KR20210010103A - Method of preparing secondary battery and secondary battery thereby - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a production method of a secondary battery having excellent electrochemical properties and, more specifically, to a production method of a secondary battery, comprising the steps of: producing a composite electrolyte precursor by mixing solid electrolyte powder represented by chemical formula 1, Li_1+xAl_xM_2-x(PO_4)_3 and a polymer electrolyte solution; producing a composite electrolyte membrane using the composite electrolyte precursor; and thermosetting after bringing the composite electrolyte membrane in contact with a negative electrode.

Description

이차전지의 제조방법 및 이에 따라 제조된 이차전지{Method of preparing secondary battery and secondary battery thereby}Method of manufacturing secondary battery and secondary battery manufactured accordingly BACKGROUND [Method of preparing secondary battery and secondary battery thereby}

이차전지의 제조방법 및 이에 따라 제조된 이차전지에 관한 것이다.It relates to a method of manufacturing a secondary battery and a secondary battery manufactured accordingly.

리튬 이차전지는 높은 에너지 밀도와 긴 사이클 수명으로 선도적인 에너지 저장 장치로서 근래에 휴대폰, 노트북, 전기자동차 등의 휴대 및 이동을 요하는 IT 소자의 대표 에너지원으로 사용되고 있다. 고속 충전 및 대용량을 요구하는 기본적인 물성 외에 웨어러블 기기와 같은 변형이 자유로운 전지와 더불어 화재나 폭발 등의 위험성을 제거한 안정성이 강조되고 있다. 이를 만족하기 위해서는 기존 리튬이온전지에 사용되는 액체 전해질로는 안전성의 문제가 되어 적합하지 못하며, 리튬이온의 고 이온전도성을 나타내는 고체상 전해질이 접목된 전 고체 전지들이 연구 중에 있다.Lithium secondary batteries are a leading energy storage device with high energy density and long cycle life. Recently, lithium secondary batteries are used as a representative energy source for IT devices that require portability and mobility such as mobile phones, notebook computers, and electric vehicles. In addition to the basic physical properties that require high-speed charging and large capacity, a battery that is free to deform, such as a wearable device, and stability that eliminates the risk of fire or explosion are emphasized. In order to satisfy this, the liquid electrolyte used in the existing lithium-ion battery is not suitable because of safety problems, and all solid-state batteries in which a solid-state electrolyte exhibiting high ionic conductivity of lithium ions is grafted are being studied.

현재 리튬 이차전지 기술의 개발 방향은 고에너지 밀도 및 고속 충방전과 관련한 물성을 개선하거나, 전고체 (all-solid-state) 또는 자유변형 (flexible) 전지 등의 추가적인 기능성을 부여하는 방향으로 진행 중이다. 전자는 주로 음극 (anode) 및 양극 (cathode) 등 전극 소재의 물성 개선과 관련한 이슈들이, 후자는 고이온전도성 전해질 (electrolyte) 연구 개발과 관련한 내용들 이다.Currently, the development direction of lithium secondary battery technology is in the direction of improving physical properties related to high energy density and high-speed charging and discharging, or providing additional functionality such as all-solid-state or flexible batteries. . The former are mainly issues related to the improvement of the physical properties of electrode materials such as anodes and anodes, and the latter are related to research and development of high ion conductivity electrolytes.

현재 사용 중인 액체 전해질은 리튬이온 활성화 및 이를 이용한 전기화학적 물성은 가장 우수하지만, 물리적인 외부 충격에는 취약하여 특히 폭발, 누수 등의 안정성의 문제가 지적되고 있어 다양한 기능성을 가지는 전지 시스템에 직접 적용하기에는 한계점이 있다. 이를 대체하기 위해 외부의 충격에 견딜 수 있는 고체 (또는 고체상) 전해질이 필요한데, 대표적으로 고분자 (또는 세라믹) 기반 전해질이라 할 수 있다.The liquid electrolyte currently in use has the best lithium ion activation and electrochemical properties, but it is vulnerable to physical external shocks, so stability problems such as explosion and water leakage have been pointed out. There are limitations. In order to replace this, a solid (or solid) electrolyte that can withstand external impacts is required, and is typically a polymer (or ceramic) based electrolyte.

하지만, 통상적인 고분자 전해질은 무정형 비결정질 단계에서 발생하는 산소 이온 기반 호핑 기구를 통하여 이온 전도성을 가지기 때문에 상온에서 비교적 낮은 이온전도도를 가진다.However, since a typical polymer electrolyte has ionic conductivity through an oxygen ion-based hopping mechanism generated in an amorphous amorphous step, it has relatively low ionic conductivity at room temperature.

또한, 인산염, 산화물 및 황화물 등의 세라믹 전해질은 최대 10-2 S/cm 수준의 높은 이온전도도 및 화학적, 기계적으로 안정한 물성을 가지나, 높은 가압/가온 공정이 필요하고, 상대적으로 취성이 큰 고체상 (solid state)이며 유연성이 없기 때문에 계면 접촉이 열등하고 셀의 전극 재료와의 계면 저항이 높아 계면 제어가 필수적이다. In addition, ceramic electrolytes such as phosphate, oxide and sulfide have high ionic conductivity and chemically and mechanically stable physical properties of a maximum level of 10 -2 S/cm, but require a high pressurization/heating process and a relatively brittle solid phase ( solid state) and lack of flexibility, the interface contact is inferior and the interface resistance with the electrode material of the cell is high, so interface control is essential.

이러한 물성들을 해결하기 위하여 두 이종소재의 복합화를 통한 복합 전해질 연구들이 진행되고 있다. 고형화된 고체 고분자 전해질을 전지에 적용시키는 방법 중 셀 조립 시 고체 고분자 전해질 용액을 주입 후 조립하여 열 경화를 통해 고형화시키는 방법이 알려져 있다. 그러나 이 경우 열 경화 전 양 전극간의 단락을 막기 위해 분리막이 있어야 하고, 열 경화 후 완전한 고형화를 확인하기 어려운 단점이 있다. In order to solve these physical properties, studies on composite electrolytes through the composite of two different materials are being conducted. Among the methods of applying the solidified solid polymer electrolyte to a battery, a method of injecting a solid polymer electrolyte solution and then assembling a solid polymer electrolyte solution during cell assembly to solidify it through thermal curing is known. However, in this case, a separator must be provided to prevent a short circuit between both electrodes before thermal curing, and it is difficult to confirm complete solidification after thermal curing.

또한, 이종소재를 복합화한 고분자 고체 전해질의 경우 양 전극과의 높은 계면 저항 때문에 낮은 이온전도도를 갖아 셀 구동시 발현 용량이 낮거나 구동 자체가 어려운 것이 현재 가장 큰 문제이다. 이러한 계면 저항을 줄이기 위해 양 전극과의 계면 접촉을 활성화 시키기 위해 고분자 고체 전해질을 액체 전해질에 함침 시켜 조립하거나, 전극과 전해질 사이에 액체 성분을 주입하는 등 다양한 방법들이 시도 되고 있다. 그러나 이러한 부수적인 방법들은 액체 성분들이 없어 외부의 충격이나 전해질 누수에 따른 화재나 폭발 사고에 안전한 전 고체 전지 라고 볼 수 없는 방법들이다. In addition, in the case of a polymer solid electrolyte in which heterogeneous materials are composited, the current biggest problem is that the cell has low ionic conductivity due to high interfacial resistance with both electrodes, and thus the expression capacity is low or it is difficult to drive itself. In order to reduce the interfacial resistance, various methods have been attempted, such as assembling a polymer solid electrolyte by impregnating a liquid electrolyte in order to activate the interfacial contact with both electrodes, or injecting a liquid component between the electrode and the electrolyte. However, these ancillary methods do not contain liquid components, so they cannot be regarded as all-solid-state batteries that are safe from fire or explosion accidents due to external shock or electrolyte leakage.

따라서 셀 조립 전 고형화가 가능하고, 더불어 분리막이 필요없는 프리 스탠딩한 전해질을 제작하여 양 전극과의 계면 접촉 방식을 달리하여 계면 상태의 안정성을 유지하면서 유연하고 기계적 강도를 갖고 있는 전 고체 전지를 위한 전해질의 개발이 중요하다.Therefore, it is possible to solidify before assembling the cell, and by making a free-standing electrolyte that does not require a separator, the interfacial contact method with both electrodes is changed to maintain the stability of the interface state while maintaining the stability of the interface state, for all solid state batteries that have flexible and mechanical strength. The development of electrolytes is important.

이와 관련하여, 대한민국 등록특허 10-1915558호는 인산염계 고체 전해질을 포함하는 복합 전해질에 대하여 개시하고 있다.In this regard, Korean Patent Registration No. 10-1915558 discloses a composite electrolyte including a phosphate-based solid electrolyte.

본 발명의 일 측면에서의 목적은 고체상 전해질과 양 전극과의 불안정한 계면 상태를 조절하여 전기화학적 특성이 우수하고, 가공 또는 성형이 용이한 이차전지를 제조하는 방법 및 이를 통해 제조된 복합 전해질을 포함하는 이차전지를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is a method of manufacturing a secondary battery that has excellent electrochemical properties and is easy to process or mold by controlling an unstable interface state between a solid electrolyte and both electrodes, and a composite electrolyte prepared therethrough. It is to provide a secondary battery.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서In order to achieve the above object, in one aspect of the present invention

하기 화학식 1로 표시되는 고체 전해질 분말 및 고분자 전해질 용액을 혼합하여 복합 전해질 전구체를 제조하는 단계;Preparing a composite electrolyte precursor by mixing a solid electrolyte powder and a polymer electrolyte solution represented by the following Formula 1;

상기 복합 전해질 전구체를 이용하여 복합 전해질 막을 제조하는 단계; 및Preparing a composite electrolyte membrane using the composite electrolyte precursor; And

상기 복합 전해질 막을 음극과 접촉시킨 후 열경화하는 단계;를 포함하는 이차전지의 제조방법이 제공된다.There is provided a method of manufacturing a secondary battery comprising a step of thermosetting after contacting the composite electrolyte membrane with a negative electrode.

[화학식 1][Formula 1]

Li1 + xAlxM2 -x(PO4)3 Li 1 + x Al x M 2 -x (PO 4 ) 3

(상기 화학식 1에서 M은 Ti 또는 Ge이고, 0 < x < 2임).(In Formula 1, M is Ti or Ge, and 0 <x <2).

또한, 본 발명의 다른 측면에서In addition, in another aspect of the present invention

상기의 제조방법으로 제조된 이차전지가 제공된다.A secondary battery manufactured by the above manufacturing method is provided.

나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서Furthermore, in another aspect of the present invention

상기의 이차전지를 포함하는 디바이스가 제공된다.A device including the secondary battery is provided.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 인산염계 고체 전해질 및 전도성 고분자 전해질 성분으로 구성된 이차전지 용 복합 전해질을 포함하는 이차전지는 복합 전해질에 음극을 먼저 접촉하여 열경화 시켜줌으로써 음극과 복합 전해질 간의 계면 상태를 안정화시켜 계면 저항을 줄여 이차전지의 방전 용량, 분극 특성 등의 전기화학적 특성이 우수한 효과가 있다. 아울러, 인산염계 고체 전해질의 함량이 높음에 따라, 안정성이 극대화 되고 완전한 고체상 복합 전해질을 포함하는 이차전지의 제작이 가능하며 유연성을 갖으면서 가공 또는 성형이 자유로운 장점이 있다.In one aspect of the present invention, a secondary battery including a composite electrolyte for a secondary battery composed of a phosphate-based solid electrolyte and a conductive polymer electrolyte component first contacts a negative electrode with the composite electrolyte and thermally cures it, thereby establishing an interface state between the negative electrode and the composite electrolyte. By stabilizing it, the interface resistance is reduced, so that the electrochemical properties such as discharge capacity and polarization characteristics of the secondary battery are excellent. In addition, as the content of the phosphate-based solid electrolyte is high, stability is maximized, it is possible to manufacture a secondary battery including a complete solid-state composite electrolyte, and there is an advantage in that processing or molding is free while having flexibility.

도 1은 본 발명의 일 측면에서 제공되는 이차전지의 제조과정을 나타낸 순서도이고;
도 2 및 도 3은 이차전지 용 복합 전해질의 형상을 관찰한 사진이고;
도 4는 이차전지 용 복합 전해질에 양극을 열경화하여 부착한 형상을 관찰한 사진이고;
도 5는 이차전지 용 복합 전해질에 음극을 열경화하여 부착한 형상을 관찰한 사진이고;
도 6은 이차전지 용 복합 전해질의 이온전도도를 측정한 그래프이고;
도 7은 비교예 1에서 제조된 이차전지의 충전 및 방전을 측정한 그래프이고;
도 8은 비교예 2에서 제조된 이차전지의 충전 및 방전을 측정한 그래프이고;
도 9는 실시예 1에서 제조된 이차전지의 충전 및 방전을 측정한 그래프이다.
1 is a flow chart showing a manufacturing process of a secondary battery provided in one aspect of the present invention;
2 and 3 are photographs of observing the shape of a composite electrolyte for a secondary battery;
4 is a photograph showing a shape of a positive electrode attached by thermosetting a composite electrolyte for a secondary battery;
5 is a photograph showing a shape of a negative electrode attached by thermosetting a composite electrolyte for a secondary battery;
6 is a graph measuring ionic conductivity of a composite electrolyte for a secondary battery;
7 is a graph measuring charging and discharging of the secondary battery prepared in Comparative Example 1;
8 is a graph measuring charging and discharging of the secondary battery prepared in Comparative Example 2;
9 is a graph measuring charging and discharging of the secondary battery prepared in Example 1.

본 발명의 일 측면에서In one aspect of the present invention

하기 화학식 1로 표시되는 고체 전해질 분말 및 고분자 전해질 용액을 혼합하여 복합 전해질 전구체를 제조하는 단계;Preparing a composite electrolyte precursor by mixing a solid electrolyte powder and a polymer electrolyte solution represented by the following Formula 1;

상기 복합 전해질 전구체를 이용하여 복합 전해질 막을 제조하는 단계; 및Preparing a composite electrolyte membrane using the composite electrolyte precursor; And

상기 복합 전해질 막을 음극과 접촉시킨 후 열경화하는 단계;를 포함하는 이차전지의 제조방법이 제공된다.There is provided a method of manufacturing a secondary battery comprising a step of thermosetting after contacting the composite electrolyte membrane with a negative electrode.

[화학식 1][Formula 1]

Li1 + xAlxM2 -x(PO4)3 Li 1 + x Al x M 2 -x (PO 4 ) 3

(상기 화학식 1에서 M은 Ti 또는 Ge이고, 0 < x < 2임.)(In Formula 1, M is Ti or Ge, and 0 <x <2.)

이때, 도 1에 본 발명의 일 측면에서 제공되는 이차전지의 제조방법을 순서도를 통해 나타내었으며,At this time, Fig. 1 shows a method of manufacturing a secondary battery provided in one aspect of the present invention through a flow chart,

이하, 도 1의 순서도를 참조하여 본 발명의 일 측면에서 제공되는 이차전지의 제조방법에 대해 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a secondary battery provided in one aspect of the present invention will be described in detail for each step with reference to the flow chart of FIG. 1.

먼저, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 이차전지의 제조방법은 상기 화학식 1로 표시되는 고체 전해질 분말 및 고분자 전해질 용액을 혼합하여 복합 전해질 전구체를 제조하는 단계를 포함한다.First, a method of manufacturing a secondary battery provided in an aspect of the present invention includes preparing a composite electrolyte precursor by mixing a solid electrolyte powder represented by Chemical Formula 1 and a polymer electrolyte solution.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 이차전지는 고체 전해질 분말과 고분자 전해질 용액이 혼합되어 형성되는 복합 전해질이 적용된 것이며, 이에 따라 보다 안정성을 확보함과 동시에 율속 특성이 우수하여 용량 유지율을 향상시킬 수 있다.The secondary battery provided in one aspect of the present invention is a composite electrolyte formed by mixing a solid electrolyte powder and a polymer electrolyte solution, thereby securing more stability and improving the capacity retention rate due to excellent rate control characteristics. .

이에, 상기 단계에서는 고체 전해질 분말과 고분자 전해질 용액을 혼합하여 복합 전해질 전구체를 제조한다.Thus, in the above step, a composite electrolyte precursor is prepared by mixing a solid electrolyte powder and a polymer electrolyte solution.

이때, 상기 고체 전해질 분말은 인산염계 고체 전해질로, 화학식 1로 표시될 수 있다. 또한, 상기 화학식 1로 표시되는 고체 전해질 분말은 구형 소립자 인산염계 고체 전해질일 수 있다.At this time, the solid electrolyte powder is a phosphate-based solid electrolyte, and may be represented by Formula 1. In addition, the solid electrolyte powder represented by Chemical Formula 1 may be a spherical small particle phosphate-based solid electrolyte.

상기 구형 소립자 인산염계 고체 전해질은 다음과 같은 방법으로 제조된 것일 수 있다.The spherical small particle phosphate-based solid electrolyte may be prepared by the following method.

먼저, 구형 소립자 인산염계 고체 전해질의 제조방법은 리튬염, Ti 및 Al 전구체, 및 인산을 교반 및 반응시켜 고체 전해질 전구체를 수득하는 단계를 포함할 수 있다.First, a method of preparing a spherical small particle phosphate-based solid electrolyte may include a step of obtaining a solid electrolyte precursor by stirring and reacting a lithium salt, a Ti and Al precursor, and a phosphoric acid.

이때, 상기 리튬염은 LiCH3COO, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(SO2C2F5)2, LiN(CF3SO2)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO4, LiAlCl-4, LiCl, LiI, LiB(C2O4)2, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 리튬염을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.At this time, the lithium salt is LiCH 3 COO, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiClO 4 , LiAlO 4 , LiAlCl- 4 , LiCl, LiI, LiB(C 2 O 4 ) 2 , and may include a lithium salt selected from the group consisting of combinations thereof, but limited thereto It is not.

또한, 상기 반응은 약 150℃ 내지 약 300℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 반응은 약 150℃ 내지 약 300℃, 약 170℃ 내지 약 300℃, 약 190℃ 내지 약 300℃, 약 200℃ 내지 약 300℃, 약 220℃ 내지 약 300℃, 약 240℃ 내지 약 300℃, 약 260℃ 내지 약 300℃, 약 280℃ 내지 약 300℃, 약 150℃ 내지 약 280℃, 약 150℃ 내지 약 260℃, 약 150℃ 내지 약 240℃, 약 150℃ 내지 약 220℃, 약 150℃ 내지 약 200℃, 약 150℃ 내지 약 190℃, 또는 약 150℃ 내지 약 170℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 반응이 상기 온도 범위 미만에서 수행되는 경우 반응이 원활히 이루어지지 않아 고체 전해질 전구체 상 형성이 힘들 수 있으며, 상기 온도 범위 초과에서 수행되는 경우 전구체 외에 불순물 상을 포함할 수 있다.Further, the reaction may be performed at about 150° C. to about 300° C., but is not limited thereto. For example, the reaction is about 150°C to about 300°C, about 170°C to about 300°C, about 190°C to about 300°C, about 200°C to about 300°C, about 220°C to about 300°C, about 240°C To about 300°C, about 260°C to about 300°C, about 280°C to about 300°C, about 150°C to about 280°C, about 150°C to about 260°C, about 150°C to about 240°C, about 150°C to about It may be performed at 220° C., about 150° C. to about 200° C., about 150° C. to about 190° C., or about 150° C. to about 170° C., but is not limited thereto. When the reaction is performed below the temperature range, the reaction may not be performed smoothly and thus it may be difficult to form a solid electrolyte precursor phase. When the reaction is performed above the temperature range, an impurity phase may be included in addition to the precursor.

상기 반응은 용매열 합성법을 통하여 이루어지는 것일 수 있으며, 이 경우 용매가 추가되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 용매는 분산제, 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜을 일정 농도로 녹인 알코올성 유기 용매, 2-메톡시에탄올 등 상기 리튬염, Ti 및 Al 전구체, 및 인산이 용해될 수 있는 알코올 계열의 용매가 바람직하다. 이에 따라, 상기 리튬염, Ti 또는 Ge 전구체, Al 전구체, 및 인산이 용해된 용액 내에서 리튬염, Ti 또는 Ge 전구체, Al 전구체, 및 인산은 자가 중합(selfpolymerization)이 이루어질 수 있다.The reaction may be performed through a solvent heat synthesis method, and in this case, a solvent may be added, but is not limited thereto. The solvent is preferably a dispersant, for example, an alcoholic organic solvent in which polyethylene glycol is dissolved in a certain concentration, the lithium salt such as 2-methoxyethanol, a Ti and Al precursor, and an alcohol-based solvent in which phosphoric acid can be dissolved. Accordingly, the lithium salt, Ti or Ge precursor, Al precursor, and phosphoric acid may be self-polymerized in a solution in which the lithium salt, Ti or Ge precursor, Al precursor, and phosphoric acid are dissolved.

다음으로, 구형 소립자 인산염계 고체 전해질의 제조방법은 상기 고체 전해질 전구체를 열처리하여 상기 화학식 1로 표시되는 고체 전해질을 수득하는 단계를 포함한다.Next, a method of manufacturing a spherical small particle phosphate-based solid electrolyte includes a step of heat-treating the solid electrolyte precursor to obtain a solid electrolyte represented by Formula 1 above.

이때, 상기 열처리는 약 400℃ 내지 약 600℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 열처리는 약 400℃ 내지 약 600℃, 약 420℃ 내지 약 600℃, 약 440℃ 내지 약 600℃, 약 460℃ 내지 약 600℃, 약 480℃ 내지 약 600℃, 약 500℃ 내지 약 600℃, 약 520℃ 내지 약 600℃, 약 540℃ 내지 약 600℃, 약 560℃ 내지 약 600℃, 약 580℃ 내지 약 600℃, 약 400℃ 내지 약 580℃, 약 400℃ 내지 약 560℃, 약 400℃ 내지 약 540℃, 약 400℃ 내지 약 520℃, 약 400℃ 내지 약 500℃, 약 400℃ 내지 약 480℃, 약 400℃ 내지 약 460℃, 약 400℃ 내지 약 440℃, 또는 약 400℃ 내지 약 420℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 열처리가 상기 온도 범위 미만에서 수행되는 경우 리튬염, Ti 또는 Ge 전구체, Al 전구체, 및 인산의 결합이 원활히 이루어지지 않아 상기 화학식 1로 표시되는 고체 전해질이 수득되지 않을 수 있으며, 상기 온도 범위 초과에서 수행되는 경우 원하는 결정 구조를 가지는 인산염계 전해질 외의 2 차상의 형성을 유도하거나 과도한 입자 성장을 유도할 수 있다.In this case, the heat treatment may be performed at about 400°C to about 600°C, but is not limited thereto. For example, the heat treatment is about 400°C to about 600°C, about 420°C to about 600°C, about 440°C to about 600°C, about 460°C to about 600°C, about 480°C to about 600°C, about 500°C To about 600°C, about 520°C to about 600°C, about 540°C to about 600°C, about 560°C to about 600°C, about 580°C to about 600°C, about 400°C to about 580°C, about 400°C to about 560°C, about 400°C to about 540°C, about 400°C to about 520°C, about 400°C to about 500°C, about 400°C to about 480°C, about 400°C to about 460°C, about 400°C to about 440°C , Or may be performed at about 400 ℃ to about 420 ℃, but is not limited thereto. When the heat treatment is performed below the temperature range, the solid electrolyte represented by Formula 1 may not be obtained because the combination of lithium salt, Ti or Ge precursor, Al precursor, and phosphoric acid may not be performed smoothly, and the temperature range may be exceeded. When carried out in, it may induce formation of a secondary phase other than a phosphate-based electrolyte having a desired crystal structure or induce excessive grain growth.

또한, 상기 열처리는 약 3시간 내지 약 7시간 동안 수행되는 것일 수 있으며, 바람직하게는 약 4시간 내지 약 6시간 동안 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 열처리가 상기 범위 미만 동안 수행되는 경우 리튬염, Ti 또는 Ge 전구체, Al 전구체, 및 인산의 결합이 원활히 이루어지지 않아 상기 화학식 1로 표시되는 고체 전해질이 수득되지 않을 수 있으며, 상기 범위를 초과하여 수행되는 경우 원하는 결정 구조를 가지는 인산염계 전해질 외의 2 차상의 형성을 유도하거나 과도한 입자 성장을 유도할 수 있다.In addition, the heat treatment may be performed for about 3 hours to about 7 hours, and preferably may be performed for about 4 hours to about 6 hours, but is not limited thereto. When the heat treatment is performed for less than the above range, the solid electrolyte represented by Formula 1 may not be obtained because the combination of lithium salt, Ti or Ge precursor, Al precursor, and phosphoric acid may not be performed smoothly. When performed, it may induce formation of a secondary phase other than a phosphate-based electrolyte having a desired crystal structure or induce excessive grain growth.

다음으로, 구형 소립자 인산염계 고체 전해질의 제조방법은 상기 열처리한 고체 전해질을 밀링 처리하여 구형 소립자 고체 전해질을 수득하는 단계를 포함한다.Next, the method of manufacturing a spherical small particle phosphate-based solid electrolyte includes the step of milling the heat-treated solid electrolyte to obtain a spherical small particle solid electrolyte.

상기 밀링 공정은 비즈밀 (bead mill), 볼밀(ball-mill), 고에너지 볼 밀(high energy ball mill), 유성 밀(planetary mill), 교반 볼 밀(stirred ball mill), 또는 진동 밀(vibration mill)을 이용하여 실시할 수 있다.The milling process is a bead mill, a ball-mill, a high energy ball mill, a planetary mill, a stirred ball mill, or a vibration mill. mill) can be used.

또한, 상기 밀링 공정은 회선속도 50 rpm 내지 150 rpm으로 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 60 rpm 내지 140 rpm, 70 rpm 내지 130 rpm, 80 rpm 내지 120 rpm, 90 rpm 내지 110 rpm으로 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the milling process may be performed at a rotation speed of 50 rpm to 150 rpm, but is not limited thereto. For example, it may be performed at 60 rpm to 140 rpm, 70 rpm to 130 rpm, 80 rpm to 120 rpm, and 90 rpm to 110 rpm, but is not limited thereto.

또한, 상기 밀링 공정은 2시간 내지 4시간 동안 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 2.5시간 내지 3.5시간 동안 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the milling process may be performed for 2 to 4 hours, but is not limited thereto. For example, it may be performed for 2.5 to 3.5 hours, but is not limited thereto.

상기 밀링 공정의 회전속도 150 rpm 및 수행시간 4시간을 초과할 경우, 구형 소립자의 입형 자체가 파쇄되어 고체 전해질이 제조되지 않는 문제가 있을 수 있고, 상기 밀링 공정의 회전속도 50 rpm 및 수행시간 2시간 미만으로 수행할 경우, 응집이 덜 풀려 구형 소립자 형태를 제조할 수 없는 문제가 있을 수 있다.When the rotational speed of the milling process exceeds 150 rpm and the execution time of 4 hours, there may be a problem that the granular shape of the spherical small particles is crushed and a solid electrolyte is not produced, and the rotational speed of the milling process is 50 rpm and execution time 2 If it is carried out in less than time, there may be a problem in that the agglomeration is less released and thus the spherical small particle shape cannot be produced.

본 발명의 일 실시예에서는 볼밀링으로 100 rpm의 회전속도로 3시간 밀링 공정을 수행하였으나, 이는 일 실시예 일뿐, 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 구형 소립자 인산염계 고체 전해질, 구체적으로, 구형 소립자 형태의 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 고체 전해질은 밀링 공정을 수행함으로써, 개별입자가 뭉쳐져 있는 응집형태의 고체 전해질이 분산되어 개별입자로 존재하게 되며, 입자의 크기가 일정하다.In one embodiment of the present invention, the milling process was performed for 3 hours at a rotation speed of 100 rpm by ball milling, but this is only an example, and is not limited thereto, and the spherical small particle phosphate-based solid electrolyte of the present invention, specifically, spherical In the form of small particle Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 solid electrolyte by performing a milling process, the aggregated solid electrolyte in which individual particles are agglomerated is dispersed to exist as individual particles, and the size of the particles is constant.

상기 밀링 단계을 거쳐 제조된 본 발명의 구형 소립자 인산염계 고체 전해질의 입자 직경은 50 nm 내지 250 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 60 nm 내지 240 nm, 70 nm 내지 230 nm, 80 nm 내지 220 nm, 90 nm 내지 210 nm, 100 nm 내지 200 nm, 110 nm 내지 190 nm, 120 nm 내지 180 nm, 130 nm 내지 170 nm, 140 nm 내지 160 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The particle diameter of the spherical small particle phosphate-based solid electrolyte of the present invention prepared through the milling step may be 50 nm to 250 nm, but is not limited thereto. For example, 60 nm to 240 nm, 70 nm to 230 nm, 80 nm to 220 nm, 90 nm to 210 nm, 100 nm to 200 nm, 110 nm to 190 nm, 120 nm to 180 nm, 130 nm to 170 nm, 140 nm to 160 nm, but is not limited thereto.

본 발명의 구형 소립자 인산염계 고체 전해질의 입자 직경이 250 nm를 초과할 경우, 복합 전해질 내에 구형 소립자 고체 전해질이 균일하게 분산되기 어려운 문제가 있고, 50 nm 미만일 경우, 높은 비표면적으로 인한 재응집 가능성이 높은 문제가 있다.When the particle diameter of the spherical small-particle phosphate-based solid electrolyte of the present invention exceeds 250 nm, there is a problem that it is difficult to uniformly disperse the spherical small-particle solid electrolyte in the composite electrolyte, and if it is less than 50 nm, the possibility of re-aggregation due to high specific surface area I have this high problem.

본 발명의 일 실시예에서 제조한 구형 소립자 인산염계 고체 전해질의 입자 직경은 약 150 nm로 상용 인산염계 전해질보다 작은 직경을 나타낼 수 있다.The particle diameter of the spherical small-particle phosphate-based solid electrolyte prepared in an embodiment of the present invention may be about 150 nm, which is smaller than that of a commercial phosphate-based electrolyte.

상기 고분자 전해질 용액은 폴리에틸렌글리콜계 고분자, 폴리프로필렌글리콜계 고분자 및 폴리비닐리덴플루오라이드계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The polymer electrolyte solution may include one or more polymers selected from the group consisting of a polyethylene glycol polymer, a polypropylene glycol polymer, and a polyvinylidene fluoride polymer, but is not limited thereto.

또한, 상기 고분자 전해질 용액은 비수계 용매를 더 포함할 수 있으며, 상기 비수계 용매는 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 디메틸카보네이트(DMC), 프로필렌 카보네이트(PC), 디프로필카보네이트(DPC), 부티렌 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤, 티트라하이드로퓨란(THF) 및 술포란으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 용매일 수 있다.In addition, the polymer electrolyte solution may further include a non-aqueous solvent, and the non-aqueous solvent is ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), propylene carbonate (PC), dipropyl carbonate (DPC), butyrene carbonate, methylpropyl carbonate, ethylpropyl carbonate, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrroly It may be one or more solvents selected from the group consisting of don (NMP), ethyl methyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone, titrahydrofuran (THF), and sulfolane.

나아가, 상기 고분자 전해질 용액은 고분자에 리튬염, 가교제, 개시제, 가소제 및 바인더 등을 더 포함할 수 있다.Furthermore, the polymer electrolyte solution may further include a lithium salt, a crosslinking agent, an initiator, a plasticizer, and a binder in the polymer.

상기 리튬염은 LiCH3COO, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(SO2C2F5)2, LiN(CF3SO2)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO4, LiAlCl-4, LiCl, LiI, LiB(C2O4)2, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 리튬염을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The lithium salt is LiCH 3 COO, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiClO 4 , LiAlO 4 , LiAlCl- 4 , LiCl, LiI, LiB(C 2 O 4 ) 2 , and may include a lithium salt selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto. .

상기 가교제는 상기 고체 전해질 및 고분자 전해질의 가교를 촉진시키기 위하여 추가될 수 있으며, 상기 가교제는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(polyethyleneglycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(triethyleneglycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropaneethoxylate triacrylate) 및 비스페놀에이에톡시레이트 디메타아크릴레이트(Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The crosslinking agent may be added to promote crosslinking of the solid electrolyte and the polymer electrolyte, and the crosslinking agent is polyethyleneglycol diacrylate, triethyleneglycol diacrylate, trimethylolpropane ethoxylate It may be one or more selected from the group consisting of trimethylolpropaneethoxylate triacrylate and bisphenol A ethoxylate dimethacrylate.

상기 개시제는 터트 뷰틸 퍼옥시네오데케노에이트(Tert-Butyl peroxyneodecanoate), 나프타(페트로리움) (Naphtha (petroleum)), 하이드로트리티드 헤비 (hydrotreated heavy), 하이드로퍼옥사이드 (Hydroperoxide), 1,1-다이메틸에틸 (1,1-dimethylethyl), 네오데케노일 클로라이드 (Neodecanoyl chloride) 등을 사용할 수 있다.The initiators are Tert-Butyl peroxyneodecanoate, Naphtha (petroleum), Hydrotreated heavy, Hydroperoxide, 1,1- Dimethylethyl (1,1-dimethylethyl), neodekenoyl chloride (Neodecanoyl chloride), and the like may be used.

상기 바인더로는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 바인더로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌-부타디엔 고무, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에터 공중합체, 불화비닐리덴-헥사 플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 불화비니리덴-펜타프루오로 프로필렌 공중합체, 프로필렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌-테트라 플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-퍼플루오로메틸비닐에터-테트라플루오로 에틸렌 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합제, 폴리(비닐리덴 플루오라이드 코 헥사플루오로프로필렌 공중합체 (Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 당해 기술분야에서 바인더로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.As the binder, a thermoplastic resin or a thermosetting resin may be used. More specifically, as the binder, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene rubber, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, Vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer , Propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoromethylvinylether-tetrafluoro To use a material selected from the group consisting of ethylene copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer, poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) and combinations thereof However, the present invention is not limited thereto, and any one that can be used as a binder in the art may be used.

상기 복합 전해질 전구체는 고분자 전해질 성분 1 중량부에 대하여, 고체 전해질을 0.001 내지 0.4 중량부로 포함할 수 있으며, 0.01 내지 0.4 중량부로 포함할 수 있고, 0.1 중량부 내지 0.4 중량부로 포함할 수 있으며, 0.2 중량부 내지 0.4 중량부로 포함할 수 있다.The composite electrolyte precursor may contain a solid electrolyte in an amount of 0.001 to 0.4 parts by weight, 0.01 to 0.4 parts by weight, 0.1 to 0.4 parts by weight, and 0.2 based on 1 part by weight of the polymer electrolyte component. It may be included in parts by weight to 0.4 parts by weight.

다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 이차전지의 제조방법은 상기 복합 전해질 전구체를 이용하여 복합 전해질 막을 제조하는 단계를 포함한다.Next, a method of manufacturing a secondary battery provided in an aspect of the present invention includes manufacturing a composite electrolyte membrane using the composite electrolyte precursor.

상기 단계에서는 고체 전해질 및 고분자 전해질을 포함하는 복합 전해질 전구체를 이용하여 막 형태의 복합 전해질 막을 제조하는 것으로, 열처리 또는 열경화를 통해 수행될 수 있다.In the above step, a composite electrolyte membrane in the form of a membrane is prepared by using a composite electrolyte precursor including a solid electrolyte and a polymer electrolyte, and may be performed through heat treatment or thermal curing.

구체적인 일례로, 상기 복합 전해질 막은 복합 전해질 전구체에 압력을 가하며 열처리하여 제조될 수 있다. 상기 복합 전해질 전구체 내의 액체 성분을 기화시켜 경화를 진행하면서 이온 전도성을 가지는 고체상 복합 전해질 막을 형성할 수 있으며, 상기 열처리는 약 50℃ 내지 약 150℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 열처리는 약 50℃ 내지 약 150℃, 약 80℃ 내지 약 150℃, 약 100℃ 내지 약 150℃, 약 120℃ 내지 약 150℃, 약 140℃ 내지 약 150℃, 약 50℃ 내지 약 140℃, 약 50℃ 내지 약 120℃, 약 50℃ 내지 약 100℃, 또는 약 50℃ 내지 약 80℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 열처리가 상기 온도 범위 미만에서 수행되는 경우 고분자 전해질의 경화가 불충분하여 성형체의 형성이 불완전할 수 있으며, 상기 온도 범위 초과에서 수행되는 경우 고분자들의 열분해에 의해 전기적 물성이 불안정할 수 있다.As a specific example, the composite electrolyte membrane may be manufactured by heat treatment while applying pressure to the composite electrolyte precursor. The liquid component in the composite electrolyte precursor may be vaporized to form a solid composite electrolyte membrane having ion conductivity while curing. The heat treatment may be performed at about 50°C to about 150°C, but is not limited thereto. For example, the heat treatment is about 50°C to about 150°C, about 80°C to about 150°C, about 100°C to about 150°C, about 120°C to about 150°C, about 140°C to about 150°C, about 50°C It may be performed at about 140° C., about 50° C. to about 120° C., about 50° C. to about 100° C., or about 50° C. to about 80° C., but is not limited thereto. When the heat treatment is performed below the temperature range, the curing of the polymer electrolyte may be insufficient, so that the formation of the molded body may be incomplete. When the heat treatment is performed above the temperature range, electrical properties may be unstable due to thermal decomposition of the polymers.

또한, 상기 열처리는 1시간 내지 5시간 동안 수행되는 것일 수 있으며, 바람직하게는 2시간 내지 4시간 동안 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 열처리가 상기 범위 미만 동안 수행되는 경우 고분자 전해질의 경화가 불충분하여 막 형성이 불완전할 수 있으며, 상기 온도 범위 초과에서 수행되는 경우 고분자들의 열분해에 의해 전기적 물성이 불안정할 수 있다.In addition, the heat treatment may be performed for 1 to 5 hours, and preferably may be performed for 2 to 4 hours, but is not limited thereto. When the heat treatment is performed for less than the above range, the curing of the polymer electrolyte may be insufficient and the film formation may be incomplete. When the heat treatment is performed above the temperature range, electrical properties may be unstable due to thermal decomposition of the polymers.

나아가, 상기 복합 전해질 전구체에 가해지는 압력은 약 100 MPa 내지 약 400 MPa일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. [0090]Further, the pressure applied to the composite electrolyte precursor may be about 100 MPa to about 400 MPa, but is not limited thereto. [0090]

예를 들어, 상기 압력은 약 100 MPa 내지 약 400 MPa, 약 150 MPa 내지 약 400 MPa, 약 200 MPa 내지 약 400 MPa, 약 250 MPa 내지 약 400 MPa, 약 300 MPa 내지 약 400 MPa, 약 350 MPa 내지 약 400 MPa, 약 100 MPa 내지 약 350 MPa, 약 100 MPa 내지 약 300 MPa, 약 100 MPa 내지 약 250 MPa, 약 100 MPa 내지 약 200 MPa, 또는 약 100 MPa 내지 약 150 MPa일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 압력이 상기 범위 미만일 경우 고체 전해질 및 고분자 전해질 간의 결합이 약해질 수 있으며, 상기 범위 초과일 경우 원하는 크기 및 형상의 막이 유지되지 않을 수 있다.For example, the pressure is about 100 MPa to about 400 MPa, about 150 MPa to about 400 MPa, about 200 MPa to about 400 MPa, about 250 MPa to about 400 MPa, about 300 MPa to about 400 MPa, about 350 MPa To about 400 MPa, about 100 MPa to about 350 MPa, about 100 MPa to about 300 MPa, about 100 MPa to about 250 MPa, about 100 MPa to about 200 MPa, or about 100 MPa to about 150 MPa, It is not limited. When the pressure is less than the above range, the bonding between the solid electrolyte and the polymer electrolyte may be weakened, and when the pressure exceeds the above range, the membrane having a desired size and shape may not be maintained.

다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 이차전지의 제조방법은 상기 복합 전해질 막을 음극과 접촉시킨 후 열경화하는 단계를 포함한다.Next, a method of manufacturing a secondary battery provided in one aspect of the present invention includes the step of thermosetting after contacting the composite electrolyte membrane with a negative electrode.

본 발명에서는 보다 안정하지만 전극과의 불안정한 계면으로 전지의 특성이 떨어지는 고체 전해질 및 고분자 전해질을 포함하는 복합 전해질을 개선시키기 위해 복합 전해질 막과 전극의 조립 시 접촉 조건을 달리하여 열경화를 수행한다.In the present invention, in order to improve a composite electrolyte including a solid electrolyte and a polymer electrolyte, which is more stable but has poor battery characteristics due to an unstable interface with an electrode, thermal curing is performed by changing contact conditions when assembling the composite electrolyte membrane and the electrode.

구체적으로, 이차전지의 음극을 형성함에 있어서 복합 전해질 막을 음극과 접촉시킨 후 열경화시킨다. 상기 음극은 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 음극활물질을 포함하는 것일 수 있다. 상기 음극활물질은 리튬 금속을 포함할 수 있다. 리튬 금속은 밀도가 낮고 또 표준환원전위가 낮기 때문에 고에너지 밀도 및 우수한 방전용량 유지특성을 갖는 리튬이차전지의 음극으로서 유용하다.Specifically, in forming the negative electrode of the secondary battery, the composite electrolyte membrane is brought into contact with the negative electrode and then thermally cured. The negative electrode may include a negative electrode active material capable of storing and releasing lithium. The negative electrode active material may include lithium metal. Since lithium metal has a low density and a low standard reduction potential, it is useful as a negative electrode of a lithium secondary battery having high energy density and excellent discharge capacity retention characteristics.

상기 열경화는 80℃ 내지 120℃의 온도에서 수행될 수 있고, 예를 들어, 상기 경화하는 단계는 약 80℃ 내지 약 110℃, 약 80℃ 내지 약 100℃, 약 80℃ 내지 약 90℃, 약 90℃ 내지 약 120℃, 약 100℃ 내지 약 120℃, 약 90℃ 내지 약 110℃, 약 95℃ 내지 약 105℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이때, 상기 열경화 온도범위는 복합 전해질 막을 형성할 때 수행되는 열처리 온도보다 높은 온도일 수 있다.The thermal curing may be performed at a temperature of 80°C to 120°C, for example, the curing step is about 80°C to about 110°C, about 80°C to about 100°C, about 80°C to about 90°C, It may be performed at about 90°C to about 120°C, about 100°C to about 120°C, about 90°C to about 110°C, and about 95°C to about 105°C, but is not limited thereto. In this case, the thermosetting temperature range may be higher than the heat treatment temperature performed when forming the composite electrolyte membrane.

또한, 상기 열경화는 압력을 가하며 수행되고, 상기 압력은 복합 전해질 막을 제조할 때 가하는 압력보다 더 큰 것일 수 있다. 상기 열경화는 최종적으로 복합 전해질 막을 경화시키며 음극과 접합시키는 것으로, 압력을 가하며 수행될 수 있다. 상기 압력은 약 100 MPa 내지 약 400 MPa, 약 150 MPa 내지 약 400 MPa, 약 200 MPa 내지 약 400 MPa, 약 250 MPa 내지 약 400 MPa, 약 300 MPa 내지 약 400 MPa, 약 350 MPa 내지 약 400 MPa, 약 100 MPa 내지 약 350 MPa, 약 100 MPa 내지 약 300 MPa, 약 100 MPa 내지 약 250 MPa, 약 100 MPa 내지 약 200 MPa, 또는 약 100 MPa 내지 약 150 MPa일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다만, 상기 압력은 복합 전해질 막을 형성할 때 가하는 압력보다 높은 압력일 수 있다.In addition, the thermal curing is performed by applying pressure, and the pressure may be greater than the pressure applied when manufacturing the composite electrolyte membrane. The thermal curing is finally curing the composite electrolyte membrane and bonding it to the negative electrode, and may be performed while applying pressure. The pressure is about 100 MPa to about 400 MPa, about 150 MPa to about 400 MPa, about 200 MPa to about 400 MPa, about 250 MPa to about 400 MPa, about 300 MPa to about 400 MPa, about 350 MPa to about 400 MPa , About 100 MPa to about 350 MPa, about 100 MPa to about 300 MPa, about 100 MPa to about 250 MPa, about 100 MPa to about 200 MPa, or about 100 MPa to about 150 MPa, but is not limited thereto. . However, the pressure may be higher than the pressure applied when forming the composite electrolyte membrane.

상기 이차전지의 제조방법은 상기 복합 전해질 막을 음극과 접촉시킨 후 열경화하는 단계를 수행하여 음극을 형성한 후, 양극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 단계를 수행하여 전해질과 음극을 제조하고, 최종적으로 양극을 형성할 수 있다.The method of manufacturing the secondary battery may further include forming a negative electrode by performing a step of thermosetting after contacting the composite electrolyte membrane with a negative electrode, and then forming a positive electrode. By performing the above steps, an electrolyte and a negative electrode may be prepared, and a positive electrode may be finally formed.

양극은 양극집전체 상에 형성되며, 리튬 전이금속 산화물을 양극활물질로서 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 양극집전체로는 망상 또는 메시 모양 등의 다공체를 사용할 수 있으며, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄 등의 다공성 금속판을 사용할 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 집전체로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 또한, 상기 양극집전체는 산화방지를 위하여 내산화성의 금속 또는 합금 피막으로 피복될 수도 있다.The positive electrode is formed on the positive electrode current collector, and may include lithium transition metal oxide as a positive electrode active material, but is not limited thereto. As the positive electrode current collector, a porous body such as a mesh or a mesh may be used, and a porous metal plate such as stainless steel, nickel, or aluminum may be used, but is not limited thereto, and any material that can be used as a current collector in the art. It is possible. In addition, the positive electrode current collector may be coated with an oxidation-resistant metal or alloy film to prevent oxidation.

또한, 상기 양극에 있어서, 상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 리튬 함유 전이금속 산화물을 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2 (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1 - yCoyO2, LiCo1 - yMnyO2, LiNi1 - yMnyO2 (O≤y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2 - zNizO4, LiMn2 - zCozO4 (0<z<2), LiCoPO4, LiFePO4, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기와 같은 산화물(oxide) 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide), 및 할로겐화물(halide) 등도 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 초기에 리튬이 없는 Li-free 형태의 양극 활물질도 가능하며, 예를 들면 TiS2, FeS2 또는 V2O5 등을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, in the positive electrode, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (retiated intercalation compound) may be used as the positive electrode active material. Specifically, a lithium-containing transition metal oxide may be used, and more specifically, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li(NiaCobMnc)O 2 (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi 1 - y Co y O 2 , LiCo 1 - y Mn y O 2 , LiNi 1 - y Mn y O 2 (O≤y<1), Li (Ni a Co b Mn c) O 4 (0 <a <2, 0 <b <2, 0 <c <2, a + b + c = 2), LiMn 2 - z Ni z O 4, LiMn 2 - z Co z O 4 (0<z<2), LiCoPO 4 , LiFePO 4 , and may include a material selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto. In addition, in addition to the oxide as described above, sulfide, selenide, and halide may be used, but the present invention is not limited thereto. In addition, an initial Li-free type of positive electrode active material without lithium is also possible, and may include, for example, TiS 2 , FeS 2 or V 2 O 5 , but is not limited thereto.

또한, 상기 양극은 도전성 재료를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 경우 상기 도전성 재료는 다공성일 수 있다. 따라서, 상기 도전성 재료로는 다공성 및 도전성을 갖는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 다공성을 갖는 탄소계 물질을 사용할 수 있다. In addition, the anode may include a conductive material, but is not limited thereto. In this case, the conductive material may be porous. Accordingly, the conductive material may be used without limitation as long as it has porosity and conductivity, and for example, a carbon-based material having porosity may be used.

이와 같은 탄소계 물질로는 카본 블랙, 그래파이트, 그래핀, 활성탄, 탄소섬유, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 도전성 재료로는 금속 섬유, 금속 메쉬 등의 금속성 도전성 재료; 구리, 은, 니켈, 알루미늄 등의 금속성 분말; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 유기 도전성 재료도 사용할 수 있다. 상기 도전성 재료들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. Such a carbon-based material may include a material selected from the group consisting of carbon black, graphite, graphene, activated carbon, carbon fiber, and combinations thereof, but is not limited thereto. Further, examples of the conductive material include metallic conductive materials such as metal fibers and metal meshes; Metallic powders such as copper, silver, nickel, and aluminum; Alternatively, an organic conductive material such as a polyphenylene derivative can also be used. The conductive materials may be used alone or in combination.

또한, 상기 양극은 바인더를 선택적으로 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 바인더로는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 바인더로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌-부타디엔 고무, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 불화비닐리덴-헥사 플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 불화비니리덴-펜타프루오로 프로필렌 공중합체, 프로필렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌-테트라 플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-퍼플루오로메틸비닐에테르-테트라플루오로 에틸렌 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합제, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 당해 기술분야에서 바인더로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.In addition, the positive electrode may optionally further include a binder, but is not limited thereto. As the binder, a thermoplastic resin or a thermosetting resin may be used. More specifically, as the binder, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene rubber, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, fluorinated Vinylidene-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, Propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoromethylvinylether-tetrafluoroethylene It may be to use a material selected from the group consisting of a copolymer, an ethylene-acrylic acid copolymer, and combinations thereof, but is not limited thereto, and any material that can be used as a binder in the art may be used.

상기와 같은 양극은 양극활물질과 도전재, 그리고 선택적으로 바인더를 혼합하여 양극활물질층 형성용 조성물을 제조한 후, 상기 양극집전체의 적어도 일면에 도포하고 건조, 압연함으로써 제조할 수 있다. 또 다른 방법으로는 상기 양극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극집전체 상에 라미네이션하여 제조할 수도 있다.The positive electrode as described above may be prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive material, and optionally a binder to prepare a composition for forming a positive electrode active material layer, and then coating it on at least one surface of the positive electrode current collector, drying, and rolling. As another method, the composition for forming a positive active material layer may be cast on a separate support, and then a film obtained by peeling from the support may be laminated on a positive electrode current collector.

또한, 본 발명의 다른 측면에서In addition, in another aspect of the present invention

상기의 제조방법으로 제조된 이차전지가 제공된다.A secondary battery manufactured by the above manufacturing method is provided.

상기 이차전지는 리튬이차전지, 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지, 또는 납 축전지를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The secondary battery may be a lithium secondary battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery, or a lead storage battery, but is not limited thereto.

상기 이차전지가 리튬 이차전지일 경우, 상기 리튬 이차전지는 양극; 상기 양극과 이격되어 배치되며, 리튬 금속을 포함하는 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 리튬 이차전지 용 복합 전해질을 포함하며, 상기 리튬 이차전지 용 복합 전해질은 고체 전해질 및 고분자 전해질을 포함하고, 상기 고체 전해질은 하기 화학식 1로 표시되는 것이고, 상기 복합 전해질은 음극과 접촉하여 열경화된 것을 특징으로 한다.When the secondary battery is a lithium secondary battery, the lithium secondary battery may include a positive electrode; A negative electrode disposed spaced apart from the positive electrode and including a lithium metal; And a composite electrolyte for a lithium secondary battery interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the composite electrolyte for a lithium secondary battery includes a solid electrolyte and a polymer electrolyte, and the solid electrolyte is represented by Formula 1 below, and the composite The electrolyte is characterized in that it is thermosetted in contact with the negative electrode.

[화학식 1][Formula 1]

Li1 + xAlxM2 -x(PO4)3 Li 1 + x Al x M 2 -x (PO 4 ) 3

(상기 화학식 1에서 M은 Ti 또는 Ge이고, 0 < x < 2임.)(In Formula 1, M is Ti or Ge, and 0 <x <2.)

본 발명의 다른 측면에서 제공되는 이차전지는 인산염계 고체 전해질 및 전도성 고분자 전해질 성분으로 구성된 이차전지 용 복합 전해질을 포함하는 이차전지는 복합 전해질에 음극을 먼저 접촉하여 열경화 시켜줌으로써 음극과 복합 전해질 간의 계면 상태를 안정화시켜 계면 저항을 줄여 이차전지의 방전 용량, 분극 특성 등의 전기화학적 특성이 우수하다. 아울러, 인산염계 고체 전해질의 함량이 높음에 따라, 안정성이 극대화 되고 완전한 고체상 복합 전해질을 포함하는 이차전지의 제작이 가능하며 유연성을 갖으면서 가공 또는 성형이 자유로운 장점이 있다.In the secondary battery provided in another aspect of the present invention, a secondary battery including a composite electrolyte for a secondary battery composed of a phosphate-based solid electrolyte and a conductive polymer electrolyte component first contacts the negative electrode to the composite electrolyte and thermally cures it between the negative electrode and the composite electrolyte. By stabilizing the interface state, the interface resistance is reduced, so that the electrochemical characteristics such as discharge capacity and polarization characteristics of the secondary battery are excellent. In addition, as the content of the phosphate-based solid electrolyte is high, stability is maximized, it is possible to manufacture a secondary battery including a complete solid-state composite electrolyte, and there is an advantage in that processing or molding is free while having flexibility.

나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서Furthermore, in another aspect of the present invention

상기의 이차전지를 포함하는 디바이스가 제공된다.A device including the secondary battery is provided.

상기 디바이스는, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 플러그-인 하이브리드 전기 자동차, 전력저장장치 중 어느 하나일 수 있다.The device may be any one of a mobile phone, a portable computer, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.

이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples and experimental examples.

단, 하기의 실시예 및 실험예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예 및 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다. However, the following examples and experimental examples are only for explaining the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples and experimental examples.

<< 실시예Example 1> 구형 소립자 인산염계 고체 전해질 및 전도성 고분자 전해질 성분을 포함하는 복합 전해질 막에 음극이 붙어있는 이차전지의 제조 1> Manufacture of a secondary battery in which a negative electrode is attached to a composite electrolyte membrane containing spherical small particle phosphate solid electrolyte and conductive polymer electrolyte components

하기 방법으로 구형 소립자 인산염계 고체 전해질 및 전도성 고분자 전해질 성분을 포함하는 복합 전해질 및 음극을 열경화하여 이차전지를 제조하였다. A secondary battery was prepared by thermally curing a composite electrolyte and a negative electrode including a spherical small particle phosphate-based solid electrolyte and a conductive polymer electrolyte component by the following method.

단계 1: 구형 소립자 인산염계 고체 전해질(Step 1: spherical small particle phosphate solid electrolyte ( LiLi 1One .. 33 AlAl 00 .. 33 TiTi 1One .. 77 (PO(PO 44 )) 33 )의)of 제조 Produce

상기 구형 소립자 인산염계 고체 전해질을 다음과 같은 방법을 제조하였다.The spherical small particle phosphate-based solid electrolyte was prepared in the following manner.

단계 1-1: 용매열 합성법Step 1-1: Solvent heat synthesis method

구형 소립자 인산염계 고체 전해질은 용매열 합성법을 통해 제조하였다.Spherical small particle phosphate solid electrolyte was prepared through a solvent heat synthesis method.

구체적으로, 2-메톡시에탄올 150 mL에 리튬아세테이트 0.85235 g, 염화알루미늄 육수화물 0.45665 g, 티타늄 부톡사이드 3.75692 mL, 인산 2.58568 mL 및 분산제로서 폴리에틸렌글리콜 15 mL을 첨가하여 0.5 시간 교반시킨 후, 증류수 300 ㎕를 첨가하여, 1 시간 교반 시킨 후, 상기 용액은 용매열 합성법을 진행하기 위하여 마이크로웨이브 반응기용 테플론 용기에 옮겨 담고, 마이크로웨이브 주사조건을 200℃, 10 분으로 설정하여 결정화 반응을 진행하였다. 그 후, 상기 용액을 원심분리 및 진공오븐을 이용하여 용매를 제거하고, 알루미나 보트에 넣고 전기로를 사용하여 분당 5℃의 승온속도로 525℃, 5%수소/95%질소 분위기에서 5 시간 열처리를 하였다.Specifically, to 150 mL of 2-methoxyethanol, 0.85235 g of lithium acetate, 0.45665 g of aluminum chloride hexahydrate, 3.75692 mL of titanium butoxide, 2.58568 mL of phosphoric acid, and 15 mL of polyethylene glycol as a dispersant were added and stirred for 0.5 hours, and then distilled water 300 After adding µl and stirring for 1 hour, the solution was transferred to a Teflon container for a microwave reactor in order to proceed with the solvent heat synthesis method, and a crystallization reaction was performed by setting the microwave scanning condition to 200°C for 10 minutes. Thereafter, the solution was centrifuged and the solvent was removed using a vacuum oven, put in an alumina boat, and heat treated for 5 hours in an atmosphere of 525°C and 5% hydrogen/95% nitrogen at a heating rate of 5°C per minute using an electric furnace. I did.

단계 1-2: 볼밀링Step 1-2: Ball milling

상기 용매열 합성법 수행 후, 볼밀링처리 단계를 수행하였다.After performing the solvent heat synthesis method, a ball milling treatment step was performed.

상기 단계 1에서 열처리 후 상기 샘플을 에탄올에서 100rpm 속도로 3시간 볼밀링 한 후 120℃ 오븐에서 건조시켜 구형 소립자 형태의 Li1 . 3Al0 . 3Ti1 .7(PO4)3 고체 전해질을 제조하였다. After the heat treatment in step 1, the sample was ball-milled in ethanol at 100 rpm for 3 hours, and then dried in an oven at 120° C. Li 1 in the form of spherical small particles . 3 Al 0 . 3 Ti 1 .7 (PO 4) 3 were prepared solid electrolyte.

단계 1을 통해 제조된 구형 소립자 형태의 Li1 . 3Al0 . 3Ti1 .7(PO4)3 고체 전해질의 형상을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였다.Li 1 in the form of spherical small particles prepared through step 1 . 3 Al 0 . 3 Ti 1 .7 (PO 4) was observed the shape of the solid electrolyte 3 by a scanning electron microscope (SEM).

본 발명에서 제조한 구형 소립자 인산염계 고체 전해질인 구형 소립자 형태의 Li1 . 3Al0 . 3Ti1 .7(PO4)3 고체 전해질은 입자의 크기가 일정하고, 입자의 직경이 약 150 nm의 직경을 나타내는 것을 알 수 있다.Li 1 in the form of spherical small particles, which is a spherical small particle phosphate-based solid electrolyte prepared in the present invention . 3 Al 0 . It can be seen that the 3 Ti 1 .7 (PO 4 ) 3 solid electrolyte has a constant particle size and a particle diameter of about 150 nm.

이는, Li1 . 3Al0 . 3Ti1 .7(PO4)3 고체 전해질 입자가 뭉쳐져 있는 것을 볼밀링 과정을 통해 개별 입자로 분산되었기 때문인 것으로 판단된다.This is Li 1 . 3 Al 0 . 3 Ti 1 .7 (PO 4 ) 3 It is believed that the agglomeration of solid electrolyte particles was dispersed into individual particles through the ball milling process.

단계 2: Step 2: 가교제가Crosslinking agent 포함된 고분자 전해질 용액 제조 Preparation of included polymer electrolyte solution

고분자인 폴리(에틸렌글리콜)다이메틸 에터(Poly(ethylene glycol) dimethyl ether)(수평균 분자량 500) 0.6 g에 특정 몰비(폴리(에틸렌글리콜)다이메틸 에터와 비스페놀에이 에톡실레이트 다이아크릴레이트의 에틸렌 옥사이드의 몰수 : 리튬 이온의 몰수 = 20 : 1)가 되도록 비스(트리플루오로메테인)술폰이미드 리튬 솔트(Bis(trifluoromethanae)sulfonamide lithium salt)를 넣어 60℃의 온도에서 리튬 염이 완전히 녹을 때까지 충분히 용해 및 교반 시켰다.Ethylene of a specific molar ratio (poly(ethylene glycol) dimethyl ether and bisphenol A ethoxylate diacrylate to 0.6 g of a polymer poly(ethylene glycol) dimethyl ether) (number average molecular weight 500) When the lithium salt is completely dissolved at a temperature of 60℃ by adding bis (trifluoromethanae) sulfonamide lithium salt (Bis (trifluoromethanae) sulfonamide lithium salt) so that the number of moles of oxide: the number of moles of lithium ions = 20: 1) Until sufficiently dissolved and stirred.

상기 용액의 온도가 상온으로 떨어지면 비스페놀에이 에톡실레이트 다이아크릴레이트(Bisphenol A ethoxylate diacrylate)(수평균 분자량 688) 0.4 g과 개시제 0.04 g을 첨가한 후 충분히 교반시켜 고분자 전해질 용액을 제조하였다. 이때 개시제는 터트 뷰틸 퍼옥시네오데케노에이트(Tert-Butyl peroxyneodecanoate) (74-76%), 나프타(페트로리움) (Naphtha (petroleum)), 하이드로트리티드 헤비 (hydrotreated heavy) (20-26%), 하이드로퍼옥사이드 (Hydroperoxide), 1,1-다이메틸에틸 (1,1-dimethylethyl), 네오데케노일 클로라이드 (Neodecanoyl chloride)를 함유하고 있다. 상기 용액의 제조는 모두 드라이 룸 안에서 진행되었다.When the temperature of the solution dropped to room temperature, 0.4 g of Bisphenol A ethoxylate diacrylate (number average molecular weight 688) and 0.04 g of an initiator were added, followed by sufficiently stirring to prepare a polymer electrolyte solution. At this time, the initiators are Tert-Butyl peroxyneodecanoate (74-76%), Naphtha (petroleum)), hydrotreated heavy (20-26%) , Hydroperoxide (Hydroperoxide), 1,1-dimethylethyl (1,1-dimethylethyl), neodekenoyl chloride (Neodecanoyl chloride) contains. All of the above solutions were prepared in a dry room.

단계 3: 구형 소립자 인산염계 고체 전해질 및 전도성 고분자 전해질 성분을 포함하는 복합 전해질 Step 3: Complex electrolyte containing spherical small particle phosphate solid electrolyte and conductive polymer electrolyte component 페이스트Paste 제조 Produce

상기 단계 2의 고분자 전해질 용액에 단계 1의 구형 소립자 인산염계 고체 전해질을 전도성 고분자 전해질 1 중량부(폴리(에틸렌 글리콜)다이메틸 에터(Poly(ethylene glycol) dimethyl ether) : 비스페놀에이 데톡실레이트 다이아크릴레이트(Bisphenol A ethoxylate diacrylate) = 6:4(중량비) 혼합 성분 1 중량부)에 대하여, 0.4 중량부로 포함되도록 혼합하여 복합 전해질 페이스트를 제조하였다. 상기 페이스트의 제조는 모두 글로브박스 안에서 진행되었다.In the polymer electrolyte solution of Step 2, 1 part by weight of the spherical small particle phosphate-based solid electrolyte of Step 1 of the conductive polymer electrolyte (poly(ethylene glycol) dimethyl ether): bisphenol A detoxylate diacrylic Rate (Bisphenol A ethoxylate diacrylate) = 6:4 (weight ratio) mixed component 1 part by weight), mixed so as to be included in 0.4 parts by weight to prepare a composite electrolyte paste. All the preparation of the paste was carried out in a glove box.

단계 4: 구형 소립자 인산염계 고체 전해질 및 전도성 고분자 전해질 성분을 포함하는 복합 전해질 막에 리튬 메탈 전극을 접촉시켜 음극 형성Step 4: Forming a negative electrode by contacting a lithium metal electrode with a composite electrolyte membrane containing a spherical elementary particle phosphate solid electrolyte and a conductive polymer electrolyte component

상기 복합 전해질 페이스트의 경화는 핫플레이트 위에서 진행되었다. 테프론 디쉬에 복합 전해질 페이스트를 올리고 테프론 플레이트를 덮개로 사용하여 압력을 가해 막의 형태를 만들고 80℃의 온도에서 3시간 경화시켜 프리스탠딩한 고체상 복합 전해질 막을 제조하였다. The curing of the composite electrolyte paste was performed on a hot plate. A composite electrolyte paste was placed on a Teflon dish, and pressure was applied using a Teflon plate as a cover to form a membrane and cured at a temperature of 80° C. for 3 hours to prepare a free-standing solid composite electrolyte membrane.

그 후 테프론 플레이트 덮개를 덜어내고 복합 전해질 위에 계면 접촉을 향상시키고자 리튬 메탈 전극을 붙이고 테프론 플레이트 덮개를 다시 올린 후 더 큰 압력을 가해 100℃의 온도에서 2시간 경화시켜 복합 전해질 막에 리튬 메탈 전극을 형성하였다. 이 때 2시간 경화 후 테프론 플레이트를 덜어낼 때 리튬 메탈 전극과의 접착성을 없애기 위해 서스를 리튬 메탈 전극에 함께 붙여 경화하였다. 상기 복합 전해질 막의 제조 모두 글로브박스 안에서 진행되었다. 테프론 디쉬에 형성된 리튬 메탈 전극이 붙어있는 복합 전해질 막의 고체상 복합 전해질을 사진 촬영한 이미지를 도 5에 나타내었다.After that, remove the Teflon plate cover and attach a lithium metal electrode to improve the interfacial contact on the composite electrolyte. After raising the Teflon plate cover again, cure at 100℃ for 2 hours by applying higher pressure to the lithium metal electrode on the composite electrolyte membrane. Formed. At this time, when the Teflon plate was removed after curing for 2 hours, the sus was attached to the lithium metal electrode and cured to remove the adhesion to the lithium metal electrode. All of the preparation of the composite electrolyte membrane was carried out in a glove box. Fig. 5 shows a photographic image of a solid-state composite electrolyte of a composite electrolyte membrane with a lithium metal electrode formed on a Teflon dish.

단계 5: 양극 형성Step 5: anode formation

폴리에틸렌글리콜 다이메틸에터가 첨가된 인산철리튬 복합전극인 양극을 사용하여 최종적으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was finally manufactured using a positive electrode which is a lithium iron phosphate composite electrode to which polyethylene glycol dimethyl ether was added.

<< 제조예Manufacturing example 1> 1>

상기 실시예 1의 단계 1-4를 수행하여 복합 전해질 막을 제조하되, 단계 4에서, 테프론 디쉬에 복합 전해질 페이스트를 올리고 테프론 플레이트를 덮개로 사용하여 압력을 가해 막의 형태를 만들고 80℃에서 3시간 경화시켜 프리스탠딩한 고체상 복합 전해질 막을 제조한 후, 더 큰 압력을 가해 100℃ 에서 2시간 경화시켜 복합전해질 막에 어떠한 전극도 붙이지 않고 경화하여 프리스탠딩 복합 전해질 막을 제조하였다. 테프론 디쉬에 형성된 고체상 복합 전해질을 사진 촬영한 이미지를 도 2 및 도 3에 나타내었다.A composite electrolyte membrane was prepared by performing steps 1-4 of Example 1, but in step 4, a composite electrolyte paste was put on a Teflon dish and pressure was applied using a Teflon plate as a cover to form the membrane and cured at 80° C. for 3 hours. Then, a freestanding composite electrolyte membrane was prepared, and then cured at 100° C. for 2 hours by applying a higher pressure to cure without attaching any electrodes to the composite electrolyte membrane, thereby preparing a freestanding composite electrolyte membrane. Images of the solid composite electrolyte formed in the Teflon dish are shown in FIGS. 2 and 3.

<< 비교예Comparative example 1> 1>

상기 실시예 1의 단계 1-5를 수행하여 이차전지를 제조하되, 단계 4에서, 테프론 디쉬에 복합 전해질 페이스트를 올리고 테프론 플레이트를 덮개로 사용하여 압력을 가해 막의 형태를 만들고 80℃에서 3시간 경화시켜 프리스탠딩한 고체상 복합 전해질 막을 제조한 후, 더 큰 압력을 가해 100℃ 에서 2시간 경화시켜 복합전해질 막에 어떠한 전극도 붙이지 않고 경화하여 프리스탠딩 복합 전해질 막을 제조하였으며, 단계 5에서 음극 및 양극을 사용하여 조립함으로써 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was manufactured by performing steps 1-5 of Example 1, but in step 4, a composite electrolyte paste was put on a Teflon dish, and pressure was applied using a Teflon plate as a cover to form a membrane and cured at 80° C. for 3 hours. To prepare a free-standing composite electrolyte membrane, and then cured at 100° C. for 2 hours under higher pressure to cure without attaching any electrodes to the composite electrolyte membrane to prepare a free-standing composite electrolyte membrane. A secondary battery was manufactured by using and assembling.

<< 비교예Comparative example 2> 구형 소립자 인산염계 고체 전해질 및 전도성 고분자 전해질 성분을 포함하는 복합 2> Composite containing spherical small particle phosphate solid electrolyte and conductive polymer electrolyte component 전해질 막에On the electrolyte membrane 양극이 붙어있는 이차전지의 제조 Manufacturing of secondary battery with positive electrode attached

상기 실시예 1의 단계 1-5를 수행하여 이차전지를 제조하되, 단계 4에서, 테프론 디쉬에 복합 전해질 페이스트를 올리고 테프론 플레이트를 덮개로 사용하여 압력을 가해 막의 형태를 만들고 80℃에서 3시간 경화시켜 프리스탠딩한 고체상 복합 전해질 막을 제조한 후, 테프론 플레이트 덮개를 덜어내고 복합 전해질 위에 폴리에틸렌글리콜 다이메틸에터가 첨가된 인산철리튬 복합전극인 양극을 붙이고 테프론 플레이트 덮개를 다시 올린 후 더 큰 압력을 가해 100℃의 온도에서 2시간 경화시켜 복합 전해질 막에 양극을 형성하였다. 이 때 2시간 경화 후 테프론 플레이트를 덜어낼 때 양극과의 접착성을 없애기 위해 서스를 양극에 함께 붙여 경화하였다. 상기 복합 전해질 막의 제조 모두 글로브박스 안에서 진행되었다. 테프론 디쉬에 형성된 양극이 붙어있는 복합 전해질 막의 고체상 복합 전해질을 사진 촬영한 이미지를 도 4에 나타내었다.A secondary battery was manufactured by performing steps 1-5 of Example 1, but in step 4, a composite electrolyte paste was put on a Teflon dish, and pressure was applied using a Teflon plate as a cover to form a membrane and cured at 80° C. for 3 hours. To prepare a free-standing solid composite electrolyte membrane, remove the Teflon plate cover, attach a positive electrode, which is a lithium iron phosphate composite electrode to which polyethylene glycol dimethyl ether is added, on the composite electrolyte, raise the Teflon plate cover again, and apply a higher pressure. Then, it was cured at a temperature of 100° C. for 2 hours to form a positive electrode on the composite electrolyte membrane. At this time, when the Teflon plate was removed after curing for 2 hours, a suspension was attached to the positive electrode and cured in order to remove the adhesion to the positive electrode. All of the preparation of the composite electrolyte membrane was carried out in a glove box. Fig. 4 shows an image of a solid-state composite electrolyte of a composite electrolyte membrane formed on a Teflon dish and a composite electrolyte membrane attached thereto.

이후, 단계 5에서 리튬 메탈 전극인 음극을 사용하여 최종적으로 이차전지를 제조하였다.Thereafter, in step 5, a secondary battery was finally manufactured using a negative electrode as a lithium metal electrode.

<< 실험예Experimental example 1> 복합 1> compound 전해질 막의Of the electrolyte membrane 이온 전도도 측정 Ion conductivity measurement

본 발명에 따른 복합 전해질 막의 전기화학적 특성을 평가하기 위하여, 상기 비교예 1에서 제조된 복합 전해질 막을 서스와 서스 사이에 끼워 셀 조립을 한 후 이온전도도를 측정하였고, 그 결과를 도 6 및 하기 표 1에 나타내었다.In order to evaluate the electrochemical properties of the composite electrolyte membrane according to the present invention, the composite electrolyte membrane prepared in Comparative Example 1 was sandwiched between the suspension and the suspension, and the ionic conductivity was measured after assembling a cell, and the results are shown in FIG. 6 and the table below. It is shown in 1.

온도 (℃)Temperature (℃) 이온전도도 (S/cm)Ion conductivity (S/cm) 1515 2.51×10-5 2.51×10 -5 3030 5.60×10-5 5.60×10 -5 4545 1.10×10-4 1.10×10 -4 6060 2.07×10-4 2.07×10 -4 7575 3.59×10-4 3.59×10 -4

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 복합 전해질은 우수한 이온전도도를 나타냄을 확인할 수 있다.As shown in Table 1, it can be seen that the composite electrolyte provided in one aspect of the present invention exhibits excellent ionic conductivity.

<< 실험예Experimental example 2> 복합 전해질과 전극의 계면 접촉 방식에 따른 방전 용량 측정 2> Measurement of discharge capacity according to the interface contact method between composite electrolyte and electrode

본 발명에 따른 복합 전해질의 전기화학적 특성을 평가하기 위하여, 셀 특성을 통하여 복합 전해질의 2차 경화에서 복합 전해질과 양극, 음극 전극의 계면 접촉 방식에 따른 방전 용량을 측정하였다. 구체적으로, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 이차전지의 충전 및 방전을 측정하였으며, 그 결과를 도 7 내지 9 및 하기 표 2에 나타내었다.In order to evaluate the electrochemical properties of the composite electrolyte according to the present invention, the discharge capacity according to the interfacial contact method between the composite electrolyte, the positive electrode and the negative electrode in the secondary curing of the composite electrolyte was measured through cell characteristics. Specifically, charging and discharging of the secondary batteries prepared in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were measured, and the results are shown in FIGS. 7 to 9 and Table 2 below.

방전 용량 (mAhg-1)Discharge capacity (mAhg -1 ) 분극(△V)Polarization (△V) 비교예 1Comparative Example 1 119119 0.870.87 비교예 2Comparative Example 2 -- 1.161.16 실시예 1Example 1 117117 0.570.57

실시예 1은 복합 전해질 막에 2차 경화 시 리튬 메탈 전극이 붙어있는 전해질을 완성하였고, 폴리에틸텐글리콜 다이메틸에터가 첨가된 인산철리튬 복합전극을 사용하여 셀 조립 후 충전 및 방전을 측정하였다.In Example 1, an electrolyte with a lithium metal electrode attached to the composite electrolyte membrane during secondary curing was completed, and charging and discharging were measured after assembling the cell using a lithium iron phosphate composite electrode to which polyethylene glycol dimethyl ether was added. I did.

비교예 1은 복합전해질 제조시에 복합전해질과 양 전극(폴리에틸텐글리콜 다이메틸에터가 첨가된 인산철리튬 복합전극, 리튬 메탈 전극) 사이의 계면접촉을 경화 시 하지 않고 셀 조립시 폴리에틸텐글리콜 다이메틸에터가 첨가된 인산철리튬 복합전극과 리튬 메탈 전극을 사용하여 셀 조립 후 충전 및 방전을 측정하였다.Comparative Example 1 is not curing the interfacial contact between the composite electrolyte and the positive electrode (lithium iron phosphate composite electrode, lithium metal electrode added with polyethylene glycol dimethyl ether) during the preparation of the composite electrolyte, but when assembling the cell polyethyl Charge and discharge were measured after cell assembly using a lithium iron phosphate composite electrode and a lithium metal electrode to which tenglycol dimethyl ether was added.

비교예 2는 복합전해질 막에 2차 경화 시 폴리에틸텐글리콜 다이메틸에터가 첨가된 인산철리튬 복합전극이 붙어있는 전해질을 완성하였고, 리튬 메탈 전극을 사용하여 셀 조립 후 충전 및 방전을 측정하였다.In Comparative Example 2, an electrolyte with a lithium iron phosphate composite electrode to which polyethylene glycol dimethyl ether was added during secondary curing on the composite electrolyte membrane was completed, and charging and discharging were measured after cell assembly using a lithium metal electrode. I did.

결과적으로, 실시예 1의 이차전지의 전기화학적 특성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that the secondary battery of Example 1 had excellent electrochemical properties.

따라서, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 인산염계 고체 전해질 및 전도성 고분자 전해질 성분으로 구성된 이차전지 용 복합 전해질을 포함하는 이차전지는 복합 전해질에 음극을 먼저 접촉하여 열경화 시켜줌으로써 음극과 복합 전해질 간의 계면 상태를 안정화시켜 계면 저항을 줄여 이차전지의 방전 용량, 분극 특성 등의 전기화학적 특성이 우수한 효과가 있음을 확인할 수 있다.Accordingly, the secondary battery including the composite electrolyte for a secondary battery composed of a phosphate-based solid electrolyte and a conductive polymer electrolyte component provided in one aspect of the present invention is thermally cured by first contacting the negative electrode with the composite electrolyte to provide an interface between the negative electrode and the composite electrolyte. By stabilizing the state, it can be seen that the electrochemical properties such as discharge capacity and polarization characteristics of the secondary battery are excellent by reducing the interface resistance.

Claims (12)

하기 화학식 1로 표시되는 고체 전해질 분말 및 고분자 전해질 용액을 혼합하여 복합 전해질 전구체를 제조하는 단계;
상기 복합 전해질 전구체를 이용하여 복합 전해질 막을 제조하는 단계; 및
상기 복합 전해질 막을 음극과 접촉시킨 후 열경화하는 단계;를 포함하는 이차전지의 제조방법:
[화학식 1]
Li1 + xAlxM2 -x(PO4)3
(상기 화학식 1에서 M은 Ti 또는 Ge이고, 0 < x < 2임).
Preparing a composite electrolyte precursor by mixing a solid electrolyte powder and a polymer electrolyte solution represented by the following Formula 1;
Preparing a composite electrolyte membrane using the composite electrolyte precursor; And
The method of manufacturing a secondary battery comprising a step of thermosetting after contacting the composite electrolyte membrane with a negative electrode:
[Formula 1]
Li 1 + x Al x M 2 -x (PO 4 ) 3
(In Formula 1, M is Ti or Ge, and 0 <x <2).
제1항에 있어서,
상기 고분자 전해질 용액은 폴리에틸렌글리콜계 고분자, 폴리프로필렌글리콜계 고분자 및 폴리비닐리덴플루오라이드계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하는 이차전지의 제조방법.
The method of claim 1,
The polymer electrolyte solution is a method of manufacturing a secondary battery comprising at least one polymer selected from the group consisting of a polyethylene glycol polymer, a polypropylene glycol polymer, and a polyvinylidene fluoride polymer.
제제1항에 있어서,
상기 고분자 전해질 용액은 고분자에 리튬염, 가교제, 개시제, 가소제 및 바인더로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 이차전지의 제조방법.
The method of claim 1,
The polymer electrolyte solution further comprises at least one selected from the group consisting of a lithium salt, a crosslinking agent, an initiator, a plasticizer, and a binder in the polymer.
제4항에 있어서,
상기 가교제는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(polyethyleneglycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(triethyleneglycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropaneethoxylate triacrylate) 및 비스페놀에이에톡시레이트 디메타아크릴레이트(Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 이차전지의 제조방법.
The method of claim 4,
The crosslinking agent is polyethyleneglycol diacrylate, triethyleneglycol diacrylate, trimethylolpropaneethoxylate triacrylate, and bisphenol aethoxylate dimethacrylate (Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate) at least one selected from the group consisting of secondary battery manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 복합 전해질 전구체는 고분자 전해질 성분 1 중량부에 대하여, 고체 전해질을 0.001 내지 0.4 중량부로 포함하는 이차전지의 제조방법.
The method of claim 1,
The composite electrolyte precursor is a method of manufacturing a secondary battery comprising 0.001 to 0.4 parts by weight of a solid electrolyte based on 1 part by weight of a polymer electrolyte component.
제1항에 있어서,
상기 복합 전해질 막은 복합 전해질 전구체에 압력을 가하며 열처리하여 제조되는 이차전지의 제조방법.
The method of claim 1,
The composite electrolyte membrane is a method of manufacturing a secondary battery manufactured by heat treatment while applying pressure to a composite electrolyte precursor.
제1항에 있어서,
상기 음극은 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 음극활물질을 포함하는 이차전지의 제조방법.
The method of claim 1,
The negative electrode is a method of manufacturing a secondary battery comprising a negative electrode active material capable of storing and releasing lithium.
제1항에 있어서,
상기 열경화는 80℃ 내지 120℃의 온도에서 수행되는 이차전지의 제조방법.
The method of claim 1,
The thermal curing is a method of manufacturing a secondary battery performed at a temperature of 80 ℃ to 120 ℃.
제6항에 있어서,
상기 열경화는 압력을 가하며 수행되고,
상기 압력은 복합 전해질 막을 제조할 때 가하는 압력보다 더 큰 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
The method of claim 6,
The thermal curing is performed while applying pressure,
The method of manufacturing a secondary battery, characterized in that the pressure is greater than the pressure applied when manufacturing the composite electrolyte membrane.
제1항의 제조방법으로 제조된 이차전지.
A secondary battery manufactured by the manufacturing method of claim 1.
제11항의 이차전지를 포함하는 디바이스.
A device comprising the secondary battery of claim 11.
제11항에 있어서,
상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력저장장치로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종인 디바이스.
The method of claim 11,
The device is a device selected from the group consisting of a mobile phone, a portable computer, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.
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