KR20200000850A - CATHODE COMPOSITE MATERIAL FOR All SOLID LITHIUM SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND ALL SOLID LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전고체 리튬이차전지용 양극복합소재, 그의 제조방법 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지에 관한 것으로, 양극 활물질, 이온전도체 및 그래핀을 복합화하여 이온전도성 및 전자전도성이 향상된 전고체 리튬이차전지용 양극복합소재, 그의 제조방법 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode composite material for an all-solid-state lithium secondary battery, a method for manufacturing the same, and an all-solid-state lithium secondary battery including the same, wherein the positive electrode active material, the ion conductor, and graphene are combined to improve the ion conductivity and the electronic conductivity. The present invention relates to a positive electrode composite material for a battery, a method for manufacturing the same, and an all-solid lithium secondary battery including the same.
전자, 통신, 컴퓨터 산업의 급속한 발전에 따라, 캠코더, 휴대폰, 노트북 PC 등이 눈부신 발전을 거듭함에 따라, 이들 휴대용 전자통신 기기들을 구동할 수 있는 동력원으로서 리튬이차전지의 수요가 나날이 증가하고 있다. 특히 친환경 동력원으로서 전기자동차, 무정전 전원장치, 전동공구 및 인공위성 등의 응용과 관련하여 국내는 물론 일본, 유럽 및 미국 등지에서 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 더욱이, 최근 리튬이차전지의 상용화가 확대되면서 리튬이차전지의 대용량화 및 안전성 문제가 더욱 대두되고 있는 실정이다.With the rapid development of the electronics, telecommunications, and computer industries, as camcorders, mobile phones, notebook PCs, and the like have developed remarkably, the demand for lithium secondary batteries as a power source capable of driving these portable electronic communication devices is increasing day by day. In particular, R & D is actively being conducted in Japan, Europe, and the United States as well as in Korea in relation to the application of electric vehicles, uninterruptible power supplies, power tools, and satellites as eco-friendly power sources. In addition, as the commercialization of lithium secondary batteries has recently been expanded, the situation of increasing the capacity and safety of lithium secondary batteries is increasing.
한편, 리튬이차전지의 양극 소재로서 종래에는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)이 주로 사용되었지만, 현재는 다른 층상 양극 소재로서 리튬 니켈 산화물(Li(Ni-Co-Al)O2), 리튬 복합금속 산화물(Li(Ni-Co-Mn)O2) 등도 사용되고 있으며, 그 외에도 저가격 고안정성의 스피넬형 리튬 망간 산화물(LiMn2O4) 및 올리빈형 인산철 리튬 화합물(LiFePO4)도 주목을 받고 있다.Meanwhile, although lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) was mainly used as a cathode material of a lithium secondary battery, currently lithium nickel oxide (Li (Ni-Co-Al) O 2 ) and a lithium composite metal oxide are used as other layered cathode materials. (Li (Ni-Co-Mn) O 2 ) and the like are also being used, and in addition, low-cost, highly stable spinel-type lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) and olivine-type iron phosphate compound (LiFePO 4 ) are also attracting attention.
하지만, 리튬 코발트 산화물이나 리튬 니켈 산화물, 리튬 복합금속 산화물 등을 사용한 리튬이차전지는, 기본적인 전지 특성은 우수하지만, 안전성, 특히 열안전성, 과충전 특성 등은 충분하지 않다. 이를 개선하기 위해 격리막의 셧-다운(shut-down) 기능, 전해액의 첨가제 및 보호회로나 PTC와 같은 안전소자 등의 다양한 안전기구가 도입되어 있지만, 이들 기구도 양극 소재의 충전성이 그다지 높지 않은 상황 하에서 설계된 것이다. 이로 인해, 고용량화에 대한 요구를 충족시키고자 양극 소재의 충전성을 높이게 되면, 다양한 안전기구의 작동이 불충분하게 되는 경향이 있으며, 안전성이 저하되는 문제가 있다.However, lithium secondary batteries using lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium composite metal oxide, and the like are excellent in basic battery characteristics, but do not have sufficient safety, in particular, thermal safety and overcharge characteristics. To improve this, various safety mechanisms such as shut-down function of separator, electrolyte additive and protection circuit or safety element such as PTC have been introduced. It is designed under circumstances. For this reason, when the filling property of the positive electrode material is increased to satisfy the demand for higher capacity, the operation of various safety mechanisms tends to be insufficient, and there is a problem that safety is lowered.
이처럼 현재 시장에서는 리튬이차전지의 한계로 지적되던 안전성에 대한 불안감, 에너지 밀도 상승의 한계, 그리고 높은 원가 부담을 혁신하기 위한 다양한 전지 솔루션들이 개발 중이며, 완벽한 안전성을 지향하는 전고체 리튬이차전지, 10배 이상의 에너지 밀도 상승이 가능한 금속공기전지, 대용량 에너지의 저장에 적합한 차세대 나트륨 계열 전지, 그리고 풍부한 마그네슘 자원을 활용한 마그네슘 전지 등이 현재 대표적인 차세대 전지로 주목되고 있다.As such, various battery solutions are being developed to innovate anxiety about safety, limit of energy density increase, and high cost burden, which are pointed out as limitations of lithium secondary batteries. Metal air batteries that can increase energy density by more than twice, next generation sodium-based batteries suitable for storing large-capacity energy, and magnesium batteries utilizing abundant magnesium resources are attracting attention as representative next-generation batteries.
그 중에 전고체 리튬이차전지의 경우, 기존 리튬이온전지에 사용하는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용함으로 완벽한 안전성 확보가 가장 큰 장점이다. 고체 전해질은 리튬이온전지 전극의 고용량화 및 고전압화에 따른 기존 액체 전해질의 사용 한계성의 극복과 고성능 리튬이온전지의 안전성 담보를 위한 핵심소재이다.Among them, in the case of all-solid-state lithium secondary batteries, securing the perfect safety by using a solid electrolyte instead of the liquid electrolyte used in the existing lithium ion batteries is the biggest advantage. The solid electrolyte is a key material for overcoming the limitation of the use of the existing liquid electrolyte due to the high capacity and high voltage of the lithium ion battery electrode and ensuring the safety of the high performance lithium ion battery.
전고체 리튬이차전지는 유기용매가 전혀 포함되지 않은 세라믹계 기반의 고체 전해질(all-solid-state electrolyte)입자를 적용하는 전지로서 고체 전해질 적용에 따라 전해질 층 양면에 위치하는 양극과 음극에는 기존의 리튬이온전지 전극에 존재하는 공극(기공)에 액체 전해액 대신 이온전도체 고체 전해질 및 전자전도체가 균일하게 복합화된 전극 구조로 되어 있어, 전극과의 물리적인 접촉에 많은 문제점들을 야기하고 있다.All-solid-state lithium secondary battery uses ceramic-based solid electrolyte (all-solid-state electrolyte) particles that do not contain any organic solvents. In the pores (pores) present in the lithium ion battery electrode, an electrode structure in which an ion conductor solid electrolyte and an electron conductor are uniformly complexed instead of a liquid electrolyte solution has caused many problems in physical contact with the electrode.
따라서, 전고체 리튬이차전지의 양극은 기존의 활물질, 도전재 및 바인더의 구성에서 액체 전해질을 대체하는 이온전도성 소재(세라믹 및 고분자)가 도입되어야 하고, 에너지밀도를 증가시키기 위해서는 활물질의 로딩량을 증가시키는 것이 중요하다. 그러나 로딩량을 증가시키는 경우, 전극 두께도 증가하게 되어 이에 따른 저항 증가 및 부피팽창에 의한 사이클 특성이 감소하는 등의 문제가 제시되고 있다.Therefore, the positive electrode of the all-solid-state lithium secondary battery should be introduced with an ion conductive material (ceramic and polymer) to replace the liquid electrolyte in the composition of the existing active material, conductive material and binder, and in order to increase the energy density, It is important to increase. However, when the loading amount is increased, the electrode thickness is also increased, thereby increasing the resistance and reducing the cycle characteristics due to volume expansion.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로 양극 활물질, 이온전도체 및 그래핀을 복합화하여 이온전도성 및 전자전도성이 향상된 양극 복합소재 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a cathode composite material having improved ion conductivity and electron conductivity by complexing a cathode active material, an ion conductor, and graphene, and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 양극복합소재가 적용된 높은 전류밀도에서도 방전용량이 향상되고, 수명특성이 안정된 전고체 리튬이차전지를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an all-solid-state lithium secondary battery having improved discharge capacity and stable life characteristics even at a high current density to which the cathode composite material is applied.
본 발명의 일 측면에 따르면, 리튬계 금속산화물을 포함하는 양극활물질; 이온전도체; 및 그래핀;을 포함하는 전고체 리튬이차전지용 양극복합소재가 제공된다.According to an aspect of the invention, the positive electrode active material containing a lithium-based metal oxide; Ion conductors; And a positive electrode composite material for an all-solid-state lithium secondary battery comprising a; graphene.
상기 양극활물질은 화학식 1로 표시되는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC)을 포함할 수 있다.The cathode active material may include a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn represented by Chemical Formula 1.
[화학식 1][Formula 1]
LiNipCoqMnrO2 LiNi p Co q Mn r O 2
화학식 1에서 0<p<0.9, 0<q<0.5, 0<r<0.5, p+q+r=1 이다.In Formula 1, 0 <p <0.9, 0 <q <0.5, 0 <r <0.5, and p + q + r = 1.
상기 이온전도체는 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP), 리튬 알루미늄 티타늄 포스테이트(LATP), 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 리튬 란타늄 티타늄 산화물(LLTO) 및 산처리된 알루미나 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The ion conductor includes at least one selected from lithium aluminum germanium poststate (LAGP), lithium aluminum titanium poststate (LATP), lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), lithium lanthanum titanium oxide (LLTO), and acid treated alumina. can do.
상기 이온전도체는 화학식 2로 표시되는 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP)를 포함할 수 있다.The ion conductor may include lithium aluminum germanium poststate (LAGP) represented by Formula 2.
[화학식 2][Formula 2]
Li1 + xAlxGe2 -x(PO4)3 Li 1 + x Al x Ge 2- x (PO 4 ) 3
화학식 2에서, 0<x<2이다.In formula (2), 0 <x <2.
상기 그래핀은 단일층 그래핀, 2중층 그래핀 및 다층 그래핀으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The graphene may include one or more selected from the group consisting of single layer graphene, double layer graphene, and multilayer graphene.
상기 전고체 이차전지용 양극 복합소재가, 상기 리튬계 금속산화물을 포함하는 양극활물질 100 중량부에 대하여 상기 이온전도체 0.5 내지 30 중량부; 및 상기 그래핀 0.1 내지 20 중량부;를 포함할 수 있다.The positive electrode composite material for the all-solid-state secondary battery, 0.5 to 30 parts by weight of the ion conductor based on 100 parts by weight of the positive electrode active material containing the lithium-based metal oxide; And 0.1 to 20 parts by weight of the graphene.
본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, 양극과, 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 형성된 고체전해질층을 포함하는 전고체 리튬이차전지에 있어서,According to another aspect of the invention, in the all-solid lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode and the negative electrode,
상기 양극이 리튬계 금속산화물을 포함하는 양극활물질; 이온전도체; 및 그래핀;을 포함하는 것인 전고체 리튬이차전지가 제공된다.A cathode active material including a lithium metal oxide; Ion conductors; And graphene; there is provided an all-solid lithium secondary battery comprising a.
상기 양극활물질은 화학식 1로 표시되는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC)을 포함할 수 있다.The cathode active material may include a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn represented by Chemical Formula 1.
[화학식 1][Formula 1]
LiNipCoqMnrO2 LiNi p Co q Mn r O 2
화학식 1에서 0<p<0.9, 0<q<0.5, 0<r<0.5, p+q+r=1 이다.In Formula 1, 0 <p <0.9, 0 <q <0.5, 0 <r <0.5, and p + q + r = 1.
상기 이온전도체는 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP), 리튬 알루미늄 티타늄 포스테이트(LATP), 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 리튬 란타늄 티타늄 산화물(LLTO) 및 산처리된 알루미나 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The ion conductor includes at least one selected from lithium aluminum germanium poststate (LAGP), lithium aluminum titanium poststate (LATP), lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), lithium lanthanum titanium oxide (LLTO), and acid treated alumina. can do.
상기 이온전도체는 화학식 2로 표시되는 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP)를 포함할 수 있다.The ion conductor may include lithium aluminum germanium poststate (LAGP) represented by Formula 2.
[화학식 2][Formula 2]
Li1 + xAlxGe2 -x(PO4)3 Li 1 + x Al x Ge 2- x (PO 4 ) 3
화학식 2에서, 0<x<2이다.In formula (2), 0 <x <2.
상기 그래핀은 단일층 그래핀, 2중층 그래핀 및 다층 그래핀으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The graphene may include one or more selected from the group consisting of single layer graphene, double layer graphene, and multilayer graphene.
상기 음극이 소프트 카본, 하드 카본, 인조 흑연, 천연 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 그래핀, 플러렌, 활성탄 및 메조 카본 마이크로비드 중에서 선택된 어느 하나의 카본; Si, Sn, Li, Al, Ag, Bi, In, Ge, Pb, Pt, Ti, Zn, Mg, Cd, Ce, Cu, Co, Ni 및 Fe 중에서 선택된 어느 하나의 금속(Me); 상기 금속(Me) 중 2종 이상을 포함하는 합금; 및 상기 금속(Me) 중 1종 이상의 산화물(MeOx); 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The negative electrode is soft carbon, hard carbon, artificial graphite, natural graphite, expanded graphite, carbon fiber, non-graphitizable carbon, carbon black, carbon nanotube, acetylene black, Ketjen black, graphene, fullerene, activated carbon and meso carbon microbeads Any one carbon selected from; Any one metal (Me) selected from Si, Sn, Li, Al, Ag, Bi, In, Ge, Pb, Pt, Ti, Zn, Mg, Cd, Ce, Cu, Co, Ni and Fe; Alloys containing two or more of the metals (Me); And at least one oxide (MeOx) in the metal (Me); It may include one or more selected from.
상기 음극이 리튬(Li) 금속을 포함할 수 있다.The negative electrode may include a lithium (Li) metal.
상기 고체전해질층이 화학식 3으로 표시되는 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)을 포함을 포함할 수 있다.The solid electrolyte layer may include lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) represented by Formula 3.
[화학식 3][Formula 3]
LixLayZrzMwO12(5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0≤w≤1)Li x La y Zr z M w O 12 (5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0≤w≤1)
화학식 1에서, In Formula 1,
M은 Al 및 Ga 중에서 선택된 1종 이상이다.M is at least one selected from Al and Ga.
상기 고체전해질층이 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리프로필렌옥사이드(Polypropylene oxide), 폴리포스파젠(Polyphosphazene) 및 폴리실록산(Polysiloxane) 중에서 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.The solid electrolyte layer may further include at least one selected from polyethylene oxide, polyethylene glycol, polypropylene oxide, polyphosphazene, and polysiloxane. .
상기 고체전해질층이 리튬염을 추가로 포함할 수 있다.The solid electrolyte layer may further include a lithium salt.
상기 리튬염이 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2), 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6) 및 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The lithium salt is lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triplate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) And lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ).
본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, (a) 양극활물질; 이온전도체; 및 그래핀을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 혼합물을 열처리하여 양극 복합소재를 제조하는 단계; 를 포함하는 양극 복합소재의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, (a) a cathode active material; Ion conductors; And mixing graphene to prepare a mixture; (b) heat treating the mixture to prepare a cathode composite material; Provided is a method of manufacturing a cathode composite material comprising a.
단계 (a)의 혼합물이, 상기 양극활물질 100 중량부에 대하여 상기 이온전도체 0.5 내지 30 중량부; 및 상기 그래핀 0.1 내지 20 중량부; 를 포함할 수 있다.The mixture of step (a) is 0.5 to 30 parts by weight of the ion conductor with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material; And 0.1 to 20 parts by weight of the graphene; It may include.
단계 (b)의 열처리가 120 내지 600℃에서 수행될 수 있다.Heat treatment of step (b) may be carried out at 120 to 600 ℃.
본 발명의 양극 활물질, 이온전도체 및 그래핀을 복합화하는 것으로 인해 이온전도성 및 전자전도성이 향상되는 효과가 있다.The composite of the positive electrode active material, the ion conductor and the graphene of the present invention has the effect of improving the ion conductivity and the electron conductivity.
본 발명의 전고체 리튬 이차전지는 상기 양극복합소재가 적용되어 높은 전류밀도에서도 방전용량이 향상되고, 안정된 수명특성을 갖는 효과가 있다.The all-solid-state lithium secondary battery of the present invention has the effect that the positive electrode composite material is applied to improve the discharge capacity even at high current density and have stable life characteristics.
도 1은 본 발명에 따른 양극복합소재의 제조방법을 나타낸 개략도이다.
도 2는 0.1C에서의 소자실시예 1 및 소자비교예 1의 충방전 곡선이다.
도 3은 0.5C에서의 소자실시예 1 및 소자비교예 1의 충방전 곡선이다.
도 4는 0.5C 전류밀도에서의 소자실시예 1 및 소자비교예 1의 사이클 특성을 평가한 그래프이다.1 is a schematic view showing a method of manufacturing a cathode composite material according to the present invention.
2 shows charge and discharge curves of Device Example 1 and Device Comparative Example 1 at 0.1C.
3 shows charge and discharge curves of Device Example 1 and Device Comparative Example 1 at 0.5C.
4 is a graph evaluating the cycle characteristics of Device Example 1 and Device Comparative Example 1 at 0.5C current density.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following descriptions are not intended to limit the present invention to specific embodiments, and detailed descriptions of well-known techniques related to the present invention will be omitted when it is determined that the present invention may obscure the gist of the present invention. .
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, or combination thereof described in the specification, and one or more other features or It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, or combinations thereof.
이하, 본 발명의 전고체 리튬이차전지용 양극복합소재에 대해 상세히 설명하도록 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, the positive electrode composite material for the all-solid-state lithium secondary battery of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.
본 발명의 전고체 리튬이차전지용 양극복합소재는 리튬계 금속산화물을 포함하는 양극활물질; 이온전도체; 및 그래핀;을 포함할 수 있다. The positive electrode composite material for an all-solid lithium secondary battery of the present invention includes a positive electrode active material containing a lithium-based metal oxide; Ion conductors; And graphene; may include.
상기 양극활물질은 화학식 1로 표시되는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC)을 포함할 수 있다.The cathode active material may include a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn represented by
[화학식 1] [Formula 1]
LiNipCoqMnrO2 LiNi p Co q Mn r O 2
화학식 1에서 0<p<0.9, 0<q<0.5, 0<r<0.5, p+q+r=1 이다.In
상기 이온전도체는 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP), 리튬 알루미늄 티타늄 포스테이트(LATP), 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 리튬 란타늄 티타늄 산화물(LLTO) 및 산처리된 알루미나 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The ion conductor includes at least one selected from lithium aluminum germanium poststate (LAGP), lithium aluminum titanium poststate (LATP), lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), lithium lanthanum titanium oxide (LLTO), and acid treated alumina. can do.
상기 이온전도체는 화학식 2로 표시되는 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP)를 포함할 수 있다.The ion conductor may include lithium aluminum germanium poststate (LAGP) represented by Formula 2.
[화학식 2] [Formula 2]
Li1+xAlxGe2-x(PO4)3 Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3
화학식 2에서, 0<x<2이다.In formula (2), 0 <x <2.
상기 그래핀은 단일층 그래핀, 2중층 그래핀 및 다층 그래핀으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The graphene may include one or more selected from the group consisting of single layer graphene, double layer graphene, and multilayer graphene.
상기 전고체 이차전지용 양극 복합소재가, 상기 리튬계 금속산화물을 포함하는 양극활물질 100 중량부에 대하여 상기 이온전도체 0.5 내지 30 중량부; 및 상기 그래핀 0.1 내지 20 중량부;를 포함할 수 있다. The positive electrode composite material for the all-solid-state secondary battery, 0.5 to 30 parts by weight of the ion conductor based on 100 parts by weight of the positive electrode active material containing the lithium-based metal oxide; And 0.1 to 20 parts by weight of the graphene.
상기 전고체 이차전지용 양극 복합소재는 양극활물질에 이온전도성 LAGP와 전자전도성 그래핀을 일체화하여 이온전도성 및 전자전도성을 개선하는 효과가 있다.The positive electrode composite material for an all-solid-state secondary battery has an effect of improving ion conductivity and electron conductivity by integrating ion conductive LAGP and electron conductive graphene in a positive electrode active material.
또한, 본 발명의 전고체 리튬이차전지를 설명하도록 한다.In addition, the all-solid-state lithium secondary battery of the present invention will be described.
본 발명의 전고체 리튬이차전지는 양극과, 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 형성된 고체전해질층을 포함하는 전고체 리튬이차전지에 있어서,In the all-solid-state lithium secondary battery of the present invention, in the all-solid-state lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode and the negative electrode,
상기 양극이 리튬계 금속산화물을 포함하는 양극활물질; 이온전도체; 및 그래핀;을 포함할 수 있다. A cathode active material including a lithium metal oxide; Ion conductors; And graphene; may include.
상기 양극활물질은 화학식 1로 표시되는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC)을 포함할 수 있다.The cathode active material may include a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn represented by
[화학식 1][Formula 1]
LiNipCoqMnrO2 LiNi p Co q Mn r O 2
화학식 1에서 0<p<0.9, 0<q<0.5, 0<r<0.5, p+q+r=1 이다.In
상기 이온전도체는 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP), 리튬 알루미늄 티타늄 포스테이트(LATP), 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 리튬 란타늄 티타늄 산화물(LLTO) 및 산처리된 알루미나 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The ion conductor includes at least one selected from lithium aluminum germanium poststate (LAGP), lithium aluminum titanium poststate (LATP), lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), lithium lanthanum titanium oxide (LLTO), and acid treated alumina. can do.
상기 이온전도체는 화학식 2로 표시되는 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP)를 포함할 수 있다.The ion conductor may include lithium aluminum germanium poststate (LAGP) represented by Formula 2.
[화학식 2][Formula 2]
Li1+xAlxGe2-x(PO4)3 Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3
화학식 2에서, 0<x<2이다.In formula (2), 0 <x <2.
상기 그래핀은 단일층 그래핀, 2중층 그래핀 및 다층 그래핀으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The graphene may include one or more selected from the group consisting of single layer graphene, double layer graphene, and multilayer graphene.
상기 음극이 소프트 카본, 하드 카본, 인조 흑연, 천연 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 그래핀, 플러렌, 활성탄 및 메조 카본 마이크로비드 중에서 선택된 어느 하나의 카본; Si, Sn, Li, Al, Ag, Bi, In, Ge, Pb, Pt, Ti, Zn, Mg, Cd, Ce, Cu, Co, Ni 및 Fe 중에서 선택된 어느 하나의 금속(Me); 상기 금속(Me) 중 2종 이상을 포함하는 합금; 및 상기 금속(Me) 중 1종 이상의 산화물(MeOx); 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The negative electrode is soft carbon, hard carbon, artificial graphite, natural graphite, expanded graphite, carbon fiber, non-graphitizable carbon, carbon black, carbon nanotube, acetylene black, Ketjen black, graphene, fullerene, activated carbon and meso carbon microbeads Any one carbon selected from; Any one metal (Me) selected from Si, Sn, Li, Al, Ag, Bi, In, Ge, Pb, Pt, Ti, Zn, Mg, Cd, Ce, Cu, Co, Ni and Fe; Alloys containing two or more of the metals (Me); And at least one oxide (MeOx) in the metal (Me); It may include one or more selected from.
상기 음극이 리튬(Li) 금속을 포함할 수 있다.The negative electrode may include a lithium (Li) metal.
상기 고체전해질층이 화학식 3으로 표시되는 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)을 포함할 수 있다.The solid electrolyte layer may include lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) represented by Formula 3.
[화학식 3][Formula 3]
LixLayZrzMwO12(5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0≤w≤1)Li x La y Zr z M w O 12 (5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0≤w≤1)
화학식 1에서, In
M은 Al 및 Ga 중에서 선택된 1종 이상이다.M is at least one selected from Al and Ga.
상기 고체전해질층이 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리프로필렌옥사이드(Polypropylene oxide), 폴리포스파젠(Polyphosphazene) 및 폴리실록산(Polysiloxane) 중에서 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.The solid electrolyte layer may further include at least one selected from polyethylene oxide, polyethylene glycol, polypropylene oxide, polyphosphazene, and polysiloxane. .
상기 고체전해질층이 리튬염을 추가로 포함할 수 있다.The solid electrolyte layer may further include a lithium salt.
상기 리튬염이 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2), 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6) 및 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The lithium salt is lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triplate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) And lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ).
상기 전고체 리튬이차전지가 화학식 1로 표시되는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC); 화학식 2로 표시되는 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP); 및 그래핀을 포함하는 양극복합소재; 리튬 금속을 포함하는 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에, 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO), 리튬염 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide) 를 포함하는 고체전해질층;을 포함할 수 있다. A three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn in which the all-solid lithium secondary battery is represented by
[화학식 1][Formula 1]
LiNipCoqMnrO2 LiNi p Co q Mn r O 2
화학식 1에서 0<p<0.9, 0<q<0.5, 0<r<0.5, p+q+r=1 이고,In
[화학식 2][Formula 2]
Li1+xAlxGe2-x(PO4)3 Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3
화학식 2에서, 0<x<2이다.In formula (2), 0 <x <2.
도 1은 본 발명에 따른 양극복합소재의 제조방법을 나타낸 개략도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 양극복합소재의 제조방법을 상세하게 설명하도록 한다.1 is a schematic view showing a method of manufacturing a cathode composite material according to the present invention. Hereinafter, a method of manufacturing the cathode composite material of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.
먼저, first, 양극활물질Cathode active material ; 이온전도체; 및 ; Ion conductors; And 그래핀을Graphene 혼합하여 혼합물을 제조한다(단계 a). Mix to prepare a mixture (step a).
단계 (a)의 혼합물이, 상기 양극활물질 100 중량부에 대하여 상기 이온전도체 0.5 내지 30 중량부; 및 상기 그래핀 0.1 내지 20 중량부; 를 포함할 수 있다. The mixture of step (a) is 0.5 to 30 parts by weight of the ion conductor with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material; And 0.1 to 20 parts by weight of the graphene; It may include.
다음으로, 상기 혼합물을 열처리하여 양극 복합소재를 제조한다(단계 b).Next, the mixture is heat-treated to prepare a cathode composite material (step b).
단계 (b)의 열처리가 120 내지 600℃에서 수행될 수 있다. Heat treatment of step (b) may be carried out at 120 to 600 ℃.
[실시예] EXAMPLE
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described. However, this is for illustrative purposes and the scope of the present invention is not limited thereby.
제조예 1: 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP) 제조 Preparation Example 1 Lithium Aluminum Germanium Four State (LAGP ) Preparation
리튬 질산염(LiNO3), 저마늄 산화물(GeO2), 및 인산이수소암모늄(NH4H2PO4)을 LAGP(Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3에 적합한 몰비인 1.5 : 1.5 : 3 로 칭량한 후, 0.5 몰비의 알루미늄 질산염(Al(NO3)3 9H2O)을 첨가하여 증류수 100g에 용해시키고 80℃의 온도에서 교반하면서 가열시켰다. 여기에 금속이온 몰비 대비 시트르산 몰비가 1:0.2가 되도록 시트르산을 첨가하여 투명한 혼합용액인 전구체 용액을 제조하였다. 이후, 제조된 혼합용액을 250℃의 온도에서 교반 가열하여 자발착화반응으로 산화물 분말을 제조하였다. 제조된 산화물 분말을 볼 밀링(ball milling) 한뒤, 공기 중에서 800℃의 온도로 3시간 소성하여 알루미늄이 도핑된 LAGP를 제조하였다. Lithium nitrate (LiNO 3 ), germanium oxide (GeO 2 ), and ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) are 1.5 molar ratios suitable for LAGP (Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 ). After weighing with 3, 0.5 molar ratio of aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ) 9H 2 O) was added, dissolved in 100 g of distilled water, and heated with stirring at a temperature of 80 ° C. Citric acid was added thereto so that the molar ratio of citric acid to the molar ratio of metal ions was 1: 0.2, thereby preparing a precursor solution as a transparent mixed solution. Thereafter, the prepared mixed solution was stirred and heated at a temperature of 250 ° C. to prepare an oxide powder by a self-ignition reaction. The oxide powder was ball milled, and then calcined at 800 ° C. in air for 3 hours to produce LAGP doped with aluminum.
제조예 2: 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO)의 제조Preparation Example 2 Preparation of Aluminum-Doped Lithium Lanthanum Zirconium Oxide (Al-LLZO)
리튬 질산염(LiNO3), 란타늄 질산염(La(NO3)6H2O) 및 지르코늄 질산염(Zr(NO3)2H2O)을 LLZO(Li7La3Zr2O12)에 적합한 몰비인 7 : 3 : 2 로 칭량한 후, 0.15 몰비의 알루미늄 질산염(Al(NO3)3H2O)을 첨가하여 증류수 100g에 용해시키고 80℃의 온도에서 교반하면서 가열시켰다. 여기에 금속이온 몰비 대비 시트르산 몰비가 1:0.2가 되도록 시트르산을 첨가하여 투명한 혼합용액인 전구체 용액을 제조하였다. 이후, 제조된 혼합용액을 250℃의 온도에서 교반 가열하여 자발착화반응으로 산화물 분말을 제조하였다. 제조된 산화물 분말을 볼 밀링(ball milling) 한뒤, 공기 중에서 900℃의 온도로 2시간 소성하여 알루미늄이 도핑된 LLZO를 제조하였다.Lithium nitrate (LiNO 3 ), lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 6 H 2 O) and zirconium nitrate (Zr (NO 3 ) 2 H 2 O) are molar ratios suitable for LLZO (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ). 7: 3: after weighing to 2, by the addition of aluminum nitrate (Al (NO 3) 3H 2 O) molar ratio of 0.15 was heated with 100g dissolved in distilled water and stirred at a temperature of 80 ℃. Citric acid was added thereto so that the molar ratio of citric acid to the molar ratio of metal ions was 1: 0.2, thereby preparing a precursor solution as a transparent mixed solution. Thereafter, the prepared mixed solution was stirred and heated at a temperature of 250 ° C. to prepare an oxide powder by a self-ignition reaction. The oxide powder was ball milled, and then calcined at 900 ° C. for 2 hours in air to prepare LLZO doped with aluminum.
제조예 3: 고체전해질의 제조Preparation Example 3 Preparation of Solid Electrolyte
제조예 1에 따라 제조된 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO) 100중량부에 대하여 PEO(20만, LiClO4 salt 첨가) 45 중량부와 알루미늄이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(Al-LLZO) 55 중량부을 아세토니트릴 용매에 넣은 후 고속혼합기로 균일하게 혼합하여 PEO/LLZO 혼합 슬러리를 제조한 후, PET(polyethylene terephthalate) 필름 상에 캐스팅하고 상온 건조한 후, 60℃로 진공으로 2시간동안 건조하여 유기용매인 아세토니트릴를 제거한 후 두께가 대략 200㎛인 고체전해질을 제조하였다.45 parts by weight of PEO (200,000, LiClO 4 salt added) and aluminum doped lithium lanthanum zirconium oxide (Al-) based on 100 parts by weight of aluminum-doped lithium lanthanum zirconium oxide (Al-LLZO) prepared according to Preparation Example 1 LLZO) 55 parts by weight in acetonitrile solvent and then uniformly mixed with a high-speed mixer to prepare a PEO / LLZO mixed slurry, cast on a PET (polyethylene terephthalate) film, dried at room temperature, and vacuum at 60 ℃ for 2 hours After drying to remove the organic solvent acetonitrile to prepare a solid electrolyte having a thickness of approximately 200㎛.
실시예 1: 양극복합소재(NMC/LAGP/그래핀) 제조Example 1: Anode Composite Material (NMC / LAGP / Graphene)
그래핀 용액에 이소프로필알콜 100g을 첨가하여 혼합한 후, 여기에 양극 활물질 NMC622과 상기 제조예 1에 따라 제조된 LAGP 파우더를 넣어 고속혼합기로 균일하게 혼합한 후 100℃에서 2시간 건조시킨 후 350℃, 3시간 열처리한 후 볼밀링하여 양극복합소재(NMC/LAGP/그래핀)를 제조하였다.100 g of isopropyl alcohol was added to the graphene solution, followed by mixing. Then, the cathode active material NMC622 and LAGP powder prepared according to Preparation Example 1 were added thereto, mixed uniformly with a high speed mixer, dried at 100 ° C. for 2 hours, and then 350. After heat treatment for 3 hours at ℃, ball milling to prepare a cathode composite material (NMC / LAGP / graphene).
비교예 1: 양극활물질을 포함하는 양극 제조Comparative Example 1: Preparation of a positive electrode containing a positive electrode active material
양극활물질(NCM622)과 도전재(SuperP), 바인더(PVDF)를 75:15:5 질량비로 혼합하고 NMP(N-메틸-2-피롤리돈)용매를 가하여 고속혼합기로 균일하게 혼합하여 페이스트를 제조한 후 알루미늄 호일위에 닥터블레이드법에 의해 도포하였다. 120℃에서 2시간 건조 후 상온에서 압착하여 loading density 10mg/cm2인 양극을 제조하였다.The positive electrode active material (NCM622), the conductive material (SuperP), and the binder (PVDF) are mixed at a mass ratio of 75: 15: 5, and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) solvent is added and uniformly mixed with a high speed mixer to prepare a paste. After the preparation, it was applied to the aluminum foil by the doctor blade method. After drying for 2 hours at 120 ℃ was compressed at room temperature to prepare a positive electrode having a loading density of 10mg / cm 2 .
소자 실시예 1: 전고체 리튬이차전지의 제조Device Example 1 Fabrication of All-Solid Lithium Secondary Battery
실시예 1에 따라 제조된 양극복합소재, 리튬 금속을 포함하는 음극을 Ø16 사이즈로 펀칭하였다. 제조예 2에 따라 제조된 고체전해질을 Ø19 사이즈로 펀칭하였다. 상기 고체전해질의 일면 상에 상기 양극을 적층하고, 타면 상에 상기 음극을 적층하여 적층체를 제조하였다. 상기 적층체를 120℃로 가열하면서 약 10초 동안 0.3 MPa 압력을 가하여 접합함으로써 2032 규격의 코인셀로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다. A cathode composite material prepared according to Example 1 and a cathode including lithium metal were punched out to a Ø16 size. The solid electrolyte prepared according to Preparation Example 2 was punched out to a Ø19 size. The positive electrode was laminated on one surface of the solid electrolyte, and the negative electrode was laminated on the other surface to prepare a laminate. The laminate was heated by applying a pressure of 0.3 MPa for about 10 seconds while heating to 120 ° C., thereby manufacturing an all-solid lithium secondary battery using a coin cell of the 2032 standard.
소자 비교예 1: 전고체 리튬이차전지의 제조Device Comparative Example 1: Fabrication of All-Solid Lithium Secondary Battery
소자 실시예 1에서 실시예 1에 따라 제조된 양극 복합소재 대신에 비교예 1에 따른 양극을 사용한 것을 제외하고는 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다. An all-solid-state lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the cathode according to Comparative Example 1 was used instead of the cathode composite material prepared according to Example 1 in Example 1.
[시험예] [Test Example]
시험예 1: 충방전 특성 평가Test Example 1 Evaluation of Charge and Discharge Characteristics
도 2는 0.1C에서의 소자실시예 1 및 소자비교예 1의 충전 및 방전곡선 그래프이고, 도 3은 0.5C에서의 소자실시예 1 및 소자비교예 1의 충전 및 방전곡선 그래프이다.2 is a charge and discharge curve of the device Example 1 and Comparative Example 1 at 0.1C, Figure 3 is a charge and discharge curve of the device Example 1 and Comparative Example 1 at 0.5C.
도 2 및 3을 참조하면, 양극활물질만을 포함하는 양극 소자비교예 1보다 양극복합소재(NMC + LAGP + 그래핀)를 포함하는 소자실시예 1 및 2의 충방전 특성이 더 우수한 것을 알 수 있었다. 2 and 3, it can be seen that the charge and discharge characteristics of the device examples 1 and 2 containing a positive electrode composite material (NMC + LAGP + graphene) than the positive device Comparative Example 1 containing only a positive electrode active material .
시험예 2: 사이클 특성 평가 Test Example 2: Evaluation of Cycle Characteristics
도 4는 0.5C 전류밀도에서의 소자실시예 1 및 소자비교예 1의 사이클 특성을 평가한 그래프이다.4 is a graph evaluating the cycle characteristics of Device Example 1 and Device Comparative Example 1 at 0.5C current density.
도 4를 참조하면, 양극활물질만을 포함하는 양극 소자비교예 1과 양극복합소재(NMC + LAGP + 그래핀)를 포함하는 소자실시예 1 및 2의 사이클 특성이 모두 안정되게 유지된 것을 알 수 있었다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the cycle characteristics of the device examples 1 and 2 including the cathode device comparative example 1 including only the cathode active material and the anode composite material (NMC + LAGP + graphene) were all stably maintained. .
따라서 양극복합소재(NMC + LAGP + 그래핀)를 포함하는 전지의 수명특성도 우수한 것을 알 수 있었다.Therefore, it was found that the life characteristics of the battery including the positive electrode composite material (NMC + LAGP + graphene) is also excellent.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
Claims (20)
이온전도체; 및
그래핀;을
포함하는 전고체 리튬이차전지용 양극복합소재.Anode active material containing a lithium-based metal oxide;
Ion conductors; And
Graphene;
A positive electrode composite material for an all-solid lithium secondary battery containing.
상기 양극활물질은 화학식 1로 표시되는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지용 양극복합소재.
[화학식 1]
LiNipCoqMnrO2
화학식 1에서 0<p<0.9, 0<q<0.5, 0<r<0.5, p+q+r=1 이다.The method of claim 1,
The cathode active material is a positive electrode composite material for an all-solid lithium secondary battery, characterized in that it comprises a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn represented by the formula (1).
[Formula 1]
LiNi p Co q Mn r O 2
In Formula 1, 0 <p <0.9, 0 <q <0.5, 0 <r <0.5, and p + q + r = 1.
상기 이온전도체는 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP), 리튬 알루미늄 티타늄 포스테이트(LATP), 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 리튬 란타늄 티타늄 산화물(LLTO) 및 산처리된 알루미나 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지용 양극복합소재.The method of claim 1,
The ion conductor includes at least one selected from lithium aluminum germanium poststate (LAGP), lithium aluminum titanium poststate (LATP), lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), lithium lanthanum titanium oxide (LLTO), and acid treated alumina. A positive electrode composite material for an all-solid lithium secondary battery, characterized in that.
상기 이온전도체는 화학식 2로 표시되는 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지용 양극복합소재.
[화학식 2]
Li1 + xAlxGe2 -x(PO4)3
화학식 2에서, 0<x<2이다.The method of claim 3,
The ion conductor is a positive electrode composite material for an all-solid-state lithium secondary battery, characterized in that it comprises a lithium aluminum germanium state (LAGP) represented by the formula (2).
[Formula 2]
Li 1 + x Al x Ge 2- x (PO 4 ) 3
In formula (2), 0 <x <2.
상기 그래핀은 단일층 그래핀, 2중층 그래핀 및 다층 그래핀으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지용 양극복합소재.The method of claim 1,
The graphene is a positive electrode composite material for an all-solid lithium secondary battery, characterized in that it comprises one or more selected from the group consisting of single layer graphene, double layer graphene and multilayer graphene.
상기 전고체 이차전지용 양극 복합소재가,
상기 리튬계 금속산화물을 포함하는 양극활물질 100 중량부에 대하여
상기 이온전도체 0.5 내지 30 중량부; 및
상기 그래핀 0.1 내지 20 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지용 양극복합소재.The method of claim 1,
The positive electrode composite material for the all-solid-state secondary battery,
100 parts by weight of the positive electrode active material including the lithium metal oxide
0.5 to 30 parts by weight of the ion conductor; And
0.1 to 20 parts by weight of the graphene; positive electrode composite material for an all-solid lithium secondary battery comprising a.
상기 양극이
리튬계 금속산화물을 포함하는 양극활물질;
이온전도체; 및
그래핀;을
포함하는 것인 전고체 리튬이차전지.In the all-solid-state lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode and the negative electrode,
The anode
Anode active material containing a lithium-based metal oxide;
Ion conductors; And
Graphene;
An all-solid lithium secondary battery containing.
상기 양극활물질은 화학식 1로 표시되는 Ni-Co-Mn의 3성분계 리튬금속산화물(NMC)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
[화학식 1]
LiNipCoqMnrO2
화학식 1에서 0<p<0.9, 0<q<0.5, 0<r<0.5, p+q+r=1 이다.The method of claim 7, wherein
The cathode active material is an all-solid lithium secondary battery comprising a three-component lithium metal oxide (NMC) of Ni-Co-Mn represented by the formula (1).
[Formula 1]
LiNi p Co q Mn r O 2
In Formula 1, 0 <p <0.9, 0 <q <0.5, 0 <r <0.5, and p + q + r = 1.
상기 이온전도체는 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP), 리튬 알루미늄 티타늄 포스테이트(LATP), 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO), 리튬 란타늄 티타늄 산화물(LLTO) 및 산처리된 알루미나 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.The method of claim 7, wherein
The ion conductor includes at least one selected from lithium aluminum germanium poststate (LAGP), lithium aluminum titanium poststate (LATP), lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), lithium lanthanum titanium oxide (LLTO), and acid treated alumina. All-solid-state lithium secondary battery characterized in that.
상기 이온전도체는 화학식 2로 표시되는 리튬 알루미늄 저마늄 포스테이트(LAGP)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.
[화학식 2]
Li1 + xAlxGe2 -x(PO4)3
화학식 2에서, 0<x<2이다.The method of claim 9,
The ion conductor is an all-solid lithium secondary battery comprising a lithium aluminum germanium state (LAGP) represented by the formula (2).
[Formula 2]
Li 1 + x Al x Ge 2- x (PO 4 ) 3
In formula (2), 0 <x <2.
상기 그래핀은 단일층 그래핀, 2중층 그래핀 및 다층 그래핀으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.The method of claim 7, wherein
The graphene is an all-solid lithium secondary battery, characterized in that it comprises one or more selected from the group consisting of single layer graphene, double layer graphene and multilayer graphene.
상기 음극이 소프트 카본, 하드 카본, 인조 흑연, 천연 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 그래핀, 플러렌, 활성탄 및 메조 카본 마이크로비드 중에서 선택된 어느 하나의 카본; Si, Sn, Li, Al, Ag, Bi, In, Ge, Pb, Pt, Ti, Zn, Mg, Cd, Ce, Cu, Co, Ni 및 Fe 중에서 선택된 어느 하나의 금속(Me); 상기 금속(Me) 중 2종 이상을 포함하는 합금; 및 상기 금속(Me) 중 1종 이상의 산화물(MeOx); 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.The method of claim 7, wherein
The cathode is soft carbon, hard carbon, artificial graphite, natural graphite, expanded graphite, carbon fiber, non-graphitizable carbon, carbon black, carbon nanotube, acetylene black, Ketjen black, graphene, fullerene, activated carbon and meso carbon microbeads Any one carbon selected from; Any one metal (Me) selected from Si, Sn, Li, Al, Ag, Bi, In, Ge, Pb, Pt, Ti, Zn, Mg, Cd, Ce, Cu, Co, Ni and Fe; Alloys containing two or more of the metals (Me); And at least one oxide (MeOx) in the metal (Me); All-solid-state lithium secondary battery comprising at least one selected from.
상기 음극이 리튬(Li) 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.The method of claim 12,
The anode is an all-solid lithium secondary battery, characterized in that containing a lithium (Li) metal.
상기 고체전해질층이 화학식 3으로 표시되는 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지:
[화학식 3]
LixLayZrzMwO12(5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0≤w≤1)
화학식 1에서,
M은 Al 및 Ga 중에서 선택된 1종 이상이다.The method of claim 7, wherein
An all-solid-state lithium secondary battery, wherein the solid electrolyte layer includes lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) represented by Formula 3:
[Formula 3]
Li x La y Zr z M w O 12 (5≤x≤9, 2≤y≤4, 1≤z≤3, 0≤w≤1)
In Formula 1,
M is at least one selected from Al and Ga.
상기 고체전해질층이 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리프로필렌옥사이드(Polypropylene oxide), 폴리포스파젠(Polyphosphazene) 및 폴리실록산(Polysiloxane) 중에서 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.The method of claim 14,
The solid electrolyte layer further comprises at least one selected from polyethylene oxide, polyethylene glycol, polypropylene oxide, polyphosphazene, and polysiloxane. All-solid lithium secondary battery.
상기 고체전해질층이 리튬염을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.The method of claim 14,
The solid electrolyte lithium secondary battery, characterized in that the solid electrolyte layer further comprises a lithium salt.
상기 리튬염이 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2), 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6) 및 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지.The method of claim 16,
The lithium salt is lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triplate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) And lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) All-solid-state lithium secondary battery comprising at least one selected from.
(b) 상기 혼합물을 열처리하여 양극 복합소재를 제조하는 단계; 를
포함하는 양극 복합소재의 제조방법.(a) a cathode active material; Ion conductors; And mixing graphene to prepare a mixture; And
(b) heat treating the mixture to prepare a cathode composite material; To
Method for producing a positive electrode composite material containing.
단계 (a)의 혼합물이,
상기 양극활물질 100 중량부에 대하여
상기 이온전도체 0.5 내지 30 중량부; 및
상기 그래핀 0.1 내지 20 중량부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 복합소재의 제조방법.The method of claim 18,
The mixture of step (a),
100 parts by weight of the positive electrode active material
0.5 to 30 parts by weight of the ion conductor; And
0.1 to 20 parts by weight of the graphene; Method for producing a positive electrode composite material comprising a.
단계 (b)의 열처리가 120 내지 600℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 양극 복합소재의 제조방법.The method of claim 18,
Method for producing a positive electrode composite material, characterized in that the heat treatment of step (b) is carried out at 120 to 600 ℃.
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