KR20190074587A - Method for Preparing Solid Electrolyte, Solid Electrolyte Prepared by Using the Same, and All Solid Battery Comprising the Solid Electrolyte - Google Patents

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KR20190074587A KR1020170176058A KR20170176058A KR20190074587A KR 20190074587 A KR20190074587 A KR 20190074587A KR 1020170176058 A KR1020170176058 A KR 1020170176058A KR 20170176058 A KR20170176058 A KR 20170176058A KR 20190074587 A KR20190074587 A KR 20190074587A
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Abstract

The present invention relates to a solid electrolyte producing method which includes the following steps of: mixing and stirring first lithium sulfide and the sulfide of metal M in a first organic solvent to prepare a first suspension; mixing and stirring second lithium sulfide and LiX in a second organic solvent to prepare a second suspension; and producing a sulfide-based compound represented by chemical formula 1, Li_aM_bS_cX_d, by mixing the first suspension and the second suspension and then drying the mixture in a vacuum state. In chemical formula 1, M is one or more selected from a group consisting of Al, Si, P, Ga, Ge, As, In, Sn, and Sb, X is one selected from a group consisting of F, Cl, Br, and I, and following conditions, 1 <= a <= 7, 0 <= b <= 3, 4 <= c <= 7, and 0 <= d <= 1 are satisfied. According to the present invention, both superior battery characteristics and excellent manufacturing processes are possible.

Description

고체 전해질 제조 방법, 이를 이용해서 제조되는 고체 전해질 및 이를 포함하는 전고체 전지{Method for Preparing Solid Electrolyte, Solid Electrolyte Prepared by Using the Same, and All Solid Battery Comprising the Solid Electrolyte}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a solid electrolyte, a solid electrolyte produced using the solid electrolyte,

본 발명은 고체 전해질 제조 방법, 이를 이용해서 제조되는 고체 전해질 및 이를 포함하는 전고체 전지에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid electrolyte production method, a solid electrolyte produced using the solid electrolyte, and a whole solid battery including the solid electrolyte.

리튬 이차전지는 휴대폰을 비롯한 이동식 전자기기의 전원으로 널리 사용되고 있으며, 전기 자동차 등 대형기기에 대한 수요가 증가함에 따라 그 적용 분야가 확대되고 있다. Lithium secondary batteries are widely used as power sources for mobile electronic devices including mobile phones, and their applications are expanding as demand for large-sized devices such as electric vehicles increases.

한편, 리튬 이차전지는 리튬염을 유기용매에 녹인 액체 전해질을 이용하므로, 전해액 누액 뿐만 아니라 전해액 분해 반응에 의한 발화 및 폭발에 대한 잠재적인 위험성을 안고 있다. 실제로도 이를 적용한 제품의 폭발 사고가 지속적으로 발생하고 있기 때문에 이러한 문제점을 해소하는 것이 시급한 상황이다. On the other hand, since the lithium secondary battery uses a liquid electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent, there is a potential risk of ignition and explosion due to electrolyte decomposition reaction as well as electrolyte leakage. In fact, there is an urgent need to overcome these problems, as the explosion of products using them is continuously occurring.

전고체 전지는 이러한 액체 전해질을 고체 전해질로 대체한 것으로 전극과 전해질 등 모든 전지의 구성요소가 고체이기 때문에 안전성 측면에서 유리하다. 또한, 음극 소재로 Li 금속 또는 Li 합금을 사용할 수 있기 때문에 고에너지 밀도, 고출력, 장수명 등 전지의 성능 관점에서도 유리한 것으로 알려져 최근 많은 연구가 진행되고 있다. All solid electrolytes are replaced with solid electrolytes, which are advantageous from the standpoint of safety because the components of all cells, such as electrodes and electrolytes, are solid. In addition, since lithium metal or Li alloy can be used as a negative electrode material, it is known that it is advantageous from the viewpoint of battery performance such as high energy density, high output and long life.

전고체 전지의 성능을 발휘하기 위해서는 높은 리튬 이온 전도도를 가지는 고체 전해질의 개발이 중요하며, 현재 Li10GeP2S12, Li6PS5Cl, Li2S-P2S5 등 황화물계 화합물이 널리 사용되고 있다. It is important to develop a solid electrolyte having a high lithium ion conductivity in order to exhibit the performance of the all-solid battery, and sulfide compounds such as Li 10 GeP 2 S 12 , Li 6 PS 5 Cl, and Li 2 SP 2 S 5 are widely used have.

이러한 황화물계 고체 전해질은, 종래 용융법 또는 고상법 등을 통해서 제조되어 왔다. Such a sulfide-based solid electrolyte has been produced by a conventional melting method or a solid phase method.

하나의 예로, 용융법은 L2S 및 P2S5 등의 출발 원료를 용융하여 얻은 용융물을 급냉하는 방법을 이용한다. 그러나, 용융 공정에서 발생하는 열분해 가스의 영향으로 합성물 조성이 안정되기 어렵고, 또한, 입자의 크기를 제어하기 어려워 고체 전해질로 사용하는 경우 별도의 분쇄 공정을 필요로 한다.As one example, the melting method uses a method of quenching a melt obtained by melting starting materials such as L 2 S and P 2 S 5 . However, the composition of the composite is not stable due to the pyrolysis gas generated in the melting process, and it is difficult to control the size of the particles. Therefore, when the solid electrolyte is used as a solid electrolyte, a separate pulverizing step is required.

고상법은 주로 기계적 밀링을 이용하며, 예를 들어 반응기 내에 출발 원료 및 볼밀을 넣고, 출발 원료에 강한 진동을 부여하여 분산, 혼합한 후 열처리를 하여 이루어진다. 그러나, 고에너지 밀링기를 대형화하기 어렵고, 이에 따라 출발 원료의 균일 분산 및 비정질화가 어려워 대량 합성이 용이하지 않다. The solid phase method mainly uses mechanical milling. For example, the starting material and the ball mill are placed in the reactor, and the starting material is dispersed and mixed with strong vibration, and then heat treatment is performed. However, it is difficult to enlarge the high-energy milling machine, and thus it is difficult to uniformly disperse and amorphize the starting materials and mass synthesis is not easy.

이를 해결하기 위하여, 최근에 출발 원료를 THF와 같은 유기 용매 중에서 교반 후 건조하여 황화물계 고체 전해질을 합성하는 습식법이 제시되고 있으나, 이 또한, 합성물의 순도가 낮고 이온 전도도가 낮아 고체 전해질의 용도에 부적당한 문제가 있다. In order to solve this problem, a wet process for synthesizing a sulfide-based solid electrolyte by stirring the starting materials in an organic solvent such as THF has been proposed. However, since the purity of the compound is low and the ionic conductivity is low, There is an inadequate problem.

따라서, 높은 리튬 이온 전도도를 나타내면서도 우수한 합성 수율 및 순도를 가지는 고체 전해질의 제조 방법에 대한 필요성이 높은 실정이다. Accordingly, there is a high need for a method for producing a solid electrolyte having a high synthesis yield and purity while exhibiting a high lithium ion conductivity.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

구체적으로, 본 발명의 목적은 높은 리튬 이온 전도도를 나타내면서도 우수한 합성 수율 및 순도를 가지는 고체 전해질의 제조 방법, 이로부터 제조되는 고체 전해질을 제공하는 것이다. Specifically, it is an object of the present invention to provide a method for producing a solid electrolyte having high lithium ion conductivity and excellent synthesis yield and purity, and a solid electrolyte prepared therefrom.

본 발명의 다른 목적은 상기 고체 전해질을 이용하여 우수한 전지 특성을 가지면서도 제조 공정성이 우수한 전고체 전지를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a pre-solid battery using the solid electrolyte and having excellent cell characteristics and excellent processability.

본 발명은, According to the present invention,

(가) 제 1 리튬 황화물 및 금속 M의 황화물을 제 1 유기 용매에서 혼합 교반하여 제 1 현탁액을 준비하는 단계; (A) mixing and stirring the first lithium sulfide and the sulfide of the metal M in a first organic solvent to prepare a first suspension;

(나) 제 2 리튬 황화물 및 LiX을 제 2 유기 용매에서 혼합 교반하여 제 2 현탁액을 준비하는 단계; 및 (B) mixing and stirring the second lithium sulfide and LiX in a second organic solvent to prepare a second suspension; And

(다) 상기 제 1 현탁액과 제 2 현탁액을 혼합한 후, 진공 건조하여 하기 화학식 (1)로 표현되는 황화물계 화합물을 제조하는 단계; (C) mixing the first suspension and the second suspension, followed by vacuum drying, to prepare a sulfide compound represented by the following formula (1);

를 포함하는 고체 전해질 제조 방법을 제공한다.And a solid electrolyte.

LiaMbScXd (1) LiaMbScXd (One)

상기 식에서,   In this formula,

M은 Al, Si, P, Ga, Ge, As, In, Sn 및 Sb로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고; M is one or more selected from the group consisting of Al, Si, P, Ga, Ge, As, In, Sn and Sb;

X는 F, Cl, Br, 및 I로 이루어진 군에서 선택되는 하나이며; 및 X is one selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I; And

1≤a≤7, 0<b≤3, 4≤c≤7 및 0<d≤1이다. 1? A? 7, 0 <b? 3, 4? C? 7, and 0 <d?

상기 제 1 리튬 황화물은 Li2S, Li2S2, Li2S4, 및 Li2S6로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.The first lithium sulfide may be one selected from the group consisting of Li 2 S, Li 2 S 2 , Li 2 S 4 , and Li 2 S 6 .

상기 제 1 리튬 황화물 및 금속 M의 황화물은 중량 기준으로 20 : 80 내지 60 : 40일 수 있다. The sulfide of the first lithium sulfide and the metal M may be 20:80 to 60:40 by weight.

상기 제 1 유기 용매는 비양성자성 극성용매일 수 있다. The first organic solvent may be an aprotic polarity solvent for daily use.

상기 비양성자성 극성용매는 테트라하이드로퓨란(THF), 에틸 아세테이트, 아세톤, 디메틸 설폭사이드(DMSO), 디메틸포름아마이드(DMF), 아세토니트릴, 디부틸에테르(DBE) 및 프로필렌카보네이트(PC)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. The aprotic polar solvent is preferably selected from the group consisting of tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate, acetone, dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), acetonitrile, dibutyl ether (DBE) and propylene carbonate May be one or more selected from the group.

상기 제 1 유기 용매는 제 1 현탁액 전체 중량을 기준으로 60 내지 99 중량%일 수 있다. The first organic solvent may be 60 to 99 wt% based on the total weight of the first suspension.

상기 단계 (가)의 혼합 교반은, 50도 내지 90도()에서 분당 회전 수 100 내지 500 rpm로 10 내지 14 시간 동안 수행될 수 있다. The mixing agitation of step (a) may be carried out at a rotation speed of 100 to 500 rpm at 10 to 14 hours at 50 to 90 degrees ().

상기 제 2 리튬 황화물은 Li2S, Li2S2, Li2S4, 및 Li2S6로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.The second lithium sulfide may be one selected from the group consisting of Li 2 S, Li 2 S 2 , Li 2 S 4 , and Li 2 S 6 .

상기 제 2 리튬 황화물 및 LiX(여기서, X는 F, Cl, Br, 및 I로 이루어진 군에서 선택되는 하나이다)은 중량 기준으로 20 : 80 내지 60 : 40일 수 있다. The second lithium sulfide and LiX, wherein X is one selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I, may be from 20:80 to 60:40 by weight.

상기 제 2 유기 용매는 양성자성 극성용매일 수 있다. The second organic solvent may be used for positive polarity polarity.

상기 양성자성 극성용매는 에탄올, 이소 프로판올, n-부탄올, 아세트산, 및 니트로메탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. The protonic polar solvent may be at least one selected from the group consisting of ethanol, isopropanol, n-butanol, acetic acid, and nitromethane.

상기 제 2 유기 용매는 제 2 현탁액 전체 중량을 기준으로 60 내지 99 중량%일 수 있다. The second organic solvent may be 60 to 99 wt% based on the total weight of the second suspension.

상기 단계 (나)의 혼합 교반은, 50도 내지 90도()에서 분당 회전 수 100 내지 500 rpm로 10 내지 14 시간 동안 수행될 수 있다. The mixing agitation in the step (b) may be carried out at a rotation speed of 100 to 500 rpm at 10 to 14 hours at 50 to 90 degrees ().

상기 단계 (다)에서 제 1 현탁액 및 제 2 현탁액은 중량비를 기준으로 30 : 70 내지 70 : 30로 혼합될 수 있다. In the step (c), the first suspension and the second suspension may be mixed in a weight ratio of 30:70 to 70:30.

상기 단계 (다)의 진공 건조는 100도 내지 250도()에서 수행할 수 있다. Vacuum drying in step (c) can be performed at 100 to 250 degrees Celsius.

본 발명은, According to the present invention,

(라) 상기 단계 (다)에서 제조되는 화합물을 400도 내지 700도() 에서 열처리를 하는 단계; (D) subjecting the compound prepared in step (c) to a heat treatment at 400 to 700 degrees Celsius;

를 추가로 포함할 수 있다.. &Lt; / RTI &gt;

또한, 본 발명은 상기 제조 방법을 이용하여 제조되는 고체 전해질을 제공한다. Further, the present invention provides a solid electrolyte produced using the above-mentioned production method.

상기 고체 전해질의 이온 전도도는 25도()에서 1*10-5 내지 5*10-3 S/cm일 수 있다.The ionic conductivity of the solid electrolyte may be 1 * 10 -5 to 5 * 10 -3 S / cm at 25 degrees ().

또한, 본 발명은 상기 고체 전해질을 포함하는 전고체 전지를 제공한다. The present invention also provides a pre-solid battery comprising the solid electrolyte.

본 발명은 두 종류의 소정의 유기 용매 상에서 각각 출발 원료를 교반하는 단계, 혼합 후 진공 건조하는 단계를 포함하는 고체 전해질 제조 방법을 제공하므로, 입자 물성 제어가 용이하며 높은 합성 수율 및 순도를 가지는 황화물계 화합물을 포함하는 고체 전해질을 제공할 수 있다. 상기 제조 방법은 반응기의 용적을 스케일 업(scale up)하여 출발 원료 및 유기 용매 양을 쉽게 증가시킬 수 있는 바, 우수한 리튬 이온 전도도를 나타내는 고체 전해질을 대량으로 제공할 수 있다. 따라서 이를 이용한 전고체 전지는 높은 수명 특성 및 에너지 밀도를 가지면서도 대량 양산이 가능하므로 제조 공정성이 우수하다. The present invention provides a method of producing a solid electrolyte comprising stirring the starting materials in two kinds of predetermined organic solvents, respectively, and drying the mixture in a vacuum, so that it is possible to control the physical properties of the particles easily and to obtain sulfides A solid electrolyte containing a base compound can be provided. Since the production method scales up the volume of the reactor to easily increase the amount of the starting material and the organic solvent, it can provide a large amount of solid electrolyte exhibiting excellent lithium ion conductivity. Therefore, all solid-state batteries using the same have high lifetime characteristics and energy density, and can be mass-produced in large quantities.

도 1은 실시예 2 따라 제조된 고체 전해질의 X선 회절 패턴 결과를 나타낸 그래프이다. 1 is a graph showing the results of an X-ray diffraction pattern of a solid electrolyte prepared according to Example 2. Fig.

고체 전해질 제조 방법Method of manufacturing solid electrolyte

일반적으로 황화물계 화합물을 이용하는 고체 전해질은, 앞서 설명한 바와 같이, 용융법, 고상법, 습식법 등을 통해 제조되어 왔다. Solid electrolytes using sulfide-based compounds in general have been produced through a melting process, a solid phase process, a wet process, or the like, as described above.

특히, 고상법의 경우 고에너지 밀링기와 같은 특수한 장치를 이용하기 때문에 스케일 업(scale up)이 쉽지 않으며, 장치 가동에 있어서 많은 에너지와 시간이 소요되므로 비용 상승을 초래하여 대량 양산시 제조 공정성 열세로 이어지는 문제가 있었다. Particularly, in the case of the solid-phase method, scale-up is difficult because a special device such as a high-energy milling machine is used, and energy and time are consumed in operation of the apparatus, leading to cost increase. There was a problem.

또한, 출발 원료를 유기 용매 중에서 가열, 교반 후 건조하여 합성하는 습식법의 경우, 합성물의 물성을 제어하기 쉽지 않아 낮은 합성 수율 및 이온 전도도를 나타내는 바, 고체 전해질로 적용하는 데 있어 문제가 있었다. Further, in the case of the wet process in which the starting materials are heated in an organic solvent, stirred, and then dried, it is difficult to control the physical properties of the resultant composition, resulting in low synthesis yield and ionic conductivity, which is problematic in application as a solid electrolyte.

이에, 본 발명에 따른 제조 방법은 두 종류의 특정 유기 용매 상에서 각각의 출발 원료를 교반 후 혼합, 진공 건조하여 황화물계 화합물을 합성하는 과정을 포함하므로, 높은 합성 수율 및 순도를 가지면서도 우수한 리튬 이온 전도도를 나타내는 고체 전해질을 제공할 수 있다. 이는 유기 용매에 따라 출발 원료의 용해도 차이가 발생하는 바, 이에 따른 반응 속도 차이가 합성 물질의 순도에 영향을 미치기 때문이다. Therefore, the production method according to the present invention includes a step of mixing and starting the respective starting materials in two kinds of specific organic solvents, followed by mixing and vacuum drying to synthesize a sulfide-based compound. Therefore, A solid electrolyte showing conductivity can be provided. This is because the difference in solubility of the starting material occurs depending on the organic solvent, and the difference in the reaction rate affects the purity of the synthesized material.

상세하게는, 본 발명은, Specifically,

(가) 제 1 리튬 황화물 및 금속 M의 황화물을 제 1 유기 용매에서 혼합 교반하여 제 1 현탁액을 준비하는 단계; (A) mixing and stirring the first lithium sulfide and the sulfide of the metal M in a first organic solvent to prepare a first suspension;

(나) 제 2 리튬 황화물 및 LiX을 제 2 유기 용매에서 혼합 교반하여 제 2 현탁액을 준비하는 단계; 및 (B) mixing and stirring the second lithium sulfide and LiX in a second organic solvent to prepare a second suspension; And

(다) 상기 제 1 현탁액과 제 2 현탁액을 혼합한 후, 진공 건조하여 하기 화학식 (1)로 표현되는 황화물계 화합물을 제조하는 단계; (C) mixing the first suspension and the second suspension, followed by vacuum drying, to prepare a sulfide compound represented by the following formula (1);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing a solid electrolyte.

LiaMbScXd (1) LiaMbScXd (One)

상기 식에서,   In this formula,

M은 Al, Si, P, Ga, Ge, As, In, Sn 및 Sb로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고; M is one or more selected from the group consisting of Al, Si, P, Ga, Ge, As, In, Sn and Sb;

X는 F, Cl, Br, 및 I로 이루어진 군에서 선택되는 하나이며; 및 X is one selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I; And

1≤a≤7, 0<b≤3, 4≤c≤7, 및 0<d≤1이다. 1? A? 7, 0 <b? 3, 4? C? 7, and 0 <d?

상기 단계 (가)의 제 1 리튬 황화물은 화학식(1) 화합물의 리튬 전구체로, 예를 들어, Li2S, Li2S2, Li2S4 및 Li2S6로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있으며, 상세하게는 Li2S일 수 있다. The first lithium sulfide of step (a) is a lithium precursor of the compound of formula (1), for example, one selected from the group consisting of Li 2 S, Li 2 S 2 , Li 2 S 4 and Li 2 S 6 And may be Li 2 S in detail.

상기 금속 M의 황화물은 Ma'Sb'로 표현될 수 있으며, a', b'는 각각 M의 산화수에 따라 적절한 값을 가질 수 있는 바, 예를 들어, 금속 M이 P인 경우 P2S5일 수 있다.The sulfides of the metal M can be represented by M a ' S b' , and a 'and b' can have appropriate values depending on the oxidation number of M, for example, when the metal M is P, P 2 S 5 .

상기 제 1 리튬 황화물 및 금속 M의 황화물의 중량비는 합성하는 화학식(1)의 화합물의 조성비에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 예를 들어, 중량 기준으로 20 : 80 내지 60 : 40일 수 있다. The weight ratio of the first lithium sulfide and the metal sulfide may be appropriately adjusted according to the composition ratio of the compound of formula (1), for example, 20: 80 to 60:40 by weight.

상기 범위를 벗어나 제 1 리튬 황화물의 함량이 지나치게 많거나 금속 M의 황화물의 함량이 지나치게 적을 경우, 합성물이 적절한 결정 구조를 유지하여 충분한 이온 전도도를 확보하기 어렵고, 제 1 리튬 황화물의 함량이 지나치게 적거나 금속 M의 황화물의 함량이 지나치게 많을 경우, 금속 M이 오히려 불순물로 작용하여 이온 전도도가 급격히 하락할 수 있는 바 바람직하지 않다. 이에, 상세하게는, 30 : 70 내지 50 : 50일 수 있다. If the content of the first lithium sulfide is excessively large or the content of the sulfide of the metal M is excessively small outside the above range, it is difficult for the composite to maintain a proper crystal structure and to secure a sufficient ion conductivity, and if the content of the first lithium sulfide is excessively low Or the content of the sulfide of the metal M is excessively large, the metal M acts as an impurity rather than the metal M, so that the ion conductivity may drop sharply. Specifically, it may be 30:70 to 50:50.

상기 제 1 유기 용매는 출발 원료가 용해되어 잘 분산될 수 있으면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 비양성자성 극성 용매의 경우 특히, 금속 M의 황화물이 균일하게 분산되는 것을 확인하였다. The first organic solvent is not particularly limited as long as the starting material can be dissolved and dispersed well. For example, in the case of an aprotic polar solvent, it is confirmed that the sulfide of the metal M is uniformly dispersed.

상기 비양성자성 극성 용매는, 상세하게는, 테트라하이드로퓨란(THF), 에틸 아세테이트, 아세톤, 디메틸 설폭사이드(DMSO), 디메틸포름아마이드(DMF), 아세토니트릴, 디부틸에테르(DBE) 및 프로필렌카보네이트(PC)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 더욱 상세하게는, 테트라하이드로퓨란(THF)일 수 있다. Specific examples of the aprotic polar solvent include tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate, acetone, dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), acetonitrile, dibutyl ether (DBE) and propylene carbonate (PC), and more particularly, may be tetrahydrofuran (THF).

상기 제 1 유기 용매는 제 1 현탁액 전체 중량을 기준으로 60 내지 99 중량%일 수 있다. 상기 범위를 벗어나 제 1 유기 용매의 양이 지나치게 많을 경우, 추후 건조 공정에서 이를 충분히 제거하기 어려워 합성물의 불순물로 작용할 우려가 있고, 지나치게 적을 경우 제 2 리튬 황화물 및 금속 M의 황화물이 균일하게 분산되기 어려워 바람직하지 않다. 상세하게는 제 1 현탁액 전체 중량을 기준으로 70 내지 99 중량%일 수 있다. The first organic solvent may be 60 to 99 wt% based on the total weight of the first suspension. If the amount of the first organic solvent is excessively large, it is difficult to sufficiently remove the first organic solvent in the subsequent drying step, which may act as an impurity in the composition. If the amount is too small, the second lithium sulfide and the sulfide of the metal M are uniformly dispersed It is difficult and not desirable. And more specifically from 70 to 99% by weight, based on the total weight of the first suspension.

경우에 따라서는, 무극성 유기 용매를 제 1 현탁액 전체 중량을 기준으로 10 내지 20 중량%를 추가로 혼합할 수 있다. 상기 무극성 유기 용매는 이에 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 헵탄, 톨루엔, 또는 그 혼합물일 수 있다. In some cases, the nonpolar organic solvent may be further mixed in an amount of 10 to 20% by weight based on the total weight of the first suspension. The apolar organic solvent may be, for example, but not limited to, heptane, toluene, or a mixture thereof.

상기 제 1 리튬 황화물 및 금속 M의 황화물을 제 1 유기 용매 상에서 혼합 교반하여 비결정질의 황화물이 포함된 제 1 현탁액을 제조할 수 있다. The first lithium sulfide and the sulfide of the metal M may be mixed and stirred in a first organic solvent to prepare a first suspension containing an amorphous sulfide.

상기 혼합 교반은, 예를 들어, 마그네틱 교반기, 스프레이 드라이어 장치, 초음파 분산장치 등을 이용할 수 있으나, 상세하게는, 시료를 균일하게 혼합하는 마그네틱 교반기를 통해 수행할 수 있다. The mixing and stirring may be performed using, for example, a magnetic stirrer, a spray drier, an ultrasonic disperser or the like, and more specifically, a magnetic stirrer to uniformly mix the samples.

회전 속도가 빠르면 화합물의 생성 속도가 빨라지고, 회전 시간이 길수록 화합물의 출발 원료에 대한 전환율이 높아지는 바, 예를 들어, 50도 내지 90도()에서 분당 회전 수 100 내지 500 rpm로 10 내지 14 시간 동안 이루어질 수 있다. The higher the rotation speed, the faster the compound production rate. The longer the rotation time, the higher the conversion rate of the compound to the starting material. For example, the rotation speed is from 100 to 500 rpm at 50 to 90 degrees &Lt; / RTI &gt;

상기 범위를 벗어나 회전 속도나 회전 시간이 지나치게 느릴 경우 현탁액 내에서 입자들이 고르게 분산되지 않을 수 있고, 회전 속도나 회전 시간이 지나치게 빠를 경우 입자들에 전해지는 에너지가 과다하여 부반응이 발생할 우려가 있어 바람직하지 않다. 이에, 상세하게는, 60도 내지 80도()에서 분당 회전 수 200 내지 400 rpm로 11 내지 13 시간 동안 이루어질 수 있다. If the rotation speed or the rotation time is excessively slower than the above range, the particles may not be uniformly dispersed in the suspension. If the rotation speed or the rotation time is excessively high, energy transferred to the particles is excessively high, I do not. More specifically, it can be carried out at 60 to 80 degrees Celsius (rpm) at 200 to 400 rpm for 11 to 13 hours.

본 발명에서, 상기 단계 (나)의 제 2 리튬 황화물은 화학식(1) 화합물의 또 다른 리튬 전구체로, 예를 들어, Li2S, Li2S2, Li2S4 및 Li2S6로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있으며, 상세하게는 Li2S일 수 있다. In the present invention, the second lithium sulfide of step (b) is another lithium precursor of the compound of formula (1), for example Li 2 S, Li 2 S 2 , Li 2 S 4 and Li 2 S 6 And may be Li 2 S in detail.

상기 LiX(여기서, X는 F, Cl, Br, 및 I로 이루어진 군에서 선택되는 하나이다; 이하 LiX로 표시한다)는 상세하게는 LiCl 또는 LiBr일 수 있다. The above LiX (wherein X is one selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I; hereinafter referred to as LiX) may be specifically LiCl or LiBr.

상기 제 2 리튬 황화물 및 LiX의 중량비는 합성하는 화학식(1)의 화합물의 조성비에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 예를 들어, 중량 기준으로 20 : 80 내지 60 : 40일 수 있다. The weight ratio of the second lithium sulfide and LiX can be appropriately controlled according to the composition ratio of the compound of the formula (1) to be synthesized, and can be, for example, 20:80 to 60:40 by weight.

상기 범위를 벗어나 제 2 리튬 황화물의 함량이 지나치게 많거나 LiX의 함량이 지나치게 적을 경우, 합성물이 적절한 결정 구조를 유지하여 충분한 이온 전도도를 확보하기 어렵고, 제 2 리튬 황화물의 함량이 지나치게 적거나 LiX의 함량이 지나치게 많을 경우, 오히려 불순물로 작용하여 이온 전도도가 급격히 하락할 수 있는 바 바람직하지 않다. 이에, 상세하게는, 30 : 70 내지 50 : 50일 수 있다. If the content of the second lithium sulfide is excessively small or the content of LiX is excessively small outside the above range, the composition maintains a proper crystal structure and thus it is difficult to secure a sufficient ion conductivity. When the content of the second lithium sulfide is excessively small, If the content is excessively large, the ionic conductivity acts as an impurity rather than a sharp drop, which is undesirable. Specifically, it may be 30:70 to 50:50.

상기 제 2 유기 용매는 출발 원료가 용해되어 잘 분산될 수 있으면 특별히 한정하지 않으나 예를 들어, 양성자성 극성 용매의 경우 특히, LiX가 균일하게 분산되는 것을 확인하였다. The second organic solvent is not particularly limited as long as the starting material can be dissolved and dispersed well. For example, LiX is uniformly dispersed in the case of a protic polar solvent.

상기 양성자성 극성용매는 에탄올, 이소 프로판올, 및 n-부탄올, 아세트산, 및 니트로메탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 상세하게는, 에탄올일 수 있다. 경우에 따라서는, 부반응을 방지하지 위하여 무수 조건의 양성자성 극성용매를 사용할 수 있다. The protonic polar solvent may be at least one selected from the group consisting of ethanol, isopropanol, and n-butanol, acetic acid, and nitromethane, and in particular, ethanol. In some cases, an anionic polar protic solvent may be used to prevent side reactions.

상기 제 2 유기 용매는 제 2 현탁액 전체 중량을 기준으로 60 내지 99 중량%일 수 있다. 상기 범위를 벗어나 제 2 유기 용매의 양이 지나치게 많을 경우, 추후 건조 공정에서 이를 충분히 제거하기 어려워 합성물의 불순물로 작용할 우려가 있고, 지나치게 적을 경우 제 2 리튬 황화물 및 LiX가 균일하게 분산되기 어려워 바람직하지 않다. 상세하게는 제 2 현탁액 전체 중량을 기준으로 70 내지 99 중량%일 수 있다. The second organic solvent may be 60 to 99 wt% based on the total weight of the second suspension. If the amount of the second organic solvent is excessively large, it may be difficult to sufficiently remove the second organic solvent in the subsequent drying process, which may act as an impurity in the composition. If the second lithium sulfide and LiX are too small, not. In particular from 70 to 99% by weight, based on the total weight of the second suspension.

경우에 따라서는, 무극성 유기 용매를 제 2 현탁액 전체 중량을 기준으로 10 내지 20 중량%를 추가로 혼합할 수 있다. 상기 무극성 유기 용매는 이에 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 헵탄, 톨루엔, 또는 그 혼합물일 수 있다. In some cases, the nonpolar organic solvent may be further mixed in an amount of 10 to 20% by weight based on the total weight of the second suspension. The apolar organic solvent may be, for example, but not limited to, heptane, toluene, or a mixture thereof.

상기 제 2 리튬 황화물 및 LiX은 제 2 유기 용매 상에서 혼합 교반하여 비결정질의 황화물이 포함된 제 2 현탁액을 제조할 수 있다. The second lithium sulfide and LiX may be mixed and stirred in a second organic solvent to prepare a second suspension containing an amorphous sulfide.

상기 혼합 교반은, 예를 들어, 마그네틱 교반기, 스프레이 드라이어 장치, 초음파 분산장치 등을 이용할 수 있으나, 상세하게는, 시료를 균일하게 혼합하는 마그네틱 교반기를 통해 수행할 수 있다. The mixing and stirring may be performed using, for example, a magnetic stirrer, a spray drier, an ultrasonic disperser or the like, and more specifically, a magnetic stirrer to uniformly mix the samples.

회전 속도가 빠르면 화합물의 생성 속도가 빨라지고, 회전 시간이 길수록 화합물의 출발 원료에 대한 전환율이 높아지는 바, 예를 들어, 50도 내지 90도()에서 분당 회전 수 100 내지 500 rpm로 10 내지 14 시간 동안 이루어질 수 있다. The higher the rotation speed, the faster the compound production rate. The longer the rotation time, the higher the conversion rate of the compound to the starting material. For example, the rotation speed is from 100 to 500 rpm at 50 to 90 degrees &Lt; / RTI &gt;

상기 범위를 벗어나 회전 속도나 회전 시간이 지나치게 느릴 경우 현탁액 내에서 입자들이 고르게 분산되지 않을 수 있고, 회전 속도나 회전 시간이 지나치게 빠를 경우 입자들에 전해지는 에너지가 과다하여 부반응이 발생할 우려가 있어 바람직하지 않다. 이에, 상세하게는, 60도 내지 80도()에서 분당 회전 수 200 내지 400 rpm로 11 내지 13 시간 동안 이루어질 수 있다. If the rotation speed or the rotation time is excessively slower than the above range, the particles may not be uniformly dispersed in the suspension. If the rotation speed or the rotation time is excessively high, energy transferred to the particles is excessively high, I do not. More specifically, it can be carried out at 60 to 80 degrees Celsius (rpm) at 200 to 400 rpm for 11 to 13 hours.

본 발명에서, 상기 제 1 현탁액 및 제 2 현탁액을 중량비를 기준으로 30 : 70 내지 70 : 30로 혼합한 후 진공 건조를 수행하여 유기 용매를 제거하고 비결정화된 화합물을 얻을 수 있다. In the present invention, the first suspension and the second suspension are mixed in a weight ratio of 30:70 to 70:30, followed by vacuum drying to remove the organic solvent to obtain an amorphous compound.

상기 제 1 현탁액 및 제 2 현탁액의 중량비는 합성하는 화학식(1)의 화합물의 조성비에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 상세하게는 40 : 60 내지 60 : 40일 수 있다. The weight ratio of the first suspension and the second suspension may be appropriately adjusted according to the composition ratio of the compound of the formula (1) to be synthesized, specifically, from 40:60 to 60:40.

상기 진공 건조는 실리콘 오일로 중탕한 특수 용기에 넣고 100도 내지 250도()에서 수행할 수 있다. 상기 온도 범위를 벗어나, 건조 온도가 지나치게 높을 경우, 이온 전도도가 낮은 상으로 전이가 발생할 가능성이 있고, 지나치게 낮을 경우, 유기 용매를 충분히 제거할 수 없어 잔존하는 유기 용매로 인하여 고체 전해질의 이온 전도도가 낮아질 수 있으므로 바람직하지 않다. 이에, 상세하게는 120도 내지 180도()에서 진공 건조를 수행할 수 있다. The vacuum drying can be carried out at a temperature of 100 ° C to 250 ° C (in a special container with a bath of silicone oil). If the drying temperature is too high, the transition to the phase having low ionic conductivity may occur. If the drying temperature is too low, the organic solvent can not be sufficiently removed, and the ionic conductivity of the solid electrolyte Which is undesirable. Thus, in detail, vacuum drying can be performed at 120 to 180 degrees.

이러한 건조 중 공기 중의 수분으로 인하여 황화수소 등 유해물질이 발생하기 쉬우므로 대기와 접촉하지 않도록 진공 조건, 예를 들어, 진공도 0.1 mmHg 미만의 글로브박스 또는 드라이룸에서 수행할 수 있다. In this drying process, harmful substances such as hydrogen sulfide are likely to be generated due to moisture in the air, so that the drying can be performed in a vacuum condition, for example, a glove box or a dry room having a degree of vacuum of less than 0.1 mmHg, so as not to come into contact with the atmosphere.

한편, 본 발명은, On the other hand,

(라) 상기 단계 (다)에서 제조되는 화합물을 400도 내지 700도() 에서 열처리를 하는 단계를 포함하여 황화물계 화합물의 결정성을 향상시킬 수 있다. (D) heat-treating the compound prepared in the step (c) at a temperature of 400 ° C to 700 ° C to improve the crystallinity of the sulfide compound.

400도 미만일 경우, 지나치게 낮은 온도로 인하여 결정화가 충분히 진행되지 않을 수 있고, 700도를 초과할 경우, 황화물계 화합물의 입자가 지나치게 커져 균일한 크기의 입자 제조가 어려운 바 이온 전도도가 저하될 수 있어 바람직하지 않다. 이에, 상세하게는, 500도 내지 600도()일 수 있다. When the temperature is less than 400 ° C, the crystallization may not proceed sufficiently due to an excessively low temperature. When the temperature exceeds 700 ° C, particles of the sulfide-based compound become too large to produce particles having a uniform size, It is not preferable. Specifically, it may be 500 to 600 degrees.

이러한 열처리 중 공기 중의 수분으로 인하여 황화수소 등 유해물질이 발생하기 쉬우므로 대기와 접촉하지 않도록 진공 조건, 예를 들어, 진공도 0.1 mmHg 미만의 글로브박스 또는 드라이룸에서 수행할 수 있다. During the heat treatment, harmful substances such as hydrogen sulfide are likely to be generated due to moisture in the air, so that it may be performed in a vacuum condition such as a glove box or a dry room having a degree of vacuum of less than 0.1 mmHg so as not to contact with the atmosphere.

고체 전해질Solid electrolyte

본 발명은 상기 제조 방법을 이용하여 제조되는 화학식 (1)로 표현되는 황화물계 화합물을 포함하는 고체 전해질을 제공한다. The present invention provides a solid electrolyte comprising a sulfide-based compound represented by the formula (1), which is produced using the above-mentioned production method.

상기 황화물계 화합물은 상세하게는 아지로다이트(argyrodite)형 결정구조의 결정상을 포함할 수 있다. 아지로다이트형 결정구조는 당업계에 널리 알려진 바, 이하 자세한 설명은 생략한다. The sulfide-based compound may specifically include a crystalline phase of an argyrodite type crystal structure. The aziridate type crystal structure is well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted.

상기 황화물계 화합물을 포함하는 고체 전해질의 이온 전도도는 실온(25)에서 1*10-5 내지 5*10-3 S/cm 일 수 있다. 이는 전고체 전지용 고체 전해질을 실용화하기에 충분한 이온 전도도로, 본 발명에 따라 제조된 고체 전해질은 우수한 리튬 이온 전도도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.The ionic conductivity of the solid electrolyte containing the sulfide compound may be 1 * 10 -5 to 5 * 10 -3 S / cm at room temperature (25). It can be confirmed that the solid electrolyte prepared according to the present invention exhibits excellent lithium ion conductivity with sufficient ion conductivity for practical use of solid electrolytes for all solid electrolytes.

이러한 황화물계 화합물은 평균 입경이 수 나노미터에서 수천 마이크로미터 크기까지 제조가 가능하며 그 형태도 특별히 제한되지 않는다. 나노 수준의 입자 크기를 가질 경우 전극 활물질과의 접촉 면적을 늘려 리튬 이온 전달경로가 확대되는 바 충방전에 유리하며, 상세하게는 평균 입경이 0.001 마이크로미터 내지 50 마이크로미터의 범위 내일 수 있다. Such a sulfide-based compound can be manufactured to have an average particle size of several nanometers to several thousands of micrometers, and its form is not particularly limited. When the nano-sized particle size is used, the contact area with the electrode active material is increased so that the lithium ion transfer path is enlarged, which is advantageous for charging and discharging. Specifically, the average particle size can be within the range of 0.001 micrometer to 50 micrometer.

전고체 전지All solid-state cells

본 발명은 상기 고체 전해질을 포함하는 전고체 전지를 제공한다. The present invention provides a pre-solid battery comprising the solid electrolyte.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 두 종류의 소정의 유기 용매를 이용하여 우수한 리튬 이온 전도도를 나타내는 고체 전해질을 제조하는 바, 이를 이용한 전고체 전지는 높은 수명 특성 및 에너지 밀도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 스케일 업이 용이하여 대량 양산이 가능하므로 제조 공정성이 우수하다. As described above, the present invention produces solid electrolytes exhibiting excellent lithium ion conductivity by using two kinds of predetermined organic solvents, and all solid batteries using the same can ensure high lifetime characteristics and energy densities , It is easy to scale up, mass production is possible, and thus the manufacturing process is excellent.

상기 전고체 전지는, 상세하게는, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 게재되는 고체 전해질을 포함한다. Specifically, the pre-solid battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode.

이하, 본 발명의 전고체 전지에 대해 구성별로 설명한다. Hereinafter, the entire solid-state battery of the present invention will be described for each structure.

상기 양극은 양극 활물질을 포함하는 양극 합제가 집전체에 도포되어 이루어지며, 상기 양극 합제는 필요에 따라, 바인더, 도전재를 더 포함할 수 있다. The positive electrode may be formed by applying a positive electrode mixture containing a positive electrode active material to a current collector, and the positive electrode mixture may further include a binder and a conductive material, if necessary.

상기 양극 활물질은 예를 들어, LiNi0.8-xCo0.2AlxO2, LiCoxMnyO2, LiNixCoyO2, LiNixMnyO2, LiNixCoyMnzO2, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiFePO4, LiCoPO4, LiMnPO4 및 Li4Ti5O12 등의 리튬 금속 산화물(0<x<1, 0<y<1); Cu2Mo6S8, FeS, CoS 및 MiS 등의 칼코겐화물, 스칸듐, 루테늄, 티타늄, 바나듐, 몰리브덴, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연 등의 산화물, 황화물 또는 할로겐화물이 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로는, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, TiS2, ZrS2, RuO2, Co3O4, Mo6S8, V2O5 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may include, for example, LiNi 0.8-x Co 0.2 Al x O 2 , LiCo x Mn y O 2 , LiNi x Co y O 2 , LiNi x Mn y O 2 , LiNi x Co y Mn z O 2 , LiCoO 2 , Lithium metal oxides (0 <x <1, 0 <y <1) such as LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiMnPO 4 and Li 4 Ti 5 O 12 ; Cu 2 Mo 6 S 8 , chalcogenides such as FeS, CoS and MiS, oxides, sulfides or halides of scandium, ruthenium, titanium, vanadium, molybdenum, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, And more specifically, LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , TiS 2 , ZrS 2 , RuO 2 , Co 3 O 4 , Mo 6 S 8 , and V 2 O 5 may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 양극 활물질의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 입자형, 예컨대 구형, 타원형, 직육면체형 등일 수 있다. 양극활물질의 평균 입경은 1 내지 50 ㎛ 범위 내일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 양극 활물질의 평균 입경은 예를 들어 주사형 전자현미경에 의하여 관찰되는 활물질의 입경을 측정하고, 이의 평균값을 계산함으로써 얻을 수 있다. The shape of the cathode active material is not particularly limited and may be a particle shape, for example, a spherical shape, an elliptical shape, a rectangular parallelepiped shape, or the like. The average particle diameter of the cathode active material may be within the range of 1 to 50 占 퐉, but is not limited thereto. The average particle diameter of the cathode active material can be obtained, for example, by measuring the particle size of the active material observed by a scanning electron microscope and calculating the average value thereof.

상기 바인더는 특별히 한정되지 않으며, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 불소 함유 바인더가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The binder is not particularly limited, and fluorine-containing binders such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE) may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 바인더의 함량은 양극 활물질을 고정할 수 있는 정도면 특별히 한정되지 않으며, 양극 합제 전체에 대하여 0 내지 10 중량% 범위 내일 수 있다. The content of the binder is not particularly limited as long as it can fix the cathode active material, and may be in the range of 0 to 10 wt% with respect to the total amount of the cathode mixture.

상기 도전재는 양극의 도전성을 향상시킬 수 있으면 특별히 한정되지 않고, 니켈 분말, 산화 코발트, 산화 티탄, 카본 등을 예시할 수 있다. 상기 카본은, 상세하게는, 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙, 퍼니스 블랙, 흑연, 탄소 섬유 및 플러렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 1종 이상 일 수 있다. The conductive material is not particularly limited as long as it can improve the conductivity of the anode, and examples thereof include nickel powder, cobalt oxide, titanium oxide, and carbon. Specifically, the carbon may be any one selected from the group consisting of Ketjen black, acetylene black, furnace black, graphite, carbon fiber, and fullerene, or one or more thereof.

상기 도전재의 함량은 도전재의 종류 등 기타 전지의 조건을 고려하여 선택될 수 있으며, 예컨대 양극 전체에 대하여 1 내지 10 중량% 범위 내일 수 있다. The content of the conductive material may be selected in consideration of other battery conditions, such as the type of conductive material, and may be, for example, in the range of 1 to 10% by weight based on the entire anode.

상기 양극 합제 층의 두께는, 예를 들어 0.1 마이크로 미터 내지 1000 마이크로미터일 수 있다. The thickness of the positive electrode material mixture layer may be, for example, 0.1 micrometer to 1000 micrometer.

상기 양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 표면에 미세한 요철이 형성된 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 사용될 수 있다. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Examples of the positive electrode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, Nickel, titanium, silver, or the like may be used. In addition, various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric having fine irregularities on the surface may be used.

전고체 전지의 음극은 리튬 금속 또는 리튬 합금을 단독으로 사용하거나 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하는 음극 합제가 도포된 것을 사용할 수 있다. 상기 음극 합제는 필요에 따라, 바인더, 도전재를 더 포함할 수 있다. The negative electrode of the pre-solid battery may be a lithium metal or a lithium alloy alone or may be coated with a negative electrode mixture containing a negative electrode active material on the negative electrode collector. The negative electrode material mixture may further include a binder and a conductive material, if necessary.

상기 음극 활물질은 리튬 금속, 리튬 합금, 리튬 금속 복합 산화물, 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 이때 리튬 합금은 리튬과 Na, K, Rb, Cs, In, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al 및 Sn으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속으로 이루어진 합금을 사용할 수 있다. 또한, 리튬 금속 복합 산화물은 리튬과 Si, Sn, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 금속(Me) 산화물(MeOx)이고, 일례로 LixFe2O3(0<x≤1) 또는 LixWO2(0<x≤1)일 수 있다. 또한, SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO22, Bi2O3, Bi2O4 및 Bi2O5 등의 산화물 등을 사용할 수 있고, 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 탄소 복합체와 같은 탄소계 물질이 단독으로 또는 2종 이상이 혼용되어 사용될 수 있다.The negative electrode active material may be at least one selected from the group consisting of lithium metal, a lithium alloy, a lithium metal composite oxide, a lithium-containing titanium composite oxide (LTO), and combinations thereof. The lithium alloy may be an alloy of lithium and at least one metal selected from Na, K, Rb, Cs, In, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al and Sn. In addition, lithium metal composite oxide is lithium and Si, Sn, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni, and is one of a metal (Me) oxide (MeO x) selected from the group consisting of Fe, for example in Li x Fe 2 O 3 (0 < x? 1) or Li x WO 2 (0 <x? 1). In addition, Sn x Me 1-x Me y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me ': Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of halogen, <x? 1; 1? y? 3; 1? z? 8); SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO2 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4 , and Bi 2 O 5 and the like, and carbonaceous materials such as crystalline carbon, amorphous carbon or carbon composite may be used alone or in combination of two or more.

이때, 음극 집전체는 전고체 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극 집전체는 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철이 형성된 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 사용될 수 있다. In this case, the anode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing any chemical change in the entire solid battery. For example, the cathode current collector may be formed on the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, Carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. The negative electrode current collector may be formed in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a nonwoven fabric, and the like having fine irregularities on its surface.

전술한 바의 구성을 갖는 전고체 전지의 제조는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지의 방법을 통해 제조가 가능하다. The production of all the solid batteries having the above-mentioned constitution is not particularly limited in the present invention, and can be produced by a known method.

상세하게는, 양극 및 음극 사이에 본 발명에 따른 고체 전해질을 배치시킨 후 이를 압축 성형하여 셀을 조립한다. Specifically, a solid electrolyte according to the present invention is disposed between an anode and a cathode, and the cell is assembled by compression molding.

상기 고체 전해질은, 상세하게는 고체 전해질 시트 상태일 수 있으며, 고체 전해질을 단독 또는 바인더와 혼합하여 프레스 성형하거나, 용매에 분산시켜 슬러리화한 것을 닥터 블레이드나, 스핀코트에 의해 제막하는 방법을 통해 제조할 수 있다. Specifically, the solid electrolyte may be in the form of a solid electrolyte sheet, and may be formed by mixing a solid electrolyte with a binder or by press molding, or by dispersing the solid electrolyte in a solvent to form a slurry by a doctor blade or a spin coat Can be manufactured.

상기 조립된 셀은 외장재 내에 설치한 후 가열 압축 등에 의해 봉지한다. 외장재로는 알루미늄, 스테인레스 등의 라미네이트 팩, 원통형이나 각형의 금속제 용기가 매우 적합하다. The assembled cell is installed in the casing and then sealed by heat compression or the like. Laminate packs made of aluminum, stainless steel or the like, and cylindrical or square metal containers are very suitable for the exterior material.

이하 실시예를 참조하여 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다. The following examples are provided for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

모든 실험은 수분 및 산소에 노출되지 않는 글로브박스 혹은 드라이룸에서 수행하였다. All experiments were performed in a glove box or dryer room that was not exposed to moisture and oxygen.

출발 원료로서 Li2S와 P2S5를 중량비 기준으로 38 : 62로 THF에 넣고 70도() 300 rpm으로 12 시간 동안 교반을 수행하여 제 1 현탁액을 제조하였다. 이 때 THF는 제 1 현탁액 전체 중량을 기준으로 95 중량%이다. 별도의 반응기에 출발 원료로서 Li2S와 LiBr를 중량비 기준으로 35 : 65로 무수에탄올에 넣고 70도() 300 rpm으로 12 시간 동안 교반을 수행하여 제 2 현탁액을 제조 하였다. 이 때 무수 에탄올은 제 2 현탁액 전체 중량을 기준으로 95 중량%이다.The first suspension was prepared by adding Li 2 S and P 2 S 5 as starting materials in THF at 38: 62 on a weight basis and stirring at 70 rpm (300 rpm) for 12 hours. Wherein the THF is 95% by weight based on the total weight of the first suspension. In a separate reactor, Li 2 S and LiBr as starting materials were added to anhydrous ethanol at 35:65 on a weight basis and stirred at 70 rpm (300 rpm) for 12 hours to prepare a second suspension. Wherein the anhydrous ethanol is 95 wt% based on the total weight of the second suspension.

상기 공정에서 얻어진 제 1 현탁액 및 제 2 현탁액을 중량비 기준으로 42 : 58 으로 혼합하였으며 실리콘 오일로 중탕한 특수 용기에 넣고 150도()에서 진공 건조를 수행하여 흰색 분말을 얻었다. The first suspension and the second suspension obtained in the above process were mixed at a ratio of 42: 58 on a weight basis and placed in a special container with a silicone oil bath, followed by vacuum drying at 150 ° C to obtain a white powder.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

상기 실시예 1에서 얻어진 흰색 분말을 진공 분위기에서 550도()로 열처리하여 결정성을 향상시켰다. The white powder obtained in Example 1 was heat-treated at 550 ° C in a vacuum atmosphere to improve crystallinity.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

출발물질 Li2S, P2S5, LiBr을 중량비 기준으로 37 : 35 : 28를 무수 에탄올에 넣고 70도() 300 rpm으로 12 시간 동안 교반을 수행하였으며, 실리콘 오일로 중탕한 특수 용기에 넣고 150도()에서 진공 건조를 수행하여 흰색 분말을 얻었다.The starting materials Li 2 S, P 2 S 5, and LiBr was added in anhydrous ethanol (37: 35: 28) on a weight basis and agitated at 70 rpm (300 rpm) for 12 hours. Vacuum drying was carried out at 150 ° C Powder was obtained.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

비교예 1에서 용매를 THF를 사용한 것을 제외하고는 동일한 조건으로 수행하여 노란색 분말을 얻었다. A yellow powder was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that THF was used as the solvent.

<실험예 1><Experimental Example 1>

실시예 1, 2, 비교예 1 및 2에서 각각 얻은 화합물의 리튬 이온 전도도 변화를 확인하기 위하여 AC impedance 측정을 통해 리튬 이온 전도도를 확인한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The lithium ion conductivity of the compounds obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 was checked by AC impedance measurement in order to confirm the change in lithium ion conductivity. The results are shown in Table 1 below.

리튬 이온 전도도(S/cm)Lithium ion conductivity (S / cm) 실시예 1Example 1 1.1*10-5 1.1 * 10 -5 실시예 2Example 2 3.9*10-4 3.9 * 10 -4 비교예 1Comparative Example 1 측정 불가(한계치 초과)Measurement not possible (exceeding limit) 비교예 2Comparative Example 2 측정 불가(한계치 초과)Measurement not possible (exceeding limit)

상기 표 1에 따르면, 본 발명의 제조방법으로 제조된 실시예 1 및 2의 고체 전해질은 높은 리튬 이온 전도도를 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 특히 진공 건조 후, 추가로 열처리를 수행한 실시에 2의 고체 전해질의 경우 리튬 이온 전도도가 더욱 높아지는 것을 확인할 수 있다. 이는 유기 용매에 따라 출발 원료의 용해도 차이가 발생하는 바, 이에 따른 반응 속도 차이가 합성 물질의 순도에 영향을 미치기 때문으로 보인다. According to the above Table 1, it can be confirmed that the solid electrolytes of Examples 1 and 2 produced by the production method of the present invention exhibit high lithium ion conductivity. Particularly, after vacuum drying and further heat treatment, It can be confirmed that the lithium ion conductivity of the electrolyte is further increased. This is because the difference in solubility of the starting material occurs depending on the organic solvent, and the difference in the reaction rate thus affects the purity of the synthesized material.

<실험예 2><Experimental Example 2>

실시예 2에서 얻은 화합물의 X선 회절 분석을 수행한 결과를 하기 도 1에 나타내었다. The results of X-ray diffraction analysis of the compound obtained in Example 2 are shown in FIG.

하기 도 1에 따르면 실시예 2의 화합물은 Li6PS5Br이 메인 피크이고, 함량은 약 80.4%로 본 발명에 따라 제조된 고체 전해질은 높은 수율 및 순도를 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1, the compound of Example 2 has a main peak of Li 6 PS 5 Br and a content of about 80.4%, which indicates that the solid electrolyte prepared according to the present invention has a high yield and purity.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능하다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (19)

(가) 제 1 리튬 황화물 및 금속 M의 황화물을 제 1 유기 용매에서 혼합 교반하여 제 1 현탁액을 준비하는 단계;
(나) 제 2 리튬 황화물 및 LiX을 제 2 유기 용매에서 혼합 교반하여 제 2 현탁액을 준비하는 단계;
(다) 상기 제 1 현탁액과 제 2 현탁액을 혼합한 후, 진공 건조하여 하기 화학식 (1)로 표현되는 황화물계 화합물을 제조하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법:
LiaMbScXd (1)
상기 식에서,
M은 Al, Si, P, Ga, Ge, As, In, Sn, 및 Sb로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고;
X는 F, Cl, Br, 및 I로 이루어진 군에서 선택되는 하나이며; 및
1≤a≤7, 0≤b≤3, 4≤c≤7 및 0≤d≤1이다.
(A) mixing and stirring the first lithium sulfide and the sulfide of the metal M in a first organic solvent to prepare a first suspension;
(B) mixing and stirring the second lithium sulfide and LiX in a second organic solvent to prepare a second suspension;
(C) mixing the first suspension and the second suspension, followed by vacuum drying, to prepare a sulfide compound represented by the following formula (1);
The method for producing a solid electrolyte according to claim 1,
LiaMbScXd (One)
  In this formula,
M is one or more selected from the group consisting of Al, Si, P, Ga, Ge, As, In, Sn, and Sb;
X is one selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I; And
1? A? 7, 0? B? 3, 4? C? 7 and 0? D?
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 리튬 황화물은 Li2S, Li2S2, Li2S4 및 Li2S6로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법.The method of claim 1, wherein the first lithium sulfide is one selected from the group consisting of Li 2 S, Li 2 S 2 , Li 2 S 4, and Li 2 S 6 . 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 리튬 황화물 및 금속 M의 황화물은 중량 기준으로 20 : 80 내지 60 : 40인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법. The method of claim 1, wherein the sulfide of the first lithium sulfide and the metal M is 20:80 to 60:40 by weight. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유기 용매는 비양성자성 극성용매인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법. The method for producing a solid electrolyte according to claim 1, wherein the first organic solvent is an aprotic polar solvent. 제 4 항에 있어서, 상기 비양성자성 극성용매는 테트라하이드로퓨란(THF), 에틸 아세테이트, 아세톤, 디메틸 설폭사이드(DMSO), 디메틸포름아마이드(DMF), 아세토니트릴, 디부틸에테르(DBE) 및 프로필렌카보네이트(PC)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법. The process of claim 4, wherein the aprotic polar solvent is selected from the group consisting of tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate, acetone, dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), acetonitrile, dibutyl ether And carbonate (PC). 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유기 용매는 제 1 현탁액 전체 중량을 기준으로 60 내지 99 중량%인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법. The method of claim 1, wherein the first organic solvent is 60 to 99 wt% based on the total weight of the first suspension. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (가)의 혼합 교반은, 50도 내지 90도()에서 분당 회전 수 100 내지 500 rpm로 10 내지 14 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법. The method for producing a solid electrolyte according to claim 1, wherein the mixed agitation in step (A) is carried out at a revolution rate of 100 to 500 rpm at 10 to 14 hours at 50 to 90 degrees. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 리튬 황화물은 Li2S, Li2S2, Li2S4 및 Li2S6로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법.The method of claim 1, wherein the second lithium sulfide is one selected from the group consisting of Li 2 S, Li 2 S 2 , Li 2 S 4, and Li 2 S 6 . 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 리튬 황화물 및 LiX(여기서, X는 F, Cl, Br, 및 I로 이루어진 군에서 선택되는 하나이다)은 중량 기준으로 20 : 80 내지 60 : 40인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the second lithium sulfide and LiX (wherein X is one selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I) is 20:80 to 60:40 by weight A method for producing a solid electrolyte. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 유기 용매는 양성자성 극성용매인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법. The method for producing a solid electrolyte according to claim 1, wherein the second organic solvent is a protonic polar solvent. 제 10 항에 있어서, 상기 양성자성 극성용매는 에탄올, 이소 프로판올, n-부탄올, 아세트산, 및 니트로메탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법. The method for producing a solid electrolyte according to claim 10, wherein the protonic polar solvent is at least one selected from the group consisting of ethanol, isopropanol, n-butanol, acetic acid, and nitromethane. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 유기 용매는 제 2 현탁액 전체 중량을 기준으로 60 내지 99 중량%인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법. The method of claim 1, wherein the second organic solvent is 60 to 99 wt% based on the total weight of the second suspension. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (나)의 혼합 교반은, 50도 내지 90도()에서 분당 회전 수 100 내지 500 rpm로 10 내지 14 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법. The method for producing a solid electrolyte according to claim 1, wherein the mixed agitation in step (b) is carried out at a revolution rate of 100 to 500 rpm at a rate of 50 to 90 degrees per minute for 10 to 14 hours. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (다)에서 제 1 현탁액 및 제 2 현탁액은 중량비를 기준으로 30 : 70 내지 70 : 30로 혼합하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법. The method of claim 1, wherein the first suspension and the second suspension are mixed in a ratio of 30:70 to 70:30 based on the weight ratio. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (다)의 진공 건조는 100도 내지 250도()에서 수행하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법. The method according to claim 1, wherein the vacuum drying of step (c) is performed at 100 to 250 degrees. 제 1 항에 있어서,
(라) 상기 단계 (다)에서 제조되는 화합물을 400도 내지 700도() 에서 열처리를 하는 단계;
를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법.
The method according to claim 1,
(D) subjecting the compound prepared in step (c) to a heat treatment at 400 to 700 degrees Celsius;
Further comprising the steps of:
제 1 항에 따른 제조 방법을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질. A solid electrolyte produced by the manufacturing method according to claim 1. 제 17 항에 있어서, 상기 고체 전해질의 이온 전도도는 25도()에서 1*10-5 내지 5*10-3 S/cm인 것을 특징으로 하는 고체 전해질.18. The solid electrolyte according to claim 17, wherein the solid electrolyte has an ion conductivity of 1 * 10 -5 to 5 * 10 -3 S / cm at 25 degrees. 제 17 항에 따른 고체 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 전지. A pre-solid battery comprising the solid electrolyte according to claim 17.
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