KR20220096862A - 전고체 전지 - Google Patents

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KR20220096862A
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황영진
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김은혁
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Abstract

본 발명의 일 실시형태에 따른 전고체 전지는 고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 적층된 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극을 포함하는 전극 조립체; 상기 제1 내부 전극과 연결되는 제1 외부 전극; 및 상기 제2 내부 전극과 연결되는 제2 외부 전극;을 포함하고, 상기 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극은 동일한 활물질을 포함하며, 상기 활물질은 올리빈(Olivine)형 결정 구조를 가지는 화합물을 포함할 수 있다.

Description

전고체 전지 {ALL SOLID STATE BATTERY}
본 발명은 전고체 전지에 관한 것이다.
최근 전기를 에너지원으로 사용하는 장치가 늘어나고 있다. 스마트폰, 캠코더, 노트북 PC 및 전기 자동차 등 전기를 사용하는 적용분야가 확대되면서 전기 화학 소자를 이용한 전기 저장 소자에 대한 관심이 높아지고 있다. 다양한 전기 화학 소자 중에서도 충·방전이 가능하고, 작동 전압이 높으며, 에너지 밀도가 월등히 큰 리튬 이차 전지가 각광을 받고 있다.
리튬 이차 전지는 양극 및 음극에 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 적용하고, 상기 양극과 음극 사이에 액체 전해질을 주입시켜 제조되며, 상기 음극 및 양극에서의 리튬 이온의 삽입 및 탈리에 따른 산화 환원반응에 의해 전기가 생성 또는 소비된다. 이러한 리튬 이차전지는 기본적으로 전지의 작동 전압 범위에서 안정해야 하고, 충분히 빠른 속도로 이온을 전달할 수 있는 성능을 가져야 한다.
이러한 리튬 이차 전지에 비수성 전해액과 같은 액체 전해질을 사용하는 경우 방전용량 및 에너지밀도가 큰 장점이 있다. 그러나 리튬 이차 전지는 고전압의 구현이 어려우며, 전해액 누출, 화재 및 폭발의 위험성이 높은 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 액체 전해질 대신 고체 전해질을 적용한 이차 전지가 대안으로 제시되고 있다. 고체 전해질은 폴리머계 고체 전해질과 세라믹계 고체 전해질로 구분될 수 있으며, 이 중 세라믹계 고체 전해질은 높은 안정성을 나타내는 장점이 있다. 하지만, 세라믹계 고체 전해질을 사용하는 고체 전지의 경우 높은 계면 저항으로 인해 효율이 저하되는 문제점이 있으며, 충방전을 반복하는 과정에서 수축 및 팽창이 반복되어 전지 자체의 수명이 짧아지는 문제점이 있다.
본 발명의 여러 목적 중 하나는 낮은 계면 저항을 가지는 전고체 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 여러 목적 중 하나는, 충방전을 반복하여도 용량 저하를 억제할 수 있는 전고체 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전고체 전지는 고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 적층된 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극을 포함하는 전극 조립체; 상기 제1 내부 전극과 연결되는 제1 외부 전극; 및 상기 제2 내부 전극과 연결되는 제2 외부 전극;을 포함하고, 상기 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극은 동일한 활물질을 포함하며, 상기 활물질은 올리빈(Olivine)형 결정 구조를 가지는 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 여러 효과 중 전고체 전지의 계면 저항을 낮출 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 여러 효과 중 하나는 전고체 전지의 충방전을 반복하여도 용량 저하를 억제할 수 있는 것이다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전고체 전지를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 전극조립체의 사시도이다.
도 3은 도 1의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전고체 전지의 전극 조립체를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 대한 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이는 본 명세서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시예의 다양한 변경 (modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물 (alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 사용될 수 있다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명할 수 있다.
본 명세서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징 (예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, "A 및/또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 및/또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 및 B 중 하나 또는 그 이상"은, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
도면에서, X 방향은 제1 방향, L 방향 또는 길이 방향, Y 방향은 제2 방향, W 방향 또는 폭 방향, Z 방향은 제3 방향, T 방향 또는 두께 방향으로 정의될 수 있다.
본 발명은 전고체 전지(100)에 관한 것이다. 도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전고체 전지(100)을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)은 고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 적층된 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극을 포함하는 전극 조립체; 상기 제1 내부 전극과 연결되는 제1 외부 전극; 및 상기 제2 내부 전극과 연결되는 제2 외부 전극;을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극은 동일한 활물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 활물질은 올리빈(Olivine)형 결정 구조를 가지는 화합물을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 「올리빈형 결정 구조(Olivine structure)」를 가지는 화합물이란, ABO4 구조를 가지는 화합물을 의미할 수 있다. 올리빈형 결정 구조를 가지는 화합물은 안정적인 구조를 가지고 있어 우수한 구조적 안정성을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 전고체 전지는 상기 활물질이 올리빈형 결정 구조를 가지는 화합물을 포함하여 가역적인 충방전 사이클의 구현이 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지는 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극이 동일한 활물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극이 동일한 활물질을 포함한다는 것은, 동일한 화합물을 활물질 중 일부로 포함하는 것 만을 의미하는 것이 아니며, 실질적으로 동일한 화합물을 활물질로 포함하는 것을 의미할 수 있다. 상기 「실질적으로」 동일한 활물질을 포함한다는 것은, 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극을 구성하는 성분 중 서로 상이한 성분의 평균 함량이 10 몰% 이하인 것을 의미할 수 있다. 상기 평균 함량은 전고체 전지의 중심에서 가장 가까운 내부 전극에서 길이 방향으로 같은 간격의 10곳에서 채취한 시료의 함량의 평균을 의미할 수 있다. 본 발명에 따른 전고체 전지는 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극이 동일한 활물질을 가지므로, 양극과 음극의 구별이 없는 무극성 전지의 구현이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 전고체 전지의 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
LixMyM'1-yPO4
상기 화학식 1에서, 0.1≤x≤2, 0≤y≤1이고, M 과 M'은 서로 독립적으로 철(Fe), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 예시에서, 전고체 전지의 활물질은 나시콘(Nasicon)계 화합물을 포함할 수 있다. 상기 나시콘(Nasicon)계 화합물은 Na1+xZr2Si2P3-xO12 (0≤x≤3)의 조성을 기초로 하는 화합물로, Na 대신 Li 이온이 위치할 수 있다. 상기 나시콘계 화합물은 Zr 대신 Al, Ti, Ge, V 등이 치환되어 있을 수 있다.
하나의 예시에서, 전고체 전지의 활물질은 리튬 바나듐 포스페이트를 포함할 수 있다. 상기 리튬 바나듐 포스페이트는 LixV2(PO4)3, (1
Figure pat00001
x
Figure pat00002
5)인 성분을 의미할 수 있다. 상기 리튬 바나듐 포스페이트는 인산기의 강한 결합력으로 인해 구조적 안정성 향상되고 반복적인 충/방전 사이클에도 안정적인 성능을 발휘할 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 활물질은 도전재 및 바인더를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 도전재로는 본 발명의 전고체 전지(100)에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는, 상기 활물질과 도전재 등의 결합력을 향상시키기 위해 사용할 수 있다. 상기 바인더는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무 및 다양한 공중합체 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에서, 전고체 전지의 제1 내부 전극은 제1 집전체 및 활물질을 포함하고, 제2 내부 전극은 제2 집전체 및 활물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 집전체 및 제2 집전체는 동일한 구성을 사용할 수 있다. 상기 제1 및 제2 내부 전극은, 예를 들어 상기 제1 및 제2 집전체의 제3 방향의 양면에 활물질이 배치된 구조를 가질 수 있다.
상기 활물질은 제1 집전체 및 제2 집전체의 표면에 활물질층을 형성할 수 있다. 상기 활물질층의 평균 두께는 5 μm 이하일 수 있다. 상기 활물질층의 평균 두께는 전고체 전지의 중심을 지나고 X축에 수직인 절단면 상에서 가장 중심에 위치하는 활물질층에 대하여 폭 방향으로 같은 간격의 10곳에서 측정한 값의 산술 평균일 수 있다. 상기 활물질층의 평균 두께의 하한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 0.01 μm 이상일 수 있다.
상기 제1 및 제2 집전체로는 망상 또는 메시 모양 등의 다공체를 사용할 수 있으며, 스테인레스강, 니켈, 구리, 주석, 알루미늄 등의 도전성 금속을 포함하는 다공성 금속판을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 집전체는 산화를 방지하기 위하여 내산화성의 금속 또는 합금 피막으로 피복될 수도 있다.
본 발명의 전고체 전지(100)에 적용되는 제1 및 제2 내부 전극은, 활물질을 포함하는 조성물이 구리 등의 금속을 포함하는 집전체 상에 직접 코팅 및 건조되어 제조할 수 있다. 또는 활물질 조성물이 별도의 지지체 상에 캐스팅된 다음, 이를 경화하여 제1 및 제2 내부 전극을 제조할 수 있으며, 이 경우 별도의 양극 집전체를 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 전고체 전지의 고체 전해질층은 나시콘(Nasicon)계 고체 전해질을 포함할 수 있다. 상기 나시콘(Nasicon)계 고체 전해질은 전술한 나시콘(Nasicon)계 화합물과 동일한 성분을 포함할 수 있다.
상기 나시콘(Nasicon)계 고체 전해질은 Li1+xAlxM2-x(PO4)3(LAMP) (0<x<2, M=Zr, Ti, Ge)형 화합물에 Ti가 도입된 Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 (0<x<1)의 리튬-알루미늄-티타늄-인산염(LATP), 과량의 리튬이 도입된 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 등 Li1+xAlxGe2-x(PO4)3 (0<x<1)로 표시되는 리튬-알루미늄-게르마늄-인산염 (LAGP) 및/또는 LiZr2(PO4)3의 리튬-지르코늄-인산염 (LZP) 및 리튬-알루미늄-티타늄-실리콘-인산염(LATSP) 중 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 전고체 전지의 고체 전해질층은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 상기 마그네슘은 상기 고체 전해질의 소결 밀도를 높이는 역할을 하며, 고체 전해질 내의 빈 공간을 줄여 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
상기 마그네슘(Mg)은, 예를 들어 고체 전해질에 도핑된 것일 수 있다. 상기 고체 전해질은 전술한 바와 같이 인산염을 포함하는데, 고전압을 인가하는 경우 고체 전해질 내의 인산염의 산소가 상전이를 일으켜 전지 자체의 성능을 열화시킬 수 있다. 또한, 충방전 사이클을 반복하는 경우 금속 전착(deposition)으로 인해 단락이 발생할 수 있다. 본 발명에 따른 전고체 전지는 상기 마그네슘(Mg)이 도핑된 고체 전해질을 포함하여, 단락 등으로 인한 용량 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 전고체 전지의 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극은 제3 방향으로 적층되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 내부 전극은 전극 조립체의 제1 방향의 일면으로 인출되고, 상기 제2 내부 전극은 상기 전극 조립체의 제1 방향의 일면의 타면으로 인출될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 내부 전극은 전극 조립체의 제1 면 상으로 인출될 수 있으며, 상기 제2 내부 전극은 전극 조립체의 제2 면 상으로 인출될 수 있다.
본 발명의 다른 예시에서, 전고체 전지의 전극 조립체는 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극을 각각 2개 이상 포함할 수 있다. 상기 복수의 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극은 고체 전해질층을 사이에 두고 교대로 적층되어 배치될 수 있다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 복수의 제1 내부 전극과 복수의 제2 내부 전극은 고체 전해질층을 사이에 두고 교대로 적층되어 배치될 수 있다. 상기 복수의 제1 내부 전극은 전극 조립체의 제1 면으로 인출될 수 있으며, 상기 복수의 제2 내부 전극은 전극 조립체의 제2 면 상으로 인출될 수 있다. 즉, 본 예시에 따른 전고체 전지는 적층형 구조를 가질 수 있다. 본 예시와 같이 전고체 전지가 적층 구조를 가지는 경우 고용량의 구현이 가능할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 전고체 전지는 전극 조립체의 제2 방향의 양 면 및 제3 방향의 양 면 상에 절연 부재가 배치될 수 있다. 구체적으로 상기 절연 부재는 상기 전극 조립체의 제3 면, 제4 면, 제5 면 및 제6 면 상에 배치될 수 있다.
상기 절연 부재는 세라믹 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어 알루미나(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 산화 베릴륨(BeO), 질화 붕소(BN), 규소(Si), 탄화 규소(SiC), 실리카(SiO2), 질화 규소(Si3N4), 비화 갈륨(GaAs), 질화 갈륨(GaN), 티탄산바륨(BaTiO3), 이산화 지르코늄(ZrO2), 이들의 혼합물, 이러한 재료들의 산화물 및/또는 질화물, 또는 임의의 다른 적절한 세라믹 재료를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 절연 부재는 전술한 고체 전해질을 선택적으로 포함할 수 있으며, 1종 이상의 고체 전해질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 절연 부재는 기본적으로 외부의 수분 등의 침입을 방지하고, 외부로부터의 물리적, 화학적 충격을 방지하는 역할을 할 수 있다,
본 발명에 따른 전고체 전지는 제1 외부 전극 및 제2 외부 전극을 포함할 수 있다. 상기 제1 외부 전극은 전극 조립체의 제1 면 상에 배치되고, 제1 내부 전극과 접속할 수 있다. 또한, 상기 제2 외부 전극은 전극 조립체의 제2 면 상에 배치되고, 제2 내부 전극과 접속할 수 있다.
상기 제1 외부 전극(131) 및 제2 외부 전극(132)는 예를 들어 전극 조립체(110)의 제3 방향의 양 면에 각각 도전성 금속을 포함하는 단자 전극용 페이스트를 도포하여 형성하거나, 상기 도전성 페이스트를 건조시킨 건조막을 전극 조립체(110) 상에 전사한 후 이를 소성하여 형성하는 방법 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 도전성 금속은 예를 들어 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 납(Pb) 및 이들의 합금 중 하나 이상의 도전성 금속일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예시에서, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 제1 외부 전극(131)의 일부는 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향의 일면에 배치되고, 상기 제1 외부 전극(131)의 나머지 일부는 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향에 수직인 면 상에 연장될 수 있다. 또한, 제2 외부 전극(132)의 일부는 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향의 일면의 타면에 배치되고, 상기 제2 외부 전극(132)의 나머지 일부는 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향에 수직인 면 상에 연장되어 배치될 수 있다. 이 경우 상기 제1 외부 전극(131)과 제2 외부 전극(132)은 서로 전극 조립체(110)의 제3 방향에 수직인 면 상에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 연장되는 부분은 소위 밴드부로 기능할 수 있으며, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 수분 침투 방지 기능을 할 수 있다.
하나의 예시에서. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)는 제1 외부 전극(131) 및 제2 외부 전극(132) 상에 각각 배치되는 도금층(미도시)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 도금층은 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 납(Pb) 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 도금층은 단수 층 또는 복수 층형성될 수 있으며, 스퍼터 또는 전해 도금(Electric Deposition)에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
<실험예>
실험에 사용한 프로토 타입 칩은 하기와 같이 제조하였다.
고체 전해질은 Mg을 5 몰% 도핑한 Mg-doped LATP(Mg0.05-Li1.2Al0.1Ti1.85(PO4)3를 사용였으며, 평균 입경이 1 μm인 파우더에 바인더와 용매를 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 PET 필름 상에 약 20 ㎛ 두께로 도포한 후 이를 60℃ 내지 80℃의 온도에서 건조하여 전해질 시트를 제조하였다,
제조된 전해질 시트 상에 활물질/집전체/활물질을 순서대로 인쇄하였다. 사용한 활물질은 올리빈계 LVP (Li3V2(PO4)3를 사용하였으며, 카본 도전재와 바인더를 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 집전체는 평균 입경이 약 0.3㎛ 인 Ag/Pd 합금파우더를 바인더와 배합해 페이스트를 제작하였다. 상기 활물질 및 집전체를 전해질 시트 상에 인쇄한 후, 60℃ 내지 80℃의 온도에서 건조하였다.
활물질/집전체/활물질이 순서대로 인쇄된 전해질 시트를 100 kgf/㎠의 압력으로 1차 적층을 수행하였다. 각 층 적층 시, 밀착력 있는 막을 형성 후 PET를 박리해 막과 분리하였다. 완성된 적층체(stacked body)는 비닐 진공포장 후 ISO를 압착을 온도 80℃ 압력 1000kgf, 30분 유지 조건으로 진행하였다.
상기 압착된 적층체를 블레이드를 이용하여 10㎜ × 10㎜ 크기로 절단하고, 공기 분위기에서 450℃ 내지 500℃의 온도에서 42시간 동안 가소하여 유기물 바인더를 제거하였다.
가소 후 승온속도 3℃/분, 약환원-질소분위기에서 700℃ 내지 900℃의 온도에서 3시간 유지하여 소성을 진행하였다. 상기 소성이 완료된 전극 조립체의 외부 전극부에 은(Ag) 페이스트를 도포하고, 150℃의 온도에서 경화하였다.
제조된 프로토 타입 칩의 중앙부에 대한 절단면 측정 결과 내부 전해질의 두께는 약 12㎛, 집전체의 두께는 약 3.5㎛, 활물질의 두께는 약 3.5㎛로 측정되었으며, 활물질/집전체/활물질을 포함하는 내부 전극의 두께는 약 10㎛로 측정되었다. 이다. 전체 저항은 약 1.0 내지 2.5㏀ 수준으로 특정되었다.
제조된 프로토 타입 칩을 테스트하여 초기 불량을 제외하고, 정상인 칩을 기준으로 충방전 테스트를 진행하였다. 초기 불량 여부는 전체저항을 병렬 Tester기로 측정하고, 800 Ω을 기준으로 정상 및 불량을 판별하였다.
충방전 테스트는 항온 챔버에 넣고 25℃조건에서 측정하였다. 측정은 Solartron 1470E 분석기를 이용하여 0~1.6V cut off 범위, 0.1 C-rate, 0.05uA 전류 조건에서 측정하였다. 충전은 0V에서 1.6V까지 전압이 증가된 후 5시간 동안 유지하고, 3시간의 휴지 시간을 두었으며, 방전은 0.05uA 전류로 0V까지 방전한 후 3시간 휴지 시간을 두었다.
도 6 및 도 7은 상기 충방전 테스트의 결과를 나타낸 것이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 초기 충방전 시 전형적인 충/방전 곡선을 나타내었으며, 용량은 약 0.23uAh 정도로 측정되었다. 반복 사이클은 7회 진행하였으며, 재현성이 높은 용량 수준을 보이는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100: 전고체 전지
110: 전극 조립체
111: 고체 전해질층
121: 제1 내부 전극
122: 제2 내부 전극
131: 제1 외부 전극
132: 제2 외부 전극

Claims (11)

  1. 고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 적층된 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극을 포함하는 전극 조립체; 상기 제1 내부 전극과 연결되는 제1 외부 전극; 및 상기 제2 내부 전극과 연결되는 제2 외부 전극;을 포함하고,
    상기 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극은 동일한 활물질을 포함하며,
    상기 활물질은 올리빈(Olivine)형 결정 구조를 가지는 화합물을 포함하는 전고체 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 전고체 전지:
    [화학식 1]
    LixMyM'1-yPO4
    화학식 1에서, 0.1≤x≤2, 0≤y≤1이고, M 과 M'은 서로 독립적으로 철(Fe), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 활물질은 나시콘(Nasicon)계 화합물을 포함하는 전고체 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 활물질은 리튬 바나듐 포스페이트를 포함하는 전고체 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고체 전해질층은 나시콘(Nasicon)계 고체 전해질을 포함하는 전고체 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고체 전해질층은 리튬-알루미늄-게르마늄-인산염(LAGP), 리튬-알루미늄-티타늄-인산염(LATP) 및 리튬-알루미늄-티타늄-실리콘-인산염(LATSP) 중 선택된 하나 이상을 포함하는 전고체 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고체 전해질층은 적어도 마그네슘(Mg)을 포함하는 전고체 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마그네슘(Mg)은 고체 전해질에 도핑된 것인 전고체 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내부 전극은 제1 집전체 및 활물질을 포함하고
    상기 제2 내부 전극은 제2 집전체 및 활물질을 포함하는 전고체 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극을 각각 2개 이상 포함하는 전고체 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극은 고체 전해질층을 사이에 두고 교대로 적층되어 배치되는 전고체 전지.
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