KR20220117398A - Solid electrolyte composition for low temperature sintering and solid electrolyte produced using the composition - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a composition for an oxide-based solid electrolyte capable of low-temperature sintering, and an oxide-based solid electrolyte manufactured using the composition. The present invention can improve battery capacity. The present invention includes Li_2O, Al_2O_3, GeO_2, P_2O_5, Bi_2O_3, SrCO_3 and MgO.

Description

저온 소결 가능한 산화물계 고체전해질용 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 제조되는 산화물계 고체전해질{Solid electrolyte composition for low temperature sintering and solid electrolyte produced using the composition}A composition for a low-temperature sinterable oxide-based solid electrolyte and an oxide-based solid electrolyte prepared using the composition {Solid electrolyte composition for low temperature sintering and solid electrolyte produced using the composition}

저온 소결이 가능한 산화물계 고체전해질용 조성물, 상기 조성물을 이용하여 제조되는 산화물계 고체전해질에 관한 것이다.It relates to a composition for an oxide-based solid electrolyte capable of low-temperature sintering, and an oxide-based solid electrolyte prepared by using the composition.

오늘날 스마트 폰, 태블릿 PC등 휴대용기기는 우리의 일상생활 속에 깊숙이 침투하면서 점점 생활에 없어서는 안 될 필수적인 존재로 자리 잡고 있다. 이는 모두 전지(battery) 기술부분의 진보 덕분이라 해도 과언이 아니다. Today, portable devices such as smart phones and tablet PCs are deeply penetrating into our daily lives and are increasingly becoming an indispensable part of our lives. It is no exaggeration to say that this is all thanks to advances in battery technology.

리튬이차전지는 1991년 양산이 시작된 이래 높은 에너지 밀도와 출력전압이라는 우수성을 무기로 휴대전화, 노트북 PC등의 모바일 기기의 보급과 함께 급속히 발전하였으며 최근 전기자동차(xEV)와 전력저장시스템(ESS)의 전원으로 그 사용이 확대되고 있다.Since mass production began in 1991, lithium secondary batteries have developed rapidly along with the spread of mobile devices such as mobile phones and notebook PCs with the superiority of high energy density and output voltage as weapons. Its use is expanding as a power source for

특히 지구 온난화 문제로 인한 기후변화에 대응하기 위해 환경 규제가 강화되면서 친환경 전기자동차에 대한 관심은 매우 높아 전 세계 주요 자동차 업체들은 전기자동차를 차세대 성장 동력으로 인지하여 기술개발에 박차를 가하고 있다.In particular, as environmental regulations are strengthened to respond to climate change caused by global warming, interest in eco-friendly electric vehicles is very high.

전기자동차용 리튬이차전지의 요구 특성으로 급속 충전이 가능한 높은 출력 밀도와 높은 중량·부피당 에너지 밀도, 가격, 안전성 등을 고려할 수 있으며, 특히 전기 자동차의 경우 사람이 직접 탑승, 조종하는 장치로서 운행 및 사고시 안전성 확보가 가장 중요한 요구 사항이다. As the required characteristics of lithium secondary batteries for electric vehicles, high power density capable of rapid charging, high energy density per weight and volume, price, and safety can be considered. Securing safety in the event of an accident is the most important requirement.

하지만 리튬이차전지의 경우, 리튬 이온의 이동을 위해 사용하는 유기 전해액은 과열 및 과충전 상태에서 폭발의 위험성을 가지고 있으며, 발화원이 있을 경우에 쉽게 불이 붙는 성질이 있고 전지 내에서 부반응 발생 시 가스가 발생하여 전지의 성능 및 안정성을 저하시키는 단점을 가진다. However, in the case of lithium secondary batteries, the organic electrolyte used for the movement of lithium ions has a risk of explosion under overheating and overcharging, and has a property of being easily ignited in the presence of an ignition source. It has a disadvantage of lowering the performance and stability of the battery.

최근 전기자동차 주행 중 화재가 발생해 전소한 사건이 언론을 통해 발표되면서 궁극적인 안전성을 가지는 전고체 전지 개발 요구가 증대되고 있다.Recently, as an event in which a fire occurred while driving an electric vehicle and burned out was announced through the media, the demand for the development of an all-solid-state battery with ultimate safety is increasing.

전고체 전지는 액체 전해질을 고체로 대체하여 전해액의 분해반응 등에 의한 발화, 폭발이 전혀 발생하지 않아 안전성을 대폭 개선 할 수 있다. All-solid-state batteries replace liquid electrolytes with solids so that no ignition or explosion occurs due to the decomposition reaction of the electrolyte, so safety can be greatly improved.

이러한 전고체 전지는 기존 리튬이차전지에 비해 안전성을 높일 수 있으며 가연성 유기 용매 대신 이온전도도가 뛰어난 산화물계 고체전해질이 적용될 수 있다. 상기 산화물계 고체전해질로 LSTP(Lithium Silicon Titanium Phosphate), LATP(Lithium Aluminum Titanium Phosphate), LLZO(Lithium Lanthanum Zirconium Oxide), LLT(Lithium Lanthanum Titanium Oxide) 등이 개발되었다.Such an all-solid-state battery can increase safety compared to a conventional lithium secondary battery, and an oxide-based solid electrolyte having excellent ionic conductivity can be applied instead of a combustible organic solvent. As the oxide-based solid electrolyte, LSTP (Lithium Silicon Titanium Phosphate), LATP (Lithium Aluminum Titanium Phosphate), LLZO (Lithium Lanthanum Zirconium Oxide), LLT (Lithium Lanthanum Titanium Oxide), and the like have been developed.

미국 공개특허공보 2015-0263380US Patent Publication No. 2015-0263380 등록특허 제10-1324729호Registered Patent No. 10-1324729 등록특허 제10-2177718호Registered Patent No. 10-2177718

산화물계 고체전해질 중 양극 소재와 반응성이 낮은 garnet type의 LLZO 고체전해질을 적용한 소결 시험이 진행되었으나 LLZO 고체전해질 경우 대부분 1,100℃ 이상의 높은 온도에서 결정화되며 고온 유동성이 현격히 낮아 양극 소재와 소결이 어려운 실정이다.Among the oxide-based solid electrolytes, a sintering test was conducted using a garnet-type LLZO solid electrolyte with low reactivity with the cathode material, but most of the LLZO solid electrolyte crystallizes at a high temperature of 1,100° C. .

한편, 종래의 산화물계 고체전해질은 양극 및 음극 소재와의 계면저항이 높아 전고체 전지의 전해질로 단독 사용이 어려워 계면저항을 낮추기 위해 미국 공개특허공보 2015-0263380 등에서는 고분자 전해질을 혼합한 복합 고체전해질을 개발하였다.On the other hand, the conventional oxide-based solid electrolyte has high interfacial resistance with the positive and negative electrode materials, making it difficult to use alone as an electrolyte for an all-solid-state battery. electrolytes were developed.

고분자 전해질의 경우 유연성이 우수하나 분극현상으로 이온의 이동 방향이 서로 달라 상대적인 이온의 속도차로 인해 종래에 전압 감소가 발생하거나 전지 내 저항을 증가시키는 문제가 있다. 또한 상온에서 이온전도성이 낮고 열적 안정성이 낮아 고온의 열에 노출 시 사용이 어렵고 고전압에서 분해되는 특성을 가진다.Polymer electrolytes have excellent flexibility, but due to polarization, the movement directions of ions are different from each other, so there is a problem in that a voltage decrease or resistance in a battery is increased due to a relative ion velocity difference. In addition, it has low ionic conductivity at room temperature and low thermal stability, making it difficult to use when exposed to high-temperature heat and decomposed at high voltage.

따라서 본 발명의 목적은 고전압에서 분해되지 않고 높은 이온전도 특성을 가지며 열적 안정성이 우수한 동시에 산화물계 고체전해질의 가장 큰 단점인 양극 및 음극 소재와의 계면저항을 보완하면서 공기 중에서 제조할 수 있는 산화물계 고체전해질을 제공하는데 있다.Therefore, an object of the present invention is not decomposed at high voltage, has high ionic conductivity, has excellent thermal stability, and at the same time, an oxide-based solid electrolyte that can be manufactured in air while supplementing the interfacial resistance with anode and cathode materials, which is the biggest drawback of oxide-based solid electrolytes. To provide a solid electrolyte.

또한 본 발명의 목적은 조성성분의 조합을 통하여 비교적 저온에서 결정화할 수 있는 고체전해질을 제공하는데 있다.It is also an object of the present invention to provide a solid electrolyte that can be crystallized at a relatively low temperature through a combination of constituents.

또한 본 발명의 목적은 고온 유동성이 높아 저온에서 소결되는 고체전해질을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a solid electrolyte that is sintered at a low temperature due to high high temperature fluidity.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명은 Li2O, Al2O3, GeO2, P2O5, Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 포함하는 산화물계 고체 전해질용 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a composition for an oxide-based solid electrolyte comprising Li 2 O, Al 2 O 3 , GeO 2 , P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SrCO 3 and MgO.

본 발명은 a) Li2O, Al2O3, GeO2 ,P2O5, Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 포함하는 산화물계 고체 전해질용 조성물을 준비하는 단계The present invention a) Li 2 O, Al 2 O 3 , GeO 2 ,P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SrCO 3 and preparing a composition for an oxide-based solid electrolyte comprising MgO

b) 상기 조성물을 용융 후 ??칭(quenching)하여 비정질 상태로 만드는 단계 및b) making the composition into an amorphous state by quenching after melting and

c) 800-850℃에서 결정화 후 분쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법을 제공한다.c) It provides a method for producing a solid electrolyte, characterized in that it comprises the step of pulverizing after crystallization at 800-850 ℃.

본 발명은 Li2O, Al2O3, GeO2, P2O5, Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 포함하는 조성물을 결정화하여 제조되는 산화물계 고체 전해질을 제공한다.The present invention provides an oxide-based solid electrolyte prepared by crystallizing a composition including Li 2 O, Al 2 O 3 , GeO 2 , P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SrCO 3 and MgO.

본 발명은 상기 산화물계 고체전해질을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.The present invention provides a lithium secondary battery comprising the oxide-based solid electrolyte.

본 발명의 고체전해질 제조를 위한 조성물을 이용하면 고온 유동성을 가져 상대적으로 낮은 온도에서도 결정화가 가능하면서도 동시에 높은 이온전도도를 나타낼 수 있는 고체전해질을 제조할 수 있다. By using the composition for preparing a solid electrolyte of the present invention, it is possible to prepare a solid electrolyte that has high temperature fluidity and can be crystallized even at a relatively low temperature while at the same time exhibiting high ionic conductivity.

MgO를 포함하는 본 발명의 조성물을 사용하면 고체전해질 제조 시 저온 결정화가 가능하며 양극과의 소결도 저온에서 가능하다는 장점이 있다.When the composition of the present invention containing MgO is used, low-temperature crystallization is possible when preparing a solid electrolyte, and sintering with the positive electrode is also possible at low temperature.

본 발명의 조성물로 제조된 고체전해질은 고전압에서도 안정하며, 전지 용량을 향상시키는 것을 가능하게 하는 효과가 있다.The solid electrolyte prepared from the composition of the present invention is stable even at a high voltage, and has the effect of improving the battery capacity.

본 발명은 양극 소재와 고체전해질간의 소결을 통해 계면저항을 낮출 수 있으며 박막화와 대면적화 및 낮은 강도를 해결할 수 있어 다양한 응용품에 적용할 수 있는 효과가 있다.The present invention can lower the interface resistance through sintering between the cathode material and the solid electrolyte, and can solve the thin film, large area, and low strength, so that it can be applied to various applications.

본 발명은 유기 바인더(예를 들어 유기 폴리머(organic polymer)를 사용함이 없이 고체전해질을 제조하는 것을 가능하게 하고, 그에 의하여 기존 유기 바인더 사용 시 고온 열 노출 시 안전성이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다. 또한 기존 유기 바인더를 사용하는 경우 이온전도 특성이 없거나 이온전도 특성이 저하되는 것을 방지하고, 높은 이온전도도를 보유하고, 고전압에서도 안정하며, 전지 용량을 향상시키는 것을 가능하게 하는 고체전해질을 제공하는 효과가 있다.The present invention makes it possible to manufacture a solid electrolyte without using an organic binder (eg, an organic polymer), thereby solving a problem in which safety is deteriorated when exposed to high temperature heat when using an existing organic binder. In addition, when an existing organic binder is used, the effect of providing a solid electrolyte that prevents no ion conductivity or deterioration of ion conductivity, has high ionic conductivity, is stable even at high voltage, and enables to improve battery capacity there is

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 제조한 고체전해질의 열 특성 data이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에서 제조한 고체전해질의 이온전도도 그래프이다.
도 5는 비교예 6 및 본 발명의 실시예 1 및 2에서 제조한 고체전해질의 SEM 사진이다.
1 to 3 are thermal characteristic data of the solid electrolyte prepared in Examples 1 to 3 of the present invention.
4 is a graph of ion conductivity of the solid electrolyte prepared in Example 2 of the present invention.
5 is an SEM photograph of the solid electrolyte prepared in Comparative Example 6 and Examples 1 and 2 of the present invention.

이하,본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The terms or words used in the present specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concepts of the terms in order to best describe his invention. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명자들은 고분자 전해질의 경우 유연성이 우수하나 외부에서 리튬염을 넣어 제조하기 때문에 리튬이온 및 음이온(PF6 -, ClO4 -, BF4 -등)이 동시에 이온전도에 관여를 하는 양이온 전도(Bi-ionic conduction) 특성을 보유하여 실제 리튬이차전지의 전극반응에서는 음이온은 전혀 기여를 하지 않으며 오히려 분극의 유발이나 분해되어 전지 내 저항을 증가시키는 문제가 있음을 인지하였다. 또한 본 발명자들은 고분자 전해질을 포함하는 경우 상온에서 이온전도성이 낮고, 열적 안정성이 저하되어 고온의 열에 노출 시 사용이 어렵고, 고전압에서 분해되는 특성을 가짐을 인지하여 이를 해결하고자 고분자 전해질을 포함하지 않는 고체전해질을 개발하고자 노력하였다.In the case of polymer electrolytes, the present inventors have found that, although flexibility is excellent, lithium ions and anions (PF 6 - , ClO 4 - , BF 4 - , etc.) are simultaneously involved in ion conduction (Bi -ionic conduction) characteristic, the anion does not contribute at all to the electrode reaction of a lithium secondary battery, but rather induces polarization or decomposes, thereby increasing the resistance in the battery. In addition, the present inventors have recognized that when a polymer electrolyte is included, ion conductivity is low at room temperature, thermal stability is lowered, so it is difficult to use when exposed to high temperature heat, and has a property of being decomposed at high voltage. Efforts were made to develop a solid electrolyte.

그 결과 본 발명자들은 산화물 고체전해질 중 하나인 LAGP(리튬-알루미늄-저마늄-포스테이트, Li2O-Al2O3-GeO2-P2O5)에 Bi2O3 및 SrCO3가 추가된 고체전해질을 개발한 바 있다. 상기 LAGP-BiSr(Li2O-Al2O3-GeO2-P2O5-Bi2O3-SrCO3) 고체전해질은 고온에서 용융을 통해 유리상태로 제조 후 850℃ 이상의 결정화 처리를 통해 이온전도 특성을 가지는데, 이렇게 이온전도 특성을 갖는 고체전해질과 양극 소재를 혼합 후 850℃ 소결 시 소결은 가능하나 850℃의 열처리에 의해 양극 소재 내 Co성분과 LAGP-BiSr 고체전해질 소재와의 반응을 통해 CoAl2O4 phase가 생성되고 양극 결정 구조가 변화되는 결과가 발생되었다.As a result, the present inventors added Bi 2 O 3 and SrCO 3 to one of the oxide solid electrolytes, LAGP (lithium-aluminum-germanium-phosphate, Li 2 O-Al 2 O 3 -GeO 2 -P 2 O 5 ). developed solid electrolytes. The LAGP-BiSr (Li 2 O-Al 2 O 3 -GeO 2 -P 2 O 5 -Bi 2 O 3 -SrCO 3 ) solid electrolyte is prepared in a glassy state through melting at a high temperature and then crystallized at 850° C. or higher. It has ion-conducting properties. After mixing the solid electrolyte with ion-conducting properties and the cathode material, sintering is possible when sintering at 850°C. Through this, a CoAl 2 O 4 phase was generated and the anode crystal structure was changed.

이는 양극 소재와 고체전해질 간의 계면 저항의 증가뿐만 아니라 양극 소재의 열화가 발생되는 결과이기에 이를 해결하고자 양극 소재의 열화가 발생되지 않는 750℃ 이하에서 LAGP-BiSr 고체전해질 소재와 양극 소재를 혼합 후 소결을 진행하였다. 하지만 850℃미만, 특히 750℃ 이하에서는 양극 소재와 LAGP-BiSr 고체전해질 간에 소결이 되지 않아 계면이 만들어지지 못해 이온전도 특성이 발현되지 못하였다. This is a result of not only an increase in the interfacial resistance between the positive electrode material and the solid electrolyte but also the deterioration of the positive electrode material. proceeded. However, below 850°C, especially below 750°C, ion conduction properties could not be expressed because sintering did not occur between the positive electrode material and the LAGP-BiSr solid electrolyte, so that an interface could not be created.

이에 본 발명자들은 고온 흐름성 증대를 위해 열적 특성을 낮추는 소재를 찾고자 노력하였으며 그 결과 MgO를 첨가하는 경우 750℃ 이하에서도 양극소재와 부반응 없이 소결이 가능함을 발견하고 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have tried to find a material that lowers thermal properties to increase high-temperature flowability, and as a result, when MgO is added, it is found that sintering is possible without side reaction with the cathode material even at 750° C. or less, and completed the present invention.

즉, 본 발명은 고전압에서 분해되지 않고 높은 이온전도 특성을 가지며 열적 안정성이 우수한 동시에 산화물계 고체전해질의 단점인 양극 및 음극 소재와의 계면저항을 보완할 수 있는 고체전해질 제조를 위한 조성물로 Li2O, Al2O3, GeO2, P2O5, Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 포함하는 산화물계 고체 전해질용 조성물을 제공한다.That is, the present invention does not decompose at high voltage, has high ionic conductivity, has excellent thermal stability, and at the same time is a composition for preparing a solid electrolyte that can compensate for the interfacial resistance between the cathode and anode materials, which is a disadvantage of the oxide-based solid electrolyte, Li 2 Provided is a composition for an oxide-based solid electrolyte comprising O, Al 2 O 3 , GeO 2 , P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SrCO 3 and MgO.

일실시예에 의하면 본 발명의 조성물은 조성물 총 중량을 기준으로 MgO를 0.1-10중량%, 바람직하게는 0.5-7중량 포함할 수 있다. 본 발명의 조성물이 MgO를 상기 함량으로 포함하는 경우 고체전해질의 이온전도도를 떨어뜨리지 않으면서 저온 결정화가 가능하며 양극 소재와의 부반응 없이 전고체 전지를 제조할 수 있다는 장점이 있다.According to one embodiment, the composition of the present invention may contain 0.1-10% by weight of MgO, preferably 0.5-7% by weight, based on the total weight of the composition. When the composition of the present invention contains MgO in the above content, low-temperature crystallization is possible without degrading the ionic conductivity of the solid electrolyte, and an all-solid-state battery can be manufactured without a side reaction with the cathode material.

일실시예에 의하면 본 발명의 조성물은 상기 MgO와 함께 조성물 총 중량을 기준으로 Bi2O3 0.1-10중량%, 바람직하게는 1.0 내지 6.0중량%, 보다 바람직하게는 1.5 내지 5.0중량% 포함할 수 있고, SrCO3 0.1-10중량% , 바람직하게는 1.0 내지 6.0중량%, 보다 바람직하게는 1.5 내지 5.0중량%의 범위 이내일 수 있다. 본 발명의 산화물계 고체 전해질용 조성물이 Bi2O3 및 SrCO3 를 상기 함량으로 포함하는 경우 고체전해질의 원료가 고온 유동성을 가져 상대적으로 낮은 온도에서도 성형이 가능하면서도 동시에 높은 이온전도도를 나타낼 수 있다. 특히 유기 바인더(예를 들어 유기 폴리머(organic polymer)를 사용함이 없이 고체전해질을 제조하는 것을 가능하게 하고, 그에 의하여 기존 유기 바인더 사용 시 고온 열 노출 시 안전성이 저하되는 문제점을 해결하고, 기존 유기 바인더를 사용하는 경우 이온 전도 특성이 없거나 이온 전도 특성이 저하되는 것을 방지하고, 높은 이온전도도를 보유하고, 고전압에서도 안정하며, 전지 용량을 향상시키는 것을 가능하게 할 수 있다.According to one embodiment, the composition of the present invention may contain 0.1-10 wt% of Bi 2 O 3 , preferably 1.0 to 6.0 wt%, more preferably 1.5 to 5.0 wt%, based on the total weight of the composition together with the MgO. and SrCO 3 0.1-10% by weight, preferably 1.0 to 6.0% by weight, more preferably 1.5 to 5.0% by weight. When the composition for an oxide-based solid electrolyte of the present invention contains Bi 2 O 3 and SrCO 3 in the above content, the raw material of the solid electrolyte has high-temperature fluidity, so that it can be molded at a relatively low temperature and at the same time exhibit high ionic conductivity. . In particular, it is possible to manufacture a solid electrolyte without using an organic binder (for example, an organic polymer), thereby solving the problem of a decrease in safety when exposed to high temperature heat when using an existing organic binder, and the existing organic binder In the case of using , it is possible to prevent no ion conduction properties or deterioration of the ion conduction properties, to have high ionic conductivity, to be stable even at high voltages, and to improve the battery capacity.

일실시예에 의하면 본 발명의 조성물은 조성물 총 중량을 기준으로 Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 1-20중량%, 바람직하게는 2-15중량% 포함할 수 있다. 본 발명의 조성물이 Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 상기 함량으로 포함하는 경우 LAGP 전해질 대비 상대적으로 낮은 온도에서 성형이 가능하면서 고전압에서 분해되지 않고 높은 이온전도 특성을 가지며 열적 안정성이 우수한 한편 저온 결정화가 가능하다는 장점이 있다.According to one embodiment, the composition of the present invention may contain 1-20% by weight, preferably 2-15% by weight of Bi 2 O 3 , SrCO 3 and MgO based on the total weight of the composition. When the composition of the present invention includes Bi 2 O 3 , SrCO 3 and MgO in the above content, it can be molded at a relatively low temperature compared to LAGP electrolyte, does not decompose at high voltage, has high ion conductivity, has excellent thermal stability, and has excellent thermal stability at low temperature It has the advantage that crystallization is possible.

일실시예에 의하면, 본 발명은 조성물 총 중량을 기준으로 Li2O 1-20중량%, Al2O3 1-10중량%, GeO2 20-60중량%, P2O5 20-60중량%, Bi2O3 0.1-10중량%, SrCO3 0.1-10중량% 및 MgO 0.1-10중량%를 포함하는 고제전해질용 조성물을 제공한다. 본 발명의 조성물이 Li2O, Al2O3, GeO2, P2O5, Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 상기와 같은 함량으로 포함하는 경우 이로부터 얻어지는 고체전해질은 양극 소재와 고체전해질간의 소결을 통해 계면저항을 낮출 수 있으며 박막화와 대면적화가 가능하며 낮은 강도 문제를 해결할 수 있다.According to one embodiment, the present invention based on the total weight of the composition Li 2 O 1-20% by weight, Al 2 O 3 1-10% by weight, GeO 2 20-60% by weight, P 2 O 5 20-60% by weight %, Bi 2 O 3 0.1-10% by weight, SrCO 3 0.1-10% by weight and MgO 0.1-10% by weight MgO provides a composition for a high agent electrolyte. When the composition of the present invention contains Li 2 O, Al 2 O 3 , GeO 2 , P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SrCO 3 and MgO in the same amount as above, the solid electrolyte obtained therefrom is a positive electrode material and a solid Through sintering between electrolytes, the interfacial resistance can be lowered, thin film formation and large area are possible, and the low strength problem can be solved.

본 발명은 Li2O, Al2O3, GeO2 ,P2O5, Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 포함하는 산화물계 고체 전해질용 조성물을 결정화하여 제조되는 고체전해질을 제공한다. The present invention provides a solid electrolyte prepared by crystallizing an oxide-based solid electrolyte composition comprising Li 2 O, Al 2 O 3 , GeO 2 ,P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SrCO 3 and MgO.

본 발명의 Li2O, Al2O3, GeO2 ,P2O5, Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 포함하는 산화물계 고체 전해질용 조성물은 고체전해질 제조 시 저온 결정화가 가능하며 양극과 혼합 후 비교적 저온에서 소결하여 고체전해질 포함 전지를 제조할 수 있다.The composition for an oxide-based solid electrolyte containing Li 2 O, Al 2 O 3 , GeO 2 ,P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SrCO 3 and MgO of the present invention is capable of low-temperature crystallization when manufacturing a solid electrolyte, and After mixing, the solid electrolyte-containing battery may be manufactured by sintering at a relatively low temperature.

상기 고체전해질의 결정화 가능한 온도는 800-850℃로, 본 발명의 고체전해질은 상기와 같이 비교적 저온에서 결정화 하여도 높은 이온전도도를 보이고 또한 이후 양극 소재와의 소결 온도도 낮다는 장점이 있다.The crystallizable temperature of the solid electrolyte is 800-850° C., and the solid electrolyte of the present invention has the advantage of showing high ionic conductivity even when crystallized at a relatively low temperature as described above, and also having a low sintering temperature with the cathode material.

구체적으로 본 발명의 고체전해질은Specifically, the solid electrolyte of the present invention is

a) Li2O, Al2O3, GeO2 ,P2O5, Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 포함하는 산화물계 고체 전해질용 조성물을 준비하는 단계a) preparing a composition for an oxide-based solid electrolyte containing Li 2 O, Al 2 O 3 , GeO 2 ,P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SrCO 3 and MgO

b) 상기 조성물을 용융 후 ??칭(quenching)하여 비정질 상태로 만드는 단계 및b) making the composition into an amorphous state by quenching after melting and

c) 800-850℃에서 결정화 후 분쇄하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.c) crystallization at 800-850° C. and then pulverizing.

상기 용융 온도는 1200-1500℃일 수 있고 ??칭 온도는 300℃이하일 수 있다. 용융 및 ??칭 온도가 상기와 같을 때 균질하고 이온전도 특성이 우수한 고체전해질을 제조할 수 있다.The melting temperature may be 1200-1500 ℃ and quenching temperature may be 300 ℃ or less. When the melting and quenching temperatures are as described above, a homogeneous solid electrolyte having excellent ion conductivity can be prepared.

상기 제조된 고체전해질을 양극과 혼합하여 소결함으로써 전지를 제조할 수 있다.A battery may be manufactured by mixing the prepared solid electrolyte with a positive electrode and sintering.

또한 본 발명의 고체전해질용 조성물은 저온 소결이 가능하므로 비정질 상태에서 양극과 혼합한 후 저온 소결하여 전지를 제조할 수 있다.In addition, since the composition for a solid electrolyte of the present invention can be sintered at a low temperature, a battery can be manufactured by mixing with the positive electrode in an amorphous state and then sintering at a low temperature.

상기 양극과 혼합시 소결 온도는 양극의 부반응을 막기 위하여 750℃이하가 바람직하다.When mixing with the positive electrode, the sintering temperature is preferably 750° C. or less in order to prevent a side reaction of the positive electrode.

본 발명의 고체전해질은 양극 소재와 고체전해질간의 계면저항을 낮출 수 있으며 박막화와 대면적화 및 낮은 강도를 해결할 수 있어 다양한 응용품에 적용할 수 있다. 예를들면 적층세라믹콘덴서(MLCC, Multi Layer Ceramic Condenser, Multi Layer Ceramic Capacitor)에 사용될 수 있다.The solid electrolyte of the present invention can lower the interfacial resistance between the cathode material and the solid electrolyte, and can be applied to various applications because it can solve the thin film, large area, and low strength. For example, it can be used in a multilayer ceramic capacitor (MLCC, Multi Layer Ceramic Condenser, Multi Layer Ceramic Capacitor).

본 발명은 양극: 음극: 및 양극와 음극 사이에 상기 산화물계 고체전해질을 포함하는 전고체 리튬 이차전지를 제공한다. The present invention provides an all-solid-state lithium secondary battery comprising a positive electrode: a negative electrode: and the oxide-based solid electrolyte between the positive electrode and the negative electrode.

본 발명의 전고체 리튬 이차전지는 다음과 같이 제조될 수 있다.The all-solid-state lithium secondary battery of the present invention may be manufactured as follows.

제1 단계에서, Li2O, Al2O3, GeO2 ,P2O5, Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 포함하는 산화물계 고체 전해질용 조성물을 준비하고 용융, 급냉, 결정화, 분쇄, 분급 단계를 거쳐 고체전해질을 제조하는 단계를 포함한다.In the first step, a composition for an oxide-based solid electrolyte including Li 2 O, Al 2 O 3 , GeO 2 ,P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SrCO 3 and MgO is prepared and melted, quenched, crystallized, and pulverized , and a step of preparing a solid electrolyte through a classification step.

제2 단계는 상기 제1 단계와 동시 또는 이후에 양극 및 음극을 준비하는 것으로 이루어진다. The second step consists in preparing an anode and a cathode simultaneously with or after the first step.

양극은 주로 알루미늄 등과 같은 양도체로 이루어지는 집전체 상에 양극활물질을 포함하는 양극활물질층을 형성시켜 제조할 수 있다. 상기 양극활물질층은 기상법 또는 고상법으로 제조될 수 있다. 기상법은 펄스 레이저 증착(PLD: pulse laser deposition), 스퍼터링 증착, 화학기상증착(CVD) 등일 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용할 수 있는 방법이라면 모두 가능하다. 고상법은 소결법, 졸겔법, 닥터블레이드(doctor blade)법, 스크린 인쇄법, 슬러리 캐스트법, 분체 압착법 등일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용할 수 있는 방법이라면 모두 가능하다. The positive electrode may be manufactured by forming a positive electrode active material layer including a positive electrode active material on a current collector mainly made of a good conductor such as aluminum. The positive electrode active material layer may be manufactured by a gas phase method or a solid phase method. The vapor phase method may be pulse laser deposition (PLD), sputtering deposition, chemical vapor deposition (CVD), etc., but is not limited thereto, and any method available in the art may be used. The solid-phase method may be a sintering method, a sol-gel method, a doctor blade method, a screen printing method, a slurry casting method, a powder pressing method, etc., but is not necessarily limited thereto, and any method available in the art is possible.

상기 양극활물질은 리튬이온전지에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 상기 양극활물질은 바람직하게는 LiCoO2, LiNiO2, LiNixCoyMnzO2, LiMn2O4, LiFePO4를 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 양극활물질층은 양극활물질 외에 고체이온전도체 또는 혼성 고체이온전도체를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 양극활물질층이 상기한 고체이온전도체를 추가적으로 포함함에 의하여 양극과 접하는 고체전해질층과의 계면저항이 감소될 수 있으며, 양극활물질층 내에서 이온전도도가 향상될 수 있으며, 양극의 열안정성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 양극활물질층은 도전재, 바인더 등을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 도전재, 바인더 등은 당해 기술분야에서 사용가능한 것이라면 모두 가능하다. The cathode active material may be used without limitation as long as it is commonly used in lithium ion batteries. The positive electrode active material may include, but is not limited to, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi x Co y Mn z O 2 , LiMn 2 O 4 , and LiFePO 4 . The positive electrode active material layer may additionally include a solid ion conductor or a hybrid solid ion conductor in addition to the positive electrode active material. Since the positive electrode active material layer additionally includes the above-described solid ion conductor, the interfacial resistance with the solid electrolyte layer in contact with the positive electrode may be reduced, ionic conductivity may be improved in the positive electrode active material layer, and thermal stability of the positive electrode may be improved can be In addition, the cathode active material layer may additionally include a conductive material, a binder, and the like. The conductive material, the binder, and the like can be used as long as they can be used in the art.

음극은 양극활물질 대신에 음극활물질이 사용된다는 것을 제외하고는 상기 양극과 동일한 방법으로 제조될 수 있다. 음극도 음극활물질층 내에 상기한 고체이온전도체를 추가적으로 포함할 수 있다. 음극활물질은 리튬이온전지에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 리튬 금속, 리튬산화물, 리튬합금, 리튬합금산화물, 전이금속산화물, 비전이금속산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The negative electrode may be manufactured in the same manner as the positive electrode except that the negative electrode active material is used instead of the positive electrode active material. The negative electrode may additionally include the above-described solid ion conductor in the negative electrode active material layer. The anode active material may be used without limitation as long as it is commonly used in lithium ion batteries. For example, it may include at least one selected from the group consisting of lithium metal, lithium oxide, lithium alloy, lithium alloy oxide, transition metal oxide, non-transition metal oxide, and carbon-based material.

제3 단계는 상기 제1 단계에서 수득되는 고체전해질을 상기 제2 단계에서 수득되는 양극과 음극 사이에 위치하여 소결하는 것으로 이루어지며, 이를 통하여 종국적으로 전고체 리튬이차전지가 수득될 수 있다. 상기 소결온도는 바람직하게는 750℃이하이다. 소결온도가 상기와 같은 경우 양극 소재의 부반응 없이 전고체 전지를 제조할 수 있다.The third step consists of sintering the solid electrolyte obtained in the first step by positioning it between the positive electrode and the negative electrode obtained in the second step, and through this, an all-solid-state lithium secondary battery can be finally obtained. The sintering temperature is preferably 750° C. or less. When the sintering temperature is as described above, an all-solid-state battery can be manufactured without a side reaction of the cathode material.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted in order to clarify the gist of the present invention.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 8. 고체전해질 제조Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 8. Solid electrolyte preparation

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 중량부로 본 발명에 따른 고체전해질용 조성물(실시예 1 내지 3)을 준비하고, 대조군으로서의 고체전해질용 조성물(비교예 1 내지 8)을 준비하여 이들로부터 고체전해질을 제조하였다. The composition for a solid electrolyte (Examples 1 to 3) according to the present invention was prepared in parts by weight as shown in Table 1 below, and a composition for a solid electrolyte as a control (Comparative Examples 1 to 8) was prepared, and a solid electrolyte was prepared therefrom. did.

고체전해질용 조성물의 각 성분을 혼합한 후 1400℃에서 용융한 후 300℃로 ??칭하여 비정질 상태의 고체전해질을 제조한 후 830-850℃에서 열처리하고 분쇄하여 결정질의 고체전해질을 제조하였다.After mixing each component of the composition for a solid electrolyte, it was melted at 1400° C., quenched at 300° C. to prepare an amorphous solid electrolyte, and then heat-treated and pulverized at 830-850° C. to prepare a crystalline solid electrolyte.

비교예 1은 LAGP 타입 고체전해질로서 첨가제를 포함하지 않고, 비교예 2는 LAGP 타입 고체전해질에 첨가제로서 Bi2O3를 1.5중량부의 양으로 포함하고, 비교예 3은 LAGP 타입 고체전해질에 첨가제로서 Bi2O3를 3.0중량부의 양으로 포함하고, 비교예 4는 LAGP 타입 고체전해질에 첨가제로서 SrCO3를 1.5중량부의 양으로 포함하고, 비교예 5는 LAGP 타입 고체전해질에 첨가제로서 SrCO3를 3.0중량부의 양으로 포함하고, 비교예 6은 LAGP 타입 고체전해질에 첨가제로서 Bi2O3를 3.0중량부의 양으로 그리고 SrCO3를 1.5중량부의 양으로 포함한다. 비교예 7은 역시 LAGP 타입 고체해질이기는 하나, 대조예로서 문헌 Solid State Ionics 318 (2018) 27-34에 기재된 대로 제조한 것이고, 비교예 8은 비교예 1의 LAGP에 이트리아(Y2O3)를 5.0중량부의 양으로 포함한다.Comparative Example 1 is a LAGP-type solid electrolyte without an additive, Comparative Example 2 includes Bi 2 O 3 as an additive to the LAGP-type solid electrolyte in an amount of 1.5 parts by weight, and Comparative Example 3 is an additive to the LAGP-type solid electrolyte Bi 2 O 3 is contained in an amount of 3.0 parts by weight, Comparative Example 4 contains SrCO 3 as an additive to the LAGP type solid electrolyte in an amount of 1.5 parts by weight, and Comparative Example 5 contains SrCO 3 3.0 as an additive to the LAGP type solid electrolyte and Bi 2 O 3 as an additive to the LAGP-type solid electrolyte in an amount of 3.0 parts by weight and SrCO 3 in an amount of 1.5 parts by weight. Although Comparative Example 7 is also a LAGP-type solid electrolyte, as a control example, it was prepared as described in Solid State Ionics 318 (2018) 27-34 , and Comparative Example 8 was yttria (Y 2 O 3 ) in LAGP of Comparative Example 1. ) in an amount of 5.0 parts by weight.

실시예 1 내지 3은 LAGP 타입 고체전해질에 첨가제로서 Bi2O3와 SrCO3와 함께 MgO를 포함하는 고체전해질 조성물을 준비하고 이로부터 고체전해질을 제조하였다.In Examples 1 to 3, a solid electrolyte composition containing MgO together with Bi 2 O 3 and SrCO 3 as an additive to a LAGP-type solid electrolyte was prepared, and a solid electrolyte was prepared therefrom.

비교예comparative example 실시예Example 성분
(중량부)
ingredient
(parts by weight)
1One 22 33 44 55 66 77 88 1One 22 33
Li2OLi 2 O 4.84.8 4.84.8 4.74.7 4.84.8 4.74.7 4.74.7 5.45.4 Li1+xAlxGe2-x(PO4)3 Li 1+x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 4.74.7 4.74.7 4.74.7 Al2O3 Al 2 O 3 2.32.3 2.32.3 2.32.3 2.32.3 2.32.3 2.32.3 6.16.1 2.32.3 2.32.3 2.32.3 GeO2 GeO 2 45.445.4 44.444.4 4444 44.444.4 4444 43.543.5 37.637.6 43.543.5 43.543.5 43.543.5 P2O5 P 2 O 5 47.547.5 4747 4646 4747 4646 4545 5151 4545 4545 4545 Bi2O3 Bi 2 O 3 1.51.5 33 33 33 33 33 SrCO3 SrCO 3 1.51.5 33 1.51.5 1.51.5 1.51.5 1.51.5 Y2O3 Y 2 O 3 55 MgOMgO 1One 33 55 Li ion
conductivity
(S/cm)
Li ion
conductivity
(S/cm)
4.1×10-4 4.1×10 -4 5.6×10-4 5.6×10 -4 6.1×10-4 6.1×10 -4 5.3×10-4 5.3×10 -4 5.2×10-4 5.2×10 -4 7.3×10-4 7.3×10 -4 3.1×10-4
(Solid State Ionics 318 (2018) 27-34)
3.1×10 -4
( Solid State Ionics 318 (2018) 27-34)
5.0×10-4
(US20150263380A1)
5.0×10 -4
(US20150263380A1)
7.6×10-4 7.6×10 -4 8.2×10-4 8.2×10 -4 7.5×10-4 7.5×10 -4


Heat
special
castle
Tg (℃)T g (℃) 536.8536.8 510.8510.8 506.8506.8 512.4512.4 512.4512.4 503.4503.4 549.3549.3 -- 503.4503.4 501.2501.2 494.5494.5
Tdsp (℃)T dsp (℃) 573.1573.1 556.9556.9 555.2555.2 556.8556.8 555.6555.6 542.3542.3 592.5592.5 -- 549.3549.3 547.2547.2 540.6540.6 CTE
(x10-7/℃)
CTE
(x10 -7 /℃)
84.984.9 88.688.6 89.689.6 89.389.3 90.490.4 84.984.9 81.281.2 -- 90.790.7 91.291.2 90.890.8

실험예 1. 고체전해질의 유리전이온도 측정Experimental Example 1. Measurement of Glass Transition Temperature of Solid Electrolyte

비교예 1 내지 8에서 제조한 고체전해질의 유리전이온도를 측정하고 상기 표 1에 나타내었다. 실시예 1 내지 3에서 제조한 고체전해질의 열 특성 data를 각각 도 1 내지 도 3에 도시하고, 유리전이온도 값을 상기 표 1에 나타내었다.The glass transition temperatures of the solid electrolytes prepared in Comparative Examples 1 to 8 were measured and shown in Table 1 above. The thermal characteristic data of the solid electrolytes prepared in Examples 1 to 3 are shown in FIGS. 1 to 3, respectively, and the glass transition temperature values are shown in Table 1 above.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, LAGP에 Bi2O3 및/또는 SrCO3의 첨가에 의하여 그리고 Bi2O3 및/또는 SrCO3의 첨가량의 증가에 따라 유리전이온도가 낮아지는 것을 알 수 있는데 이에 더하여 본 발명의 MgO를 추가한 실시예 1 내지 3의 경우 유리전이온도가 더 낮아진 것을 알 수 있다. As shown in Table 1, it can be seen that the glass transition temperature is lowered by the addition of Bi 2 O 3 and/or SrCO 3 to LAGP and with the increase in the amount of Bi 2 O 3 and / or SrCO 3 added. In addition, in the case of Examples 1 to 3 in which MgO of the present invention was added, it can be seen that the glass transition temperature was lowered.

실험예 2. 고체전해질의 이온전도도 측정Experimental Example 2. Ion Conductivity Measurement of Solid Electrolyte

비교예 1 내지 8에서 제조한 고체전해질의 이온전도도를 측정하고 상기 표 1에 나타내었다. 실시예 2에서 제조한 고체전해질의 두께를 달리하며 이온전도도를 측정하였고 그 결과를 도 4에 도시하였다. 실시예 1 내지 3에서 제조한 고체전해질의 이온전도도를 표 1에 나타내었다.The ionic conductivity of the solid electrolytes prepared in Comparative Examples 1 to 8 was measured and shown in Table 1 above. The ionic conductivity was measured while varying the thickness of the solid electrolyte prepared in Example 2, and the results are shown in FIG. 4 . Table 1 shows the ionic conductivity of the solid electrolytes prepared in Examples 1 to 3.

- 측정 장비 : Zennium/ Zahner 사, 독일 (impedance analyzer)- Measuring equipment: Zennium/ Zahner, Germany (impedance analyzer)

- 측정 조건 (Frequency range : 1Hz~4MHz, AC amplitude voltage : 50mV, Temperature : Room temperature)- Measurement conditions (Frequency range: 1Hz~4MHz, AC amplitude voltage: 50mV, Temperature: Room temperature)

이온전도도(리튬 이온전도도) 역시 LAGP에 Bi2O3 및/또는 SrCO3의 첨가에 의하여 그리고 Bi2O3 및/또는 SrCO3의 첨가량의 증가에 따라 높아지는 것을 알 수 있는데 이에 더하여 본 발명의 MgO를 추가한 실시예 1 내지 3의 경우 이온전도도가 더 높아진 것을 확인할 수 있다. It can be seen that the ionic conductivity (lithium ion conductivity) also increases with the addition of Bi 2 O 3 and/or SrCO 3 to LAGP and increases with the increase of the amount of Bi 2 O 3 and/or SrCO 3 In addition, the MgO of the present invention In the case of Examples 1 to 3 in which was added, it can be seen that the ionic conductivity was higher.

실험예 3. 고체전해질의 SEM 이미지Experimental Example 3. SEM image of solid electrolyte

상기 비교예 6, 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 고체전해질의 SEM 이미지를 측정하여 각각 도 5(a), 도 5(b) 및 도 5(c)에 도시하였다.SEM images of the solid electrolytes prepared in Comparative Example 6, Example 1, and Example 2 were measured and shown in FIGS. 5(a), 5(b) and 5(c), respectively.

SEM 사진에 의하면 MgO가 첨가되지 않은 비교예 6의 고체전해질 대비 MgO가 1wt% 첨가된 실시예 1 및 MgO가 3wt% 첨가된 실시예 2의 고체전해질이 고온 유동성이 향상되어 입자 결합 현상이 증가된 것을 확인 할 수 있으며, MgO 함량 증가 시 그 경향성은 뚜렷해짐을 알 수 있다. 따라서 MgO 첨가 시 소결 특성이 향상됨을 알 수 있다.According to the SEM photograph, compared to the solid electrolyte of Comparative Example 6 in which MgO was not added, the solid electrolyte of Example 1 in which 1 wt% of MgO was added and of Example 2 in which 3 wt% of MgO was added had improved high-temperature fluidity and increased particle binding. It can be seen that the tendency becomes clear when the MgO content is increased. Therefore, it can be seen that the sintering properties are improved when MgO is added.

Claims (10)

Li2O, Al2O3, GeO2, P2O5, Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 포함하는 산화물계 고체 전해질용 조성물Li 2 O, Al 2 O 3 , GeO 2 , P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SrCO 3 and MgO-containing composition for an oxide-based solid electrolyte 청구항 1에 있어서, 고체 전해질 제조 시 800-850℃ 온도에서 결정화 가능한 것을 특징으로 하는 산화물계 고체 전해질용 조성물The composition for an oxide-based solid electrolyte according to claim 1, characterized in that it can be crystallized at a temperature of 800-850° C. when the solid electrolyte is prepared. 청구항 1에 있어서, 조성물 총 중량을 기준으로 MgO를 0.1-10중량% 포함하는 산화물계 고체 전해질용 조성물The composition for an oxide-based solid electrolyte according to claim 1, comprising 0.1-10 wt% of MgO based on the total weight of the composition 청구항 3에 있어서, 조성물 총 중량을 기준으로 Bi2O3 0.1-10중량% 및 SrCO3 0.1-10중량% 포함하는 산화물계 고체 전해질용 조성물The composition for an oxide-based solid electrolyte according to claim 3, comprising 0.1-10 wt% of Bi 2 O 3 and 0.1-10 wt% of SrCO 3 based on the total weight of the composition 청구항 1에 있어서, 조성물 총 중량을 기준으로 Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 1-20중량% 포함하는 산화물계 고체 전해질용 조성물The composition for an oxide-based solid electrolyte according to claim 1, comprising 1-20 wt% of Bi 2 O 3 , SrCO 3 and MgO based on the total weight of the composition. 청구항 1에 있어서, 조성물 총 중량을 기준으로 Li2O 1-20중량%, Al2O3 1-10중량%, GeO2 20-60중량%, P2O5 20-60중량%, Bi2O3 0.1-10중량%, SrCO3 0.1-10중량% 및 MgO 0.1-10중량%를 포함하는 산화물계 고체 전해질 조성물The method according to claim 1, Li 2 O 1-20% by weight, Al 2 O 3 1-10% by weight, GeO 2 20-60% by weight, P 2 O 5 20-60% by weight, Bi 2 Based on the total weight of the composition O 3 0.1-10 wt%, SrCO 3 Oxide-based solid electrolyte composition comprising 0.1-10 wt% and MgO 0.1-10 wt% a) Li2O, Al2O3, GeO2 ,P2O5, Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 포함하는 산화물계 고체 전해질용 조성물을 준비하는 단계
b) 상기 조성물을 용융 후 ??칭(quenching)하여 비정질 상태로 만드는 단계 및
c) 800-850℃에서 결정화 후 분쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 제조 방법
a) preparing a composition for an oxide-based solid electrolyte containing Li 2 O, Al 2 O 3 , GeO 2 ,P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SrCO 3 and MgO
b) making the composition into an amorphous state by quenching after melting and
c) crystallization at 800-850° C. and then pulverizing.
청구항 7에 있어서, 용융 온도는 1200-1500℃이고 ??칭 온도는 300℃이하인 고체 전해질 제조 방법The method according to claim 7, wherein the melting temperature is 1200-1500 °C and the quenching temperature is 300 °C or less. Li2O, Al2O3, GeO2, P2O5, Bi2O3, SrCO3 및 MgO를 포함하는 조성물을 결정화하여 제조되는 산화물계 고체 전해질Li 2 O, Al 2 O 3 , GeO 2 , P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SrCO 3 Oxide-based solid electrolyte prepared by crystallizing a composition containing MgO 청구항 9의 산화물계 고체 전해질을 포함하는 전고체 리튬 이차전지
All-solid-state lithium secondary battery comprising the oxide-based solid electrolyte of claim 9
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US20150263380A1 (en) 2014-03-13 2015-09-17 Robert Bosch Gmbh LAGP Glass Ceramics
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101324729B1 (en) 2013-03-19 2013-11-05 주식회사 정관 Solid electrolyte composition for lithium secondary battery and method of forming the same
US20150263380A1 (en) 2014-03-13 2015-09-17 Robert Bosch Gmbh LAGP Glass Ceramics
KR20200036971A (en) * 2018-09-28 2020-04-08 주식회사 정관 Solid electrolyte, lithium ion battery comprising the same and manufacturing method thereof
KR102177718B1 (en) 2018-09-28 2020-11-12 주식회사 정관 Solid electrolyte, lithium ion battery comprising the same and manufacturing method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.J. Leo et al., "Effect of MgO addition on the ionic conductivity of LiGe2(PO4)3 ceramics", Solid State Ionics 159 (2003) 357-367* *

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