KR20210136823A - Secondary battery and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
개시된 실시예들은 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법에 관한 것이다. The disclosed embodiments relate to a secondary battery and a method of manufacturing the secondary battery.
최근 전해질로서 고체 전해질을 이용한 전고체 이차 전지가 주목 받고 있다. 이러한 고체 이차 전지의 에너지(energy) 밀도를 높이기 위해 음극 활물질로 리튬(lithium)을 사용하는 것이 제안된다. 예를 들어, 리튬의 용량 밀도(단위 질량 당 용량)는 음극 활물질로서 일반적으로 사용되는 흑연의 용량 밀도의 10배 정도 인 것으로 알려져 있다. 따라서 음극 활물질로 리튬을 사용하여 고체 이차 전지를 박형화하면서 출력을 높일 수 있다. Recently, an all-solid-state secondary battery using a solid electrolyte as an electrolyte is attracting attention. In order to increase the energy density of such a solid secondary battery, it is proposed to use lithium as an anode active material. For example, it is known that the capacity density (capacity per unit mass) of lithium is about 10 times that of graphite generally used as an anode active material. Therefore, it is possible to increase the output while reducing the thickness of the solid secondary battery by using lithium as an anode active material.
이차 전지의 충전시에 음극 측에 석출된 리튬(금속 리튬)에 의해 발생될 수 있는 단락을 방지할 수 있는 우수한 성능을 갖는 이차 전지를 제공한다. Provided is a secondary battery having excellent performance capable of preventing a short circuit that may be caused by lithium (metal lithium) deposited on an anode side during charging of the secondary battery.
우수한 충방전 특성을 갖는 이차 전지를 제공한다. A secondary battery having excellent charge and discharge characteristics is provided.
공정의 용이성 및 제조 비용 측면에서 유리한 이차 전지를 제공한다. A secondary battery advantageous in terms of process easiness and manufacturing cost is provided.
일 측면(aspect)에 따르면, 양극 활물질층을 포함하는 양극층, 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 배치되는 금속층을 포함하는 음극층; 및 상기 양극층 및 상기 음극층 사이에 배치되는 고체 전해질층; 및 상기 고체 전해질층 및 상기 음극층 사이에 배치되는 흑연계 물질 삽입층(graphite-based interlayer);을 포함하며, 상기 흑연계 물질 삽입층은 흑연계 물질을 포함하며, 상기 흑연계 물질에 포함된 흑연계 물질의 결정질은, 엑스선 회절법을 이용한 110회절선에 의해 측정되는 결정질의 크기(La)가 1000 이상 1500 이하 이며, 엑스선 회절법을 이용한 002회절선에 의해 측정되는 c축 방향의 육각망면 면간격 (Lc)이 500 이상 800 이하 이며, 종횡비(aspect ratio)가 0.44이상 0.55이상인,이차 전지를 제공할 수 있다.According to one aspect (aspect), the negative electrode layer including a positive electrode layer including a positive electrode active material layer, a negative electrode current collector and a metal layer disposed on the negative electrode current collector; and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer. and a graphite-based interlayer disposed between the solid electrolyte layer and the negative electrode layer, wherein the graphite-based interlayer includes a graphite-based material, and the graphite-based material includes The crystallinity of the graphite-based material has a crystallite size (La) of 1000 measured by 110 diffraction rays using an X-ray diffraction method. more than 1500 Below, the interplanar spacing (Lc) of hexagonal mesh planes in the c-axis direction measured by 002 diffraction ray using X-ray diffraction method is 500 more than 800 or less, and having an aspect ratio of 0.44 or more and 0.55 or more, it is possible to provide a secondary battery.
상기 금속층은 리튬 또는 리튬 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있다. The metal layer may include at least one of lithium or a lithium alloy.
상기 흑연계 물질 삽입층은 철(Fe), 지르코늄(Zr), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 또는 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 중 1 종 이상을 더 포함할 수 있다. The graphite-based material insertion layer includes iron (Fe), zirconium (Zr), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), silicon (Si), silver (Ag), aluminum (Al), and bismuth (Bi). ), tin (Sn) or zinc (Zn) may further include one or more selected from the group consisting of.
상기 양극 활물질층은 리튬 코발트 산화물(이하, LCO 라 칭함), 니켈 산 리튬(Lithium nickel oxide), 니켈 코발트 산 리튬(lithium nickel cobalt oxide), 니켈 코발트 알루미늄 산 리튬(이하, NCA 라 칭함), 니켈 코발트 망간 산 리튬(이하, NCM이라 칭함), 망간 산 리튬(lithium manganate), 인산 철 리튬(lithium iron phosphate) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. The positive active material layer includes lithium cobalt oxide (hereinafter referred to as LCO), lithium nickel oxide, lithium nickel cobalt oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide (hereinafter referred to as NCA), nickel It may include one or more of lithium cobalt manganate (hereinafter referred to as NCM), lithium manganate, and lithium iron phosphate.
상기 양극 활물질층은 LiNixCoyAlzO2 (NCA) 또는 LiNixCoyMnzO2 (NCM) (여기서 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1 및 x + y+ z = 1) 주 ㅇ하나 이상을 포함할 수 있다.The positive active material layer is LiNi x Co y Al z O 2 (NCA) or LiNi x Co y Mn z O 2 (NCM) (where 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1 and x + y+z = 1) Note ㅇIt may include one or more.
상기 고체 전해질층은 Li3+xLa3M2O12 (0≤x≤10), Li3PO4, LixTiy(PO4)3 (0<x<2, 0<y<3), LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li1+x+y(Ala, Ga1-a)x(Tib, Ge1-b)2-xSiyP3-yO12(O≤x≤1, O≤y≤1, 0≤a≤1, 및 0≤b≤1), LixLayTiO3 (0<x<2, 0<y<3), LixMyPzSw(M = Ge, Si, Sn 중 하나 이상, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), LixNy (0<x<4, 0<y<2), LixPOyNz (0<x<4, 0<y<5, 0<z<4), LixSiySz, 0<x<3,0<y<2, 0<z<4), LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7), Li2O, LiF, LiOH, Li2CO3, LiAlO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2, LixLayMzO12(M = Te, Nb, Zr 중 하나 이상, 1<x<5, 0<y<4, 0<z<4) 중 하나 이상의 고체 전해질 물질을 포함할 수 있다.The solid electrolyte layer is Li 3+x La 3 M 2 O 12 (0≤x≤10), Li 3 PO 4 , Li x Ti y (PO 4 ) 3 (0<x<2, 0<y<3) , Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li 1+x+y (Al a , Ga 1-a ) x (Ti b , Ge 1-b ) 2-x Si y P 3-y O 12 (O≤x≤1, O≤y≤1, 0≤a≤1, and 0≤b≤1), Li x La y TiO 3 (0<x<2, 0<y<3), Li x M y P z S w (M = at least one of Ge, Si, Sn, 0<x<4, 0<y<1, 0<z <1, 0<w<5), Li x N y (0<x<4, 0<y<2), Li x PO y N z (0<x<4, 0<y<5, 0<z) <4), Li x Si y S z , 0<x<3,0<y<2, 0<z<4), Li x P y S z , 0<x<3, 0<y<3, 0 <z<7), 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 , Li x La y M z O 12 (M = one or more of Te, Nb, Zr, 1<x<5, 0<y<4, 0<z<4) of one or more solid electrolyte material.
상기 고체 전해질층은 10㎛ 이상 250㎛이하의 두께를 구비할 수 있다.The solid electrolyte layer may have a thickness of 10 μm or more and 250 μm or less.
상기 흑연계 물질 삽입층은 바인더(binder)를 더 포함할 수 있다. The graphite-based material insertion layer may further include a binder.
상기 바인더는 폴리불화비닐리덴(PvDF), 폴리비닐알코올(PVA) 또는 공중합체 폴리비닐알코올-폴리아크릴산(copolymers PVA-PAA) , 카르복실 메틸 셀룰로즈(carboxymethyl cellulose, CMC), 스타이렌 부타디엔 러버(styrene-butadiene rubber, SBR) 중 하나 이상을 포함하며, 상기 바인더의 함량은 상기 흑연계 물질 삽입층의 총 중량을 기준으로 1 내지 10 중량 %일 수 있다.The binder is polyvinylidene fluoride (PvDF), polyvinyl alcohol (PVA) or copolymer polyvinyl alcohol-polyacrylic acid (copolymers PVA-PAA), carboxymethyl cellulose (CMC), styrene butadiene rubber (styrene) -butadiene rubber, SBR), and the content of the binder may be 1 to 10% by weight based on the total weight of the graphite-based material insertion layer.
상기 리튬 합금은 Li-Al 합금, Li-Sn 합금, Li-In 합금, Li-Ag 합금, Li-Au 합금, Li-Zn 합금, Li-Ge 합금, Li-Si 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있다. The lithium alloy may include at least one of a Li-Al alloy, a Li-Sn alloy, a Li-In alloy, a Li-Ag alloy, a Li-Au alloy, a Li-Zn alloy, a Li-Ge alloy, and a Li-Si alloy. have.
상기 이차 전지는 리튬 전지일 수 있다. The secondary battery may be a lithium battery.
상기 양극층은 상기 양극 활물질층의 일면에 배치되는 양극 집전체를 더 포함할 수 있다. The positive electrode layer may further include a positive electrode current collector disposed on one surface of the positive electrode active material layer.
상기 흑연계 물질 삽입층은 0.1㎛ 이상 0.3㎛ 이하의 두께를 구비할 수 있다.The graphite-based material insertion layer may have a thickness of 0.1 μm or more and 0.3 μm or less.
다른 측면에 따르면, 고체 전해질층을 배치하는 단계; 상기 고체 전해질층의 표면을 기계적 밀링으로 처리하는 단계; 산화 가스를 상기 고체 전해질층에 접촉시켜 상기 고체 전해질층을 산화시키는 단계; 산화된 상기 고체 전해질층을 자연 건조시키는 단계; 상기 고체 전해질층의 일면에 흑연계 물질 삽입층을 코팅하는 단계; 상기 고체 전해질층의 일면에 금속층 및 음극 집전체이 접합된 적층체를 배치시키는 단계; 상기 고체 전해질층의 다른 일면에 양극 활물질을 포함하는 양극층을 배치시키는 단계;를 포함하며, 상기 흑연계 물질 삽입층에 포함된 흑연계 물질의 결정질은 엑스선 회절법을 이용한 110회절선에 의해 측정되는 결정질의 크기 (La)가 1000 이상 1500 이하이며, 엑스선 회절법을 이용한 002회절선에 의해 측정되는 c축 방향의 육각망면 면간격 (Lc)이 500 이상 800 이하이며, 종횡비(aspect ratio)가 0.44이상 0.55이상인,이차 전지의 제조 방법을 제공할 수 있다.According to another aspect, disposing a solid electrolyte layer; treating the surface of the solid electrolyte layer by mechanical milling; oxidizing the solid electrolyte layer by contacting an oxidizing gas to the solid electrolyte layer; naturally drying the oxidized solid electrolyte layer; coating a graphite-based material insertion layer on one surface of the solid electrolyte layer; disposing a laminate in which a metal layer and a negative electrode current collector are bonded to one surface of the solid electrolyte layer; Disposing a positive electrode layer including a positive electrode active material on the other surface of the solid electrolyte layer; includes, wherein the crystallinity of the graphite material included in the graphite material insertion layer is measured by 110 diffraction lines using X-ray diffraction method The crystallite size (La) is 1000 more than 1500 Below, the interplanar spacing (Lc) of the hexagonal mesh in the c-axis direction measured by 002 diffraction ray using the X-ray diffraction method is 500 more than 800 or less, and an aspect ratio of 0.44 or more and 0.55 or more, it is possible to provide a method of manufacturing a secondary battery.
상기 흑연계 물질 삽입층의 코팅은 잉크 코팅 또는 펜슬 드로잉에 의해 이루어질 수 있다. The graphite-based material insertion layer may be coated by ink coating or pencil drawing.
상기 고체 전해질층의 일면에 상기 금속층 및 상기 음극 집전체가 접합된 적층체를 배치시키는 단계는 냉간 정수압 프레스(Cold Isostatic Press)에 의해 이루어질 수 있다. The disposing of the laminate in which the metal layer and the negative electrode current collector are bonded to one surface of the solid electrolyte layer may be performed by a cold isostatic press.
상기 양극 활물질층은 리튬 코발트 산화물(이하, LCO 라 칭함), 니켈 산 리튬(Lithium nickel oxide), 니켈 코발트 산 리튬(lithium nickel cobalt oxide), 니켈 코발트 알루미늄 산 리튬(이하, NCA 라 칭함), 니켈 코발트 망간 산 리튬(이하, NCM이라 칭함), 망간 산 리튬(lithium manganate), 인산 철 리튬(lithium iron phosphate) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. The positive active material layer includes lithium cobalt oxide (hereinafter referred to as LCO), lithium nickel oxide, lithium nickel cobalt oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide (hereinafter referred to as NCA), nickel It may include one or more of lithium cobalt manganate (hereinafter referred to as NCM), lithium manganate, and lithium iron phosphate.
상기 고체 전해질층은 Li3+xLa3M2O12 (0≤x≤10), Li3PO4, LixTiy(PO4)3 (0<x<2, 0<y<3), LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li1+x+y(Ala, Ga1-a)x(Tib, Ge1-b)2-xSiyP3-yO12(O≤x≤1, O≤y≤1, 0≤a≤1, 및 0≤b≤1), LixLayTiO3 (0<x<2, 0<y<3), LixMyPzSw(M = Ge, Si, Sn 중 하나 이상, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), LixNy (0<x<4, 0<y<2), LixPOyNz (0<x<4, 0<y<5, 0<z<4), LixSiySz, 0<x<3,0<y<2, 0<z<4), LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7), Li2O, LiF, LiOH, Li2CO3, LiAlO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2, LixLayMzO12(M = Te, Nb, Zr 중 하나 이상, 1<x<5, 0<y<4, 0<z<4) 중 하나 이상의 고체 전해질 물질을 포함할 수 있다. The solid electrolyte layer is Li 3+x La 3 M 2 O 12 (0≤x≤10), Li 3 PO 4 , Li x Ti y (PO 4 ) 3 (0<x<2, 0<y<3) , Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li 1+x+y (Al a , Ga 1-a ) x (Ti b , Ge 1-b ) 2-x Si y P 3-y O 12 (O≤x≤1, O≤y≤1, 0≤a≤1, and 0≤b≤1), Li x La y TiO 3 (0<x<2, 0<y<3), Li x M y P z S w (M = at least one of Ge, Si, Sn, 0<x<4, 0<y<1, 0<z <1, 0<w<5), Li x N y (0<x<4, 0<y<2), Li x PO y N z (0<x<4, 0<y<5, 0<z) <4), Li x Si y S z , 0<x<3,0<y<2, 0<z<4), Li x P y S z , 0<x<3, 0<y<3, 0 <z<7), 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 , Li x La y M z O 12 (M = one or more of Te, Nb, Zr, 1<x<5, 0<y<4, 0<z<4) of one or more solid electrolyte material.
상기 금속층은 리튬 또는 리튬 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있다. The metal layer may include at least one of lithium or a lithium alloy.
상기 양극층은 상기 양극 활물질층의 일면에 배치되는 양극 집전체를 더 포함할 수 있다. The positive electrode layer may further include a positive electrode current collector disposed on one surface of the positive electrode active material layer.
상기 흑연계 물질 삽입층은 철(Fe), 지르코늄(Zr), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 또는 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 중 1 종 이상을 더 포함할 수 있다. The graphite-based material insertion layer includes iron (Fe), zirconium (Zr), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), silicon (Si), silver (Ag), aluminum (Al), and bismuth (Bi). ), tin (Sn) or zinc (Zn) may further include one or more selected from the group consisting of.
상기 흑연계 물질 삽입층은 0.1㎛ 이상 0.3㎛ 이하의 두께를 구비할 수 있다.The graphite-based material insertion layer may have a thickness of 0.1 μm or more and 0.3 μm or less.
일 예시에 따른 이차 전지는 충전시에 음극 측에 석출된 리튬(금속 리튬)에 의해 발생될 수 있는 단락을 방지할 수 있다. The secondary battery according to an example may prevent a short circuit that may be caused by lithium (metal lithium) deposited on the negative electrode side during charging.
또한, 일 예시에 따른 이차 전지는 우수한 충방전 특성을 구비할 수 있다. In addition, the secondary battery according to an example may have excellent charge/discharge characteristics.
또한, 일 예시에 따른 이차 전지는 공정의 용이성 및 제조 비용 측면에서 유리한 특성을 구비할 수 있다.In addition, the secondary battery according to an example may have advantageous characteristics in terms of process easiness and manufacturing cost.
도 1은 일 실시예에 따른 이차 전지를 구성을 보여주는 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 이차 전지를 과충전한 후, 이차 전지의 단면을 관찰하여 얻은 SEM(scanning electron microscope) 사진이다.
도 3a는 종래 기술에 따른 이차 전지에서 충전이 이루어지기 전, 이차 전지의 구성을 보여주는 개략도이다.
도 3b는 종래 기술에 따른 이차 전지를 과충전한 후, 이차 전지의 단면을 도시한 개략도이다.
도 3c는 종래 기술에 따른 이차 전지를 과충전한 후, 이차 전지의 단면을 관찰하여 얻은 SEM(scanning electron microscope) 사진이다.
도 4는 일 실시예에 따른 흑연계 물질 삽입층에 포함된 흑연계 물질 의 엑스선 회절 데이터 그래프이다.
도 5a는 일 실시예에 따른 흑연계 물질 삽입층의 SEM(scanning electron microscope) 사진이다.
도 5b는 도 5a에 표시된 제1 영역의 엑스선 회절 데이터 그래프이다.
도 5c는 도 5a에 표시된 제2 영역의 엑스선 회절 데이터 그래프이다.
도 5d는 도 5a에 표시된 제3 영역의 엑스선 회절 데이터 그래프이다.
도 6a 내지는 도 6g는 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 이차 전지와 비교예 1에 따른 충방전 사이클에 따른 에너지 효율에 대한 이차 전지의 출력 특성을 보여주는 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따른 이차 전지의 충방전 특성을 보여주는 그래프이다.1 is a schematic diagram showing a configuration of a secondary battery according to an embodiment.
FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph obtained by observing a cross-section of a secondary battery after overcharging the secondary battery according to an exemplary embodiment.
3A is a schematic diagram illustrating a configuration of a secondary battery before charging is performed in a secondary battery according to the related art.
3B is a schematic diagram illustrating a cross-section of a secondary battery after overcharging the secondary battery according to the related art.
3C is a scanning electron microscope (SEM) photograph obtained by observing a cross-section of a secondary battery after overcharging according to the related art;
4 is an X-ray diffraction data graph of a graphite-based material included in a graphite-based material insertion layer according to an exemplary embodiment.
5A is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a graphite-based material insertion layer according to an exemplary embodiment.
FIG. 5B is an X-ray diffraction data graph of the first region shown in FIG. 5A .
FIG. 5C is an X-ray diffraction data graph of the second region shown in FIG. 5A .
FIG. 5D is an X-ray diffraction data graph of the third region shown in FIG. 5A .
6A to 6G are schematic diagrams schematically illustrating a method of manufacturing a secondary battery according to an exemplary embodiment.
7 is a graph showing the output characteristics of the secondary battery according to an embodiment and the secondary battery with respect to energy efficiency according to a charge/discharge cycle according to Comparative Example 1. Referring to FIG.
8 is a graph showing charge/discharge characteristics of a secondary battery according to an exemplary embodiment.
본 발명은 특정 실시예를 도면에 도시하고 상세한 설명에서 이에 대해 설명한다. 그러나 이는 본 발명의 개념을 특정 실시예로 제한하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술적 범위를 벗어나지 않는 모든 균등물이 본 발명의 개념에 포함될 수 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Certain embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in the detailed description. However, this is not intended to limit the concept of the present invention to specific embodiments, and all equivalents without departing from the spirit and technical scope of the present invention may be included in the concept of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용 된 것으로, 본 발명을 제한하지 않는다. 단수로 사용되는 표현은 문맥 상 명백히 다른 의미를 갖지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 "포함하는" 및 "갖는"과 같은 용어는 특징, 숫자, 단계, 작용, 구성 요소, 부품, 성분, 재료의 존재를 나타내기 위한 것이다. 본 명세서에서 사용되는 기호 "/"는 문맥에 따라 "및" 또는 "또는"로 해석 될 수 있다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and do not limit the present invention. Expressions used in the singular include the plural expression unless the context clearly has a different meaning. As used herein, terms such as "comprising" and "having" are intended to denote the presence of a feature, number, step, action, component, part, ingredient, material. As used herein, the symbol "/" may be interpreted as "and" or "or" depending on the context.
명세서 전반에 걸쳐, 층, 박막, 영역 또는 판과 같은 구성 요소가 다른 구성 요소 "상에"있는 것으로 언급 될 때, 구성 요소는 다른 구성 요소와 직접 접촉하도록 배치되거나, 중간 구성 요소가 그 사이에 존재할 수도 있다. 다만, 구성 요소가 다른 구성 요소에 "바로 위에"있는 것으로 언급되는 경우, 중간 구성 요소가 존재하지 않는다. Throughout the specification, when a component, such as a layer, thin film, region, or plate, is referred to as being “on” another component, the component is placed in direct contact with the other component, or an intermediate component is interposed therebetween. may exist. However, when a component is referred to as being "on top" of another component, there is no intermediate component.
본 명세서에서 사용 된 용어는 특정 실시 예를 설명하기위한 것이며 제한하려는 의도가 아니다. 예를 들어, "하나의 요소"는 문맥 상 달리 명시되지 않는 한 "적어도 하나의 요소"와 동일한 의미를 갖는다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments and is not intended to be limiting. For example, "an element" has the same meaning as "at least one element" unless the context dictates otherwise.
또한, "하단"또는 "하단"및 "상단"또는 "상단"과 같은 상대적 용어는 도면에 예시 된 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소의 관계를 설명하기 위해 본원 발명에서 사용될 수 있다. 상대적인 용어는 도면에 묘사된 방향에 더하여 장치의 다른 방향을 포함하도록 의도된 것임을 이해한다. 따라서, 예시적인 용어 "하부"는 도면의 특정 방향에 따라 "하부" 및 "상부"의 방향을 모두 포함 할 수 있다. Also, relative terms such as “bottom” or “bottom” and “top” or “top” may be used in the present invention to describe the relationship of one component to another as illustrated in the drawings. It is understood that the relative terms are intended to encompass other orientations of the device in addition to the orientations depicted in the drawings. Accordingly, the exemplary term “lower” may include both directions of “lower” and “upper” depending on the particular orientation of the drawing.
본 명세서에서 사용되는 "약" 또는 "대략"은 표시된 수치를 포함하며, 해당 수치의 측정 및 오류를 고려하여 당업자에 의해 결정된 특정 값에 대한 허용 가능한 편차 범위 내를 의미한다. 예를 들어, "약"은 하나 이상의 표준 편차 이내, 또는 명시된 값의 ± 30 %, 20 %, 10 % 또는 5 % 이내를 의미 할 수 있다.As used herein, "about" or "approximately" includes the numerical values indicated, and means within an acceptable range of deviations from the particular value as determined by one of ordinary skill in the art in view of the measurement and error of the numerical value. For example, "about" can mean within one or more standard deviations, or within ±30%, 20%, 10%, or 5% of a specified value.
달리 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 여기서 사용되는 모든 용어는 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술 및 본 개시 내용의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며 이상화된 용어로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. Also, terms such as terms defined in commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with their meanings in the context of the related art and the present disclosure, and not as idealized terms.
리튬을 음극 활물질로 사용하는 방법으로는 리튬 또는 리튬 합금을 음극 활물질층으로 사용하는 방법 및 음극 집전체 상에 음극 활물질층을 형성하지 않는 방법이 있다. 후자의 경우, 음극 집전체 상에 고체 전해질층이 형성되어 충전에 의해 음극 집전체와 고체 전해질의 계면에 석출되는 리튬을 활물질로 사용한다. 음극 집전체는 리튬과 합금 및 화합물을 모두 형성하지 않는 금속으로 구성된다. 그러나 리튬이 음극 활물질로 사용되는 경우, 리튬은 덴드라이트를 형성할 수 있으며, 이는 이차 전지의 낮은 에너지 효율 및/또는 이차 전지의 단락 발생으로 이어질 수 있다. 이에 따라 개선된 이차 전지의 전극 구조가 필요하다.As a method of using lithium as an anode active material, there are a method of using lithium or a lithium alloy as an anode active material layer and a method of not forming an anode active material layer on the anode current collector. In the latter case, a solid electrolyte layer is formed on the anode current collector and lithium, which is deposited at the interface between the anode current collector and the solid electrolyte by charging, is used as an active material. The negative electrode current collector is composed of a metal that does not form both an alloy and a compound with lithium. However, when lithium is used as an anode active material, lithium may form dendrites, which may lead to low energy efficiency of the secondary battery and/or short circuit of the secondary battery. Accordingly, there is a need for an improved electrode structure of a secondary battery.
이하, 실시예들에 따른 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.Hereinafter, a secondary battery and a method of manufacturing the secondary battery according to embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The width and thickness of the layers or regions shown in the accompanying drawings may be slightly exaggerated for clarity and convenience of description. Like reference numerals refer to like elements throughout the detailed description.
도 1은 일 실시예에 따른 이차 전지를 구성을 보여주는 개략도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 이차 전지를 과충전한 후, 이차 전지의 단면을 관찰하여 얻은 SEM(scanning electron microscope) 사진이다. 도 3a는 종래 기술에 따른 이차 전지에서 충전이 이루어지기 전, 이차 전지의 개략적인 구성을 보여주는 단면도이다. 도 3b는 종래 기술에 따른 이차 전지를 과충전한 후, 이차 전지의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3c는 종래 기술에 따른 이차 전지를 과충전한 후, 이차 전지의 단면을 관찰하여 얻은 SEM(scanning electron microscope) 사진이다. 도 4는 일 실시예에 따른 흑연계 물질 삽입층에 포함된 흑연계 물질의 카운트에 대한 회절 각도(°2θ)의 엑스선 회절 데이터 그래프이다. 도 5a는 일 실시예에 따른 흑연계 물질 삽입층의 SEM(scanning electron microscope) 사진이다. 도 5b는 도 5a에 표시된 제1 영역의 엑스선 회절 데이터 그래프이다. 도 5c는 도 5a에 표시된 제2 영역의 엑스선 회절 데이터 그래프이다. 도 5c는 도 5a에 표시된 제3 영역의 엑스선 회절 데이터 그래프이다.1 is a schematic diagram showing a configuration of a secondary battery according to an embodiment. FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph obtained by observing a cross-section of a secondary battery after overcharging the secondary battery according to an exemplary embodiment. 3A is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a secondary battery before charging is performed in a secondary battery according to the related art. 3B is a cross-sectional view schematically illustrating a cross-section of a secondary battery according to the related art after overcharging the secondary battery. 3C is a scanning electron microscope (SEM) photograph obtained by observing a cross-section of the secondary battery after overcharging the secondary battery according to the related art. 4 is a graph of X-ray diffraction data of a diffraction angle (°2θ) with respect to a count of a graphite-based material included in a graphite-based material insertion layer according to an exemplary embodiment. 5A is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a graphite-based material insertion layer according to an exemplary embodiment. FIG. 5B is an X-ray diffraction data graph of the first region shown in FIG. 5A . FIG. 5C is an X-ray diffraction data graph of the second region shown in FIG. 5A . FIG. 5C is an X-ray diffraction data graph of the third region shown in FIG. 5A .
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 예시에 따른 이차 전지는 양극층(10), 음극층(20), 흑연계 물질 삽입층(30) 및 고체 전해질층(40)을 포함할 수 있다. 일 예시에 따른 양극층(10)은 양극 집전체(11) 및 양극 활물질층(12)을 포함할 수 있다. 양극 집전체(11)는, 예를 들어, 인듐(In), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 스테인레스 스틸, 티타늄(Ti), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 리튬(Li) 중 하나 이상 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 일 예로서, 양극 집전체(11)는 판상 형상 박막 형상으로 마련될 수 있다. 다른 실시예에 따르면 양극 집전체(11)는 생략할 수도 있다.1 and 2 , the secondary battery according to an example may include a
양극 활물질층(12)은 양극 활물질 및 고체 전해질을 포함할 수 있다. 또한, 양극층(10)에 포함된 고체 전해질은 고체 전해질층(40)에 포함되는 고체 전해질과 유사한 것이거나 다를 수도 있다. 양극 활물질층(12)에 포함된 고체 전해질 대한 자세한 내용은 고체 전해질층(40)과 관련하여 보다 상세하게 후술한다.The positive
일 예시에 따른 양극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 흡장 및 방출할 수 있다. 예를 들어, 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(이하, LCO 라 칭함), 니켈 산 리튬(Lithium nickel oxide), 니켈 코발트 산 리튬(lithium nickel cobalt oxide), 니켈 코발트 알루미늄 산 리튬(이하, NCA 라 칭함), 니켈 코발트 망간 산 리튬(이하, NCM이라 칭함), 망간 산 리튬(lithium manganate), 인산 철 리튬(lithium iron phosphate) 등의 리튬 염, 황화 니켈, 황화 구리, 황화 리튬 유황, 산화철, 또는 산화 바나듐(vanadium oxide) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 예로서, 양극 활물질은 상술한 물질을 개별적으로 포함하거나, 또는 2종 이상이 조합된 화합물을 포함할 수도 있다.The positive active material according to an example may reversibly occlude and discharge lithium ions. For example, the positive active material may be lithium cobalt oxide (hereinafter referred to as LCO), lithium nickel oxide, lithium nickel cobalt oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide (hereinafter referred to as NCA), or the like. , nickel cobalt lithium salts such as lithium manganate (hereinafter referred to as NCM), lithium manganate, lithium iron phosphate, nickel sulfide, copper sulfide, lithium sulfide sulfur, iron oxide, or vanadium oxide (vanadium oxide) may include one or more. As an example, the positive electrode active material may include the above-mentioned materials individually, or may include a compound in which two or more kinds are combined.
일 예로서, 양극 활물질이 NCA 또는 NCM 등의 삼원계 전이 금속 산화물의 리튬 염으로 형성되고, 양극 활물질로 니켈(Ni)을 포함하는 경우, 이차 전지(1)의 용량 밀도를 상승시켜 충전 상태에서 양극 활물질의 금속 용출을 줄일 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 이차 전지(1)의 충전 상태에서의 장기 신뢰성 및 사이클(cycle) 특성을 향상시킬 수 있다. 일 예로서, 삼원계 전이 금속 산화물은 LiNixCoyAlzO2 (NCA) 또는 LiNixCoyMnzO2 (NCM) (여기서 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1 및 x + y+ z = 1)일 수 있으나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니다.As an example, when the positive active material is formed of a lithium salt of a ternary transition metal oxide such as NCA or NCM and includes nickel (Ni) as the positive active material, the capacity density of the
일 예시에 따른 양극 활물질에 포함된 입자의 형상은, 예를 들어, 구, 타원 구형 등일 수 있다. 또한 양극 활물질에 포함된 입자의 직경은 특별히 제한되지 않으며, 종래의 고체 이차 전지의 양극 활물질에 적용 가능한 범위의 직경을 구비할 수 있다. 또한 양극층(10)의 양극 활물질의 함량 또한 특별히 제한되지 않으며, 종래의 고체 이차 전지의 양극층에 적용 가능한 범위 함량일 수 있다.The shape of the particles included in the positive active material according to an example may be, for example, a sphere, an elliptical sphere, or the like. In addition, the diameter of the particles included in the positive electrode active material is not particularly limited, and may have a diameter in a range applicable to the positive electrode active material of a conventional solid secondary battery. In addition, the content of the positive electrode active material of the
일 예시에 따른 음극층(20)은 음극 집전체(21) 및 금속층(22)을 포함할 수 있다. 일 예시에 따른 음극 집전체(21)는 리튬과 반응하지 않는, 즉, 합금 및 화합물을 모두 형성하지 않는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어 음극 집전체(21)는 구리(Cu), 스테인리스 스틸, 티타늄(Ti), 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 예로서, 음극 집전체(21)는 상술한 금속 중 1 종을 포함하거나, 상술한 금속 중 2 종 이상을 포함한 합금을 포함할 수도 있다. 일 예시에 따른 음극 집전체(21)는 판상 형상 또는 박막 형상으로 구현될 수 있다.The
일 예시에 따른 금속층(22)은 리튬 또는 리튬 합금을 포함할 수 있다. 즉, 금속층(22)은 리튬 리저버(reservoir)로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 리튬 합금은Li-Al 합금, Li-Sn 합금, Li-In 합금, Li-Ag 합금, Li-Au 합금, Li-Zn 합금, Li-Ge 합금, Li-Si 합금, Li-C 합금 중 하나 이상일 수 있다. 예를 들어 금속층(22)은 리튬 또는 상술한 리튬 합금 중 1 종을 포함하거나, 여러 종류의 리튬 합금을 포함할 수도 있다. The
또한, 금속층(22)의 두께는 예를 들어 약 1㎛ 이상 약 200㎛ 이하, 예를 들어 약 5 μm 이상 약 190 μm이하, 약 10 이상 약 180 μm이하, 약 20 μm 이상 약 170 μm이하, 약 40 μm 이상 약 160 μm이하, 약 80 μm 이상 약 150 μm 이하, 또는 약 100 μm이상 약 140 μm이하 일 수 있다. 금속층(22)의 두께가 1㎛ 미만인 경우, 금속층(22)에 의한 리저버(reservoir) 기능을 충분히 발휘하지 못할 가능성이 있다. 금속층(22)의 두께가 200㎛를 초과하는 경우, 이차 전지(1)의 질량 및 부피가 증가함으로써, 이차 전지(1)의 용량 특성이 오히려 저하될 수 있다. 일 예시에 따른 금속층(22)은 예를 들어, 약 1㎛ 이상 약 200㎛ 이하의 두께를 구비하는 금속 호일일 수 있다.In addition, the thickness of the
일 예시에 따른 흑연계 물질 삽입층(30)은 리튬과 합금 또는 화합물을 형성하는 흑연계 물질을 포함할 수 있다. 일 예로서, 이차 전지(1)의 충전 초기에는 흑연계 물질 삽입층(30)에 리튬이 흡장된다. 즉, 흑연계 물질은 양극층(10)에서 이동해온 리튬 이온과 합금 또는 화합물을 형성할 수 있다. 흑연계 물질 삽입층(30)의 용량을 초과하여 충전을 하면, 흑연계 물질 삽입층(30)의 뒷면, 즉 금속층(22)과 흑연계 물질 삽입층(30) 사이에 리튬이 석출되고, 상기 리튬에 의해 금속층(23)이 형성된다. 금속층(23)은 주로 리튬(즉, 금속 리튬 또는 리튬 합금)을 포함할 수 있다. The graphite-based
또한 일 예시에 따른 이차 전지(1)의 방전시에는 흑연계 물질 삽입층(30) 및 금속층(23)의 리튬이 이온화되어 양극층(10) 쪽으로 이동한다. 따라서, 일 예시에 따른 이차 전지(1)에서 리튬을 음극 활물질로 사용할 수 있다. 또한, 흑연계 물질 삽입층(30)은 금속층(23)을 피복하기 때문에, 금속층(23)의 보호층 역할을 하는 동시에, 리튬이 석출되어 덴드라이트(dendrite) 구조로 성장하는 것을 방지할 수 있다. 여기서 흑연계 물질 삽입층(30)의 결정화가 충분히 이루어지지 않은 경우, 흑연계 물질 삽입층(30)이 보호층으로서의 기능을 충분히 수행할 수 없다. In addition, when the
일 예로서, 종래 이차 전지와 관련된 도 3a에 도시된 바와 같이 흑연계 물질 삽입층(30)이 고체 전해질층(40)의 일면에 평면 형상이 아닌 형태로 배치되는 경우, 도 3b및 도 3c에 도시된 바와 같이 흑연계 물질 삽입층(30)이 금속층(22)과 결합한 산화금속(LiC6)으로 변화될 수 있다. 이때, 이차 전지의 충전과정에서 생성되는 리튬은 덴드라이트(dendrite) 구조로 석출될 수 있으며, 덴드라이트(dendrite) 구조로 석출된 리튬에 의해 이차 전지(1)의 단락 및 용량 저하를 발생시킬 수 있다.As an example, when the graphite-based
일 예시에 따른 흑연계 물질 삽입층(30)은 소정의 결정질을 구비하는 흑연계 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어 흑연계 물질 삽입층(30)에 포함되는 흑연계 물질은, 도 4에 도시된 바와 같이, 엑스선 회절법을 이용한 110회절선에 의해 측정되는 흑연계 물질의 결정질의 크기(La)가 1000 이상, 예를 들어 약 1000 이상 약 1500 이하이며, 엑스선 회절법을 이용한 002회절선에 의해 측정되는 c축 방향의 육각망면 면간격(Lc)이 500 이상, 예를 들어 약 500 이상 약 800 이하이고, 종횡비(aspect ratio)가 0.44이상 0.55이하일 수 있다. The graphite-based
일 예로서, 엑스선 회절법에서 관측하는 흑연계 물질의 입자의 크기는 결정립(Crystallite)의 크기로 정의된다. 결정 사이즈(Crystallite size)를 측정하는 방법은 도 4에 도시된 바와 같은 엑스선 회절 데이터의 110회절선의 피크 확장화(peak broadening)를 이용하여 결정자의 크기를 가늠할 수 있으며. scherrer 공식을 통해 정량적으로 계산할 수 있다. 일 예로서, 흑연계 물질의 결정자 크기(La)가 1000 이상임에 따라, 결정화를 위한 충분한 크기의 결정자를 구비할 수 있다. As an example, the size of the particles of the graphite-based material observed in the X-ray diffraction method is defined as the size of the crystal grains (Crystallite). The method of measuring the crystal size can estimate the size of the crystallites using the peak broadening of 110 diffraction lines of the X-ray diffraction data as shown in FIG. 4 . It can be quantitatively calculated using the Scherrer formula. As an example, the crystallite size (La) of the graphite-based material is 1000 According to the above, it is possible to have crystallites having a size sufficient for crystallization.
또한, 육각망면 면간격(Lc)은 흑연계 물질 입자의 흑연화도를 나타내는 지표이다. 일 예로서, 육각망면 면간격(Lc)은 도 4에 도시된 바와 같은 엑스선 회절 데이터의 002회절선의 그래프의 피크 위치를 적분법에 의해 구하여 Bragg 공식에 의해 계산될 수 있다. 일 예로서, 육각망면 면간격(Lc)이 작을 수록 흑연계 물질 입자의 결정이 발달할 수 있다. 즉, 흑연화도가 높을 수 있다. 일 예시에 따른 흑연계 물질 의 육각망면 면간격(Lc)이 500 이상일 수 있다. In addition, the interplanar spacing (Lc) of the hexagonal mesh is an index indicating the graphitization degree of the graphite-based material particles. As an example, the interplanar spacing Lc of the hexagonal mesh may be calculated by the Bragg formula by obtaining the peak position of the graph of the 002 diffraction line of the X-ray diffraction data as shown in FIG. 4 by the integration method. As an example, as the interplanar spacing Lc of the hexagonal network decreases, crystals of the graphite-based material particles may develop. That is, the graphitization degree may be high. The hexagonal mesh plane spacing (Lc) of the graphite-based material according to an example is 500 may be more than
상술한 바와 같이 흑연계 물질 삽입층(30)에 포함되는 흑연계 물질의 결정질의 크기(La)가 1000 이상이며, 엑스선 회절법을 이용한 002회절선에 의해 측정되는 c축 방향의 육각망면 면간격(Lc)이 500 이상인 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 흑연계 물질 삽입층(30)은 고체 전해질층(40)의 일면에 평면 형상으로 배치된다. 반면, 흑연계 물질 삽입층(30)에 포함되는 흑연계 물질의 결정질의 크기(La)가 1000 미만이며, 엑스선 회절법을 이용한 002회절선에 의해 측정되는 c축 방향의 육각망면 면간격(Lc)이 500 미만인 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이 흑연계 물질 삽입층(30)은 고체 전해질층(40)의 일면에 평면 형상으로 배치되지 않는다.As described above, the crystalline size (La) of the graphite-based material included in the graphite-based
본 발명의 일 실시예에 따르면, 흑연계 물질의 평균 종횡비(aspect ratio)는 0.44 이상 0.55 이하일 수 있다. 여기서, 흑연계 물질의 평균 종횡비(aspect ratio)는 흑연계 물질 삽입층(30)에 포함되는 흑연계 물질의 결정질의 크기(La)에 대한 엑스선 회절법을 이용한 002회절선에 의해 측정되는 c축 방향의 육각망면 면간격(Lc)의 비율(Lc/La)을 의미한다. 일 예로서, 흑연계 물질의 평균 종횡비가 상기 범위 내에 포함되는 경우, 흑연계 물질 삽입층(30)을 보다 균일한 방향으로 팽창시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the average aspect ratio of the graphite-based material may be 0.44 or more and 0.55 or less. Here, the average aspect ratio of the graphite-based material is the c-axis measured by the 002 diffraction line using the X-ray diffraction method for the crystalline size (La) of the graphite-based material included in the graphite-based
일 예시에 따른 흑연계 물질 삽입층(30)은 소정의 결정질을 구비하는 흑연계 물질 뿐만 아니라 다른 물질을 추가적으로 포함할 수 있다. 일 예로서, 흑연계 물질 삽입층(30)은 흑연계 물질과 함께 철(Fe), 지르코늄(Zr), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 또는 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 중 1 종 이상을 포함할 수도 있다. 다만, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 흑연계 물질은 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니오브늄(Nb), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 은(Ag), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 및 비스무트(Bi)로 이루어진 군에서 선택되는 중 1 종 이상을 포함할 수도 있다. 흑연계 물질 삽입층(30)이 상술한 혼합 물질을 포함함으로써, 이차 전지(1)의 특성이 더욱 향상될 수 있다.The graphite-based
또한, 일 예시에 따른 흑연계 물질 삽입층(30)은 바인더를 포함할 수 있다. 예를 들어 바인더는 폴리불화비닐리덴(PvDF), 폴리비닐알코올(PVA) 또는 공중합체 폴리비닐알코올-폴리아크릴산(copolymers PVA-PAA) , 카르복실 메틸 셀룰로즈(carboxymethyl cellulose, CMC), 스타이렌 부타디엔 러버(styrene-butadiene rubber, SBR) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 예로서, 흑연계 물질 삽입층(30)이 바인더를 포함하는 경우, 흑연계 물질 삽입층(30)이 고체 전해질층(40) 상에 안정적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 흑연계 물질 삽입층(30)이 바인더를 포함하지 않는 경우, 흑연계 물질 삽입층(30)이 고체 전해질층(40)으로부터 쉽게 이탈될 수 있다. 고체 전해질층(40)으로부터 흑연계 물질 삽입층(30)의 일부가 이탈한 경우, 고체 전해질층(40)이 금속층(23)에 노출될 수 있기 때문에, 단락이 발생할 수 있다. 일 예로서, 흑연계 물질 삽입층(30)이 바인더를 포함하는 경우, 바인더의 함량은 흑연계 물질 삽입층(30)의 총 중량을 기준으로 1 내지 10 중량 % 정도일 수 있다. 바인더의 함량이 1 중량 % 미만이 되는 경우, 막의 강도가 충분하지 않고, 특성이 저하될 뿐만 아니라 처리/취급하기 어려울 수 있다. 바인더의 함량이 5 중량 %를 초과하면, 이차 전지(1)의 특성이 저하 될 수 있다. In addition, the graphite-based
흑연계 물질 삽입층(30)의 두께는 예를 들어 0.1㎛ 이상 0.3㎛ 이하일 수 있다. 흑연계 물질 삽입층(30)의 두께가 0.1㎛ 미만이 되는 경우, 이차 전지(1)의 특성이 충분히 개선되지 않을 가능성이 있다. 흑연계 물질 삽입층(30)의 두께가 0.3㎛를 초과 할 경우, 흑연계 물질 삽입층(30)의 저항 값이 높아 결과적으로 이차 전지(1)의 특성이 충분히 개선되지 않을 수 있다. 앞서 언급한 바인더를 사용하면, 이차 전지(1)의 특성이 개선될 수 있는 흑연계 물질 삽입층(30)의 두께를 적정 수준으로 용이하게 확보할 수 있다.The thickness of the graphite-based
일 예시에 따른 고체 전해질층(40)은 양극층(10) 및 음극층(20) 사이에 배치될 수 있다. 일 예로서, 고체전해질층(40)은 Li3+xLa3M2O12 (0≤x≤10), Li3PO4, LixTiy(PO4)3 (0<x<2, 0<y<3), LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li1+x+y(Al-a, Ga1-a)x(Ti-b, Ge1-b)2-xSiyP3-yO12(O≤x≤1, O≤y≤1, 0≤a≤1, and 0≤b≤1), LixLayTiO3 (0<x<2, 0<y<3), LixMyPzSw(M = Ge, Si, Sn, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), LixNy (0<x<4, 0<y<2), LixPOyNz (0<x<4, 0<y<5, 0<z<4), SiS2(LixSiySz, 0<x<3,0<y<2, 0<z<4), P2S5(LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7), Li2O, LiF, LiOH, Li2CO3, LiAlO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2, LixLayMzO12(M = Te, Nb, Zr 중 하나 이상, 1<x<5, 0<y<4, 0<z<4), LixLayZrz1Mz2O12(M = B, Si,Al, Ga, Ge, Te,Nb,Hf,Ta,Ru,W,Re 중 하나 이상, 1<x<5, 0<y<4, 0<z1<4, 0<z2<4) 등과 같은 고체 전해질 물질을 포함할 수 있다. The
상술한 바와 같이, 고체전해질층(40)은 양극층(10)과 음극층(20) 사이에 이온의 전도가 가능하도록 이온 전도성 물질을 포함하거나, 이온 전도성 물질과 함께 이온 비전도성 물질을 포함할 수도 있다. 또한, 이때, 고체전해질층(40)은 양극층(10)과 음극층(20)을 물리적 또는 화학적으로 분리하는 분리막으로서 사용될 수 있다. 일 예로서, 고체 전해질층(40)의 두께는 약 10㎛이상 약 250㎛이하, 예를 들어, 약 20 μm이상 약 225 μm이하, 약 40 μm 이상 약 200 μm이하, 약 60 μm 이상 약 175 μm 이하, 약 80 μm 이상 약 150 μm 이하, 또는 약 100 μm 이상 약 125 μm이하일 수 있다. 다만, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니다.As described above, the
또한 고체 전해질층(40)은 바인더를 더 포함할 수도 있다. 고체 전해질층(40)에 포함되는 바인더는, 예를 들면, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 폴리 테트라 플루오로 에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리 불화 비닐 리덴(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌 (polyethylene) 중 하나 이상일 수 있다. 다만 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 고체 전해질층(40)의 바인더는 양극 활물질층(12) 또는 흑연계 물질 삽입층(30)의 바인더와 동일하거나 상이할 수도 있다.In addition, the
도 6a 내지는 도 6g는 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 개략적으로 도시한 개략도이다.6A to 6G are schematic diagrams schematically illustrating a method of manufacturing a secondary battery according to an exemplary embodiment.
도 6a를 참조하면, 일 실시예에 따른 고체 전해질층(40)은 LLZO계 세라믹스(LixLayZrzO12(1<x<5, 0<y<4, 0<z<4))를 이용하여 형성될 수 있다. 일 예로서, 출발 원료(예를 들어, 질산리튬, 질산란타늄 및 지르코늄 옥시클로라이드 등)를 소정량 혼합하고, 펠렛(pellet) 상으로 만든 다음, 이를 진공 상태에서 소정의 반응 온도에서 반응시킨 후, 급냉하여 LLZO계 고체 전해질 재료를 제조할 수 있다. 예를 들어 기계적 밀링법을 사용하는 경우, 볼밀 등을 이용하여 출발 원료(예를 들어, 질산리튬, 질산란타늄 및 지르코늄 옥시클로라이드 등)을 교반시켜 반응시킴으로써, LLZO계 고체 전해질 재료를 제조할 수 있다. 또한, 기계적 밀링법의 교반 속도 및 교반 시간은 특별히 한정되지 않지만, 교반 속도가 빠를수록 LLZO계 고체 전해질 재료의 생성 속도를 빠르게 할 수 있으며, 교반 시간이 길수록 LLZO계 고체 전해질 재료로의 원료의 전환율을 높일 수 있다. Referring to FIG. 6A , the
일 예로서, 기계적 밀링법을 사용하는 경우, 출발 원료는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)에서 200rpm의 교반 속도와 10시간의 교반 시간 동안 교반이 이루어질 수 있다. 교반이 완료된 혼합물을 건조시킨 후, 약 1000℃의 온도에서 2시간 내지 4시간동안 하소(calcine) 과정을 수행한다. 하소된 LLZO계 파우더에 50MPa의 압력을 인가하여 펠렛(pellet) 상으로 만든 다음 약 1200℃의 온도에서 1시간 내지 24시간 동안 소결과정을 수행한 후, 급냉하여 LLZO계 고체 전해질 재료를 제조할 수 있다.As an example, when using the mechanical milling method, the starting material may be stirred in isopropyl alcohol (isopropyl alcohol) for a stirring speed of 200 rpm and a stirring time of 10 hours. After the stirred mixture is dried, a calcine process is performed at a temperature of about 1000° C. for 2 to 4 hours. After applying a pressure of 50 MPa to the calcined LLZO-based powder to form a pellet, the sintering process is performed at a temperature of about 1200° C. for 1 to 24 hours, and then quenched to prepare an LLZO-based solid electrolyte material. have.
그 후, 용융 급냉법 또는 기계적 밀링법에 의해 얻어진 혼합 원료를 소정 온도에서 열처리한 후, 분쇄하여 입자 형상의 고체 전해질을 제조할 수 있다. 고체 전해질이 유리 전이 특성을 가지는 경우는 열처리에 의해 비정질에서 결정질로 바뀌는 경우가 있다.Thereafter, the mixed raw material obtained by the melt quenching method or the mechanical milling method is heat-treated at a predetermined temperature, and then pulverized to prepare a particulate solid electrolyte. When a solid electrolyte has a glass transition characteristic, it may be changed from amorphous to crystalline by heat treatment.
이어, 상기 방법으로 얻어진 고체 전해질을, 예를 들면, 에어로졸 증착(aerosol deposition) 법, 콜드 스플레이(cold spray) 법(상온20 °C), 스퍼터링 법 등의 공지의 성막법을 이용하여 증착함으로써, 고체 전해질층(40)을 제작할 수 있다. 또한, 고체 전해질층(40)은 복수 개의 고체 전해질 입자를 가압하여 제작할 수 있다. 또한, 고체 전해질층(40)은 고체 전해질과 용매, 바인더를 혼합하여 도포하고 건조 및 가압하여 고체 전해질층(40)을 제작할 수 있다.Then, the solid electrolyte obtained by the above method is deposited using a known film formation method such as, for example, an aerosol deposition method, a cold spray method (at
도 6b를 참조하면, 다음으로 고체 전해질층(40)의 양쪽 면을 기계적으로 연마하여 깨끗하고 평평한 표면을 생성할 수 있다. 일 예로서, 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 샌드 페이퍼(sand paer)를 이용하여 약 30초 내지 약 2분 동안, 고체 전해질층(40)의 양쪽 면을 기계적으로 연마할 수 있다. Referring to FIG. 6B , next, both surfaces of the
도 6c를 참조하면, 다음으로 고체 전해질층(40)을 산처리(acidic treatment)후 건조시킬 수 있다. 일 예로서, 고체 전해질층(40)은 인산 용액(H3PO4)에 5분동안 산처리를 진행할 수 있다. 이후, 고체 전해질층(40)에 에탄올을 도포한 후 자연 건조시킬 수 있다.Referring to FIG. 6C , the
도 6d를 참조하면, 다음으로 일 실시예에 따른 흑연계 물질 삽입층(30)을 고체 전해질층(40)의 일면에 도포한다. 일 예시에 따르면, 흑연계 물질 삽입층(30)에 포함되는 흑연계 물질은 흑연계 물질의 결정질의 크기(La)가 1095 이며, c축 방향의 육각망면 면간격(Lc)이 607 일 수 있다. 예를 들어 일 실시예에 따른 흑연계 물질 삽입층(30)은 흑연계 물질(STAEDLER社의 HB 모델)로부터 입수할 수 있다. 일 예시에 따르면, 흑연계 물질 삽입층(30)은 드로잉(drawing) 방식으로 고체 전해질층(40)의 일면에 코팅되거나 잉크 코팅 방식을 이용하여 고체 전해질층(40)의 일면에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 6D , next, the graphite-based
도 6e를 참조하면, 다음으로 음극 집전체(21)와 금속층(22)이 접합된 적층체를 상기 흑연계 물질 삽입층(30)상에 부착한다. 일 예시에 따르면, 구리(Cu)를 포함한 박판 형태의 음극 집전체(21)에 금속 호일(foil)형태의 금속층(22)을 접합한다. 이때, 금속층(22)은 리튬 호일 또는 리튬 합금 호일일 수 있다. 음극 집전체(21)와 금속층(22)이 접합된 적층체는 흑연계 물질 삽입층(30) 상에 부착된다. 일 예로서, 음극 집전체(21)와 금속층(22)이 접합된 적층체는 냉간 정수압 프레스(Cold Isostatic Press) 공정에 의해 흑연계 물질 삽입층(30) 상에 부착될 수 있다. 이때, 가압 공정은 20 °C 에서 250MP의 압력으로 3분동안 진행될 수 있다. Referring to FIG. 6E , a laminate in which the negative electrode
도 6f를 참조하면, 다음으로 양극층(10)이 고체 전해질층(40)의 다른 일면에 부착시킬 수 있다. 일 예시에 따르면, 양극 활물질층(12)을 구성하는 재료(양극 활물질 NCM-111, 바인더 등)을 이온계 전해질 용액에 함침시켜 제작한다. 이어서, 얻어진 활물질 재료를 양극 집전체(11) 상에 도포하고 건조한다. 이어서, 얻어진 적층체를 가압(예를 들어, 정수압을 이용한 가압)하는 것으로, 양극층(10)을 제작한다. 가압 공정은 생략해도 좋다. 양극 활물질층(12)을 구성하는 재료의 혼합물을 펠렛(pellet) 형태로 압밀화(密化) 성형하거나 시트 형태로 늘리는(성형) 것으로 양극층(10)을 제작한다. 이러한 방법으로 양극층(10)을 제작하는 경우, 양극 집전체(11)는 생략할 수 있다. 생성된 양극층(10)은 고체 전해질층(40)의 다른 일면에 가압 공정을 이용하여 부착시킬 수 있다.Referring to FIG. 6f , the
도 6g를 참조하면, 다음으로 음극층(20), 흑연계 물질 삽입층(30), 고체 전해질층(40) 및 양극층(10)을 진공 상태에서 라미네이팅 필름(50)에 봉인하여 일 실시예에 따른 이차 전지를 제작할 수 있다. 여기서 양극 집전체(11)와 음극 집전체(21)의 각 부분을 배터리의 진공을 깨지 않도록 라미네이트 필름에서 밖으로 돌출시킬 수 있다. 이러한 돌출부는 양극층 단자 및 음극층 단자일 수 있다.Referring to FIG. 6G, next, the
도 7은 일 실시예에 따른 이차 전지와 비교예 1 에 따른 이차 전지의 출력 특성을 보여주는 그래프이다. 도 8은 일 실시예에 따른 이차 전지의 충방전 특성을 보여주는 그래프이다. 도 8에 도시 된 바와 같이. 사이클 1 및 사이클 18에서의 면적 용량(areal capacity)은 사이클 1 및 사이클 18에서 유지됨을 확인할 수 있다.7 is a graph showing output characteristics of a secondary battery according to an embodiment and a secondary battery according to Comparative Example 1. Referring to FIG. 8 is a graph showing charge/discharge characteristics of a secondary battery according to an exemplary embodiment. As shown in Figure 8. It can be seen that the areal capacity in
일 실시예에 따른 이차 전지(1)은 흑연계 물질 삽입층(30)의 충전 용량을 초과하여 충전한다. 즉, 흑연계 물질 삽입층(30)을 과충전한다. 충전 초기에는 흑연계 물질 삽입층(30)에 리튬을 흡장된다. 흑연계 물질 삽입층(30)의 용량을 초과하여 충전이 이루어지면 금속층(22) 중에 (또는 금속층(22)상에) 리튬이 석출된다. 방전시에는 흑연계 물질 삽입층(30) 및 금속층(22) 중 (또는 금속층(22)상)의 리튬이 이온화되고 양극층(10) 쪽으로 이동한다. 따라서 이차 전지(1)는 리튬을 음극 활물질로 사용할 수 있다. 또한, 흑연계 물질 삽입층(30)은 금속층(22)을 피복하기 때문에, 금속층(22)의 보호층 역할을 하는 동시에, 덴드라이트(dendrite)의 석출 성장을 억제할 수 있다. 이는 이차 전지(1)의 단락 및 용량 저하가 억제할 수 있고, 나아가 이차 전지(1)의 특성을 향상시킬 수 있다. The
(1. 실시예 1) (1. Example 1)
실시예 1에서는 도 6a 내지 도 6g를 참조한 공정에 의해 실시예 1에 따른 이차 전지를 제작할 수 있다.In Example 1, the secondary battery according to Example 1 may be manufactured by the process with reference to FIGS. 6A to 6G.
(2. 비교예 1)(2. Comparative Example 1)
비교예 1 에서, 흑연계 물질 삽입층(30)은 흑연계 물질로서, 순수 흑연 입자(bare graphite) 물질을 포함한다. 순수 흑연 입자(bare graphite) 물질의 결정질의 크기(La)와, c축 방향의 육각망면 면간격(Lc)은 측정되지 않는다. 상술한 흑연계 물질을 포함하는 흑연계 물질 삽입층(30)을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차 전지를 제작하여 시험을 실시했다. In Comparative Example 1, the graphite-based
(3. 충방전 시험) (3. Charge/discharge test)
상술한 바와 같은 실시예 1 및 비교예 1 의 이차 전지의 충방전 특성을 다음의 충방전 시험에 의해 평가했다. 충방전 시험은 이차 전지를 60℃의 항온조에 넣어서 수행했다. 제 1 사이클 내지 제6 사이클은 배터리 전압이 4.2V가 될 때까지 0.5 mA/cm2의 정전류로 충전하고, 4.2V의 정전압 충전을 실시했다. 그 후 이차 전지 전압이 2.8V가 될 때까지 0.5 mA/cm2의 정전류로 방전을 실시했다. 제 7 사이클 내지 제11 사이클은 배터리 전압이 4.2V가 될 때까지 1.0 mA/cm2의 정전류로 충전하고, 4.2V의 정전압 충전을 실시했다. 그 후 이차 전지 전압이 2.8V가 될 때까지 1.0 mA/cm2의 정전류로 방전을 실시했다. 제 12 사이클 내지 제16 사이클은 배터리 전압이 4.2V가 될 때까지 1.6 mA/cm2의 정전류로 충전하고, 4.2V의 정전압 충전을 실시했다. 그 후 이차 전지 전압이 2.8V가 될 때까지 1.6 mA/cm2의 정전류로 방전을 실시했다. 제 17 사이클 내지 제18 사이클은 배터리 전압이 4.2V가 될 때까지 2.0 mA/cm2의 정전류로 충전하고, 4.2V의 정전압 충전을 실시했다. The charge/discharge characteristics of the secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1 as described above were evaluated by the following charge/discharge tests. The charge/discharge test was performed by putting the secondary battery in a constant temperature bath at 60°C. The first cycle to the sixth cycle were charged with a constant current of 0.5 mA/cm 2 until the battery voltage reached 4.2V, and constant voltage charging of 4.2V was performed. Then, discharge was performed with a constant current of 0.5 mA/cm 2 until the secondary battery voltage reached 2.8 V. In the 7th cycle to the 11th cycle, it was charged with a constant current of 1.0 mA/cm 2 until the battery voltage became 4.2V, and constant voltage charging of 4.2V was performed. Then, discharge was performed with a constant current of 1.0 mA/cm 2 until the secondary battery voltage reached 2.8 V. In the 12th cycle to the 16th cycle, it was charged with a constant current of 1.6 mA/cm 2 until the battery voltage reached 4.2V, and constant voltage charging of 4.2V was performed. Then, discharge was performed with a constant current of 1.6 mA/cm 2 until the secondary battery voltage reached 2.8 V. The 17th to 18th cycles were charged with a constant current of 2.0 mA/cm 2 until the battery voltage reached 4.2V, and constant voltage charging of 4.2V was performed.
도 7및 도 8을 참조하면, 실시예 1의 경우 18 사이클 이상 안정적인 충방전이 가능하였고, 에너지 효율 또한 비교예 1 보다 우수함을 확인할 수 있다.7 and 8, in the case of Example 1, stable charging and discharging was possible for 18 cycles or more, and it can be confirmed that the energy efficiency is also superior to that of Comparative Example 1.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도면을 참조하여 설명한 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법은 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 구체적인 예로, 이차 전지가 아닌 전고체 이차 전지를 구성하거나, 부분적으로 액체 전해질을 사용하는 이차 전지를 구성할 수 있고, 리튬 전지가 아닌 다른 전지에도 본원의 사상 및 원리를 적용할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다. Although many matters have been specifically described in the above description, they should be construed as examples of specific embodiments rather than limiting the scope of the invention. For example, those skilled in the art will appreciate that the secondary battery and the method of manufacturing the secondary battery described with reference to the drawings may be variously changed. As a specific example, it can be seen that an all-solid secondary battery other than a secondary battery can be configured, a secondary battery using a partially liquid electrolyte can be configured, and the spirit and principle of the present application can be applied to other batteries other than lithium batteries. There will be. Therefore, the scope of the invention should not be determined by the described embodiments, but should be determined by the technical idea described in the claims.
1: 이차 전지
10: 양극층
11: 양극 집전체
12: 양극 활물질층
20: 음극층
21: 음극 집전체
22: 금속층
23: 금속층
30: 흑연계 물질 삽입층
40: 고체 전해질층1: secondary battery
10: anode layer
11: positive current collector
12: positive electrode active material layer
20: cathode layer
21: negative electrode current collector
22: metal layer
23: metal layer
30: graphite-based material insertion layer
40: solid electrolyte layer
Claims (22)
음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 배치되는 금속층을 포함하는 음극층; 및
상기 양극층 및 상기 음극층 사이에 배치되는 고체 전해질층; 및
상기 고체 전해질층 및 상기 음극층 사이에 배치되는 흑연계 물질 삽입층(graphite-based interlayer);을 포함하며,
상기 흑연계 물질 삽입층은 흑연계 물질을 포함하며,
상기 흑연계 물질에 포함된 흑연계 물질의 결정질은,
엑스선 회절법을 이용한 110회절선에 의해 측정되는 결정질의 크기(La)가 1000 이상 1500 이하이며,
엑스선 회절법을 이용한 002회절선에 의해 측정되는 c축 방향의 육각망면 면간격 (Lc)이 500 이상 800 이하 이며,
종횡비(aspect ratio)가 0.44이상 0.55이상인,
이차 전지.a positive electrode layer including a positive electrode active material layer;
a negative electrode layer comprising a negative electrode current collector and a metal layer disposed on the negative electrode current collector; and
a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer; and
Includes; a graphite-based interlayer disposed between the solid electrolyte layer and the negative electrode layer;
The graphite-based material insertion layer includes a graphite-based material,
The crystallinity of the graphite-based material included in the graphite-based material is,
The crystallite size (La) measured by 110 diffraction rays using X-ray diffraction is 1000 more than 1500 is below,
Hexagonal plane spacing (Lc) in the c-axis direction measured by 002 diffraction ray using X-ray diffraction method is 500 more than 800 is below,
An aspect ratio of 0.44 or more and 0.55 or more,
secondary battery.
상기 금속층은 리튬 또는 리튬 합금 중 하나 이상을 포함하는,
이차 전지.2. The method of claim 1
The metal layer comprises at least one of lithium or a lithium alloy,
secondary battery.
상기 흑연계 물질 삽입층은 철(Fe), 지르코늄(Zr), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 또는 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 중 1 종 이상을 더 포함하는
이차 전지.According to claim 1,
The graphite-based material insertion layer includes iron (Fe), zirconium (Zr), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), silicon (Si), silver (Ag), aluminum (Al), and bismuth (Bi). ), tin (Sn) or zinc (Zn) further comprising at least one selected from the group consisting of
secondary battery.
상기 양극 활물질층은 리튬 코발트 산화물(이하, LCO 라 칭함), 니켈 산 리튬(Lithium nickel oxide), 니켈 코발트 산 리튬(lithium nickel cobalt oxide), 니켈 코발트 알루미늄 산 리튬(이하, NCA 라 칭함), 니켈 코발트 망간 산 리튬(이하, NCM이라 칭함), 망간 산 리튬(lithium manganate), 인산 철 리튬(lithium iron phosphate) 중 하나 이상을 포함하는
이차 전지.The method of claim 1,
The positive active material layer includes lithium cobalt oxide (hereinafter referred to as LCO), lithium nickel oxide, lithium nickel cobalt oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide (hereinafter referred to as NCA), nickel Lithium cobalt manganate (hereinafter referred to as NCM), lithium manganate, lithium iron phosphate containing at least one
secondary battery.
상기 양극 활물질층은 LiNixCoyAlzO2 (NCA) 또는 LiNixCoyMnzO2 (NCM) (여기서 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1 및 x + y+ z = 1) 주 ㅇ하나 이상을 포함하는
이차 전지.5. The method of claim 4,
The positive active material layer is LiNi x Co y Al z O 2 (NCA) or LiNi x Co y Mn z O 2 (NCM) (where 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1 and x + y+z = 1) Note ㅇIncluding one or more
secondary battery.
상기 고체 전해질층은 Li3+xLa3M2O12 (0≤x≤10), Li3PO4, LixTiy(PO4)3 (0<x<2, 0<y<3), LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li1+x+y(Ala, Ga1-a)x(Tib, Ge1-b)2-xSiyP3-yO12(O≤x≤1, O≤y≤1, 0≤a≤1, 및 0≤b≤1), LixLayTiO3 (0<x<2, 0<y<3), LixMyPzSw(M = Ge, Si, Sn 중 하나 이상, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), LixNy (0<x<4, 0<y<2), LixPOyNz (0<x<4, 0<y<5, 0<z<4), LixSiySz, 0<x<3,0<y<2, 0<z<4), LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7), Li2O, LiF, LiOH, Li2CO3, LiAlO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2, LixLayMzO12(M = Te, Nb, Zr 중 하나 이상, 1<x<5, 0<y<4, 0<z<4) 중 하나 이상의 고체 전해질 물질을 포함하는
이차 전지.2. The method of claim 1
The solid electrolyte layer is Li 3+x La 3 M 2 O 12 (0≤x≤10), Li 3 PO 4 , Li x Ti y (PO 4 ) 3 (0<x<2, 0<y<3) , Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li 1+x+y (Al a , Ga 1-a ) x (Ti b , Ge 1-b ) 2-x Si y P 3-y O 12 (O≤x≤1, O≤y≤1, 0≤a≤1, and 0≤b≤1), Li x La y TiO 3 (0<x<2, 0<y<3), Li x M y P z S w (M = at least one of Ge, Si, Sn, 0<x<4, 0<y<1, 0<z <1, 0<w<5), Li x N y (0<x<4, 0<y<2), Li x PO y N z (0<x<4, 0<y<5, 0<z) <4), Li x Si y S z , 0<x<3,0<y<2, 0<z<4), Li x P y S z , 0<x<3, 0<y<3, 0 <z<7), 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 , Li x La y M z O 12 (M = one or more of Te, Nb, Zr, 1<x<5, 0<y<4, 0<z<4) comprising a solid electrolyte material of at least one
secondary battery.
상기 고체 전해질층은 10㎛ 이상 250㎛이하의 두께를 구비하는,
이차 전지.2. The method of claim 1
The solid electrolyte layer has a thickness of 10 μm or more and 250 μm or less,
secondary battery.
상기 흑연계 물질 삽입층은 바인더(binder)를 더 포함하는
이차 전지. The method of claim 1,
The graphite-based material insertion layer further comprises a binder (binder)
secondary battery.
상기 바인더는 폴리불화비닐리덴(PvDF), 폴리비닐알코올(PVA) 또는 공중합체 폴리비닐알코올-폴리아크릴산(copolymers PVA-PAA), 카르복실 메틸 셀룰로즈(carboxymethyl cellulose, CMC), 스타이렌 부타디엔 러버(styrene-butadiene rubber, SBR) 중 하나 이상을 포함하며, 상기 바인더의 함량은 상기 흑연계 물질 삽입층의 총 중량을 기준으로 1 내지 10 중량 %인
이차 전지.9. The method of claim 8,
The binder is polyvinylidene fluoride (PvDF), polyvinyl alcohol (PVA) or copolymer polyvinyl alcohol-polyacrylic acid (copolymers PVA-PAA), carboxymethyl cellulose (CMC), styrene butadiene rubber (styrene) -butadiene rubber, SBR), and the content of the binder is 1 to 10% by weight based on the total weight of the graphite-based material insertion layer.
secondary battery.
상기 리튬 합금은 Li-Al 합금, Li-Sn 합금, Li-In 합금, Li-Ag 합금, Li-Au 합금, Li-Zn 합금, Li-Ge 합금, Li-Si 합금 중 하나 이상을 포함하는,
이차 전지.According to claim 1,
The lithium alloy comprises at least one of a Li-Al alloy, a Li-Sn alloy, a Li-In alloy, a Li-Ag alloy, a Li-Au alloy, a Li-Zn alloy, a Li-Ge alloy, a Li-Si alloy,
secondary battery.
상기 이차 전지는 리튬 전지인
이차 전지.The method of claim 1,
The secondary battery is a lithium battery
secondary battery.
상기 양극층은 상기 양극 활물질층의 일면에 배치되는 양극 집전체를 더 포함하는,
이차 전지.The method of claim 1,
The positive electrode layer further comprises a positive electrode current collector disposed on one surface of the positive electrode active material layer,
secondary battery.
상기 흑연계 물질 삽입층은 0.1㎛ 이상 0.3㎛ 이하의 두께를 구비하는
이차 전지.
The method of claim 1,
The graphite-based material insertion layer having a thickness of 0.1 μm or more and 0.3 μm or less
secondary battery.
상기 고체 전해질층의 표면을 기계적 밀링으로 처리하는 단계;
산화 가스를 상기 고체 전해질층에 접촉시켜 상기 고체 전해질층을 산화시키는 단계;
산화된 상기 고체 전해질층을 자연 건조시키는 단계;
상기 고체 전해질층의 일면에 흑연계 물질 삽입층을 코팅하는 단계;
상기 고체 전해질층의 일면에 금속층 및 음극 집전체이 접합된 적층체를 배치시키는 단계;
상기 고체 전해질층의 다른 일면에 양극 활물질을 포함하는 양극층을 배치시키는 단계;를 포함하며,
상기 흑연계 물질 삽입층에 포함된 흑연계 물질의 결정질은
엑스선 회절법을 이용한 110회절선에 의해 측정되는 결정질의 크기 (La)가 1000이상 1500 이하이며,
엑스선 회절법을 이용한 002회절선에 의해 측정되는 c축 방향의 육각망면 면간격 (Lc)이 500 이상 800 이하이며,
종횡비(aspect ratio)가 0.44이상 0.55이상인,
이차 전지의 제조 방법.disposing a solid electrolyte layer;
treating the surface of the solid electrolyte layer by mechanical milling;
oxidizing the solid electrolyte layer by contacting an oxidizing gas to the solid electrolyte layer;
naturally drying the oxidized solid electrolyte layer;
coating a graphite-based material insertion layer on one surface of the solid electrolyte layer;
disposing a laminate in which a metal layer and a negative electrode current collector are bonded to one surface of the solid electrolyte layer;
disposing a positive electrode layer including a positive electrode active material on the other surface of the solid electrolyte layer;
The crystallinity of the graphite-based material included in the graphite-based material insertion layer is
The crystallite size (La) measured by 110 diffraction rays using X-ray diffraction is 1000 more than 1500 is below,
Hexagonal plane spacing (Lc) in the c-axis direction measured by 002 diffraction ray using X-ray diffraction method is 500 more than 800 is below,
An aspect ratio of 0.44 or more and 0.55 or more,
A method for manufacturing a secondary battery.
상기 흑연계 물질 삽입층의 코팅은 잉크 코팅 또는 펜슬 드로잉에 의해 이루어지는
이차 전지의 제조 방법.15. The method of claim 14,
The coating of the graphite-based material insertion layer is made by ink coating or pencil drawing.
A method for manufacturing a secondary battery.
상기 고체 전해질층의 일면에 상기 금속층 및 상기 음극 집전체가 접합된 적층체를 배치시키는 단계는 냉간 정수압 프레스(Cold Isostatic Press)에 의해 이루어지는
이차 전지의 제조 방법.15. The method of claim 14,
The step of disposing the laminate in which the metal layer and the negative electrode current collector are bonded to one surface of the solid electrolyte layer is performed by a cold isostatic press.
A method for manufacturing a secondary battery.
상기 양극 활물질층은 리튬 코발트 산화물(이하, LCO 라 칭함), 니켈 산 리튬(Lithium nickel oxide), 니켈 코발트 산 리튬(lithium nickel cobalt oxide), 니켈 코발트 알루미늄 산 리튬(이하, NCA 라 칭함), 니켈 코발트 망간 산 리튬(이하, NCM이라 칭함), 망간 산 리튬(lithium manganate), 인산 철 리튬(lithium iron phosphate) 중 하나 이상을 포함하는
이차 전지의 제조 방법.15. The method of claim 14,
The positive active material layer includes lithium cobalt oxide (hereinafter referred to as LCO), lithium nickel oxide, lithium nickel cobalt oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide (hereinafter referred to as NCA), nickel Lithium cobalt manganate (hereinafter referred to as NCM), lithium manganate, lithium iron phosphate containing at least one
A method for manufacturing a secondary battery.
상기 고체 전해질층은 Li3+xLa3M2O12 (0≤x≤10), Li3PO4, LixTiy(PO4)3 (0<x<2, 0<y<3), LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li1+x+y(Ala, Ga1-a)x(Tib, Ge1-b)2-xSiyP3-yO12(O≤x≤1, O≤y≤1, 0≤a≤1, 및 0≤b≤1), LixLayTiO3 (0<x<2, 0<y<3), LixMyPzSw(M = Ge, Si, Sn 중 하나 이상, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), LixNy (0<x<4, 0<y<2), LixPOyNz (0<x<4, 0<y<5, 0<z<4), LixSiySz, 0<x<3,0<y<2, 0<z<4), LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7), Li2O, LiF, LiOH, Li2CO3, LiAlO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2, LixLayMzO12(M = Te, Nb, Zr 중 하나 이상, 1<x<5, 0<y<4, 0<z<4) 중 하나 이상의 고체 전해질 물질을 포함하는
이차 전지의 제조 방법.15. The method of claim 14,
The solid electrolyte layer is Li 3+x La 3 M 2 O 12 (0≤x≤10), Li 3 PO 4 , Li x Ti y (PO 4 ) 3 (0<x<2, 0<y<3) , Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li 1+x+y (Al a , Ga 1-a ) x (Ti b , Ge 1-b ) 2-x Si y P 3-y O 12 (O≤x≤1, O≤y≤1, 0≤a≤1, and 0≤b≤1), Li x La y TiO 3 (0<x<2, 0<y<3), Li x M y P z S w (M = at least one of Ge, Si, Sn, 0<x<4, 0<y<1, 0<z <1, 0<w<5), Li x N y (0<x<4, 0<y<2), Li x PO y N z (0<x<4, 0<y<5, 0<z) <4), Li x Si y S z , 0<x<3,0<y<2, 0<z<4), Li x P y S z , 0<x<3, 0<y<3, 0 <z<7), 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 , Li x La y M z O 12 (M = one or more of Te, Nb, Zr, 1<x<5, 0<y<4, 0<z<4) comprising a solid electrolyte material
A method for manufacturing a secondary battery.
상기 금속층은 리튬 또는 리튬 합금 중 하나 이상을 포함하는,
이차 전지의 제조 방법.15. The method of claim 14,
The metal layer comprises at least one of lithium or a lithium alloy,
A method for manufacturing a secondary battery.
상기 양극층은 상기 양극 활물질층의 일면에 배치되는 양극 집전체를 더 포함하는,
이차 전지의 제조 방법.15. The method of claim 14,
The positive electrode layer further comprises a positive electrode current collector disposed on one surface of the positive electrode active material layer,
A method for manufacturing a secondary battery.
상기 흑연계 물질 삽입층은 철(Fe), 지르코늄(Zr), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 또는 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 중 1 종 이상을 더 포함하는
이차 전지의 제조 방법.15. The method of claim 14,
The graphite-based material insertion layer includes iron (Fe), zirconium (Zr), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), silicon (Si), silver (Ag), aluminum (Al), and bismuth (Bi). ), tin (Sn) or zinc (Zn) further comprising at least one selected from the group consisting of
A method for manufacturing a secondary battery.
상기 흑연계 물질 삽입층은 0.1㎛ 이상 0.3㎛ 이하의 두께를 구비하는
이차 전지의 제조 방법.15. The method of claim 14,
The graphite-based material insertion layer having a thickness of 0.1 μm or more and 0.3 μm or less
A method for manufacturing a secondary battery.
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