KR20210068965A - Solid electrolyte, preparation method thereof, metal air battery including the solid electrolyte, and electrochemical device including the solid electrolyte - Google Patents

Solid electrolyte, preparation method thereof, metal air battery including the solid electrolyte, and electrochemical device including the solid electrolyte Download PDF

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KR20210068965A KR1020190160968A KR20190160968A KR20210068965A KR 20210068965 A KR20210068965 A KR 20210068965A KR 1020190160968 A KR1020190160968 A KR 1020190160968A KR 20190160968 A KR20190160968 A KR 20190160968A KR 20210068965 A KR20210068965 A KR 20210068965A
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Abstract

The present invention relates to a solid electrolyte containing an oxide represented by the following chemical formula 1, a preparation method thereof, a metal air battery including the same, and an electrochemical device including the same. Chemical formula 1 is Li_(2+4x)M1_(1-x)O_3, wherein M1 and x are as defined in the detailed description. Chemical formula 2 is Li_(2-y(a-4))M1_(1-y)(M2^(a+))_yO_3, wherein M1, M2, a, and y are as defined in the detailed description. Chemical formula 3 is Li_(2-z)M1O_(3-z)X_z, wherein M1, X, and z are as defined in the detailed description.

Description

고체 전해질, 그 제조방법, 이를 포함하는 금속공기전지 및 전기화학소자 {Solid electrolyte, preparation method thereof, metal air battery including the solid electrolyte, and electrochemical device including the solid electrolyte} Solid electrolyte, preparation method thereof, and metal-air battery and electrochemical device including the same {Solid electrolyte, preparation method thereof, metal air battery including the solid electrolyte, and electrochemical device including the solid electrolyte}

고체 전해질, 그 제조방법, 이를 포함하는 금속공기전지 및 전기화학소자에 관한 것이다.It relates to a solid electrolyte, a method for manufacturing the same, and a metal-air battery and an electrochemical device including the same.

리튬공기전지는 음극으로 리튬 자체를 사용하며 양극 활물질인 공기를 전지 내에 저장할 필요가 없으므로 고용량의 전지가 가능하다. 리튬공기전지의 단위 중량당 이론 에너지 밀도는 3500Wh/kg 이상으로 매우 높다.Lithium-air batteries use lithium itself as the negative electrode, and since there is no need to store air, which is the positive electrode active material, in the battery, a high-capacity battery is possible. The theoretical energy density per unit weight of a lithium-air battery is very high, over 3500Wh/kg.

리튬공기전지의 고체 전해질은 리튬공기전지의 방전산물인 수산화리튬에 대한 안정성이 만족할만한 수준에 이르지 못하여 수산화리튬과 같은 강염기 조건에서 이온 전도도가 저하되어 이에 대한 개선이 요구된다. The solid electrolyte of a lithium-air battery does not reach a satisfactory level of stability with respect to lithium hydroxide, a discharge product of a lithium-air battery, and the ionic conductivity is lowered in a strong base condition such as lithium hydroxide, and improvement is required.

한 측면은 수분과 리튬에 안정한 고체 전해질과 그 제조방법을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a solid electrolyte stable to moisture and lithium and a method for preparing the same.

다른 측면은 상기 고체 전해질을 포함한 리튬공기전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium-air battery including the solid electrolyte.

또 다른 측면은 상술한 고체 전해질을 포함한 전기화학소자를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide an electrochemical device including the above-described solid electrolyte.

한 측면에 따라, 하기 화학식 1, 2 또는 3로 표시되는 산화물 또는 그 조합을 포함하는 고체 전해질이 제공된다.According to one aspect, there is provided a solid electrolyte comprising an oxide represented by the following Chemical Formula 1, 2 or 3 or a combination thereof.

<화학식 1><Formula 1>

Li2+4xM11-xO3 Li 2+4x M1 1-x O 3

화학식 1 중, M1은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 그 조합이며, 0<x<1이고, In Formula 1, M1 is hafnium (Hf), titanium (Ti), zirconium (Zr), or a combination thereof, and 0<x<1;

<화학식 2><Formula 2>

Li2-y(a-4)M11-yM2a+ yO3 Li 2-y(a-4) M1 1-y M2 a+ y O 3

화학식 2 중, M1은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 그 조합이며, In Formula 2, M1 is hafnium (Hf), titanium (Ti), zirconium (Zr), or a combination thereof,

M2는 1가 내지 6가 원소 중에서 선택된 하나 이상이고, a는 M2의 산화수이며, 0<y<1이고,M2 is at least one selected from monovalent to hexavalent elements, a is the oxidation number of M2, and 0<y<1;

<화학식 3><Formula 3>

Li2-zM1O3-zXz Li 2-z M1O 3-z X z

화학식 3중, M1은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 그 조합이며, chemical formula triple, M1 is hafnium (Hf), titanium (Ti), zirconium (Zr), or a combination thereof,

X는 할로겐 원자, 슈도할로겐(pseudohalogen) 또는 그 조합이며, 0<z<2이다.X is a halogen atom, pseudohalogen, or a combination thereof, and 0<z<2.

다른 측면에 따라 양극; 음극 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 전해질;을 포함하는 금속공기전지이며, 상기 양극, 음극 및 전해질 중에서 선택된 하나 이상이 상술한 고체 전해질을 포함하는 금속공기전지가 제공된다.Anode according to another aspect; cathode anode; cathode; and an electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein at least one selected from the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte is provided, the metal-air battery including the above-described solid electrolyte.

또 다른 측면에 따라 상술한 고체 전해질을 포함하는 전기화학소자가 제공된다.According to another aspect, an electrochemical device including the above-described solid electrolyte is provided.

상기 전기화학소자는 전지, 축전지, 수퍼커패시터, 연료전지, 센서, 및 변색 소자 중에서 선택된 하나 이상을 포함한다.The electrochemical device includes at least one selected from a battery, a storage battery, a supercapacitor, a fuel cell, a sensor, and a color change device.

또 다른 측면에 따라 리튬 전구체, M1 전구체, M2 전구체 및 X 전구체를 혼합하여 전구체 혼합물을 준비하는 단계; 및 상기 전구체 혼합물을 1차 열처리하는 단계를 포함하여 상기 고체 전해질을 제조하는 고체 전해질의 제조방법이 제공된다.Preparing a precursor mixture by mixing a lithium precursor, an M1 precursor, an M2 precursor, and an X precursor according to another aspect; and a first heat treatment of the precursor mixture is provided.

일구현예에 따른 고체 전해질은 상온에서 이온전도도가 개선되며 가습 또는 대기 조건에서 수분 및 리튬에 안정하며 우수한 이온 전도도가 유지되고 펠렛밀도가 우수하다. 이러한 고체 전해질을 이용하면 열화가 억제된 전기화학소자를 제조할 수 있다. The solid electrolyte according to one embodiment has improved ionic conductivity at room temperature, is stable to moisture and lithium in humidified or atmospheric conditions, maintains excellent ionic conductivity, and has excellent pellet density. By using such a solid electrolyte, it is possible to manufacture an electrochemical device in which deterioration is suppressed.

도 1은 실시예 3-5, 7, 9, 12-13, 실시예 20 및 비교예 1의 고체 전해질에 대한 X선 회절(X-ray Diffraction: XRD 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1 내지 12의 고체 전해질 및 비교예 1의 고체 전해질의 펠렛밀도를 나타낸 그래프이다.
도 3는 실시예 1 내지 12의 고체 전해질 및 비교예 1의 고체 전해질의 이온전도도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 13 내지 23의 고체 전해질 및 비교예 2의 고체 전해질의 이온전도도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 일구현예에 따른 리튬공기전지의 구조를 나타낸 개략도이다.
1 shows X-ray diffraction (XRD) spectra of the solid electrolytes of Examples 3-5, 7, 9, 12-13, Example 20 and Comparative Example 1. FIG.
2 is a graph showing the pellet density of the solid electrolytes of Examples 1 to 12 and the solid electrolyte of Comparative Example 1.
3 is a graph showing the ionic conductivity of the solid electrolytes of Examples 1 to 12 and the solid electrolyte of Comparative Example 1. FIG.
4 is a graph showing the ionic conductivity of the solid electrolytes of Examples 13 to 23 and the solid electrolyte of Comparative Example 2. FIG.
5 is a schematic diagram showing the structure of a lithium-air battery according to an embodiment.

이하에서 일구현예들에 따른 고체 전해질, 그 제조방법, 이를 포함하는 금속공기전지 및 상기 고체 전해질을 포함하는 전기화학소자에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a solid electrolyte, a manufacturing method thereof, a metal-air battery including the same, and an electrochemical device including the solid electrolyte according to embodiments will be described in more detail.

하기 화학식 1, 2 또는 3로 표시되는 산화물 또는 그 조합을 포함하는 고체 전해질이 제공된다.A solid electrolyte comprising an oxide represented by the following Chemical Formula 1, 2 or 3 or a combination thereof is provided.

[화학식 1][Formula 1]

Li2+4xM11-xO3 Li 2+4x M1 1-x O 3

화학식 1 중, M1은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 그 조합이며, 0<x<1이고, In Formula 1, M1 is hafnium (Hf), titanium (Ti), zirconium (Zr), or a combination thereof, and 0<x<1;

<화학식 2><Formula 2>

Li2-y(a-4)M11-yM2a+ yO3 Li 2-y(a-4) M1 1-y M2 a+ y O 3

화학식 2 중, M1은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 그 조합이며, In Formula 2, M1 is hafnium (Hf), titanium (Ti), zirconium (Zr), or a combination thereof,

M2는 1가 내지 6가 원소 중에서 선택된 하나 이상이고, a는 M2의 산화수이며, 0<y<1 이고,M2 is at least one selected from monovalent to hexavalent elements, a is the oxidation number of M2, and 0<y<1;

<화학식 3><Formula 3>

Li2-zM1O3-zXz Li 2-z M1O 3-z X z

화학식 3중, M1은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 그 조합이며, chemical formula triple, M1 is hafnium (Hf), titanium (Ti), zirconium (Zr), or a combination thereof,

X는 할로겐 원자, 슈도할로겐(pseudohalogen) 또는 그 조합이며, 0<z<2이다.X is a halogen atom, pseudohalogen, or a combination thereof, and 0<z<2.

화학식 1 내지 3에서 M1은 예를 들어 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 그 조합이다. In Formulas 1 to 3, M1 is, for example, hafnium (Hf), titanium (Ti), zirconium (Zr), or a combination thereof.

M2는 예를 들어 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 이트륨(Y), 란탄(La), 스칸듐(Sc), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 공공(Vacancy) 또는 그 조합이다.M2 is, for example, aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), yttrium (Y), lanthanum (La), scandium (Sc), Magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), zinc (Zn), cadmium (Cd), tungsten (W), molybdenum (Mo), vacancy or a combination thereof. .

화학식 2에서 a는 M2의 산화수이며, 예를 들어 2, 3, 5, 또는 6이다.In Formula 2, a is the oxidation number of M2, for example, 2, 3, 5, or 6.

화학식 3에서 할로겐 원자는 예를 들어 Cl, Br, F, I 또는 그 조합이다.In the formula (3), the halogen atom is, for example, Cl, Br, F, I, or a combination thereof.

상기 고체 전해질은 전하 균형을 충족하여 중성 상태를 갖는다.The solid electrolyte satisfies the charge balance to have a neutral state.

리튬공기전지의 고체 전해질은 리튬에 대한 안정성이 우수하고 가습 또는 공기 조건에서 가역성이 확보되는 것이 필요하다. 이를 위해서는 방전산물인 수산화리튬(LiOH) 및 수분에 의한 안정성이 매우 중요하다. The solid electrolyte of a lithium-air battery needs to have excellent stability to lithium and to ensure reversibility under humidified or air conditions. For this, stability by lithium hydroxide (LiOH) and moisture, which are discharge products, is very important.

그런데 기존의 고체 전해질은 리튬에 대한 안정성이 충분하지 않고 수산화리튬과 같은 강염기 및 수분에 대한 안정성이 저하되어 전도도가 저하된다. 따라서 이러한 문제점을 해결해줄 수 있는 새로운 고체 전해질에 대한 필요성이 높아지고 있다.However, the conventional solid electrolyte does not have sufficient stability to lithium, and the stability to strong bases such as lithium hydroxide and moisture is reduced, so that conductivity is lowered. Therefore, the need for a new solid electrolyte that can solve these problems is increasing.

이에 본 발명자들은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 수분 및 리튬에 대하여 모두 안정한 하프늄, 지르코늄과 같은 원소를 함유한 화학식 1 내지 3의 산화물을 포함하는 고체 전해질을 제공한다. Accordingly, the present inventors provide a solid electrolyte including oxides of Chemical Formulas 1 to 3 containing elements such as hafnium and zirconium, which are stable against both moisture and lithium, in order to solve the above problems.

상기 산화물은 열열적학적으로 안정한 조성을 갖는 이온 전도체이다. 이러한 화학식 1의 화합물은 리튬 이동을 위한 Li 공공(vacancy) 및 과잉의 리튬을 도입하거나 또는 다른 전이금속 도핑을 통하여 이온 전도도를 개선한다. 상기 화학식 3의 산화물은 할로겐 원자 및 슈도할로겐 중에서 선택된 하나 이상의 음이온을 도입하여 이온전도도가 우수하다.The oxide is an ionic conductor having a thermothermally stable composition. The compound of Formula 1 improves ionic conductivity by introducing Li vacancies and excess lithium for lithium migration or doping other transition metals. The oxide of Formula 3 has excellent ionic conductivity by introducing one or more anions selected from halogen atoms and pseudohalogens.

상기 고체 전해질은 화학식 1 내지 3의 산화물을 함유하여 상안정성이 개선된다. 특히 강염기 조건, 예를 들어 pH 12 내지 13의 조건 및 수분에서 안정성이 우수하여 우수한 이온전도도를 유지할 수 있다.The solid electrolyte contains oxides of Chemical Formulas 1 to 3 to improve phase stability. In particular, it is possible to maintain excellent ionic conductivity due to excellent stability under strong basic conditions, for example, pH 12 to 13 and moisture.

상기 화학식 1 내지 3의 산화물은 리튬에 의하여 환원되지 않은 하프늄, 지르코늄과 같은 원소를 함유하여 리튬에 대한 안정성이 매우 높다. 따라서 이러한 고체 전해질과 음극의 계면이 안정화된다. 그리고 상기 화학식 1 내지 3의 산화물은 수분 및 강염기에 대한 안정성이 높다. 따라서 양극과 고체전해질의 계면이 안정화될 수 있다. The oxides of Chemical Formulas 1 to 3 contain elements such as hafnium and zirconium that are not reduced by lithium, and thus have very high stability to lithium. Therefore, the interface between the solid electrolyte and the negative electrode is stabilized. In addition, the oxides of Chemical Formulas 1 to 3 have high stability against moisture and strong bases. Therefore, the interface between the positive electrode and the solid electrolyte may be stabilized.

일구현예에 따른 고체 전해질은 상온에서 이온전도도가 우수하고 리튬 및 수분에 대한 안정성이 우수하다. 따라서 가습(Humidified) 또는 대기(ambient air) 조건에서 가역성이 확보된 금속공기전지를 제작할 수 있다.The solid electrolyte according to one embodiment has excellent ionic conductivity at room temperature and excellent stability to lithium and moisture. Therefore, it is possible to manufacture a metal-air battery in which reversibility is secured in humidified or ambient air conditions.

상기 금속공기전지는 예를 들어 양극으로 공기를 이용하고 음극으로서 리튬을 이용한 리튬공기전지이다.The metal-air battery is, for example, a lithium-air battery using air as an anode and lithium as an anode.

상기 화학식 1 내지 3에서 M1은 4가 양이온 원소이며, 예를 들어 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 그 조합이다. In Formulas 1 to 3, M1 is a tetravalent cation element, for example, hafnium (Hf), titanium (Ti), zirconium (Zr), or a combination thereof.

상기 화학식 2에서 M2는 M1의 일부 자리를 치환할 수 있다. M2는 1가 원소 내지 6가 원소, 또는 그 조합이다. 화학식 2에서 M2는 예를 들어, 2가 원소, 3가 원소, 5가 원소, 6가 원소, 공공(vacancy) 또는 그 조합이다. In Formula 2, M2 may substitute some sites of M1. M2 is a monovalent element to a hexavalent element, or a combination thereof. In Formula 2, M2 is, for example, a divalent element, a trivalent element, a pentavalent element, a hexavalent element, a vacancy, or a combination thereof.

M2는 예를 들어 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 이트륨(Y), 란탄(La), 스칸듐(Sc), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 텅스텐 (W), 몰리브데늄 (Mo), 공공(Vacancy) 또는 그 조합이다.M2 is, for example, aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), yttrium (Y), lanthanum (La), scandium (Sc), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba), Zinc (Zn), Cadmium (Cd), Tungsten (W), Molybdenum (Mo), Vacancy or a combination thereof. .

상기 화학식 3에서 X는 상술한 바와 같이 할로겐원자, 슈도할로겐 또는 그 조합일 수 있다.In Formula 3, X may be a halogen atom, pseudohalogen, or a combination thereof, as described above.

본 명세서에서 "슈도할로겐(pseudohalogen)"은 자유 상태(free state)에서 할로겐(halogens)과 닮은 2개 이상의 전기음성도를 갖는 원자(electronegative atoms)들로 구성된 분자로서, 할라이드 이온(halide ions)과 유사한 음이온(anions)을 발생시킨다. 슈도할로겐의 예로는 시안화물(cyanide), 시아네이트(cyanate), 티오시아네이트(thiocyanate). 아자이드 (azide) 또는 그 조합물이다.As used herein, "pseudohalogen" is a molecule composed of atoms having two or more electronegativities resembling halogens in a free state, halide ions and Generates similar anions. Examples of pseudohalogens include cyanide, cyanate, and thiocyanate. azide or a combination thereof.

상기 X는 예를 들어 2종 이상의 할로겐 원자, 예를 들어 2종 할로겐 원자일 수 있고 화학식 1에서 산소의 일부 자리를 치환한다. X may be, for example, two or more halogen atoms, for example, two halogen atoms and substituted some positions of oxygen in formula (1).

상기 X는 염소(Cl), 브롬(Br), 불소(F), 시안화물(cyanide), 시아네이트(cyanate), 티오시아네이트(thiocyanate), 아자이드 (azide) 또는 그 조합이다.X is chlorine (Cl), bromine (Br), fluorine (F), cyanide (cyanide), cyanate (cyanate), thiocyanate (thiocyanate), azide (azide), or a combination thereof.

화학식 1에서 x는 예를 들어 0.01 내지 0.99, 0.01 내지 0.97, 0.01 내지 0.95 또는 0.01 내지 0.9이다.In Formula 1, x is, for example, 0.01 to 0.99, 0.01 to 0.97, 0.01 to 0.95, or 0.01 to 0.9.

화학식 2에서 y는 예를 들어 0.01 내지 0.8, 0.03 내지 0.85, 또는 0.05 내지 0.9이다.In Formula 2, y is, for example, 0.01 to 0.8, 0.03 to 0.85, or 0.05 to 0.9.

상기 화학식 2에서 M2는 예를 들어 Y, Al, Ta, Mg, Zn 또는 그 조합이다. In Formula 2, M2 is, for example, Y, Al, Ta, Mg, Zn, or a combination thereof.

화학식 1에서 x는 0.01 내지 0.9, 0.1 내지 0.8, 0,1 내지 0.6, 또는 0.1 내지 0.5이다. 그리고 2+4x는 2.05 내지 5, 2.05 내지 3, 2.1 내지 2.5, 2.1 내지 2.4, 또는 2.1 내지 2.3이다. 그리고 화학식 2에서 y는 예를 들어 0.05 내지 0.9, 0.1 내지 0.8, 0.1 내지 0.5, 0.1 내지 0.3, 또는 0.1 내지 0.2이다. 그리고 화학식 2에서 a는 M2의 산화수로서 1 내지 6, 예를 들어 2, 3, 5, 또는 6이다.In Formula 1, x is 0.01 to 0.9, 0.1 to 0.8, 0.1 to 0.6, or 0.1 to 0.5. and 2+4x is 2.05 to 5, 2.05 to 3, 2.1 to 2.5, 2.1 to 2.4, or 2.1 to 2.3. And in Formula 2, y is, for example, 0.05 to 0.9, 0.1 to 0.8, 0.1 to 0.5, 0.1 to 0.3, or 0.1 to 0.2. And in Formula 2, a is the oxidation number of M2, and is 1 to 6, for example, 2, 3, 5, or 6.

또한 화학식 3에서 z은 0.05 내지 1, 0.1 내지 0.9, 0.1 내지 0.8, 또는 0.1 내지 0.5이다.In addition, in Formula 3, z is 0.05 to 1, 0.1 to 0.9, 0.1 to 0.8, or 0.1 to 0.5.

화학식 1의 산화물은 예를 들어 하기 화학식 4로 표시되는 산화물, 화학식 5로 표시되는 산화물을 들 수 있다.The oxide represented by Chemical Formula 1 may include, for example, an oxide represented by the following Chemical Formula 4 and an oxide represented by the Chemical Formula 5.

<화학식 4><Formula 4>

Li2+4xHf1-xO3 Li 2+4x Hf 1-x O 3

화학식 4 중, 0.01≤x≤0.9이고,In Formula 4, 0.01≤x≤0.9,

<화학식 5><Formula 5>

Li2+4xZr1-xO3 Li 2+4x Zr 1-x O 3

화학식 5 중, 0.01≤x≤0.9이다.In formula (5), 0.01≤x≤0.9.

상기 화학식 2의 산화물은 예로서 하기 화학식 6으로 표시되는 산화물 또는 화학식 7로 표시되는 산화물을 들 수 있다.The oxide of Formula 2 may include, for example, an oxide represented by Formula 6 or an oxide represented by Formula 7 below.

<화학식 6><Formula 6>

Li2-y(a-4)Hf1-yM2a+ yO3 Li 2-y(a-4) Hf 1-y M2 a+ y O 3

화학식 6 중, M2는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 이트륨(Y), 란탄(La), 스칸듐(Sc), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 텅스텐(W), 몰리브데늄 (Mo), 또는 그 조합이며, In Formula 6, M2 is aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), yttrium (Y), lanthanum (La), and scandium (Sc) , magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), zinc (Zn), cadmium (Cd), tungsten (W), molybdenum (Mo), or a combination thereof,

a는 M2의 산화수이며, 0.05≤y≤0.9이고,a is the oxidation number of M2, 0.05≤y≤0.9,

<화학식 7><Formula 7>

Li2-y(a-4)Zr1-yM2a+ yO3 Li 2-y(a-4) Zr 1-y M2 a+ y O 3

화학식 7 중, M2는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 이트륨(Y), 란탄(La), 스칸듐(Sc), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 텅스텐(W), 몰리브데늄 (Mo), 또는 그 조합이며, In Formula 7, M2 is aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), yttrium (Y), lanthanum (La), scandium (Sc) , magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), zinc (Zn), cadmium (Cd), tungsten (W), molybdenum (Mo), or a combination thereof,

a는 M2의 산화수이며, 예를 들어 2, 3, 5, 또는 6이며, 0.05≤y≤0.9 이다.a is the oxidation number of M2, for example, 2, 3, 5, or 6, and 0.05≤y≤0.9.

상기 화학식 3의 산화물은 예를 들어 하기 화학식 8로 표시되는 산화물 또는 하기 화학식 9로 표시되는 산화물을 들 수 있다.The oxide of Formula 3 may include, for example, an oxide represented by the following Formula 8 or an oxide represented by the following Formula 9.

<화학식 8><Formula 8>

Li2-zHfO3-zXz Li 2-z HfO 3-z X z

화학식 8중, X는 할로겐 원자, 슈도할로겐(pseudohalogen) 또는 그 조합이며, 0.05≤z≤1이고,chemical formula 8 in, X is a halogen atom, pseudohalogen, or a combination thereof, and 0.05≤z≤1,

<화학식 9><Formula 9>

Li2-zZrO3-zXz Li 2-z ZrO 3-z X z

화학식 9중, X는 할로겐 원자, 슈도할로겐(pseudohalogen) 또는 그 조합이며, 0.05≤z≤1이다.chemical formula 9 in, X is a halogen atom, pseudohalogen, or a combination thereof, and 0.05≤z≤1.

화학식 4 및 5에서 x는 0.1 내지 0.8, 0,1 내지 0.6, 또는 0.1 내지 0.5이다.In Formulas 4 and 5, x is 0.1 to 0.8, 0.1 to 0.6, or 0.1 to 0.5.

화학식 6 및 7에서 y는 예를 들어 0.1 내지 0.8, 0.1 내지 0.5, 0.1 내지 0.3, 또는 0.1 내지 0.2이다. 그리고 화학식 6 및 7에서 a는 M2의 산화수로서 1 내지 6, 예를 들어 2, 3, 5, 또는 6이다.In Formulas 6 and 7, y is, for example, 0.1 to 0.8, 0.1 to 0.5, 0.1 to 0.3, or 0.1 to 0.2. And in Formulas 6 and 7, a is the oxidation number of M2, and is 1 to 6, for example 2, 3, 5, or 6.

또한 화학식 8 및 9에서 z은 0.1 내지 0.9, 0.1 내지 0.8, 또는 0.1 내지 0.5이다.In addition, in Formulas 8 and 9, z is 0.1 to 0.9, 0.1 to 0.8, or 0.1 to 0.5.

일구현예에 따른 고체 전해질은 암염(rocksalt) 결정구조를 가지는 상(phase)을 갖는다. 고체 전해질은 예를 들어 층상 암염 결정구조를 가지며, C2/c(space group 15번) 공간군을 갖는다. 이러한 특성은 XRD 분석을 통하여 확인 가능하다. The solid electrolyte according to an embodiment has a phase having a rocksalt crystal structure. The solid electrolyte has, for example, a layered rock salt crystal structure and has a C2/c (space group No. 15) space group . These characteristics can be confirmed through XRD analysis.

일구현예에 따른 고체 전해질은 CuKα를 이용한 X선 회절 스펙트럼에서 산화물의

Figure pat00001
결정면,
Figure pat00002
결정면 및
Figure pat00003
결정면과 관련된 회절 피크가 나타난다.In the solid electrolyte according to an embodiment, in the X-ray diffraction spectrum using CuKα,
Figure pat00001
crystal plane,
Figure pat00002
crystal plane and
Figure pat00003
A diffraction peak related to the crystal plane appears.

X선 회절 분광법에 의하면, 일구현예에 따른 산화물은 CuKα를 이용한 X선 회절 스펙트럼에서 회절피크 2θ가 Li2Hf03 계열의 산화물이 갖는 피크 이외에 회절각 2θ가 26.7±0.5°, 35±0.5°, 39±0.5°인 영역에서 회절피크가 나타난다.According to X-ray diffraction spectroscopy, in the oxide according to an embodiment, in the X-ray diffraction spectrum using CuKα , the diffraction peak 2θ is the peak of the Li 2 Hf0 3 series oxide, and the diffraction angle 2θ is 26.7±0.5°, 35±0.5° , a diffraction peak appears in the region of 39±0.5°.

상기 회절 피크 중 회절각 2θ가 26.7±0.5°인 제1피크는 예를 들어 화학식 1의 산화물의

Figure pat00004
결정면과 관련된 것이고, 회절각 2θ가 35±0.5°인 제2피크는 예를 들어 화학식 1의 산화물의
Figure pat00005
결정면과 관련된 것이다. 회절피크 2θ가 39±0.5°인 제3피크는 화학식 1의 산화물의
Figure pat00006
결정면과 관련된 것이다. Among the diffraction peaks, the first peak having a diffraction angle 2θ of 26.7±0.5° is, for example, that of the oxide of Formula 1
Figure pat00004
The second peak, which is related to the crystal plane and has a diffraction angle 2θ of 35±0.5°, is, for example, the
Figure pat00005
It is related to the crystal plane. The third peak with a diffraction peak 2θ of 39±0.5° is the
Figure pat00006
It is related to the crystal plane.

화학식 1로 표시되는 산화물은 예를 들어 Li2.2Hf0.95O3, Li1.9HfF0.1O2.9, Li1.8HfF0.2O2.8, Li1.5HfF0.5O2.5, Li1.9HfCl0.1O2.9, Li1.8HfCl0.2O2.8, Li1.5HfCl0.5O2.5, Li1.9HfF0.05Cl0.05O2.9, Li1.8HfF0.1Cl0.1O2.8, Li1.8HfBr0.1Cl0.1O2.8, Li1.5HfF0.25Cl0.25O2.5, Li1.5HfBr0.25Cl0.25O2.5, Li2.2Hf0.8Y0.2O3, Li2.2Hf0.8La0.2O3, Li2.2Hf0.8Sc0.2O3, Li2.2Hf0.8Al0.2O3, Li2.2Hf0.8Ta0.2O3, Li2.2Hf0.8Nb0.2O3, Li2.2Hf0.8V0.2O3, Li2.2Hf0.9Mg0.1O3, Li2.2Hf0.9Ca0.1O3, Li2.2Hf0.9Sr0.1O3, Li2.2Hf0.9Ba0.1O3, Li2.2Hf0.9Zn0.1O3, Li2.2Hf0.9Cd0.1O3, Li2.2Zr0.95O3, Li1.9ZrF0.1O2.9, Li1.8ZrF0.2O2.8, Li1.5ZrF0.5O2.5, Li1.9ZrCl0.1O2.9, Li1.8ZrCl0.2O2.8, Li1.5ZrCl0.5O2.5, Li1.9ZrF0.05Cl0.05O2.9, Li1.9ZrBr0.05Cl0.05O2.9, Li1.8ZrF0.1Cl0.1O2.8, Li1.8ZrBr0.1Cl0.1O2.8, Li1.5ZrF0.25Cl0.25O2.5, Li1.5ZrBr0.25Cl0.25O2.5, Li2.2Zr0.8Y0.2O3, Li2.2Zr0.8La0.2O3, Li2.2Zr0.8Sc0.2O3, Li2.2Zr0.8Al0.2O3, Li2.2Zr0.8Ta0.2O3, Li2.2Zr0.8Nb0.2O3, Li2.2Zr0.8V0.2O3, Li2.2Zr0.9Mg0.1O3, Li2.2Zr0.9Ca0.1O3, Li2.2Zr0.9Sr0.1O3, Li2.2Zr0.9Ba0.1O3, Li2.2Zr0.9Mg0.1O3, Li2.2Zr0.9Zn0.1O3, Li2.2Zr0.9Cd0.1O3, 또는 그 조합이다.The oxide represented by Formula 1 is, for example, Li 2.2 Hf 0.95 O 3 , Li 1.9 HfF 0.1 O 2.9 , Li 1.8 HfF 0.2 O 2.8 , Li 1.5 HfF 0.5 O 2.5 , Li 1.9 HfCl 0.1 O 2.9 , Li 1.8 HfCl 0.2 O 2.8 , Li 1.5 HfCl 0.5 O 2.5 , Li 1.9 HfF 0.05 Cl 0.05 O 2.9 , Li 1.8 HfF 0.1 Cl 0.1 O 2.8 , Li 1.8 HfBr 0.1 Cl 0.1 O 2.8 , Li 1.5 HfF 0.25 Cl 0.25 O 2.5 , Li 1.5 HfBr 0.25 Cl 0.25 O 2.5 , Li 2.2 Hf 0.8 Y 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.8 La 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.8 Sc 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.8 Al 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.8 Ta 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.8 Nb 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.8 V 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.9 Mg 0.1 O 3 , Li 2.2 Hf 0.9 Ca 0.1 O 3 , Li 2.2 Hf 0.9 Sr 0.1 O 3 , Li 2.2 Hf 0.9 Ba 0.1 O 3 , Li 2.2 Hf 0.9 Zn 0.1 O 3 , Li 2.2 Hf 0.9 Cd 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.95 O 3 , Li 1.9 ZrF 0.1 O 2.9 , Li 1.8 ZrF 0.2 O 2.8 , Li 1.5 ZrF 0.5 O 2.5 , Li 1.9 ZrCl 0.1 O 2.9 , Li 1.8 ZrCl 0.2 O 2.8 , Li 1.5 ZrCl 0.5 O 2.5 , Li 1.9 ZrF 0.05 Cl 0.05 O 2.9 , Li 1.9 ZrBr 0.05 Cl 0.05 O 2.9 , Li 1.8 ZrF 0.1 Cl 0.1 O 2.8 , Li 1.8 ZrBr 0.1 Cl 0.1 O 2.8 , Li 1.5 ZrF 0.25 Cl 0 .25 O 2.5 , Li 1.5 ZrBr 0.25 Cl 0.25 O 2.5 , Li 2.2 Zr 0.8 Y 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.8 La 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.8 Sc 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.8 Al 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.8 Ta 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.8 Nb 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.8 V 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Mg 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Ca 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Sr 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Ba 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Mg 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Zn 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Cd 0.1 O 3 , or a combination thereof.

일구현예에 따른 고체 전해질은 상온(25℃)에서의 이온전도도(ionic conductivity)는 예를 들어, 1.0×10-5 S/cm 이상, 3.0×10-5 S/cm 이상, 또는 3.0×10-5 S/cm 내지 20×10-5 S/cm이다. 고체 전해질이 이러한 높은 이온전도도를 가짐에 의하여 이러한 고체 전해질을 함유한 리튬공기전지의 내부 저항이 더욱 감소한다.The solid electrolyte according to an embodiment has an ionic conductivity at room temperature (25° C.), for example, 1.0×10 -5 S/cm or more, 3.0×10 -5 S/cm or more, or 3.0×10 -5 S/cm to 20×10 -5 S/cm. Since the solid electrolyte has such high ionic conductivity, the internal resistance of a lithium-air battery containing such a solid electrolyte is further reduced.

상기 고체 전해질은 입자 상태로 존재할 수 있다. 상기 고체 전해질 입자의 평균 입경은 5nm 내지 500㎛, 예를 들어 100 내지 15㎛, 예를 들어 300nm 내지 10㎛이고, 비표면적은 0.01 내지 1000 m2/g, 예를 들어 0.5 내지 100m2/g이다.The solid electrolyte may exist in a particle state. The solid electrolyte particles have an average particle diameter of 5 nm to 500 μm, for example 100 to 15 μm, for example 300 nm to 10 μm, and a specific surface area of 0.01 to 1000 m 2 /g, for example 0.5 to 100 m 2 /g to be.

일구현예에 따른 고체 전해질의 펠렛밀도는 2.6 g/cc 내지 5.10 g/cc, 2.8 g/cc 내지 5.1 g/cc, 3.0 g/cc 내지 5.0 g/cc, 4.00 g/cc 내지 5.1 g/cc, 4.3 g/cc 내지 5.0 g/cc, 4.4 g/cc 내지 4.99 g/cc, 또는 4.5 g/cc 내지 4.85 g/cc이다. 상술한 펠렛밀도를 갖는 고체 전해질을 이용하면 고체 전해질 제조를 위한 가압 공정후 얻어진 결과물이 치밀하여 이를 이용하여 막 형태의 고체 전해질을 제조하면 물이나 공기가 통과되지 않아 고체 전해질의 물성이 매우 우수하다. The pellet density of the solid electrolyte according to an embodiment is 2.6 g/cc to 5.10 g/cc, 2.8 g/cc to 5.1 g/cc, 3.0 g/cc to 5.0 g/cc, 4.00 g/cc to 5.1 g/cc , 4.3 g/cc to 5.0 g/cc, 4.4 g/cc to 4.99 g/cc, or 4.5 g/cc to 4.85 g/cc. When a solid electrolyte having the above-mentioned pellet density is used, the result obtained after the pressurization process for preparing the solid electrolyte is dense, and when a membrane-type solid electrolyte is prepared using the solid electrolyte, water or air does not pass through it, so the physical properties of the solid electrolyte are very excellent. .

가압 공정은 예를 들어 1MPa 내지 200MPa, 5MPa 내지 150MPa, 또는 10MPa 내지 120MPa 에서 실시된다.The pressing process is performed, for example, at 1 MPa to 200 MPa, 5 MPa to 150 MPa, or 10 MPa to 120 MPa.

일구현예에 따른 고체 전해질의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.A method of manufacturing a solid electrolyte according to an embodiment will be described as follows.

리튬 전구체, M1 전구체, M2 전구체 및 X 전구체를 혼합하여 전구체 혼합물을 준비한다. A precursor mixture is prepared by mixing the lithium precursor, the M1 precursor, the M2 precursor, and the X precursor.

이어서 상기 전구체 혼합물을 1차 열처리하는 단계를 포함하여 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 산화물 또는 그 조합을 포함하는 고체 전해질을 제조할 수 있다. 상기 M1 전구체는 화학식 1 내지 3에서 정의된 바와 같고, M2 전구체는 화학식 2에서 정의된 바와 같고, X 전구체는 화학식 3에서 정의된 바와 같다. Subsequently, a solid electrolyte including the oxide represented by Chemical Formulas 1 to 3 or a combination thereof may be prepared, including the first heat treatment of the precursor mixture. The M1 precursor is as defined in Formulas 1 to 3, the M2 precursor is as defined in Formula 2, and the X precursor is as defined in Formula 3.

필요에 따라 상기 혼합물에 용매를 부가할 수 있다.If necessary, a solvent may be added to the mixture.

상기 용매는 리튬 화합물, M1 전구체, M2 전구체 및 X 전구체를 용해 또는 분산할 수 있는 것이라면 모두 다 사용 가능하다. 용매는 예를 들어 에탄올, 물, 에틸렌글리콜, 이소프로판올, 또는 그 조합을 들 수 있다. The solvent may be any solvent capable of dissolving or dispersing the lithium compound, the M1 precursor, the M2 precursor, and the X precursor. The solvent may be, for example, ethanol, water, ethylene glycol, isopropanol, or a combination thereof.

상기 혼합은 밀링, 블렌딩 및 스터링과 같이 당해기술분야에 알려진 방법에 따라 실시할 수 있다. 밀링은 예를 들어 볼밀, 에어제트밀, 비드밀, 롤밀 등을 이용할 수 있다.The mixing may be carried out according to methods known in the art, such as milling, blending and stirring. Milling may use, for example, a ball mill, an air jet mill, a bead mill, a roll mill, and the like.

이어서 상기 혼합물에 대한 1차 열처리를 실시한다.Then, the first heat treatment is performed on the mixture.

상기 혼합물에 대한 1차 열처리시 승온속도는 1℃/min 내지 10℃/min이며, 1차 열처리 온도는 400℃ 내지 950℃, 예를 들어 600℃ 내지 900℃ 범위에서 실시한다. 상기 1차 열처리 단계에서 승온속도가 상기 범위일 때 열처리가 충분하게 이루어져 후술하는 2차 열처리 과정을 거친 후 목적하는 결정 구조를 갖는 고체 전해질을 얻을 수 있다.The temperature increase rate during the primary heat treatment for the mixture is 1 ℃ / min to 10 ℃ / min, the first heat treatment temperature is carried out in the range of 400 ℃ to 950 ℃, for example, 600 ℃ to 900 ℃. In the first heat treatment step, when the temperature increase rate is within the above range, the heat treatment is sufficiently performed to obtain a solid electrolyte having a desired crystal structure after the second heat treatment process to be described later.

상기 1차 열처리는 산화성 가스 분위기하에서 실시할 수 있다. 산화성 가스 분위기는 예를 들어 공기 또는 산소를 이용하여 만든다. 그리고 1차 열처리시간은 1차 열처리온도 등에 따라 달라지며, 예를 들어 1 내지 20시간, 예를 들어 4 내지 15시간, 예를 들어 9 내지 13시간 범위이다.The primary heat treatment may be performed in an oxidizing gas atmosphere. An oxidizing gas atmosphere is created using, for example, air or oxygen. And the first heat treatment time varies depending on the first heat treatment temperature, for example, 1 to 20 hours, for example, 4 to 15 hours, for example, 9 to 13 hours range.

상기 M1 전구체, M2 전구체는 각각 M1, 또는 M2 함유 산화물, M1, 또는 M2 함유 카보네이트, M1, 또는 M2 함유 염화물, M1, 또는 M2 포스페이트, M1, 또는 M2 하이드록사이드, M1, 또는 M2 질산염, 또는 그 조합물이며, 예를 들어 산화하프늄, 산화지르코늄, 산화이트륨, 질산하프늄, 황산하프늄, 질산지르코늄, 황산지르코늄, 산화알루미늄, 산화탄탈륨, 산화마그네슘, 산화아연, 산화갈륨, 산화인듐, 산화니오븀, 산화탄탈륨, 산화바나듐, 산화란탄, 산화스칸듐, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스트론튬, 산화바륨, 산화아연, 산화카드뮴 중에서 선택된 하나 이상이다. wherein the M1 precursor, the M2 precursor is each M1, or M2 containing oxide, M1, or M2 containing carbonate, M1, or M2 containing chloride, M1, or M2 phosphate, M1, or M2 hydroxide, M1, or M2 nitrate, or combinations thereof, for example, hafnium oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, hafnium nitrate, hafnium sulfate, zirconium nitrate, zirconium sulfate, aluminum oxide, tantalum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, gallium oxide, indium oxide, niobium oxide, at least one selected from tantalum oxide, vanadium oxide, lanthanum oxide, scandium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, zinc oxide, and cadmium oxide.

X 전구체는 예를 들어 염화리튬, 불화리튬, 브롬화리튬 또는 그 조합물이 있다. 그리고 리튬 전구체는 예를 들어 산화리튬, 탄산리튬, 염화리튬, 황화리튬, 질산리튬, 인산리튬, 수산화리튬 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. The X precursor is, for example, lithium chloride, lithium fluoride, lithium bromide, or a combination thereof. And the lithium precursor may be, for example, at least one selected from lithium oxide, lithium carbonate, lithium chloride, lithium sulfide, lithium nitrate, lithium phosphate, and lithium hydroxide.

상기 리튬 전구체, M1 전구체, M2 전구체 및 X 전구체의 함량은 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 산화물이 얻어질 수 있도록 화학양론적으로 제어된다.Contents of the lithium precursor, the M1 precursor, the M2 precursor, and the X precursor are stoichiometrically controlled so that the oxides represented by Chemical Formulas 1 to 3 can be obtained.

이어서, 1차 열처리된 생성물을 분쇄하여 성형체를 얻는다. 성형체는 예를 들어 분말 입자이다. 분쇄하여 얻어진 성형체(분말 입자)의 크기는 10 μm 이하이다. 분쇄된 입자 크기가 상기 범위일 때 입자 크기가 작아서 분쇄 및 혼합이 충분하게 수행되어 나시콘 결정상 형성이 원할하게 이루어진다. 본 명세서에서 "크기"는 입자가 구형인 경우에는 평균직경을 나타내고 비구형인 경우에는 장축 길이를 의미할 수 있다. 크기는 전자주사현미경이나 입자 크기 분석기를 이용하여 측정할 수 있다.Then, the primary heat-treated product is pulverized to obtain a molded body. The compact is, for example, a powder particle. The size of the compact (powder particle) obtained by pulverization is 10 µm or less. When the pulverized particle size is within the above range, the particle size is small and the pulverization and mixing are sufficiently performed to smoothly form the Nasicon crystal phase. In the present specification, "size" may indicate an average diameter when the particles are spherical, and may mean a long axis length when the particles are non-spherical. The size can be measured using a scanning electron microscope or a particle size analyzer.

이어서 상기 성형체에 대한 2차 열처리를 실시한다. 2차 열처리시 승온속도는 1℃/min 내지 10℃/min이다. 2차 열처리는 500℃ 내지 1300℃, 예를 들어 700℃ 내지 1200℃에서 실시할 수 있다. Then, secondary heat treatment is performed on the molded body. During the secondary heat treatment, the temperature increase rate is 1°C/min to 10°C/min. The secondary heat treatment may be performed at 500°C to 1300°C, for example, 700°C to 1200°C.

일구현예에 의하면 2차 열처리 온도는 1차 열처리 온도에 비하여 높은 온도에서 실시할 수 있다. 성형체를 2차 열처리하는 단계 이전에 상술한 바와 같이 성형체를 가압하여 펠렛 형태로 만들 수 있다. 가압시 압력은 1 MPa 내지 200MPa 범위, 5MPa 내지 150MPa, 또는 10MPa 내지 120MPa에서 실시한다. 일구현예에 따른 고체 전해질은 펠렛밀도가 2.6 g/cc 내지 5.1 g/cc범위라서 상기 가압조건에서 펠렛 형태로 만드는 경우 이 펠렛으로부터 얻어진 막 형태의 고체 전해질이 공기나 물에 대한 불투과성이 우수하다.According to one embodiment, the second heat treatment temperature may be performed at a higher temperature than the first heat treatment temperature. As described above, before the second heat treatment of the molded body, the molded body may be pressed to form a pellet. The pressure during pressurization is performed in the range of 1 MPa to 200 MPa, 5 MPa to 150 MPa, or 10 MPa to 120 MPa. Since the solid electrolyte according to one embodiment has a pellet density in the range of 2.6 g/cc to 5.1 g/cc, when it is made in the form of pellets under the pressure condition, the solid electrolyte in the form of a membrane obtained from the pellets has excellent impermeability to air or water Do.

상술한 바와 같이 펠렛 형태로 2차 열처리를 실시하면 열처리할 물질의 확산거리가 짧아져 목적하는 고체 전해질을 용이하게 제조할 수 있다. 2차 열처리가 상술한 펠렛 형태가 아닌 분말 입자 형태로 진행하는 경우, 화학식 1 내지 3의 산화물을 만들 수는 있지만 펠렛 형태로 2차 열처리하는 경우에 비하여 확산거리가 길어 더 오랜 열처리 시간 및 더 높은 온도가 필요할 수 있다. As described above, when the secondary heat treatment is performed in the form of pellets, the diffusion distance of the material to be heat treated is shortened, so that a desired solid electrolyte can be easily manufactured. When the secondary heat treatment proceeds in the form of powder particles instead of the above-mentioned pellet form, the oxides of Chemical Formulas 1 to 3 can be made, but compared to the case of the secondary heat treatment in the form of pellets, the diffusion distance is long, resulting in a longer heat treatment time and higher Temperature may be required.

2차 열처리는 최종적으로 목적하는 M1 및 M2의 원자가 또는 산화수에 의해 결정되며, 예를 들어 산화성 가스 분위기, 환원성 가스 분위기, 또는 불활성 가스 분위기하에서 실시할 수 있다. 산화성 가스 분위기는 예를 들어 공기 또는 산소를 이용하여 만들고 환원성 가스 분위기는 수소와 같은 환원성 기체와 질소, 아르곤, 헬륨 등의 불활성 가스 분위기를 이용하여 만들 수 있다. The secondary heat treatment is finally determined by the desired valences or oxidation numbers of M1 and M2, and can be performed, for example, in an oxidizing gas atmosphere, a reducing gas atmosphere, or an inert gas atmosphere. The oxidizing gas atmosphere may be created using, for example, air or oxygen, and the reducing gas atmosphere may be created using a reducing gas such as hydrogen and an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon, or helium.

2차 열처리시간은 2차 열처리온도 등에 따라 달라지며, 예를 들어 1 내지 50시간, 예를 들어 6 내지 48시간 범위이다.The second heat treatment time varies depending on the second heat treatment temperature, for example, 1 to 50 hours, for example, 6 to 48 hours range.

2차 열처리를 거친 후 화학식 1 내지 3의 산화물이 형성된다. 1차 열처리 및 2차 열처리시 승온 속도가 상기 범위일 때 열처리가 충분하게 진행되어 목적하는 결정구조가 형성될 뿐만 아니라 합성시간이 짧아 경제적이다.After the secondary heat treatment, oxides of Chemical Formulas 1 to 3 are formed. When the temperature increase rate during the first and second heat treatment is within the above range, the heat treatment proceeds sufficiently to form the desired crystal structure, and the synthesis time is short, which is economical.

일구현예에 따른 고체전해질은 예를 들어 금속공기전지 전해질, 예를 들어 리튬공기전지에 이용 가능하다. 또한 고체 전해질은 전고체전지 등 리튬전지의 전해질로 이용가능하다. 상기 고체 전해질은 전지의 양극 및 음극 제조시 사용가능하며 양극 및 음극 표면 코팅시에도 이용 가능하다.The solid electrolyte according to an embodiment may be used in, for example, a metal-air battery electrolyte, for example, a lithium-air battery. Also, the solid electrolyte can be used as an electrolyte for a lithium battery such as an all-solid-state battery. The solid electrolyte can be used in the manufacture of a positive electrode and a negative electrode of a battery, and can also be used in coating the surface of the positive electrode and the negative electrode.

또 다른 측면에 따라 일구현예에 따른 고체 전해질을 함유한 전기화학소자가 제공된다. 상기 고체 전해질은 화학적으로 안정하며 이온전도도가 우수하며 수분 및 강염기에 대한 안정성이 개선되어 열화가 효율적으로 억제된 전기화학소자가 얻어질 수 있다.According to another aspect, an electrochemical device containing a solid electrolyte according to an embodiment is provided. The solid electrolyte is chemically stable, has excellent ionic conductivity, and has improved stability against moisture and strong bases, so that an electrochemical device in which deterioration is effectively suppressed can be obtained.

전기화학소자는 예를 들어 전지(battery), 축전지(accumulator), 수퍼커패시터(supercpacitor), 연료전지(fuel cell), 센서(sensor), 및 변색 소자(electrochromic device) 중에서 선택된 하나 이상이나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 전기화학소자로 사용하는 것이라면 모두 가능하다.The electrochemical device is, for example, at least one selected from a battery, an accumulator, a supercapacitor, a fuel cell, a sensor, and an electrochromic device, but must be composed of these It is not limited and any one used as an electrochemical device in the art is possible.

상기 전지는 예를 들어 1차 전지 또는 2차 전지이다. 전지는 예를 들어 리튬전지, 나트륨전지, 등이나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 전지로 사용되는 것이라면 모두 가능하다. 리튬전지는 예를 들어 리튬 이온 전지, 리튬-공기 전지 등을 포함하나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 리튬전지로 사용되는 것이라면 모두 가능하다. 변색 소자는 전기화학 거울(mirror), 창문(window), 스크린(screen) 등이나 반드시 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 변색 소자로 사용되는 것이라면 모두 가능하다.The battery is, for example, a primary battery or a secondary battery. The battery is, for example, a lithium battery, a sodium battery, etc., but is not limited thereto, and any battery used as a battery in the art may be used. The lithium battery includes, for example, a lithium ion battery, a lithium-air battery, etc., but is not necessarily limited thereto, and any lithium battery used in the art may be used. The color-changing element is an electrochemical mirror, a window, a screen, etc., but is not necessarily limited thereto, and any color-changing element used in the art may be used.

상기 전기화학소자는 예를 들어 음극으로서 리튬, 아연, 등의 금속을 사용하는 리튬금속전지, 예를 들어 음극으로서 리튬을 사용하는 리튬공기전지이다. 이러한 리튬공기전지는 수명이 향상된다. The electrochemical device is, for example, a lithium metal battery using a metal such as lithium, zinc, or the like as an anode, for example, a lithium air battery using lithium as an anode. These lithium-air batteries have an improved lifespan.

상기 양극은 예를 들어 다공성이다. 양극이 다공성임에 의하여 양극 내부로 공기, 산소 등의 확산이 용이하다.The anode is, for example, porous. Since the anode is porous, diffusion of air, oxygen, etc. into the anode is easy.

다른 구현예에 따른 금속공기전지는 상술한 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 배치된 전해질을 포함하며, 상기 양극, 음극 및 전해질 중에서 선택된 하나 이상이 일구현예에 따른 고체 전해질을 포함할 수 있다.A metal-air battery according to another embodiment includes the above-described positive electrode; cathode; and an electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode, and at least one selected from the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte may include the solid electrolyte according to an embodiment.

상기 전해질은 일구현예에 따른 고체 전해질을 함유할 수 있다.The electrolyte may contain a solid electrolyte according to an embodiment.

상기 음극 및 양극 중에서 선택된 하나 이상은 일구현예에 따른 고체 전해질을 함유할 수 있다. 음극은 리튬을 포함할 수 있다.At least one selected from the negative electrode and the positive electrode may contain the solid electrolyte according to an embodiment. The negative electrode may include lithium.

리튬공기전지가 상술한 고체 전해질을 채용함에 의하여 수분 및 강염기에 대한 안정성이 개선되어 가습 또는 공기 조건에서 가역성이 확보되어 작동을 원할하게 가능하다. 또한 리튬공기전지의 구조적 안정성이 향상되고 열화가 억제된다.By adopting the above-described solid electrolyte in the lithium-air battery, stability against moisture and strong base is improved, and reversibility is ensured in humidified or air conditions, thereby enabling smooth operation. In addition, the structural stability of the lithium-air battery is improved and deterioration is suppressed.

리튬공기전지는 양극은 포함하며, 양극은 예를 들어 양극 집전체 상에 배치된다.The lithium-air battery includes a positive electrode, and the positive electrode is disposed on, for example, a positive electrode current collector.

양극은 상술한 고체전해질을 함유할 수 있다. 고체전해질의 함량은 양극 100 중량부에 대하여 예를 들어 1 내지 100 중량부, 예를 들어 10 내지 100 중량부, 예를 들어 50 내지 100 중량부, 예를 들어 60 내지 100 중량부, 예를 들어 80 내지 100 중량부, 예를 들어 90 내지 100 중량부이다. The positive electrode may contain the above-described solid electrolyte. The content of the solid electrolyte is, for example, 1 to 100 parts by weight, for example, 10 to 100 parts by weight, for example, 50 to 100 parts by weight, for example, 60 to 100 parts by weight, for example, based on 100 parts by weight of the positive electrode. 80 to 100 parts by weight, for example 90 to 100 parts by weight.

양극 제조시에 기공형성제를 도입하여 양극 내에 기공을 도입하는 것도 가능하다. 양극은 예를 들어 다공성 펠렛, 다공성 시트 등의 형태를 가지나 반드시 이러한 형태로 한정되지 않으며 요구되는 전지 형태에 따라 성형된다. It is also possible to introduce pores into the anode by introducing a pore-forming agent during the manufacture of the cathode. The positive electrode has, for example, a form of a porous pellet, a porous sheet, etc., but is not necessarily limited to such a form and is formed according to a required battery type.

양극은 예를 들어 산소, 공기 등의 기체에 대하여 투과성이다. 따라서, 산소, 공기 등의 기체에 대하여 실질적으로 불투과성이며, 이온만을 전도하는 종래의 양극과 구분된다. 양극이 다공성 및/또는 기체 투과성임에 의하여 양극 내부로 산소, 공기 등이 용이하게 확산되고, 양극이 포함하는 고체 전해질을 통하여 리튬 이온 및/또는 전자가 용이하게 이동함에 의하여, 양극 내에서 산소, 리튬 이온 및 전자에 의한 전기화학 반응이 용이하게 진행된다.The anode is permeable to, for example, a gas such as oxygen or air. Therefore, it is substantially impermeable to gases such as oxygen and air, and is distinguished from a conventional anode that conducts only ions. Oxygen, air, etc. are easily diffused into the inside of the positive electrode because the positive electrode is porous and/or gas permeable, and lithium ions and/or electrons easily move through the solid electrolyte included in the positive electrode, so that oxygen, Electrochemical reaction by lithium ions and electrons proceeds easily.

양극 제조시 고체 전해질 이외에 일반적인 도전성 재료를 더 부가하여 전자전도도 및 이온전도도를 더 높일 수 있다. 상기 도전성 재료는 예를 들어 다공성일 수 있다. 도전성 재료가 다공성을 가짐에 의하여 공기의 침투가 용이하다. 도전성 재료는 다공성 및/또는 도전성을 갖는 재료로서 당해 기술분야에서 사용하는 것이라면 모두 가능하며, 예를 들어 다공성을 갖는 탄소계 재료이다. 탄소계 재료는 예를 들어 카본 블랙류, 그래파이트류, 그라펜류, 활성탄류, 탄소섬유류 등이나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 탄소계 재료로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 도전성 재료는 예를 들어 금속성 재료이다. 금속성 재료는 예를 들어 금속 섬유, 금속 메쉬, 금속 분말 등이다. 금속 분말을 예를 들어 구리, 은, 니켈, 알루미늄 등이다. 도전성 재료는 예를 들어 유기 도전성 재료이다. 유기 도전성 재료는 예를 들어 폴리리페닐렌 유도체, 폴리티오펜 유도체 등이다. 도전성 재료들은 예를 들어 단독 또는 혼합하여 사용된다. 양극이 도전성 재료로서 복합전도체를 포함하며, 양극은 복합전도체 외에 상술한 도전성 재료를 더 포함하는 것이 가능하다.Electronic conductivity and ionic conductivity may be further increased by adding a general conductive material in addition to the solid electrolyte during the manufacture of the positive electrode. The conductive material may be porous, for example. Since the conductive material has porosity, air permeation is easy. The conductive material may be any material used in the art as a material having porosity and/or conductivity, for example, a carbon-based material having porosity. Carbon-based materials are, for example, carbon blacks, graphites, graphenes, activated carbons, carbon fibers, etc., but are not limited thereto, and any carbon-based material used in the art may be used. The conductive material is, for example, a metallic material. The metallic material is, for example, a metal fiber, a metal mesh, a metal powder, and the like. The metal powder is, for example, copper, silver, nickel, aluminum or the like. The conductive material is, for example, an organic conductive material. The organic conductive material is, for example, a polyribenylene derivative, a polythiophene derivative, or the like. The conductive materials are used alone or in combination, for example. The anode may include a composite conductor as a conductive material, and the anode may further include the conductive material described above in addition to the composite conductor.

양극은 예를 들어 산소의 산화/환원을 위한 촉매를 더 포함한다. 촉매는 예를 들어 백금, 금, 은, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 오스뮴과 같은 귀금속계 촉매, 망간산화물, 철산화물, 코발트산화물, 니켈산화물 등과 같은 산화물계 촉매, 또는 코발트 프탈로시아닌과 같은 유기 금속계 촉매 등이나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 산소의 산화/환원 촉매로 사용하는 것이라면 모두 가능하다.The anode further comprises, for example, a catalyst for oxidation/reduction of oxygen. The catalyst is, for example, a noble metal-based catalyst such as platinum, gold, silver, palladium, ruthenium, rhodium, or osmium, an oxide-based catalyst such as manganese oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, or an organometallic catalyst such as cobalt phthalocyanine, etc. However, it is not necessarily limited thereto, and any one used as an oxidation/reduction catalyst of oxygen in the art is possible.

촉매는 예를 들어 담체에 담지된다. 담체는 예를 들어 산화물 담체, 제올라이트 담체, 점토계 광물 담체, 카본 담체 등이다. 산화물 담체는 예를 들어 Al, Si, Zr, Ti, Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Tm, Yb, Sb, Bi, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo 및 W로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 금속산화물 담체이다. 산화물 담체는 예를 들어 알루미나, 실리카, 산화지르코늄, 이산화티탄 등을 포함한다. 카본 담체는 케첸블랙, 아세틸렌 블랙, 태널 블랙, 램프 블랙 등의 카본 블랙류, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연 등의 흑연류, 활성탄류, 탄소 섬유류 등이나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 담체로 사용하는 것이라면 모두 가능하다.The catalyst is supported on a carrier, for example. The carrier is, for example, an oxide carrier, a zeolite carrier, a clay-based mineral carrier, a carbon carrier, and the like. Oxide carriers include, for example, Al, Si, Zr, Ti, Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Tm, Yb, Sb, Bi, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo and It is a metal oxide support containing one or more metals selected from W. Oxide carriers include, for example, alumina, silica, zirconium oxide, titanium dioxide, and the like. Carbon carriers include, but are not limited to, carbon blacks such as Ketjen Black, Acetylene Black, Tunnel Black, Lamp Black, Natural Graphite, Artificial Graphite, and Expanded Graphite, Activated Carbon, Carbon Fiber, and the like. Any use is possible as long as it is used as a carrier in

양극은 예를 들어 바인더를 더 포함한다. 바인더는 예를 들어 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함한다. 바인더는 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌-부타디엔 고무, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 불화비니리덴-펜타플루오로 프로필렌 공중합체, 프로필렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-퍼플루오로메틸비닐에테르-테트라플루오로 에틸렌 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합제 등의 단독 또는 혼합물이나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용하는 것이라면 모두 가능하다.The positive electrode further includes, for example, a binder. The binder includes, for example, a thermoplastic resin or a thermosetting resin. The binder is, for example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene rubber, tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer, vinylidene fluoride. - Hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, propylene-tetra fluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoromethylvinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer; Single or mixture of ethylene-acrylic acid copolymer, etc., but is not necessarily limited thereto, and any one used as a binder in the art is possible.

양극은 예를 들어 도전성 재료, 산소 산화/환원 촉매, 및 바인더를 혼합한 후 적당한 용매를 첨가하여 양극 슬러리를 제조한 후 기재 표면에 도포 및 건조하거나, 전극 밀도의 향상을 위하여 기재에 압축 성형하여 제조한다. 기재는 예를 들어 양극 집전체, 세퍼레이터 또는 고체전해질막이다. 양극 집전체는 예를 들어 가스확산층이다. 도전성 재료는 복합전도체를 포함하며, 양극에서 산소 산화/환원 촉매 및 바인더는 요구되는 양극의 종류에 따라 생략 가능하다.The positive electrode is, for example, mixed with a conductive material, an oxygen oxidation/reduction catalyst, and a binder and then an appropriate solvent is added to prepare a positive electrode slurry, then applied and dried on the surface of the substrate, or compression molded on the substrate to improve the electrode density. manufacture The substrate is, for example, a positive electrode current collector, a separator, or a solid electrolyte film. The positive electrode current collector is, for example, a gas diffusion layer. The conductive material includes a composite conductor, and the oxygen oxidation/reduction catalyst and the binder in the anode may be omitted depending on the type of the anode required.

리튬공기전지는 음극을 포함한다. 음극은 일구현예에 따른 고체전해질을 함유할 수 있다.A lithium-air battery includes an anode. The negative electrode may contain the solid electrolyte according to an embodiment.

음극은 리튬을 포함한다.The negative electrode contains lithium.

음극은 예를 들어 리튬 금속 박막 또는 리튬 기반의 합금 박막이다. 리튬 기반의 합금은 예를 들어 알루미늄, 주석, 마그네슘, 인듐, 칼슘, 티타늄, 바나듐 등과 리튬의 합금이다.The negative electrode is, for example, a lithium metal thin film or a lithium-based alloy thin film. The lithium-based alloy is, for example, an alloy of lithium with aluminum, tin, magnesium, indium, calcium, titanium, vanadium, and the like.

리튬공기전지는 양극과 음극 사이에 배치되는 전해질을 포함한다.A lithium-air battery includes an electrolyte disposed between a positive electrode and a negative electrode.

상기 전해질은 예를 들어 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 산화물을 포함하는 고체 전해질일 수 있다. The electrolyte may be, for example, a solid electrolyte including an oxide represented by Chemical Formulas 1 to 3.

상기 전해질은 일구현예에 따른 고체 전해질 이외에 일반적인 고체 전해질, 겔 전해질, 및 액체 전해질 중에서 선택된 하나 이상의 전해질을 더 포함할 수 있다. 고체 전해질, 겔 전해질 및 액체 전해질은 특별히 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용하는 전해질이라면 모두 가능하다.The electrolyte may further include one or more electrolytes selected from general solid electrolytes, gel electrolytes, and liquid electrolytes in addition to the solid electrolyte according to an embodiment. The solid electrolyte, the gel electrolyte, and the liquid electrolyte are not particularly limited, and any electrolyte used in the art may be used.

고체 전해질은 이온 전도성 무기물을 포함하는 고체 전해질, 이온성 액체 고분자(polymeric ionic liquid, PIL)와 리튬염을 포함하는 고체 전해질, 이온 전도성 고분자(ionically conducting polymer)와 리튬염을 포함하는 고체 전해질, 및 전자 전도성 고분자를 포함하는 고체 전해질 중에서 선택된 하나 이상을 포함하나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 고체 전해질로 사용하는 것이라면 모두 가능하다.The solid electrolyte includes a solid electrolyte containing an ion conductive inorganic material, a solid electrolyte containing a polymeric ionic liquid (PIL) and a lithium salt, a solid electrolyte containing an ionically conducting polymer and a lithium salt, and At least one selected from a solid electrolyte including an electron conductive polymer is not necessarily limited thereto, and any solid electrolyte used in the art may be used.

이온 전도성 무기물은 유리 또는 비정질 금속 이온 전도체, 세라믹 활성 금속 이온 전도체, 및 유리 세라믹 활성 금속 이온 전도체 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 이온 전도성 무기물로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 이온 전도성 무기물은 예를 들어 이온 전도성 무기 입자 또는 이의 시트 형태의 성형체이다.The ion conductive inorganic material includes, but is not limited to, at least one selected from glass or amorphous metal ion conductor, ceramic active metal ion conductor, and glass ceramic active metal ion conductor, as long as it is used as an ion conductive inorganic material in the art All is possible. The ion conductive inorganic material is, for example, an ion conductive inorganic particle or a molded article in the form of a sheet thereof.

이온 전도성 무기물은 예를 들어 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1-xLaxZr1-y TiyO3(PLZT)(0≤x<1, 0≤y<1), Pb(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), HfO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, Na2O, MgO, NiO, CaO, BaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiO2, SiC, 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트 (LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li1+x+y(Al, Ga)x(Ti, Ge)2-xSiyP3-yO12(0≤x≤1, 0≤y≤1), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬게르마늄티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), 리튬나이트라이드(LixNy, 0<x<4, 0<y<2), SiS2(LixSiySz, 0<x<3,0<y<2, 0<z<4) 계열 글래스, P2S5(LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7) 계열 글래스, Li2O, LiF, LiOH, Li2CO3, LiAlO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2계 세라믹스, 가넷(Garnet)계 세라믹스(Li3+xLa3M2O12(M = Te, Nb, Zr)) 중에서 선택된 하나 이상 또는 이들의 조합물이다.The ion conductive inorganic material is, for example, BaTiO 3 , Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT) (0≤x<1, 0≤y< 1), Pb(Mg 3 Nb 2/3 )O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), HfO 2 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , Na 2 O, MgO, NiO, CaO, BaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , SiC, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0<x<2, 0 <y<3), lithium aluminum titanium phosphate (Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li 1+x+y (Al , Ga) x (Ti, Ge) 2-x Si y P 3-y O 12 (0≤x≤1, 0≤y≤1), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0<x< 2, 0<y<3), lithium germanium thiophosphate (Li x Ge y P z S w , 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), lithium nitrite Ride (Li x N y , 0<x<4, 0<y<2), SiS 2 (Li x Si y S z , 0<x<3,0<y<2, 0<z<4) series glass , P 2 S 5 (Li x P y S z , 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7) based glass, Li 2 O, LiF, LiOH, Li 2 CO 3 , LiAlO 2 , Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 -P 2 O 5 -TiO 2 -GeO 2 Ceramics, Garnet Ceramics (Li 3+x La 3 M 2 O 12 (M = Te, Nb, Zr) )) at least one selected from or a combination thereof.

이온성 액체 고분자(polymeric ionic liquid, PIL)는 예를 들어 i)암모늄계, 피롤리디늄계, 피리디늄계, 피리미디늄계, 이미다졸륨계, 피페리디늄계, 피라졸륨계, 옥사졸륨계, 피리다지늄계, 포스포늄계, 설포늄계, 트리아졸륨계 및 그 혼합물 중에서 선택된 하나 이상의 양이온과, ii) BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, ClO4 -, CH3SO3-, CF3CO2 -, (CF3SO2)2N-, Cl-, Br-, I-, SO4 -, CF3SO3 -, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, NO3 -, Al2Cl7 -, CH3COO-, (CF3SO2)3C-, (CF3CF2SO2)2N- , (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, SF5CF2SO3 -, SF5CHFCF2SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, 및 (O(CF3)2C2(CF3)2O)2PO- 중에서 선택된 하나 이상의 음이온을 포함한다. 이온성 액체 고분자는 예를 들어 폴리(디알릴디메틸암모늄트리플루오로메탄술포닐이미드)(poly(diallyldimethylammonium)TFSI), 폴리(1-알릴-3-메틸이미다졸리움 트리플루오로메탄술포닐이미드) 및 폴리(N-메틸-N-프로필피페리디니움비스트리플루오로메탄술포닐이미드) (poly((N-Methyl-N-propylpiperidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)) 등을 들 수 있다.The ionic liquid polymer (polymeric ionic liquid, PIL) is, for example, i) ammonium-based, pyrrolidinium-based, pyridinium-based, pyrimidinium-based, imidazolium-based, piperidinium-based, pyrazolium-based, oxazolium-based, or pyridinium-based At least one cation selected from the group consisting of dazinium, phosphonium, sulfonium, triazolium, and mixtures thereof, and ii) BF 4 - , PF 6 - , AsF 6 - , SbF 6 - , AlCl 4 - , HSO 4 - , ClO 4 - , CH 3 SO 3 -, CF 3 CO 2 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , Cl - , Br - , I-, SO 4 - , CF 3 SO 3 - , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N - , (C 2 F 5 SO 2 )(CF 3 SO 2 )N - , NO 3 - , Al 2 Cl 7 - , CH 3 COO - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , SF 5 CF 2 SO 3 - , SF 5 CHFCF 2 SO 3 - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , and (O(CF 3 ) 2 C 2 (CF 3 ) 2 O) 2 PO at least one anion. The ionic liquid polymer is, for example, poly(diallyldimethylammonium)TFSI, poly(1-allyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonyl). imide) and poly(N-methyl-N-propylpiperidinium bistrifluoromethanesulfonylimide) (poly((N-Methyl-N-propylpiperidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide))).

이온 전도성 고분자는 예를 들어 에테르계, 아크릴계, 메타크릴계 및 실록산계 모노머 중에서 선택된 하나 이상의 이온 전도성 반복단위(conductive repeating unit)를 포함한다.The ion conductive polymer includes, for example, one or more ion conductive repeating units selected from ether-based, acrylic-based, methacrylic-based and siloxane-based monomers.

이온 전도성 고분자는 예를 들어 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐술폰(polysulfone) 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리디메틸실록산, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리2-에틸헥실 아크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트, 폴리2-에틸헥실메타크릴레이트, 폴리데실아크릴레이트 및 폴리에틸렌비닐아세테이트, 인산 에스테르 고분자, 폴리에스테르 술파이드, 폴리불화비닐리덴(PVdF), Li 치환된 나피온(Nafion) 등을 포함하나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 이온 전도성 고분자로 사용하는 것이라면 모두 가능하다.The ion conductive polymer is, for example, polyethylene oxide (PEO), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylsulfone, polypropylene oxide (PPO), polymethylmethacrylate, polyethyl Methacrylate, polydimethylsiloxane, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymethylacrylate, polyethylacrylate, poly2-ethylhexyl acrylate, polybutyl methacrylate, poly2-ethylhexyl methacrylate, poly Decyl acrylate and polyethylene vinyl acetate, phosphoric acid ester polymer, polyester sulfide, polyvinylidene fluoride (PVdF), Li-substituted Nafion (Nafion), etc., including but not necessarily limited thereto, and ion conductive polymers in the art Anything is possible if you use it as

전자 전도성 고분자는 예를 들어 폴리리페닐렌 유도체, 폴리티오펜 유도체 등이나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 전자 전도성 고분자로 사용하는 것이라면 모두 가능하다.The electron-conducting polymer is, for example, a polyribenylene derivative, a polythiophene derivative, etc., but is not necessarily limited thereto, and any electron-conducting polymer used in the art may be used.

겔 전해질은 예를 들어 양극과 음극 사이에 배치되는 고체 전해질에 저분자 용매를 추가적으로 첨가하여 얻어진다. 겔 전해질은 예를 들어 고분자에 저분자 유기 화합물인 용매, 올리고머 등을 추가적으로 첨가하여 얻어지는 겔 전해질이다. 겔 전해질은 예를 들어 상술한 고분자 전해질에 저분자 유기 화합물인 용매, 올리고머 등을 추가적으로 첨가하여 얻어지는 겔 전해질이다.The gel electrolyte is obtained, for example, by further adding a low molecular weight solvent to a solid electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode. The gel electrolyte is, for example, a gel electrolyte obtained by additionally adding a solvent, an oligomer, and the like, which are low molecular weight organic compounds, to a polymer. The gel electrolyte is, for example, a gel electrolyte obtained by additionally adding a solvent, an oligomer, and the like, which are low molecular weight organic compounds, to the above-described polymer electrolyte.

액체 전해질은 용매 및 리튬염을 포함한다. The liquid electrolyte includes a solvent and a lithium salt.

용매는 유기용매, 이온성 액체, 및 올리고머 중에서 선택된 하나 이상을 포함하나 반드시 이들로 한정되지 않으며 상온(25℃)에서 액체이며 용매로서 사용할 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The solvent includes at least one selected from an organic solvent, an ionic liquid, and an oligomer, but is not necessarily limited thereto, and any solvent that is liquid at room temperature (25° C.) and can be used as a solvent may be used.

유기용매는 예를 들어 에테르계 용매, 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 및 케톤계 용매 중에서 선택된 하나 이상을 포함한다. 유기용매는 예를 들어 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 비닐에틸렌카보네이트 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 숙시노나이트릴, 디에틸렌글리콜디메틸에테르(DEGDME), 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME), 폴리에틸렌글리콜디메틸에테르(PEGDME, Mn=~500), 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디부틸에테르, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 및 테트라히드로퓨란 중에서 선택된 하나 이상을 포함하나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 상온에서 액체인 유기 용매라면 모두 가능하다. The organic solvent includes, for example, at least one selected from an ether-based solvent, a carbonate-based solvent, an ester-based solvent, and a ketone-based solvent. The organic solvent is, for example, propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl Carbonate, dibutyl carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, γ-butyrolactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, dioxane , 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, succinonitrile, diethylene glycol dimethyl ether (DEGDME), tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), polyethylene glycol dimethyl ether (PEGDME) , Mn=~500), dimethyl ether, diethyl ether, dibutyl ether, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, and at least one selected from tetrahydrofuran, but is not necessarily limited thereto. Any organic solvent that is liquid at room temperature is possible.

이온성 액체(ionic liquid, IL)는 예를 들어 i)암모늄계, 피롤리디늄계, 피리디늄계, 피리미디늄계, 이미다졸륨계, 피페리디늄계, 피라졸륨계, 옥사졸륨계, 피리다지늄계, 포스포늄계, 설포늄계, 트리아졸늄계 및 그 혼합물 중에서 선택된 하나 이상의 양이온과, ii) BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, ClO4 -, CH3SO3-, CF3CO2 -, (CF3SO2)2N-, Cl-, Br-, I-, SO4 -, CF3SO3-, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, NO3 -, Al2Cl7 -, CH3COO-, (CF3SO2)3C-, (CF3CF2SO2)2N- , (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, SF5CF2SO3 -, SF5CHFCF2SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, 및 (O(CF3)2C2(CF3)2O)2PO- 중에서 선택된 하나 이상의 음이온을 포함한다.The ionic liquid (IL) is, for example, i) ammonium-based, pyrrolidinium-based, pyridinium-based, pyrimidinium-based, imidazolium-based, piperidinium-based, pyrazolium-based, oxazolium-based, pyridazinium-based , phosphonium-based, sulfonium-based, triazolium-based and at least one cation selected from mixtures thereof, and ii) BF 4 - , PF 6 - , AsF 6 - , SbF 6 - , AlCl 4 - , HSO 4 - , ClO 4 - , CH 3 SO 3 -, CF 3 CO 2 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , Cl - , Br - , I-, SO 4 - , CF 3 SO 3 -, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N-, (C 2 F 5 SO 2 )(CF 3 SO 2 )N-, NO 3 - , Al 2 Cl 7 - , CH 3 COO - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , SF 5 CF 2 SO 3 - , SF 5 CHFCF 2 SO 3 - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , and (O (CF 3 ) 2 C 2 (CF 3 ) 2 O) 2 PO at least one anion.

리튬염은 LiTFSI, LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4, LiNO3, (lithium bis(oxalato) borate(LiBOB), LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2F)2, LiC(SO2CF3)3, LiN(SO3CF3)2, LiC4F9SO3, LiAlCl4 및 CF3SO3Li 중에서 선택된 하나 이상을 포함하나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 리튬염으로 사용할 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 리튬염의 농도는 예를 들어 0.01 내지 5.0M이다.Lithium salts are LiTFSI, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiNO 3 , (lithium bis(oxalato) borate(LiBOB), LiCF 3 SO 3 , LiN(SO 2 CF 3 ) 2 , LiN(SO 2 C) 2 F 5 ) 2 , LiN(SO 2 F) 2 , LiC(SO 2 CF 3 ) 3 , LiN(SO 3 CF 3 ) 2 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlCl 4 and CF 3 SO 3 Li The lithium salt includes, but is not limited to, any lithium salt that can be used in the art. The concentration of the lithium salt is, for example, 0.01 to 5.0M.

리튬공기전지는 예를 들어 양극과 음극 사이에는 세퍼레이터를 더 포함한다.The lithium-air battery further includes, for example, a separator between the positive electrode and the negative electrode.

세퍼레이터는 리튬공기전지의 사용 범위에 견딜 수 있는 조성이라면 한정되지 않는다. 세퍼레이터는 예를 들어 폴리프로필렌 소재의 부직포나 폴리페닐렌 설파이드 소재의 부직포 등의 고분자 부직포, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 올레핀계 수지의 다공성 필름, 글래스 파이버(glass fiber) 등을 포함하며, 이들을 2종 이상 병용하여 포함하는 것도 가능하다.The separator is not limited as long as it has a composition that can withstand the use range of the lithium-air battery. The separator includes, for example, a nonwoven fabric made of polypropylene or a nonwoven fabric made of polyphenylene sulfide, a polymer nonwoven fabric such as a nonwoven fabric made of polyphenylene sulfide, a porous film made of an olefin resin such as polyethylene or polypropylene, and glass fiber, and these two types It is also possible to include in combination with the above.

전해질은 예를 들어 세퍼레이터에 고체 고분자 전해질이 함침된 구조 또는 세퍼레이터 액체 전해질이 함침된 구조를 가진다. 세퍼레이터에 고체 고분자 전해질이 함침된 전해질은 예를 들어 세퍼레이터의 일면 및 양면 상에 고체 고분자 전해질 필름을 배치한 후 이들을 동시에 압연하여 준비된다. 세퍼레이터에 액체 전해질이 함침된 전해질은 세퍼레이터에 리튬염이 포함된 액체전해질을 주입하여 준비된다.The electrolyte has, for example, a structure in which a separator is impregnated with a solid polymer electrolyte or a structure in which a separator liquid electrolyte is impregnated. The electrolyte in which the solid polymer electrolyte is impregnated in the separator is prepared, for example, by disposing a solid polymer electrolyte film on one side and both sides of the separator and then rolling them simultaneously. The electrolyte in which the liquid electrolyte is impregnated into the separator is prepared by injecting the liquid electrolyte containing lithium salt into the separator.

리튬공기전지는 케이스 내의 일측면에 음극을 배치하고 음극상에 전해질층을 배치하고 전해질 상에 양극을 배치하고, 양극 상에 다공성 양극 집전체를 배치하고, 다공성 양극 집전체 상에 공기가 공기극에 전달될 수 있는 누름부재를 배치하고 눌러 셀을 고정시킴에 의하여 완성된다. 케이스는 음극이 접촉하는 상부와 공기극이 접촉하는 하부로 분리될 수 있으며, 상부와 하부 사이에 절연수지가 개재되어 양극과 음극을 전기적으로 절연시킨다.A lithium-air battery is arranged on one side of the case in a negative electrode, an electrolyte layer on the negative electrode, a positive electrode on the electrolyte, a porous positive electrode current collector on the positive electrode, and air on the porous positive electrode current collector It is completed by arranging a pressing member that can be delivered and pressing to fix the cell. The case may be divided into an upper portion in contact with the negative electrode and a lower portion in contact with the cathode, and an insulating resin is interposed between the upper portion and the lower portion to electrically insulate the positive electrode and the negative electrode.

리튬공기전지는 1차 전지, 2차 전지에 모두 사용 가능하다. 리튬공기전지의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 코인형, 버튼형, 시트형, 적층형, 원통형, 편평형, 뿔형 등이다. 리튬공기전지는 전기 자동차용 중대형 전지에도 적용 가능하다.Lithium-air batteries can be used for both primary and secondary batteries. The shape of the lithium-air battery is not particularly limited, and for example, a coin type, a button type, a sheet type, a laminate type, a cylinder type, a flat type, a cone type, and the like. Lithium-air batteries can also be applied to medium and large-sized batteries for electric vehicles.

도 5는 일구현예에 따른 리튬공기전지의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.5 schematically shows the structure of a lithium-air battery according to an embodiment.

도 5를 참조하여 리튬공기전지(500)은 제1 집전체(210)에 인접하는 산소를 활물질로 하고 양극(200), 제2 집전체(310)에 인접하는 리튬을 함유하는 음극(300)과의 사이에 제1 전해질(400)이 개재된 구조를 갖는다. 제1 전해질(400)은 액체 전해질이 함침된 세퍼레이터이다.Referring to FIG. 5 , the lithium-air battery 500 uses oxygen as an active material adjacent to the first current collector 210 , and a negative electrode 300 containing lithium adjacent to the positive electrode 200 and the second current collector 310 . It has a structure in which the first electrolyte 400 is interposed between the fruits. The first electrolyte 400 is a separator impregnated with a liquid electrolyte.

상기 양극(200)과 제1 전해질(400) 사이에는 제2 전해질(450)이 배치될 수 있다. 제2 전해질(450)은 리튬이온전도성 고체전해질막로서 일구현예에 따른 고체 전해질을 사용할 수 있다. 제1 집전체(210)는 다공성으로서 공기의 확산이 가능한 가스확산층(Gas diffusion layer)의 역할도 수행할 수 있다. 제1 집전체(210) 상에 공기가 양극에 전달될 수 있는 누름부재(220)가 배치된다. A second electrolyte 450 may be disposed between the positive electrode 200 and the first electrolyte 400 . The second electrolyte 450 is a lithium ion conductive solid electrolyte membrane, and a solid electrolyte according to an embodiment may be used. The first current collector 210 is porous and may also serve as a gas diffusion layer capable of air diffusion. A pressing member 220 through which air can be delivered to the positive electrode is disposed on the first current collector 210 .

상기 양극(200)과 음극(300) 사이에 절연수지 재질의 케이스(320)가 개재되어 양극(200)과 음극(300)을 전기적으로 분리한다. 공기는 공기주입구(230a)로 공급되어 공기배출구(230b)로 배출된다. 리튬공기전지(500)는 스테인레스스틸 용기 내에 수납될 수 있다.A case 320 made of an insulating resin is interposed between the positive electrode 200 and the negative electrode 300 to electrically separate the positive electrode 200 and the negative electrode 300 . Air is supplied to the air inlet (230a) and discharged to the air outlet (230b). The lithium-air battery 500 may be accommodated in a stainless steel container.

리튬공기전지의 "공기(air)"는 대기 공기로 제한되는 것은 아니며, 산소를 포함하는 기체의 조합, 또는 순수 산소 기체를 포함할 수 있다. 이러한 용어 "공기"에 대한 넓은 정의가 모든 용도, 예를 들어 공기 전지, 공기 공기극 등에 적용된다."Air" of the lithium-air battery is not limited to atmospheric air, and may include a combination of gases including oxygen, or pure oxygen gas. This broad definition of the term "air" applies to all uses, eg, air cells, air cathodes, and the like.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.It will be described in more detail through the following examples and comparative examples. However, the examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited thereto.

(산화물을 포함하는 고체 전해질의 제조)(Preparation of solid electrolyte containing oxide)

비교예 1: LiComparative Example 1: Li 22 Hf0Hf0 33

리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 HfO2을 Li2Hf03 조성비에 맞추어 혼합하고 여기에 에탄올에 부가 및 혼합하여 전구체 혼합물을 얻었다. 상기 전구체 혼합물을 볼-밀링(Ball-milling) 장치에 넣어 4시간 동안 분쇄 및 혼합을 실시하였다. 혼합된 결과물을 건조한 후 약 5℃/min의 승온속도로 650℃로 가열하고 공기분위기하에서 12시간 동안 1차 열처리를 실시하였다.Lithium precursor of Li 2 CO 3, M1 precursor of HfO 2 mixed according to the composition ratio of Li 2 Hf0 3 and to obtain a precursor mixture by adding and mixing in ethanol here. The precursor mixture was put into a ball-milling device and pulverized and mixed for 4 hours. After drying the mixed product, it was heated to 650°C at a temperature increase rate of about 5°C/min, and the primary heat treatment was performed in an air atmosphere for 12 hours.

1차 열처리로 얻은 분말을 분쇄(grinding)하여 한 후, 이 분말을 약 100MPa 가압하여 지름 약 1 cm, 높이 약 0.1 cm인 펠렛(pellet)을 제조하였다. 상기 펠렛을 공기 또는 산소 분위기, 700℃의 온도에서 12 시간 동안 2차 열처리를 실시하여 산화물을 포함하는 고체 전해질을 얻었다. 2차 열처리를 위하여 700℃로 승온할 때 승온속도는 약 5℃/min이었다.After grinding the powder obtained by the primary heat treatment, the powder was pressurized by about 100 MPa to prepare pellets having a diameter of about 1 cm and a height of about 0.1 cm. The pellets were subjected to secondary heat treatment in air or oxygen atmosphere at a temperature of 700° C. for 12 hours to obtain a solid electrolyte containing an oxide. When the temperature was raised to 700 °C for the secondary heat treatment, the temperature increase rate was about 5 °C/min.

실시예 1Example 1

전구체 혼합물 제조시 염화리튬(LiCl)를 더 부가하고 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 HfO2, 및 염화리튬의 함량을 Li1.5HfCl0.5O2.5을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어하고 1차 열처리가 650℃에서 12시간 실시하고 2차 열처리가 700℃에서 12시간 동안 실시한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 실시하여 산화물을 포함하는 고체 전해질을 얻었다.When preparing the precursor mixture, more lithium chloride (LiCl) is added , and the contents of Li 2 CO 3 as a lithium precursor, HfO 2 as M1 precursor, and lithium chloride are stoichiometrically controlled to obtain Li 1.5 HfCl 0.5 O 2.5 and 1 A solid electrolyte including an oxide was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the primary heat treatment was performed at 650° C. for 12 hours and the secondary heat treatment was performed at 700° C. for 12 hours.

실시예 2 및 실시예 6Example 2 and Example 6

표 1에 나타난 목적물을 얻을 수 있도록 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 HfO2, 및 염화리튬의 함량을 제어한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Example 1, except that the contents of Li 2 CO 3 as a lithium precursor, HfO 2 as M1 precursor, and lithium chloride were controlled to obtain the target material shown in Table 1.

실시예 3, 실시예 9 및 실시예 10 Examples 3, 9 and 10

전구체 혼합물 제조시 불화리튬(LiF)를 더 부가하고 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 HfO2, 및 불화리튬의 함량을 표 1의 조성을 갖는 목적물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.When the precursor mixture was prepared, lithium fluoride (LiF) was further added , and the contents of Li 2 CO 3 as a lithium precursor, HfO 2 as M1 precursor, and lithium fluoride were stoichiometrically controlled to obtain a target product having the composition of Table 1. Except that, the same procedure as in Comparative Example 1 was carried out to obtain a solid electrolyte.

실시예 4Example 4

전구체 혼합물 제조시 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 HfO2의 함량을 목적물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the content of Li 2 CO 3 , which is a lithium precursor, and HfO 2 , which is an M1 precursor, were stoichiometrically controlled to obtain a target product when the precursor mixture was prepared.

실시예 5Example 5

전구체 혼합물 제조시 Al 전구체인 Al2O3를 더 부가하고 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 HfO2, 및 Al 전구체인 Al2O3의 함량을 조성을 갖는 목적물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.When preparing the precursor mixture, Al 2 O 3 as an Al precursor is further added, and the content of Li 2 CO 3 which is a lithium precursor , HfO 2 which is an M1 precursor, and Al 2 O 3 which is an Al precursor is stoichiometric to obtain a target product having a composition. A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that it was controlled as .

실시예 7Example 7

전구체 혼합물 제조시 Mg 전구체인 산화마그네슘(MgO)를 더 부가하고 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 HfO2, 및 Mg 전구체인 산화마그네슘의 함량을 조성을 갖는 목적물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.When the precursor mixture is prepared, magnesium oxide (MgO), which is a Mg precursor, is further added , and the content of Li 2 CO 3 as a lithium precursor, HfO 2 as an M1 precursor, and magnesium oxide as a Mg precursor are stoichiometrically to obtain a target product having a composition. A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the control.

실시예 8Example 8

전구체 혼합물 제조시 Ta 전구체인 산화탄탈륨(Ta2O5)를 더 부가하고 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 HfO2, 및 Ta 전구체인 산화탄탈륨(Ta2O5)의 함량을 조성을 갖는 목적물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.When the precursor mixture is prepared, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), which is a Ta precursor, is further added, and the content of Li 2 CO 3 as a lithium precursor, HfO 2 as an M1 precursor, and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) as a Ta precursor is added. A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that it was stoichiometrically controlled to obtain the target product.

실시예 11 및 실시예 12Examples 11 and 12

전구체 혼합물 제조시 Y 전구체인 산화이트륨(Y2O3)를 더 부가하고 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 HfO2, 및 Y 전구체인 산화이트륨의 함량을 조성을 갖는 목적물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어한 한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.When preparing the precursor mixture, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) as a Y precursor is further added, and the content of Li 2 CO 3 as a lithium precursor, HfO 2 as an M1 precursor, and yttrium oxide as a Y precursor to obtain a target product having a composition A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for stoichiometric control.

구분division 조성Furtherance 비교예 1Comparative Example 1 Li2Hf03 Li 2 Hf0 3 실시예 1Example 1 Li1.5HfCl0.5O2.5 Li 1.5 HfCl 0.5 O 2.5 실시예 2Example 2 Li1.8HfCl0.2O2.8 Li 1.8 HfCl 0.2 O 2.8 실시예 3Example 3 Li1.5HfF0.5O2.5 Li 1.5 HfF 0.5 O 2.5 실시예 4Example 4 Li2.2Hf0.95O3 Li 2.2 Hf 0.95 O 3 실시예 5Example 5 Li2.2Hf0.8Al0.2O3 Li 2.2 Hf 0.8 Al 0.2 O 3 실시예 6Example 6 Li1.9HfCl0.1O3 Li 1.9 HfCl 0.1 O 3 실시예 7Example 7 Li2.2Hf0.9Mg0.1O3 Li 2.2 Hf 0.9 Mg 0.1 O 3 실시예 8Example 8 Li1.8Hf0.8Ta0.2O3 Li 1.8 Hf 0.8 Ta 0.2 O 3 실시예 9Example 9 Li1.9HfF0.1O2.9 Li 1.9 HfF 0.1 O 2.9 실시예 10Example 10 Li1.8HfF0.2O2.8 Li 1.8 HfF 0.2 O 2.8 실시예 11Example 11 Li2.2Hf0.8Y0.2O3 Li 2.2 Hf 0.8 Y 0.2 O 3 실시예 12Example 12 Li2.2Hf0.9Y0.1O3 Li 2.2 Hf 0.9 Y 0.1 O 3

비교예 2: LiComparative Example 2: Li 22 Zr0Zr0 33

리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 ZrO2을 Li2Zr03 조성비에 맞추어 혼합하고 여기에 에탄올에 부가 및 혼합하여 전구체 혼합물을 얻었다. 상기 전구체 혼합물을 볼-밀링(Ball-milling) 장치에 넣어 4시간 동안 분쇄 및 혼합을 실시하였다. 혼합된 결과물을 건조한 후 약 5℃/min의 승온속도로 650℃로 가열하고 공기분위기하에서 12시간 동안 1차 열처리를 실시하였다.Lithium precursor of Li 2 CO 3, M1 precursor of ZrO 2 mixed according to the composition ratio of Li 2 Zr0 3 and to obtain a precursor mixture by adding and mixing in ethanol here. The precursor mixture was put into a ball-milling device and pulverized and mixed for 4 hours. After drying the mixed product, it was heated to 650°C at a temperature increase rate of about 5°C/min, and the primary heat treatment was performed in an air atmosphere for 12 hours.

1차 열처리로 얻은 분말을 분쇄(grinding)하여 한 후, 이 분말을 가압하여 지름 약 1 cm, 높이 약 0.1 cm인 펠렛(pellet)을 제조하였다. 상기 펠렛을 공기 또는 산소 분위기, 700℃의 온도에서 12 시간 동안 2차 열처리를 실시하여 목적물을 얻었다. 2차 열처리를 위하여 700℃로 승온할 때 승온속도는 약 5℃/min이었다.After grinding the powder obtained by the primary heat treatment, the powder was pressed to prepare pellets having a diameter of about 1 cm and a height of about 0.1 cm. The pellets were subjected to secondary heat treatment at a temperature of 700° C. in air or oxygen atmosphere for 12 hours to obtain a target product. When the temperature was raised to 700 °C for the secondary heat treatment, the temperature increase rate was about 5 °C/min.

실시예 13Example 13

전구체 혼합물 제조시 Al 전구체인 산화알루미늄(Al2O3)를 더 부가하고 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 ZrO2, 및 Al 전구체인 산화알루미늄의 함량을 조성을 갖는 목적물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어한 것을 제외하고는, 비교예 2와 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.When preparing the precursor mixture, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), which is an Al precursor, is further added, and the content of Li 2 CO 3 which is a lithium precursor, ZrO 2 which is an M1 precursor, and aluminum oxide which is an Al precursor can be added to obtain a target product having a composition A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except for stoichiometric control.

실시예 14 및 실시예 16 Examples 14 and 16

전구체 혼합물 제조시 염화리튬(LiCl)를 더 부가하고 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 ZrO2, 및 염화리튬의 함량을 표 1의 조성을 갖는 목적물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어한 것을 제외하고는, 비교예 2와 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.When preparing the precursor mixture, lithium chloride (LiCl) was further added , and the contents of Li 2 CO 3 as a lithium precursor, ZrO 2 as M1 precursor, and lithium chloride were stoichiometrically controlled to obtain a target product having the composition of Table 1. Except that, the same procedure as in Comparative Example 2 was carried out to obtain a solid electrolyte.

실시예 15Example 15

전구체 혼합물 제조시 이트륨 전구체인 산화이트륨(Y2O3)를 더 부가하고 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 ZrO2, 및 이트륨 전구체인 산화이트륨(Y2O3)의 함량을 조성을 갖는 목적물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어한 것을 제외하고는, 비교예 2와 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.When preparing the precursor mixture, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) as a yttrium precursor is further added, and Li 2 CO 3 as a lithium precursor, ZrO 2 as an M1 precursor, and yttrium oxide as a yttrium precursor (Y 2 O 3 ) having a composition having a composition A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except that it was stoichiometrically controlled to obtain the target product.

실시예 17Example 17

전구체 혼합물 제조시 Mg 전구체인 산화마그네슘(MgO)를 더 부가하고 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 ZrO2, 및 Mg 전구체인 MgO의 함량을 표 1의 조성을 갖는 목적물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어한 것을 제외하고는, 비교예 2와 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.When the precursor mixture is prepared, magnesium oxide (MgO), which is an Mg precursor, is further added , and the contents of Li 2 CO 3 as a lithium precursor, ZrO 2 as an M1 precursor, and MgO as Mg precursor are measured in a chemical amount to obtain a target product having the composition shown in Table 1. A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except for theoretical control.

실시예 18Example 18

전구체 혼합물 제조시 Zn 전구체인 산화아연(ZnO)을 더 부가하고 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 ZrO2, 및 Zn 전구체인 ZnO의 함량을 표 1의 조성을 갖는 목적물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어한 것을 제외하고는, 비교예 2와 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.When the precursor mixture is prepared, zinc oxide (ZnO), which is a Zn precursor, is further added , and the contents of Li 2 CO 3 as a lithium precursor, ZrO 2 as an M1 precursor, and ZnO as a Zn precursor are measured in chemical amounts to obtain the target product having the composition shown in Table 1. A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except for theoretical control.

실시예 19Example 19

전구체 혼합물 제조시 Ta 전구체인 산화탄탈륨(Ta2O5)를 더 부가하고 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 ZrO2, 및 Ta 전구체인 산화탄탈륨(Ta2O5)의 함량을 표 1의 조성을 갖는 목적물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어한 것을 제외하고는, 비교예 2와 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.When preparing the precursor mixture, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), which is a Ta precursor, is further added , and the contents of Li 2 CO 3 as a lithium precursor, ZrO 2 as an M1 precursor, and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) as a Ta precursor are shown in Table 1 A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except that it was stoichiometrically controlled to obtain a target product having a composition of .

실시예 20Example 20

리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 ZrO2의 함량을 Li2.2Zr0.9503 조성비에 맞추어 제어한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the lithium precursor Li 2 CO 3 and the M1 precursor ZrO 2 content were controlled according to the composition ratio of Li 2.2 Zr 0.95 0 3 .

실시예 21-23Examples 21-23

전구체 혼합물 제조시 불화리튬(LiF)를 더 부가하고 리튬 전구체인 Li2CO3, M1 전구체인 ZrO2, 및 불화리튬의 함량을 표 1의 조성을 갖는 목적물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 실시하여 고체 전해질을 얻었다.When the precursor mixture was prepared, lithium fluoride (LiF) was further added and the contents of Li 2 CO 3 as a lithium precursor, ZrO 2 as an M1 precursor, and lithium fluoride were stoichiometrically controlled so as to obtain a target product having the composition shown in Table 1. Except that, the same procedure as in Comparative Example 1 was carried out to obtain a solid electrolyte.

구분division 조성Furtherance 비교예 2Comparative Example 2 Li2Zr03 Li 2 Zr0 3 실시예 13Example 13 Li2.2Zr0.8Al0.2O3 Li 2.2 Zr 0.8 Al 0.2 O 3 실시예 14Example 14 Li1.8ZrCl0.2O2.8 Li 1.8 ZrCl 0.2 O 2.8 실시예 15Example 15 Li2.2Zr0.8Y0.2O3 Li 2.2 Zr 0.8 Y 0.2 O 3 실시예 16Example 16 Li1.9ZrCl0.1O2.9 Li 1.9 ZrCl 0.1 O 2.9 실시예 17Example 17 Li2.2Zr0.9Mg0.1O3 Li 2.2 Zr 0.9 Mg 0.1 O 3 실시예 18Example 18 Li2.2Zr0.9Zn0.1O3 Li 2.2 Zr 0.9 Zn 0.1 O 3 실시예 19Example 19 Li1.8Zr0.8Ta0.2O3 Li 1.8 Zr 0.8 Ta 0.2 O 3 실시예 20Example 20 Li2.2Zr0.95O3 Li 2.2 Zr 0.95 O 3 실시예 21Example 21 Li1.5ZrF0.5O2.5 Li 1.5 ZrF 0.5 O 2.5 실시예 22Example 22 Li1.8ZrF0.2O2.8 Li 1.8 ZrF 0.2 O 2.8 실시예 23Example 23 Li1.9ZrF0.1O2.9 Li 1.9 ZrF 0.1 O 2.9

상기 실시예 4의 고체 전해질은 양이온 공공(vacancy)를 함유한 산화물을 함유하며, 실시예 3, 실시예 9 및 실시예 10의 고체 전해질은 음이온 F를 도핑한 산화물을 함유한다. 그리고 실시예 1, 2 및 6의 고체 전해질은 음이온 Cl이 도핑된 산화물이며, 실시예 5 및 실시예 11의 고체 전해질은 3가 양이온이 도핑된 산화물을 함유한다. The solid electrolyte of Example 4 contains an oxide containing cation vacancies, and the solid electrolyte of Examples 3, 9 and 10 contains an oxide doped with an anion F. And the solid electrolytes of Examples 1, 2 and 6 were oxides doped with anion Cl, and the solid electrolytes of Examples 5 and 11 contained oxides doped with trivalent cations.

또한 실시예 8의 고체 전해질은 5가 양이온이 도핑된 산화물을 함유하며 실시예 7의 고체 전해질은 2가 양이온이 도핑된 산화물을 함유한다. 실시예 12의 고체 전해질은 2가 양이온이 도핑된 산화물을 포함한다.Further, the solid electrolyte of Example 8 contains an oxide doped with a pentavalent cation, and the solid electrolyte of Example 7 contains an oxide doped with a divalent cation. The solid electrolyte of Example 12 includes an oxide doped with divalent cations.

제작예 1: 리튬공기전지의 제작(양극/고체전해질/PEO/Li 음극)Preparation Example 1: Preparation of Lithium Air Battery (Anode/Solid Electrolyte/PEO/Li Anode)

카본(Super-P) 40 중량부, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 10 중량부, 및 NMP(N-메틸피롤리돈) 50 중량부를 혼합하여 양극 슬러리를 제조한 후, 상기 슬러리를 코팅 및 압연하여 양극합재 시트를 얻었다. 상기 양극합재 시트를 스테인레스 메시 위에 압착시킨 후, 100℃ 오븐에서 120분간 진공 건조시켜 양극을 얻었다.After mixing 40 parts by weight of carbon (Super-P), 10 parts by weight of polytetrafluoroethylene (PTFE), and 50 parts by weight of NMP (N-methylpyrrolidone) to prepare a positive electrode slurry, the slurry was coated and rolled Thus, a positive electrode composite sheet was obtained. The positive electrode composite sheet was pressed onto a stainless mesh and vacuum dried in an oven at 100° C. for 120 minutes to obtain a positive electrode.

5㎝Х5㎝ 크기의 알루미늄 필름(Polypropylene coated aluminum film, 200 ㎛) 중앙에 1㎝Х1㎝를 천공하고 접착제를 이용하여 1.4㎝Х1.4㎝ 의 상기 실시예 1의 고체전해질로 구멍을 막아 일부분이 실시예 1의 고체전해질로 되어 있는 제1 알루미늄 필름을 제조하였다. 다음으로, 5㎝Х5㎝ 크기의 새로운 제2 알루미늄 필름, 구리 집전체 (두께 20㎛), 리튬 호일(1.4㎝Х1.4㎝, 두께 100㎛), 1M의 LiTFSI와 PC의 혼합물인 전해질 용액이 함침된 폴리프로필렌 소재인 두께 25㎛의 셀가드사의 셀가드(Celgard)-3501 세퍼레이터 및 상기 제조한 제1 알루미늄 필름을 적층하고 진공 가열 접착하여 알루미늄 파우치 타입의 보호된 리튬 음극을 얻었다. Punch 1 cmХ1 cm in the center of a 5 cmХ5 cm aluminum film (Polypropylene coated aluminum film, 200 μm) and use an adhesive to close the hole with the 1.4 cmХ1.4 cm solid electrolyte of Example 1, so that some A first aluminum film made of the solid electrolyte of Example 1 was prepared. Next, a new 2nd aluminum film with a size of 5 cmХ5 cm, a copper current collector (thickness 20 μm), lithium foil (1.4 cmХ1.4 cm, thickness 100 μm), and an electrolyte solution that is a mixture of 1M LiTFSI and PC A Celgard-3501 separator of 25 μm in thickness, which is an impregnated polypropylene material, and the prepared first aluminum film were laminated and vacuum heat-bonded to obtain an aluminum pouch-type protected lithium anode.

스테인레스 케이스에 상기 보호된 리튬 음극을 설치하고 상기 음극에 대향하는 측에 폴리프로필렌 소재인 두께 25㎛의 셀가드사의 셀가드-3501(Celgard-3501) 세퍼레이터가 설치된 양극을 세팅하였다. 이어서, 양극 상에 카본 파이버(carbon fiber)로 만들어진 다공성 가스 확산층(gas diffusion layer), 그리고 그 위에 발포 니켈판을 배치하고, 그 위에 공기가 양극에 전달될 수 있는 누름 부재로 억눌러 리튬공기전지를 제조하였다.The protected lithium negative electrode was installed in a stainless case, and a positive electrode having a 25 μm-thick Celgard Celgard separator made of polypropylene was set on the side opposite to the negative electrode. Next, a porous gas diffusion layer made of carbon fiber is placed on the positive electrode, and a foamed nickel plate is placed thereon, and the lithium air battery is pressed by a pressing member on which air can be delivered to the positive electrode. prepared.

제작예 2-23: 리튬공기전지의 제작Preparation Example 2-23: Preparation of lithium-air battery

실시예 1의 고체 전해질 대신 실시예 2 내지 실시예 23의 고체 전해질을 각각 사용한 것을 제외하고는, 제작예 1과 동일하게 실시하여 리튬공기전지를 제조하였다.A lithium-air battery was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, except that the solid electrolytes of Examples 2 to 23 were respectively used instead of the solid electrolyte of Example 1.

비교제작예 1-2: 리튬공기전지의 제작Comparative Preparation Example 1-2: Preparation of Lithium Air Battery

실시예 1의 고체 전해질 대신 비교예 1의 고체 전해질 및 비교예 2의 고체 전해질을 각각 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬공기전지를 제조하였다.A lithium-air battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the solid electrolyte of Comparative Example 1 and the solid electrolyte of Comparative Example 2 were respectively used instead of the solid electrolyte of Example 1.

평가예 1 XRD 스펙트럼Evaluation Example 1 XRD spectrum

실시예 3 내지 5, 실시예 7, 실시예 9, 실시예 12, 실시예 13, 실시예 20 및 비교예 1의 고체 전해질에 대한 XRD 스펙트럼을 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다. X선 회절 분석은 Bruker사의 D8 Advance을 이용하여 실시하였고, XRD 스펙트럼 측정에 Cu Kα 방사선(radiation)을 사용하였다.XRD spectra of the solid electrolytes of Examples 3 to 5, Example 7, Example 9, Example 12, Example 13, Example 20 and Comparative Example 1 were measured, and the results are shown in FIG. 1 . X-ray diffraction analysis was performed using Bruker's D8 Advance, and Cu Kα radiation was used for XRD spectrum measurement.

도 1에 나타난 있듯이 실시예 3-5, 7, 9, 12-13, 실시예 20의 고체 전해질은 회절각 2θ가 26.7±0.5°, 35±0.5°, 39±0.5° 인 영역에서 피크가 나타나지만, 비교예 1의 고체 전해질은 상술한 피크가 관찰되지 않았다.As shown in FIG. 1 , in the solid electrolytes of Examples 3-5, 7, 9, 12-13, and Example 20, peaks appear in the diffraction angle 2θ of 26.7±0.5°, 35±0.5°, and 39±0.5°, but , The above-mentioned peak was not observed in the solid electrolyte of Comparative Example 1.

평가예 2: 이온전도도Evaluation Example 2: Ion conductivity

실시예 1~12 및 비교예 1에서 제조된 이온전도체 펠렛의 상단면과 하단면에 금(Au)을 스퍼터링으로 코팅(deposition)하고 임피던스 분석기를 사용하여 2-프로브(probe)법으로 상기 시편의 임피던스를 측정하였다. 주파수 범위는 1Hz 내지 1MHz, 진폭 전압은 100mV였다. 공기 분위기의 30℃에서 측정하였다. 임피던스 측정 결과에 대한 나이퀴스트 플롯(Nyguist plot)의 원호(arc)로부터 저항치를 구하고 이로부터 이온전도도를 계산하였다.Gold (Au) was coated (deposition) by sputtering on the upper and lower surfaces of the ion conductor pellets prepared in Examples 1 to 12 and Comparative Example 1, and a 2-probe method using an impedance analyzer. Impedance was measured. The frequency range was 1 Hz to 1 MHz, and the amplitude voltage was 100 mV. Measurements were made at 30° C. in an air atmosphere. The resistance value was obtained from the arc of the Nyguist plot for the impedance measurement result, and the ionic conductivity was calculated therefrom.

도 3에 보여지는 바와 같이, 실시예 1 내지 12의 고체 전해질은 비교예 1의 고체 전해질과 비교하여 이온전도도 유지율이 높게 나타났다. 이러한 결과로부터 고체 전해질은 불소, 염소와 같은 음이온이 도입되고 이트륨, 알루미늄, 탄탄륨, 마그네슘 또는 아연이 도입되어 이온 전도도가 개선되는 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 3 , the solid electrolytes of Examples 1 to 12 exhibited higher ionic conductivity retention compared to the solid electrolyte of Comparative Example 1. From these results, it was confirmed that the ionic conductivity was improved by introducing anions such as fluorine and chlorine and introducing yttrium, aluminum, tantalum, magnesium or zinc into the solid electrolyte.

또한 실시예 11 및 12의 고체 전해질은 하프늄 이외에 이트륨 및 아연을 각각 함유하여 비교예 1의 전해질과 비교하여 중량이 감소되어 경량화된 리튬공기전지를 제작할 수 있다.In addition, the solid electrolytes of Examples 11 and 12 contained yttrium and zinc, respectively, in addition to hafnium, and thus the weight was reduced compared to the electrolyte of Comparative Example 1, and thus a lightweight lithium-air battery could be manufactured.

평가예 3: 이온전도도 Evaluation Example 3: Ion Conductivity

실시예 13~23 및 비교예 2 에서 제조된 이온전도체 펠렛의 상단면과 하단면에 금(Au)을 스퍼터링으로 코팅(deposition)하고 임피던스 분석기를 사용하여 2-프로브(probe)법으로 상기 시편의 임피던스를 측정하였다. 주파수 범위는 1Hz 내지 1MHz, 진폭 전압은 100mV였다. 공기 분위기의 30℃에서 측정하였다. 임피던스 측정 결과에 대한 나이퀴스트 플롯(Nyguist plot)의 원호(arc)로부터 저항치를 구하고 이로부터 이온전도도를 계산하였다.Gold (Au) was coated (deposition) by sputtering on the upper and lower surfaces of the ion conductor pellets prepared in Examples 13 to 23 and Comparative Example 2, and the sample was measured by a two-probe method using an impedance analyzer. Impedance was measured. The frequency range was 1 Hz to 1 MHz, and the amplitude voltage was 100 mV. Measurements were made at 30° C. in an air atmosphere. The resistance value was obtained from the arc of the Nyguist plot for the impedance measurement result, and the ionic conductivity was calculated therefrom.

도 4에 보여지는 바와 같이, 실시예 13 내지 23의 고체 전해질은 비교예 2의 고체 전해질과 비교하여 이온전도도가 동등하거나 개선된 결과를 나타났다. 이러한 결과로부터 고체 전해질은 불소, 염소와 같은 음이온이 도입되고 이트륨, 알루미늄, 탄탄륨, 마그네슘 또는 아연이 도입되어 이온전도도가 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 특히 실시예 20 내지 23의 고체 전해질은 비교예 2의 고체 전해질과 비교하여 이온전도도가 동등한 수준을 나타내지만 하기 표 4에 나타난 바와 같이 펠렛밀도가 증가된 결과를 나타냈다. 이와 같이 펠렛밀도가 증가된 고체 전해질을 이용하면 고체 전해질 제조를 위한 가압 공정후 얻어진 결과물이 치밀하여 이를 이용하여 막 형태의 고체 전해질을 제조하면 물이나 공기가 통과되지 않아 고체 전해질의 물성이 매우 우수하였다.As shown in FIG. 4 , the solid electrolytes of Examples 13 to 23 exhibited equal or improved ionic conductivity compared to the solid electrolyte of Comparative Example 2. From these results, it was confirmed that the ionic conductivity was improved by introducing anions such as fluorine and chlorine and introducing yttrium, aluminum, tantalum, magnesium or zinc into the solid electrolyte. In particular, the solid electrolytes of Examples 20 to 23 exhibited an equivalent level of ionic conductivity compared to the solid electrolyte of Comparative Example 2, but increased pellet density as shown in Table 4 below. When a solid electrolyte with increased pellet density is used as described above, the result obtained after the pressurization process for the production of the solid electrolyte is dense. did.

평가예 4: 펠렛밀도Evaluation Example 4: Pellet Density

(1) 실시예 1-12 및 비교예 1(1) Examples 1-12 and Comparative Example 1

실시예 1-12 및 비교예 1에 따라 얻은 이온전도체 펠렛의 지름과 높이, 무게를 측정하여 펠렛밀도를 측정하였다. 펠렛밀도 평가 결과는 하기 표 3 및 도 2와 같다.The diameter, height, and weight of the ion conductor pellets obtained according to Examples 1-12 and Comparative Example 1 were measured to measure the pellet density. The pellet density evaluation results are shown in Table 3 and FIG. 2 below.

구분division 펠렛밀도(g/cc)Pellet density (g/cc) 실시예 1Example 1 4.424.42 실시예 2Example 2 4.314.31 실시예 3Example 3 4.604.60 실시예 4Example 4 4.004.00 실시예 5Example 5 4.994.99 실시예 6Example 6 4.244.24 실시예 7Example 7 5.105.10 실시예 8Example 8 4.374.37 실시예 9Example 9 4.424.42 실시예 10Example 10 4.414.41 실시예 11Example 11 4.964.96 실시예 12Example 12 4.924.92 비교예 1Comparative Example 1 3.973.97

표 3 및 도 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 12의 펠렛은 비교예 1의 펠렛에 비하여 펠렛밀도가 개선되는 것을 알 수 있었다.As shown in Table 3 and FIG. 2, it was found that the pellets of Examples 1 to 12 had improved pellet density compared to the pellets of Comparative Example 1.

(2) 실시예 13-23 및 비교예 2(2) Examples 13-23 and Comparative Example 2

실시예 13-23 및 비교예 2에 따라 얻은 펠렛의 지름과 높이, 무게를 The diameter, height, and weight of the pellets obtained according to Examples 13-23 and Comparative Example 2 were measured

측정하여 펠렛밀도를 측정하였고, 펠렛밀도 평가 결과는 하기 표 4와 같다.The pellet density was measured by measuring, and the pellet density evaluation results are shown in Table 4 below.

구분division 펠렛밀도(g/cc)Pellet density (g/cc) 실시예 13Example 13 3.423.42 실시예 14Example 14 2.602.60 실시예 15Example 15 2.942.94 실시예 16Example 16 2.792.79 실시예 17Example 17 2.852.85 실시예 18Example 18 3.333.33 실시예 19Example 19 3.183.18 실시예 20Example 20 3.043.04 실시예 21Example 21 3.093.09 실시예 22Example 22 2.992.99 실시예 23Example 23 2.872.87 비교예 2Comparative Example 2 2.622.62

실시예 13, 15 내지 23의 이온전도체 펠렛은 표 4에서 알 수 있듯이 비교예 2의 펠렛에 비하여 펠렛밀도가 개선되는 것을 알 수 있었다. 실시예 14의 이온 전도체 펠렛은 비교예 2의 펠렛이 비하여 펠렛밀도가 작지만 도 4에 나타난 바와 같이 전도도가 크게 증가하였다.As can be seen from Table 4, the ion conductor pellets of Examples 13 and 15 to 23 had improved pellet density compared to the pellets of Comparative Example 2. The ion conductor pellet of Example 14 had a smaller pellet density than the pellet of Comparative Example 2, but the conductivity was greatly increased as shown in FIG. 4 .

평가예 5: 전기화학적 안정성 평가Evaluation Example 5: Electrochemical stability evaluation

실시예 1의 고체 전해질을 약 1㎛의 크기로 분쇄한 후, 분쇄된 화합물 85wt%, 카본 블랙 도전재 10wt% 및 PVDF (Polyvinylidene fluoride) 바인더 5wt%를 N-메틸-2-피롤리돈을 혼합하여 슬러리(Slurry)를 제조하였다. 제조된 슬러리를 알루미늄 포일 상에 코팅 후 건조하여 작동 전극(working electrode)을 제조하였다. 상대 전극(counter electrode)으로 리튬 금속 포일을 사용하고, 작동 전극과 상대 전극 사이에 액체전해질(1M LiTFSI in 프로필렌카보네이트(PC))이 함침된 세퍼레이터를 배치하여 반전지(half-cell)를 완성하였다.After the solid electrolyte of Example 1 was pulverized to a size of about 1 μm, 85 wt% of the pulverized compound, 10 wt% of a carbon black conductive material, and 5 wt% of a PVDF (Polyvinylidene fluoride) binder were mixed with N-methyl-2-pyrrolidone. to prepare a slurry. The prepared slurry was coated on aluminum foil and dried to prepare a working electrode. A half-cell was completed by using a lithium metal foil as a counter electrode, and placing a separator impregnated with a liquid electrolyte (1M LiTFSI in propylene carbonate (PC)) between the working electrode and the counter electrode. .

제조된 반전지에 대하여 순환전류전압법(Cyclic Voltammetry, CV)으로 0.1 mV/sec의 스캔 속도로 2~4V(vs. Li)의 전압범위에 대하여 리튬금속 상에 배치된 층상구조 화합물의 전기화학적 안정성을 평가하였다.Electrochemical stability of the layered structure compound disposed on lithium metal for a voltage range of 2-4V (vs. Li) at a scan rate of 0.1 mV/sec by Cyclic Voltammetry (CV) for the prepared half-cell was evaluated.

평가 결과, 실시예 1의 고체 전해질은 1회, 80회 또는 100 회 스캔하는 동안 부반응에 의한 과전류 없이 전기화학적으로 안정하였다. As a result of the evaluation, the solid electrolyte of Example 1 was electrochemically stable without overcurrent due to side reactions during one scan, 80 scans, or 100 scans.

평가예 6: 리튬공기전지 충방전특성 평가Evaluation Example 6: Lithium-air battery charge/discharge characteristic evaluation

60℃, 1atm 산소 분위기에서 제작예 1에 따라 제조된 리튬공기전지를 0.01 mA/cm2의 정전류로 2.0 V(vs. Li)까지 방전시킨 후, 동일한 전류로 4.25 V까지 충전시키는 충방전 사이클을 수행하였다. 각 리튬공기전지의 첫번째 사이클에서의 충방전시험 결과를 살펴보았다. The lithium-air battery prepared according to Preparation Example 1 was discharged to 2.0 V (vs. Li) with a constant current of 0.01 mA/cm 2 in an oxygen atmosphere at 60° C. and 1 atm oxygen, and then charged to 4.25 V with the same current. A charge/discharge cycle was performed. carried out. The results of the charge/discharge test in the first cycle of each lithium-air battery were examined.

충방전 시험 결과, 실시예 1의 고체 전해질을 채용한 제작예 1의 리튬공기전지가 안정적으로 구동함을 확인하였다. As a result of the charge/discharge test, it was confirmed that the lithium-air battery of Preparation Example 1 employing the solid electrolyte of Example 1 was stably driven.

제작예 2 내지 23의 리튬공기전지는 상기 제작예 1의 리튬공기전지의 충방전 특성의 평가방법과 동일하게 실시하여 충방전 특성을 평가하였다.The lithium-air batteries of Preparation Examples 2 to 23 were evaluated for charging and discharging characteristics in the same manner as in the evaluation method of the charging and discharging characteristics of the lithium-air battery of Preparation Example 1.

평가 결과, 제작예 2 내지 23의 리튬공기전지는 제작예 1의 리튬공기전지와 마찬가지로 안정적으로 동작되는 것을 알 수 있었다.As a result of the evaluation, it was found that the lithium-air batteries of Preparation Examples 2 to 23 were stably operated in the same manner as the lithium-air batteries of Preparation Example 1.

200: 양극 210: 제1 집전체
220: 누름부재 230a: 공기주입구
230b: 공기배출구 300: 음극
310: 제2 집전체 320: 절연케이스
400: 전해질막 450: 고체전해질막
500: 리튬공기전지
200: positive electrode 210: first current collector
220: pressing member 230a: air inlet
230b: air outlet 300: cathode
310: second current collector 320: insulating case
400: electrolyte membrane 450: solid electrolyte membrane
500: lithium air battery

Claims (26)

하기 화학식 1, 2 또는 3로 표시되는 산화물 또는 그 조합을 포함하는 고체 전해질:
<화학식 1>
Li2+4xM11-xO3
화학식 1 중, M1은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 그 조합이며, 0<x<1이고,
<화학식 2>
Li2-y(a-4)M11-yM2a+ yO3
화학식 2 중, M1은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 그 조합이며,
M2는 1가 내지 6가 원소 중에서 선택된 하나 이상이고, a는 M2의 산화수이며, 0<y<1 이고,
<화학식 3>
Li2-zM1O3-zXz
화학식 3중, M1은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 그 조합이며,
X는 할로겐 원자, 슈도할로겐(pseudohalogen) 또는 그 조합이며, 0<z<2이다.
A solid electrolyte comprising an oxide represented by Formula 1, 2 or 3 or a combination thereof:
<Formula 1>
Li 2+4x M1 1-x O 3
In Formula 1, M1 is hafnium (Hf), titanium (Ti), zirconium (Zr), or a combination thereof, and 0<x<1;
<Formula 2>
Li 2-y(a-4) M1 1-y M2 a+ y O 3
In Formula 2, M1 is hafnium (Hf), titanium (Ti), zirconium (Zr), or a combination thereof,
M2 is at least one selected from monovalent to hexavalent elements, a is the oxidation number of M2, and 0<y<1;
<Formula 3>
Li 2-z M1O 3-z X z
chemical formula triple, M1 is hafnium (Hf), titanium (Ti), zirconium (Zr), or a combination thereof,
X is a halogen atom, pseudohalogen, or a combination thereof, and 0<z<2.
제1항에 있어서, 상기 화학식 1 내지 3에서 M1은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 그 조합인 고체 전해질.The solid electrolyte of claim 1, wherein M1 in Formulas 1 to 3 is hafnium (Hf), titanium (Ti), zirconium (Zr), or a combination thereof. 제1항에 있어서, 상기 화학식 2에서 M2는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 이트륨(Y), 란탄(La), 스칸듐(Sc), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 텅스텐(W), 몰리브데늄 (Mo), 공공(Vacancy) 또는 그 조합인 고체 전해질.According to claim 1, wherein M2 in Formula 2 is aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), yttrium (Y), lanthanum (La) ), scandium (Sc), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), zinc (Zn), cadmium (Cd), tungsten (W), molybdenum (Mo), vacancies (Vacancy) or a combination of solid electrolytes. 제1항에 있어서, 상기 화학식 3에서 X는 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 시안화물(cyanide), 시아네이트(cyanate), 티오시아네이트(thiocyanate), 아자이드(azide) 또는 그 조합인 고체 전해질.According to claim 1, wherein X in Formula 3 is fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), cyanide (cyanide), cyanate (cyanate), thiocyanate (thiocyanate), azide (azide) ) or a combination thereof. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1에서 x는 0.01 내지 0.9인 고체 전해질.The solid electrolyte of claim 1, wherein x in Formula 1 is 0.01 to 0.9. 제1항에 있어서, 상기 화학식 2에서 y는 0.05 내지 0.9인 고체 전해질.The solid electrolyte of claim 1, wherein y in Formula 2 is 0.05 to 0.9. 제1항에 있어서, 상기 화학식 2에서 a는 2, 3, 5, 또는 6인 고체 전해질.The solid electrolyte of claim 1, wherein a in Formula 2 is 2, 3, 5, or 6. 제1항에 있어서, 상기 화학식 3에서 z은 0.05 내지 1인 고체 전해질.The solid electrolyte of claim 1, wherein z in Formula 3 is 0.05 to 1. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 산화물은 하기 화학식 4로 표시되는 산화물 또는 화학식 5로 표시되는 산화물인 고체 전해질:
<화학식 4>
Li2+4xHf1-xO3
화학식 4 중, 0.01≤x≤0.9이고,
<화학식 5>
Li2+4xZr1-xO3
화학식 5 중, 0.01≤x≤0.9이다.
The solid electrolyte of claim 1 , wherein the oxide of Formula 1 is an oxide represented by Formula 4 or an oxide represented by Formula 5:
<Formula 4>
Li 2+4x Hf 1-x O 3
In Formula 4, 0.01≤x≤0.9,
<Formula 5>
Li 2+4x Zr 1-x O 3
In formula (5), 0.01≤x≤0.9.
제1항에 있어서, 상기 화학식 2의 산화물은 하기 화학식 6으로 표시되는 산화물 또는 화학식 7로 표시되는 산화물인 고체 전해질:
<화학식 6>
Li2-y(a-4)Hf1-yM2a+ yO3
화학식 6 중, M2는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 이트륨(Y), 란탄(La), 스칸듐(Sc), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 텅스텐(W), 몰리브데늄 (Mo), 또는 그 조합이며,
a는 M2의 산화수이며, 0.05≤y≤0.9이고,
<화학식 7>
Li2-y(a-4)Zr1-yM2a+ yO3
화학식 7 중, M2는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 이트륨(Y), 란탄(La), 스칸듐(Sc), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 텅스텐(W), 몰리브데늄 (Mo), 또는 그 조합이며,
a는 M2의 산화수이며, 0.05≤y≤0.9 이다.
The solid electrolyte according to claim 1, wherein the oxide of Formula 2 is an oxide represented by Formula 6 or an oxide represented by Formula 7:
<Formula 6>
Li 2-y(a-4) Hf 1-y M2 a+ y O 3
In Formula 6, M2 is aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), yttrium (Y), lanthanum (La), and scandium (Sc) , magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), zinc (Zn), cadmium (Cd), tungsten (W), molybdenum (Mo), or a combination thereof,
a is the oxidation number of M2, 0.05≤y≤0.9,
<Formula 7>
Li 2-y(a-4) Zr 1-y M2 a+ y O 3
In Formula 7, M2 is aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), yttrium (Y), lanthanum (La), scandium (Sc) , magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), zinc (Zn), cadmium (Cd), tungsten (W), molybdenum (Mo), or a combination thereof,
a is the oxidation number of M2, and 0.05≤y≤0.9.
제1항에 있어서, 상기 화학식 3의 산화물은 하기 화학식 8로 표시되는 산화물 또는 하기 화학식 9로 표시되는 산화물인 고체 전해질:
<화학식 8>
Li2-zHfO3-zXz
화학식 8중, X는 할로겐 원자, 슈도할로겐(pseudohalogen) 또는 그 조합이며, 0.05≤z≤1이고,
0.05 내지 1
<화학식 9>
Li2-zZrO3-zXz
화학식 9중, X는 할로겐 원자, 슈도할로겐(pseudohalogen) 또는 그 조합이며, 0.05≤z≤1이다.
The solid electrolyte according to claim 1, wherein the oxide of Formula 3 is an oxide represented by the following Formula 8 or an oxide represented by the following Formula 9:
<Formula 8>
Li 2-z HfO 3-z X z
chemical formula 8 in, X is a halogen atom, pseudohalogen, or a combination thereof, and 0.05≤z≤1,
0.05 to 1
<Formula 9>
Li 2-z ZrO 3-z X z
chemical formula 9 in, X is a halogen atom, pseudohalogen, or a combination thereof, and 0.05≤z≤1.
제1항에 있어서, 상기 산화물은 암염 결정 구조를 갖는 고체 전해질.The solid electrolyte according to claim 1, wherein the oxide has a rock salt crystal structure. 제1항에 있어서, 상기 산화물은 C2/c (space group 15번) 공간군을 갖는 고체 전해질.The solid electrolyte according to claim 1, wherein the oxide has a C2/c (space group No. 15) space group. 제1항에 있어서, 상기 산화물은 Li2.2Hf0.95O3, Li1.9HfF0.1O2.9, Li1.8HfF0.2O2.8, Li1.5HfF0.5O2.5, Li1.9HfCl0.1O2.9, Li1.8HfCl0.2O2.8, Li1.5HfCl0.5O2.5, Li1.9HfF0.05Cl0.05O2.9, Li1.8HfF0.1Cl0.1O2.8, Li1.8HfBr0.1Cl0.1O2.8, Li1.5HfF0.25Cl0.25O2.5, Li1.5HfBr0.25Cl0.25O2.5, Li2.2Hf0.8Y0.2O3, Li2.2Hf0.8La0.2O3, Li2.2Hf0.8Sc0.2O3, Li2.2Hf0.8Al0.2O3, Li2.2Hf0.8Ta0.2O3, Li2.2Hf0.8Nb0.2O3, Li2.2Hf0.8V0.2O3, Li2.2Hf0.9Mg0.1O3, Li2.2Hf0.9Ca0.1O3, Li2.2Hf0.9Sr0.1O3, Li2.2Hf0.9Ba0.1O3, Li2.2Hf0.9Zn0.1O3, Li2.2Hf0.9Cd0.1O3, Li2.2Zr0.95O3, Li1.9ZrF0.1O2.9, Li1.8ZrF0.2O2.8, Li1.5ZrF0.5O2.5, Li1.9ZrCl0.1O2.9, Li1.8ZrCl0.2O2.8, Li1.5ZrCl0.5O2.5, Li1.9ZrF0.05Cl0.05O2.9, Li1.9ZrBr0.05Cl0.05O2.9, Li1.8ZrF0.1Cl0.1O2.8, Li1.8ZrBr0.1Cl0.1O2.8, Li1.5ZrF0.25Cl0.25O2.5, Li1.5ZrBr0.25Cl0.25O2.5, Li2.2Zr0.8Y0.2O3, Li2.2Zr0.8La0.2O3, Li2.2Zr0.8Sc0.2O3, Li2.2Zr0.8Al0.2O3, Li2.2Zr0.8Ta0.2O3, Li2.2Zr0.8Nb0.2O3, Li2.2Zr0.8V0.2O3, Li2.2Zr0.9Mg0.1O3, Li2.2Zr0.9Ca0.1O3, Li2.2Zr0.9Sr0.1O3, Li2.2Zr0.9Ba0.1O3, Li2.2Zr0.9Mg0.1O3, Li2.2Zr0.9Zn0.1O3, Li2.2Zr0.9Cd0.1O3, 또는 그 조합인 고체 전해질. According to claim 1, wherein the oxide is Li 2.2 Hf 0.95 O 3 , Li 1.9 HfF 0.1 O 2.9 , Li 1.8 HfF 0.2 O 2.8 , Li 1.5 HfF 0.5 O 2.5 , Li 1.9 HfCl 0.1 O 2.9 , Li 1.8 HfCl 0.2 O 2.8 , Li 1.5 HfCl 0.5 O 2.5 , Li 1.9 HfF 0.05 Cl 0.05 O 2.9 , Li 1.8 HfF 0.1 Cl 0.1 O 2.8 , Li 1.8 HfBr 0.1 Cl 0.1 O 2.8 , Li 1.5 HfF 0.25 Cl 0.25 O 2.5 , Li 1.5 HfBr 0.25 Cl 0.25 O 2.5 , Li 2.2 Hf 0.8 Y 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.8 La 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.8 Sc 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.8 Al 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.8 Ta 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.8 Nb 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.8 V 0.2 O 3 , Li 2.2 Hf 0.9 Mg 0.1 O 3 , Li 2.2 Hf 0.9 Ca 0.1 O 3 , Li 2.2 Hf 0.9 Sr 0.1 O 3 , Li 2.2 Hf 0.9 Ba 0.1 O 3 , Li 2.2 Hf 0.9 Zn 0.1 O 3 , Li 2.2 Hf 0.9 Cd 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.95 O 3 , Li 1.9 ZrF 0.1 O 2.9 , Li 1.8 ZrF 0.2 O 2.8 , Li 1.5 ZrF 0.5 O 2.5 , Li 1.9 ZrCl 0.1 O 2.9 , Li 1.8 ZrCl 0.2 O 2.8 , Li 1.5 ZrCl 0.5 O 2.5 , Li 1.9 ZrF 0.05 Cl 0.05 O 2.9 , Li 1.9 ZrBr 0.05 Cl 0.05 O 2.9 , Li 1.8 ZrF 0.1 Cl 0.1 O 2.8 , Li 1.8 ZrBr 0.1 Cl 0.1 O 2.8 , Li 1.5 ZrF 0.25 Cl 0.25 O 2.5 , Li 1.5 ZrBr 0.25 Cl 0.25 O 2.5 , Li 2.2 Zr 0.8 Y 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.8 La 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.8 Sc 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.8 Al 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.8 Ta 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.8 Nb 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.8 V 0.2 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Mg 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Ca 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Sr 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Ba 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Mg 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Zn 0.1 O 3 , Li 2.2 Zr 0.9 Cd 0.1 O 3 , or a combination thereof. 제1항에 있어서, 상기 고체 전해질은 상온(25℃)에서 이온전도도가 1X10-5 S/cm 이상인 고체 전해질.The solid electrolyte according to claim 1, wherein the solid electrolyte has an ionic conductivity of 1X10 -5 S/cm or more at room temperature (25° C.). 제1항에 있어서, 상기 고체 전해질은 CuKα를 이용한 X선 회절 스펙트럼에서
산화물의
Figure pat00007
결정면,
Figure pat00008
결정면 및
Figure pat00009
결정면과 관련된 회절 피크가 나타나는 고체 전해질.
The method of claim 1, wherein the solid electrolyte is an X-ray diffraction spectrum using CuKα.
oxide
Figure pat00007
crystal plane,
Figure pat00008
crystal plane and
Figure pat00009
A solid electrolyte with diffraction peaks related to the crystal plane.
제1항에 있어서, 상기 고체 전해질은 CuKα를 이용한 X선 회절 스펙트럼에서 회절각 2θ가 26.7±0.5°, 35±0.5°, 39±0.5°인 영역에서 회절 피크가 나타나는 고체 전해질.The solid electrolyte according to claim 1, wherein the solid electrolyte exhibits diffraction peaks in the regions where the diffraction angles 2θ are 26.7±0.5°, 35±0.5°, and 39±0.5° in an X-ray diffraction spectrum using CuKα. 제1항에 있어서, 상기 고체 전해질의 펠렛밀도는 2.6 g/cc 내지 5.10 g/cc인 고체 전해질.The solid electrolyte according to claim 1, wherein the pellet density of the solid electrolyte is 2.6 g/cc to 5.10 g/cc. 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 전해질;을 포함하는 금속공기전지이며,
상기 양극, 음극 및 전해질 중에서 선택된 하나 이상이 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 고체 전해질을 포함하는 금속공기전지.
anode; cathode; and an electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode; and
At least one selected from the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte is a metal-air battery comprising the solid electrolyte of any one of claims 1 to 18.
제19항에 있어서, 상기 금속공기전지가 리튬을 포함하는 음극과 공기를 활물질로 이용하는 양극을 포함하는 리튬공기전지인 금속공기전지.The metal-air battery according to claim 19, wherein the metal-air battery is a lithium-air battery comprising a negative electrode containing lithium and a positive electrode using air as an active material. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 고체 전해질을 포함하는 전기화학소자. An electrochemical device comprising the solid electrolyte of any one of claims 1 to 18. 제21항에 있어서, 상기 전기화학소자가 전지, 축전지, 수퍼커패시터, 연료전지, 센서, 및 변색 소자 중에서 선택된 하나 이상인 전기화학소자. The electrochemical device according to claim 21, wherein the electrochemical device is at least one selected from a battery, a storage battery, a supercapacitor, a fuel cell, a sensor, and a color change device. 리튬 전구체, M1 전구체, M2 전구체 및 X 전구체를 혼합하여 전구체 혼합물을 준비하는 단계; 및
상기 전구체 혼합물을 1차 열처리하는 단계를 포함하여 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 고체 전해질을 제조하는 단계를 포함하는 고체 전해질의 제조방법.
preparing a precursor mixture by mixing the lithium precursor, the M1 precursor, the M2 precursor, and the X precursor; and
19. A method for producing a solid electrolyte comprising the step of preparing the solid electrolyte of any one of claims 1 to 18, including the step of first heat-treating the precursor mixture.
제23항에 있어서, 상기 1차 열처리가 400 내지 950℃에서 실시되는 고체 전해질의 제조방법.The method of claim 23, wherein the primary heat treatment is performed at 400 to 950°C. 제23항에 있어서, 상기 제조방법이 상기 1차 열처리된 생성물을 분쇄하여 성형체를 얻는 단계; 및 상기 성형체를 2차 열처리하는 단계를 더 포함하는 고체 전해질의 제조방법.24. The method of claim 23, wherein the manufacturing method comprises: pulverizing the first heat-treated product to obtain a compact; and subjecting the molded body to secondary heat treatment. 제25항에 있어서, 상기 2차 열처리가 500℃ 내지 1300℃에서 실시되는 고체 전해질의 제조방법.

The method of claim 25, wherein the secondary heat treatment is performed at 500°C to 1300°C.

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