하는 단계;
(S20) 상기 복합 필름으로부터 고체 고분자 전해질 재료를 제외한 무기 입자 및/또는 유기 입자를 선택적으로 제거하여 고체 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 수득하는 단계;
(S30) 상기 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도를 측정하는 단계;
(S40) 상기 (S30)에서 측정된 이온 전도도를 미리 설정된 기준치(base line)와 비교
하는 단계;를 포함하는 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법.
우선, 고분자 고체 전해질 재료 및 무기 입자 및/또는 유기 입자를 포함하는 복합 필름을 제조하고(S10) 다음으로 상기 복합 필름으로부터 고체 고분자 전해질 재료를 제외한 무기 입자 및/또는 유기 입자를 선택적으로 제거한다(S20). 상기 (S20) 단계를 통해 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고분자 전해질은 용매화된 리튬염에 고분자 수지가 첨가되거나 고분자 수지에 리튬염이 도핑되어 이온 전도성을 나타내는 고분자 재료를 포함하는 것으로서, 통상적으로 전고체 전지용 고분자 전해질로 사용되는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니며 제조하고자 하는 전극의 특성에 맞추어 적절하게 선택될 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 고체 고분자 전해질은 고분자 수지로 폴리에테르계 고분자, 폴리카보네이트계 고분자, 아크릴레이트계 고분자, 폴리실록산계 고분자, 포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌 유도체, 알킬렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등을 포함할 수 있다. 구체적으로는 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF), 폴리스티렌(PS) 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에스테르설파이드(PES), 이들의 유도체, 이온 해리성기를 포함하는 다른 고분자 등, 또는 그 조합물을 들 수 있다. 예를 들어 상기 고분자 고체 전해질은 PEO(polyethylene oxide) 주쇄에 PMMA, 폴리카보네이트, 폴리실록산(pdms) 및/또는 포스파젠과 같은 무정형 고분자를 공단량체로 공중합시킨 가지형 공중합체, 빗형 고분자 수지 (comb-like polymer) 및 가교 고분자 수지 등이 포함될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리튬염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6),리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4),리튬 퍼클로레이트(LiClO4),리튬 클로라이드(LiCl), 리튬 트리플레이트(LiTf), 리튬 헥사플루오로알세네이트(LiAsF6),리튬 설파이드(Li2S),리튬 설페이트(Li2SO4),리튬 포스페이트(Li3PO4),리튬 시트레이트(Li3C6H5O7),리튬 비스(옥살레이토)보레이트(LiBOB), 리튬 비스(노나플루오로술포닐)메탄, 리튬 디플루오로 비스옥살레이토 포스페이트(LiF4OP),리튬 디플로로(옥살레이트)보레이트(LiDFOB), 리튬 비스(펜타플루오로에틸술포닐)아미드 (LiBETI), Lithium bis(fluorosulfonyl) imide)(LiFSI), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(LiTFSI), 리튬 트리스(트리플루오로메탄술포닐)메타이드[LiC(SO2CF3)3],및 이들의 조합들로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 특별히 이들 성분으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 무기 입자 및/또는 유기 입자 등 입자들은 고분자 전해질의 3차원 네크워크 구조를 손상시키지 않고 복합 필름으로부터 제거될 수 있는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서 상기 입자들은 복합 필름에서 전극 활물질의 대체재로 사용되는 것으로서 전극에서 소망하는 수준의 이온 전도도를 확보하기 위해 요구되는 전극 활물질의 조건을 확인하기 위해 사용되는 것이다. 전극 활물질을 직접 사용하는 경우에는 비용적인 측면이나 활물질 제조 공정의 측면 등을 고려했을 때 입경 크기, 입자의 입경 분포 등 각 실험 조건에 부합하는 재료들을 다양하게 확보하는 것이 용이하지 않다. 따라서 입수가 용이하고 특히 실험실 수준에서 입경의 크기나 분포를 복잡하지 않은 방법으로 조절할 수 있는 입자를 이용하여 전극 구조를 모사할 수 있는 방법을 고안한 것이다. 본 발명에 있어서, 상기 입자들로는 무기 입자, 유기 입자 또는 이들 중 하나 이상을 적절하게 선택할 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 3차원 네트워크 구조는 하기 공정으로부터 제조될 수 있다. 우선, 입자들, 고분자 고체 전해질 및 분산매를 투입하여 혼합 슬러리를 제조한다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 혼합 슬러리는 고체 전해질의 3차원 네트워크 구조를 형성하고 상기 구조가 잘 유지되도록 하기 위해 경화제 및 개시제 중 적어도 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 다음으로 상기 혼합 슬러리를 기판에 도포하고 건조하여 복합 필름을 수득한 후 상기 복합 필름으로부터 입자들을 제거하여 고체 전해질의 3차원 네트워크 구조를 수득한다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 상기 입자는 유기 입자를 포함할 수 있다.
유기 입자들은 중합 조건을 조절하여 입경을 조절할 수 있어 실험 조건에 따라 다양한 입경 범위로 준비될 수 있어 직경 등 다양한 치수의 활물질을 대체할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유기 입자는 복합 필름 제조 후 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 손상시키지 않고 복합 필름으로부터 제거되는데 적합한 것으로 선택될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 유기 입자는 전극 활물질을 대체하는 용도이므로 복합 필름을 수득할 때까지 입자의 형태가 유지되는 것으로서 혼합 슬러리에 사용되는 분산매에 용해되지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 유기 입자의 제거는 유기 입자를 유기 용매로 용해시키는 방법으로 수행될 수 있다. 이때, 유기 입자를 제거하기 위한 용매로는 고분자 전해질 재료에 대해서는 용해성이 없거나 용해도가 매우 낮으며, 사용된 유기 입자만을 선택적으로 제거할 수 있는 것을 선택한다. 예를 들어서 상기 용매는 톨루엔, 클로로포름 및 NMP 등이 있으며 이 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 그러나, 용매의 종류는 이에 한정되는 것은 아니며 당업자라면 사용되는 유기 입자 및 고분자 고체 전해질에 따라 적절한 것을 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에 따르면, 유기 입자로 PMMA와 같은 UV 분해성 재료를 사용하여 복합 필름을 제조하고 복합 필름에 UV광을 조사하여 유기 입자를 광분해 시키는 방법으로 복합 필름으로부터 UV 유기 입자만을 선택적으로 제거할 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 유기 입자를 제거하기 위하여 UV 광분해의 방법을 적용하는 경우에는 고체 전해질의 3차원 네크워크 구조가 UV에 의해 열화되지 않도록 하기 위해 복합 필름 제조시 고체 전해질 성분과 함께 경화제 성분이나 개시제 등의 첨가제를 투입할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 유기 입자는 스타이렌-부타디엔 러버(SBR), 폴리부타디엔러버, 폴리플로로프렌(네오프렌), 니트릴 러버, 아크릴 러버, 불소계 고무(FKM), PVC, 폴리스티렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐플루오라이드, PTFE, 폴리비닐 아세테이트나 이의 공중합체, 비닐아세테이트-에틸렌 공중합체 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 입자는 무기 입자일 수 있다. 또한, 상기 무기 입자는 예를 들어 실리카일 수 있다. 실리카 입자와 고분자 전해질을 용매에 투입하고 슬러리를 제조한 후 상기 슬러리를 유리 기판에 도포하고 건조시켜 복합 필름을 제조한다. 이후 상기 복합 필름을 불화 수소산(수용액)과 같은 용매로 처리하여 실리카 입자를 용해시키고 상기 복합 필름으로부터 제거한다. 이때 상기 불화 수소산에 의해 고분자 전해질이 용해되지 않아야 한다. 실리카 입자는 불화 수소산에 용해시켜 제거할 수 있으며, 기계적인 밀링 등의 방법으로 입경을 조절할 수 있어 실험 조건에 따라 다양한 입경 범위로 준비될 수 있는 장점이 있다.
다음으로 전술한 단계들에 의해 얻어진 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도를 측정하고(S30), 상기 이온 전도도를 미리 설정된 기준치(base line)와 비교한다(S40).
만일 미리 설정된 기준치의 이온 전도도 조건을 만족하는 경우에는 상기 (S10)을 통해 수득된 복합 필름의 구조를 모델 전극 구조로 선정할 수 있다(S50). 또한, 상기 3차원 네트워크 구조를 전극에 적용한다. 본 발명에 있어서, 상기 「미리 설정된 기준치를 만족한다」는 의미는 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도가 상기 설정된 기준치 이상인 것이다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 기준치는 1x10-7S/cm 이상, 1x10-6S/cm 이상, 1x10-5S/cm 이상, 1x10-4S/cm 이상일 수 있다. 또는 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 기준치는 같은 두께의 고체 고분자 전해질층의 이온 전도도 대비 20% 이상인 수준을 기준치로 설정할 수 있다. 예를 들어, 동일한 소재의 이온 전도성 고분자 재료를 이용하여 전극 모형과 동일한 두께를 갖는 전해질층을 제조하여 이의 이온 전도도를 측정하고 전극 모형의 이온 전도도를 고체 고분자 전해질층의 이온 전도도와 대비하여 20% 이상의 이온 전도도를 나타내는 경우 상기 전극 모형은 기설정된 기준치를 만족하는 것으로 한다. 즉, 고체 전해질층의 이온 전도도에 대한 전극 모형의 이온 전도도의 백분율이 20% 이상 되는 것을 의미하며 아래 식과 같이 표현될 수 있다.
식)
(전극 모형의 이온 전도도/고체 전해질층의 이온 전도도) X 100 ≥ 20%
본 명세서에서 상기 ‘같은 두께의 고체 고분자 전해질층’이라 함은 입자를 포함하지 않고 기공도가 10% 이하 또는 바람직하게는 5% 이하 더욱 바람직하게는 3% 이하 가장 바람직하게는 1% 이하인 고체 고분자 전해질로만 이루어진 치밀한 막으로 3차원 네트워크 구조를 갖는 전극 모형과 동일한 두께를 갖는 것을 의미한다. 즉, 3차원 네트워크 구조를 갖는 전극 모형에서 입자가 제거됨으로써 형성된 기공이 고체 고분자 전해질로 채워져 있는 모양과 같다. 본 발명에 있어서, 비교 대상인 상기 ‘같은 두께의 고체 고분자 전해질층’과 ‘3차원 네트워크 구조를 갖는 전극 모형’에서 사용된 고분자 고체 전해질은 서로 동일한 것이 바람직하다.
한편, 상기 기공도는 질소 등의 흡착 기체를 이용하여 BEL JAPAN사의 BELSORP (BET 장비)를 이용하여 측정하거나 수은 압입법(Mercury intrusion porosimetry)과 같은 방법으로 측정될 수 있다. 또는 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 수득된 전극 모형의 밀도(겉보기 밀도)와 전극 모형에 포함된 재료들의 조성비와 각 성분들의 밀도로부터 진밀도를 계산하고 겉보기 밀도(apparent density)와 진밀도(net density)의 차이로부터 기공도를 계산할 수 있다.
전극의 이온 전도도는 전해질의 분포, 구조, 이에 따른 이온 도전 경로, 경로의 길이 나 폭 등의 다양한 조건에 좌우될 수 있다. 본 발명자들은 전극 중 고분자 전해질의 이러한 3차원적 구조는 고분자 전해질 이외에 전극에 포함되는 활물질 등 전극 합재 성분들의 물리적인 특성으로부터 영향을 받을 것으로 예상하였다. 이러한 물리적인 특성은 활물질의 입경, 입경의 분포, 활물질의 분포 상태 등 다양한 조건을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명에서 「3차원 네트워크 구조를 전극에 적용한다」는 의미는 본 네트워크 구조를 제조하는데 적용된 다양한 조건 중 적어도 하나 이상을 전극 제조에 적용한다는 것을 의미한다. 상기 조건은 a) 내지 h)와 같이 열거될 수 있다.
a) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 고분자 전해질
b) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 고분자 전해질의 함량
c) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 입자의 입경 (D50, D90 등)
d) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 입자의 입경 분포
e) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 입자의 함량
f) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 용매의 성질 (용해도, 극성도, 점도 등)
g) 3차원 네트워크 구조를 제조하는데 사용된 용매의 성질
h) 고형분의 함량 및/또는 슬러리의 농도
상기 조건들은 완전히 동일하거나, 경우에 따라서는 소정 범위를 만족하도록 할 수 있다. 예를 들어 활물질 입자의 경우, 모델 전극 구조에 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경의 +/-10% 이내의 입경 범위를 가질 수 있다. 또는 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량 비율(%)의 +/-10%의 함량을 가질 수 있다. 또는 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%)의 +/-10%의 부피를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 선정된 3차원 네트워크 구조 및 이의 제조 조건을 참조하여 전고체 전지용 전극을 제조하는 단계를 더 수행할 수 있다(S60). 이때 전극 활물질은 상기 복합 필름에서 무기 및/또는 유기 입자 대신 투입되는 것이므로 전극 활물질 입자는 하기 B1) 내지 B3) 중 적어도 하나 이상의 조건을 만족하는 것이 바람직하다:
B1) 모델 전극 구조에 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경의 +/-10% 또는 +/- 5% 이내의 입경 범위를 가짐
B2) 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량 비율(%)의 +/- 10% 또는 +/- 5% 또는 +/- 2%의 함량을 가짐
B3) 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%)의 +/- 10% 또는 +/- 5% 또는 +/- 2%의 부피를 가짐.
한편, 전술한 단계를 통해 전극을 제조한 경우에는 상기 전극의 이온 전도도를 측정하고 이를 상기 모델 전극 구조 또는 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도와 비교하는 단계를 더 수행할 수 있다(S70). 만일 전극의 이온 전도도가 모델 전극 구조의 이온 전도도 또는 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도에 대해 70% 이상, 또는 80% 이상, 또는 90% 이상의 이온 전도도를 나타내거나 이들의 이온 전도도에 비해 높은 이온 전도도를 나타내는 경우에는 상기 전극을 모델 전극으로 선정할 수 있다(S80).
한편, 3차원 네트워크 구조에서 측정된 이온 전도도가 기설정된 기준치에 미치지 못하는 경우에는 제조 조건을 변경하고 변경된 조건들을 3차원 네트워크 구조 제조에 다시 적용할 수 있다. 예를 들어 하기 A1) 내지 A3) 중 적어도 하나 이상의 조건을 변경할 수 있다. 또한, 변경된 조건에 따라 전술한 S10) 내지 S40)의 공정을 반복하여 수행하고 3차원 네트워크 구조를 수득할 수 있다.
A1) 투입되는 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경,
A2) 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량비율(%),
및
A3) 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%).
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 전극은 당업계에 알려진 통상 적인 방법에 따라 전극 활물질을 전극 전류집전체에 접착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극 활물질 중 양극 활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기 화학 소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극 활물질이 사용가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들의 조합에 의하여 형성
되는 복합산화물 등과 같은 리튬흡착물질(lithium intercalation material) 등이 바람직하다. 음극 활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기 화학 소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극 활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이
트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. 양극 전류 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
(1) 필름의 제조
실시예1
-1
Acetonitrile (AN)용매에 PEO (Mw =4,000,000g/mol)을 녹여 4wt% 농도의 고분자 용액을 준비하였다. 또한, 상기 고분자 용액에 리튬염으로 LiFSI를 [EO]/[Li+]=20/1이 되도록 투입하여 혼합하였다. 상기 고분자 용액에서 PEO(Polyethylene oxide)와 리튬염이 충분히 녹을 수 있도록 70℃에서 약 24시간 동안 밤샘 교반하였다. 상기 용액에 PMMA(Poly methyl methacrylate) 입자 (D50 5㎛)를 투입하고 상온에서 약 24시간 동안 밤샘 교반하였다. PMMA의 양은 고형분(PEO+리튬염+개시제+경화제) 중 50중량%가 되도록 하였다. 코팅을 하기 전, 개시제와 경화제 용액을 미리 준비하여 약 1 시간 교반한 후, 상기 고분자 용액에 첨가하였다. 이때, 경화제는 PEGDA(Polyethylene glycol diacrylate, Mw =575), 개시제는 BPO(Benzoyl peroxide)를 사용하였다. PEGDA는 PEO 100 중량부 대비 20 중량부, BPO는 PEGDA 100중량부 대비 1중량부의 양으로 투입되었다. 개시제, 경화제 용액 투입 후, 코팅을 실시하였다. 코팅은 닥터 블레이드를 이용하며, 이형 필름 위에 하였다. 코팅 gap은 800㎛, 코팅 속도는 20mm/min으로 제어되었다. 코팅된 용액을 이형 필름째로 유리판으로 이동시켜 수평을 잘 유지하고, 챔버 내에서 상온 밤샘 정치시킨 후, 100℃에서 12시간 진공 건조하였다. 이후 압연을 통해 50㎛의 두께를 갖는 복합 필름을 수득하였다. 상기 복합 필름에 UV 광을 조사하여 상기 복합 필름에서 PMMA 입자를 분해 및 제거하여 고분자 고체 전해질의 3차원 네크워크 구조로 이루어진 다공성 필름을 수득하였다. 상기 다공성 필름의 기공 부피는 50vol%였다.
상기 제조된 필름을 직경 1.7671cm2크기의 원형으로 절단하고 이를 동일한 크기의 금속판(SUS 재질) 사이에 개재하여 코인 타입 전지를 제작하였다. 상온에서 impedance를 측정한 후, 이온 전도도를 계산하였다. 이온 전도도는 500kHz~0.1Hz의 교류 임피던스를 측정해, 그 측 정치에서 저항 R를 계산한다. 또한 이 저항 R과 측정 샘플의 면적 A와 두께 d로부터 이온 전도도=1/R×1d/A를 구하였다.
실시예 1-2
사용한 PMMA 입자의 D50이 10㎛인 것을 제외하고는 제조예 1과 같이 동일하게 필름을 제조하고 이온 전도도를 측정하였다. 상기 다공성 필름의 기공 부피는 50vol%였다.
실시예 1-3
사용한 PMMA 입자의 D50이 10㎛이고 고형분 중 PMMA의 함량이 60wt%인 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 다공성 필름을 제조하고 이온 전도도를 측정하였다. 수득된 다공성 필름의 기공 부피는 40vol%였다.
실시예 1-4
PMMA 대신 실리카 입자 (D50 5㎛~10㎛)을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 복합 필름을 제조하고 이온 전도도를 측정하였다. 수득된 복합 필름을 3wt% HF 수용액에 넣고 30분간 정치시켜 실리카 입자를 제거하고 다공성 필름을 제조하였다. 수득된 다공성 필름의 기공 부피는 50vol%였다.
실시예 1-5
사용한 PMMA 입자가 10㎛이고, PMMA 함량이 70wt%인 것을 제외하고, 제조예 1과 같이 동일하게 복합 필름을 제조하고 이온 전도도를 측정하였다. 수득된 다공성 필름의 기공 부피는 30vol%였다.
참조예
Acetonitrile(AN) 용매에 PEO (Mw =4,000,000g/m ol)을 녹여 4wt%의 농도의 고분자 용액을 준비하였다. 이 때, 리튬염으로 LiFSI를 [EO]/[Li+]=20/1이 되도록 함께 투입하였다. 준비된 고분자 용액에서 PEO와 리튬염이 충분히 녹을 수 있도록 70℃에서 약 24시간 동안 밤샘 교반 했다. 코팅을 하기 전, 개시제와 경화제 용액을 미리 준비하여 약 1 시간 정도 교반한 후, 상기 고분자 용액에 첨가하였다. 이때, 경화제는 PEGDA(Mw =575), 개시제는 BPO를 사용하며, PEGDA는 PEO 100 중량부 대비 20 중량부, BPO는 PEGDA 100중량부 대비 1중량부의 양으로 투입되었다. 개시제, 경화제 용액 투입 후, 용액이 충분히 섞은 후 코팅을 실시하였다. 코팅은 doctor blade를 이용하였으며, 이형 필름 위에 하였다. 코팅 gap은 800㎛, 코팅속도는 20mm/min이다. 코팅된 용액은 이형 필름째로 유리판으로 이동시켜 수평을 잘 유지하고, 챔버 내에서 상온 밤샘 유지 후, 100℃에서 약 12시간 진공 건조 하였다. 이 후 압연을 통해 50㎛의 두께를 갖는 필름을 수득하고 이온 전도도를 측정하였다.
|
|
실시예 1-1 |
실시예 1-2 |
실시예 1-3 |
실시예 1-4 |
실시예 1-5 |
참조예 |
| 이온 전도도(S/cm, 상온) |
2.5x10-7 |
2.2x10-7 |
1.6x10-7 |
1.3x10-7 |
0.9x10-7 |
5x10-7 |
실험예와 같이, 참조예 의 PEO 적용 단독 고체 전해질 막의 경우 가장 높은 이온 전도도 값을 나타내었다. 이것은 벌크 상태의 단순 필름형의 tortuosity가 1인 것으로 기준값(reference) 산출하는 기준이 된다. 전극 활물질을 포함하는 경우 활물질의 입경과 함량 등에 의해 결정되는 전극 구조에 따른 이온 전도도를 확인하기 위해 활물질 대신 유기 입자(예를 들어, 구형의 PMMA) 또는 무기 입자(예를 들어, 실리카 입자)를 사용하여 실제 수득되는 전극의 이온 전도도를 예측하였다. 같은 고체 전해질 재료를 전극에 적용한 경우 벌크 상태의 단순 필름형의 고체 전해질막에 비해서 전극 내 이온 전도도는 활물질로 인해 tortuosity가 발생하여 이온 전도도가 감소 한다. 활물질 함량이 증가함에 따라 전극 내 고체 전해질의 함량이 낮아져 이온 전도도가 감소한다. 고체 전해질 함량이 30wt% 수준(실시예 1-5)로 감소함에 따라 이온 전도도가 벌크(bulk) 상태의 이온 전도도 대비 18%로 매우 낮아져 성능에 영향을 줄 수 있다. 이와 같이 전극 내 이온 전도도는 벌크 상태 대비 20% 이상인 것이 바람직한 것으로 확인되었다.
실시예 2: 전극의 제조
Acetonitrile (AN)용매에 PEO (Mw =4,000,000g/mol)을 녹여 4wt% 농도의 고분자 용액을 준비하였다. 또한, 상기 고분자 용액에 리튬염으로 LiFSI를 [EO]/[Li+]=20/1이 되도록 투입하여 혼합하였다. 상기 고분자 용액에서 PEO와 리튬염이 충분히 녹을 수 있도록 70℃에서 약 24시간 동안 밤샘 교반하였다. 상기 용액에 전극 활물질 (LiNi8Mn1Co1O2)(D505㎛)를 용액 내 고형분 양 (PEO+ 리튬염+개시제 +경화제) 만큼 넣은 후 상온에서 약 24시간 동안 밤샘 교반하였다. 코팅을 하기 전, 개시제와 경화제 용액을 미리 준비하여 약 1 시간 교반한 후, 상기 고분자 용액에 첨가하였다. 이때, 경화제는 PEGDA(Mw =575), 개시제는 BPO를 사용하였다. PEGDA는 PEO 100 중량부 대비 20 중량부, BPO는 PEGDA 100 중량부 대비 1중량부의 함량으로 투입되었다. 개시제, 경화제 용액 투입 후, 상기 용액이 충분히 섞이면 코팅을 실시하였다. 코팅은 doctor blade를 이용하며, 이형 필름 위에 하였다. 코팅 gap은 200㎛, 코팅 속도는 20mm/min으로 제어되었다. 코팅된 solution은 이형 필름째로 유리판에 이동시켜 수평을 잘 유지하고, chamber 내에서 상온 밤샘 정치시킨 후, 100℃에서 12시간 진공 건조하였다. 이후 압연을 통해 두께를 50㎛로 조절하였다. 최종적으로 고체 전해질의 함량이 50vol%인 전극을 수득하였다.
(2) 이온 전도도의 측정
상기 제조된 전극을 직경 1.4875cm2크기의 원형으로 절단하여 두 장을 준비하고 이 사이에 제조예 5에서 제작한 고체 전해질 막을 개재하여 코인 타입 전지를 제작하였다. 상온에서 impedance를 측정한 후, 이온 전도도를 계산하였다. 이의 이온 전도도 수치는 2.4x10-7로 제조예 1의 이온 전도도 수치와 유사한 범위를 나타내는 것으로 확인되었다.
이와 같이 본 발명은 희망하는 이온 전도도 범위를 나타내는 전극의 재료 선정, 전극의 두께, 고체 전해질의 함량 등 전극의 구조를 설계하는데 적용할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 전극 모형은 실제 전극의 이온 전도도 수치와 유사한 수치를 나타내는 것으로 확인되어 신뢰성 있는 예측 결과를 도출할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이 다양한 실시양태를 통해 본 발명을 상세히 설명하였다. 그러나, 상기 실시양태는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[부호의 설명]
10 유기 및/또는 무기 입자
20 3차원 네트워크 구조
Claims (8)
- (S10) 고분자 고체 전해질 재료 및 무기 입자 및/또는 유기 입자를 포함하는 복합 필름을 제조하는 단계;
(S20) 상기 복합 필름으로부터 고체 고분자 전해질 재료를 제외한 무기 입자 및/또는 유기 입자를 선택적으로 제거하여 고체 고분자 전해질의 3차원 네트워크 구조를 수득하는 단계;
(S30) 상기 3차원 네트워크 구조의 이온 전도도를 측정하는 단계; 및
(S40) 상기 (S30)에서 측정된 이온 전도도를 미리 설정된 기준치(base line)와 비교하는 단계;를 포함하는 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (S10) 단계 수행 전 하기 A1) 내지 A3) 중 적어도 하나 이상을 측정하는 단계를 더 수행하는 것인, 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법:
A1) 투입되는 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경,
A2) 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량비율(%),
및
A3) 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%).
- 제1항에 있어서,
(S50) 측정된 이온 전도도가 상기 기준치 이상인 경우 (S1)의 복합 필름의 구조를 모델 전극 구조로 선정하는 단계를 더 포함하는 것인, 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법.
- 제3항에 있어서,
(S60) 고분자 고체 전해질 재료 및 전극 활물질 입자를 포함하는 전고체 전지용 전극을 제조하는 단계를 더 포함하며, 상기 전극 활물질 입자는 하기 B1) 내지 B3) 중 적어도 하나 이상의 조건을 만족하는 것인, 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법:
B1) 모델 전극 구조에 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경의 +/-10% 또는 +/-5% 이내의 입경 범위를 가짐
B2) 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량 비율(%)의 +/- 10% 또는 +/- 5% 또는 +/- 2%의 함량을 가짐
B3) 모델 전극 구조로 선정된 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%)의 +/- 10% 또는 +/- 5% 또는 +/- 2%의 부피를 가
짐.
- 제4항에 있어서,
(S70) 상기 전고체 전지용 전극의 이온 전도도를 측정하고 상기 이온 전도도를 모델 전극 구조의 이온 전도도와 비교하는 단계; 및
(S80) 측정된 전고체 전지용 전극의 이온 전도도가 모델 전극 구조의 이온 전도도에 비해 70% 이상의 이온 전도도를 나타내는 경우 (S6)에서 제조된 전극을 모델 전극으로 선정하는 단계:를 더 포함하는 것인, 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법.
- 제1항에 있어서,
(S50) 측정된 이온 전도도가 상기 기준치에 미치지 못하는 경우 하기 A1) 내지 A3) 중 적어도 하나 이상의 조건을 변경하고 상기 S1) 내지 S4)를 반복하는 단계를 더 수행하는 것인, 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법:
A1) 투입되는 무기 입자 및/또는 유기 입자의 입경,
A2) 복합 필름 100 중량% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 함량비율(%),
및
A3) 복합 필름 100 vol% 중 포함된 무기 입자 및/또는 유기 입자의 부피 비율(%).
- 제1항에 있어서,
상기 입자는 PMMA를 포함하는 것인, 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (S20)는 하기 (S21) 단계 내지 (S23) 단계를 포함하는 하위 공정에 의해 수행되는 것인, 이온 전도도가 개선된 고체 전해질 포함 전극을 선정하는 방법:
(S21) 유기 입자, 고분자 고체 전해질 및 분산매를 투입하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계;
(S22) 상기 혼합 슬러리를 기판에 도포하는 단계;
(S23) 상기 도포된 혼합 슬러리를 건조하여 복합 필름을 수득하는 단계; 및
(S24) 복합 필름으로부터 상기 입자를 제거하는 단계.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20170117838 | 2017-09-14 | ||
| KR1020170117838 | 2017-09-14 |
Publications (2)
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| CN114609220B (zh) * | 2022-02-23 | 2023-05-26 | 电子科技大学 | 一种求解三相界面离子电导率的方法 |
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