KR20220162084A - Method of preparing sulfur compound-based all-solide-state electrolyte - Google Patents

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Abstract

In a manufacturing method of a sulfide-based solid electrolyte according to embodiments, a solvent and a precursor are mixed in a reactor. An open vacuum atmosphere is formed in the reactor. While maintaining the open vacuum atmosphere in the reactor, the mixture inside the reactor is reacted under the conditions of stirring or application of ultrasonic waves. A high-purity sulfide-based solid electrolyte can be manufactured with high efficiency.

Description

황화물계 고체 전해질의 제조 방법{METHOD OF PREPARING SULFUR COMPOUND-BASED ALL-SOLIDE-STATE ELECTROLYTE}Manufacturing method of sulfide-based solid electrolyte {METHOD OF PREPARING SULFUR COMPOUND-BASED ALL-SOLIDE-STATE ELECTROLYTE}

본 발명은 황화물계 고체 전해질의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 개진공 분위기 하에서 수행되는 황화물계 고체 전해질의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a sulfide-based solid electrolyte, and more particularly, to a method for preparing a sulfide-based solid electrolyte performed in an open vacuum atmosphere.

고에너지 기계적 밀링 공정을 통해 전구체를 비정질상으로 만들고, 부분 결정화를 시켜 전해질을 합성하는 기술은 1999년 일본 Tatsumisago 그룹에서 시작되었고, 현재까지 전해질을 만드는 가장 일반적인 합성법으로 알려져 있다. 그러나 이러한 방법은 비정질화 하는데 시간이 많이 걸리고, 한 batch로 합성할 수 있는 양이 극히 제한적이어서 생산성이 낮으며, 공정 단가가 매우 높아, 고체 전해질을 양산하는 기술로는 적합하지 않다는 단점이 있다.The technology of synthesizing an electrolyte by making a precursor into an amorphous phase through a high-energy mechanical milling process and partially crystallizing the electrolyte was started in 1999 by the Tatsumisago group in Japan, and is known as the most common synthesis method for producing an electrolyte to date. However, this method has disadvantages in that it takes a lot of time to amorphize, the amount that can be synthesized in one batch is extremely limited, so productivity is low, and the process cost is very high, so it is not suitable as a technology for mass-producing solid electrolytes.

그 후, 2013년에 기존 기계적 밀링공정법을 대체할 수 있는 용액 합성법이 보고되었다. 용액 합성법은 불활성 분위기에서 THF 등의 유기용매에 전구체 물질들을 녹이고 24시간가량 교반한 후 원심 분리를 통해 상층부를 제거한 반응물만 건조하여 β-Li3PS4 상을 형성하는 방법이다. 하지만, 안정상인 β-Li3PS4 이 외에 다른 상은 만들 수 없다는 한계가 있다. 한편, 2019년 일본 Tatsumisago 그룹에서 유기 용매를 이용하여 Li6PS5Cl 아지로다이트(Arygorodite)를 합성한 이후, 여러 제조사에서 유기 용매를 이용하여 고체 전해질을 합성하고 있다. 이러한 용액 합성법은 기계적 밀링 공정법에 비해 공정 시간을 다소 줄이는 등 여러 문제점을 해결하고 양산화하는데 있어서는 상대적으로 더 유리한 합성법이지만, 여전히 합성 시간이 길고 공정 단계가 매우 복잡하기에 해당 기술만으로는 양산화 하는데 아직까지 어려움을 보인다. 또한, 합성된 소재의 성능이 기계적 밀링 공정법과 비교하여 현저히 낮은 문제점이 있다.Then, in 2013, a solution synthesis method that can replace the existing mechanical milling process was reported. The solution synthesis method is a method in which precursor materials are dissolved in an organic solvent such as THF in an inert atmosphere, stirred for about 24 hours, and only the reactants from which the upper layer is removed through centrifugation are dried to form a β-Li 3 PS 4 phase. However, there is a limitation that other phases other than the stable phase β-Li 3 PS 4 cannot be made. On the other hand, after Li 6 PS 5 Cl Arygorodite was synthesized using an organic solvent at Tatsumisago Group in Japan in 2019, several manufacturers are synthesizing solid electrolytes using organic solvents. This solution synthesis method is a relatively more advantageous synthesis method in terms of mass production and solving various problems such as slightly reducing the process time compared to the mechanical milling process method. show difficulties In addition, there is a problem that the performance of the synthesized material is significantly lower than that of the mechanical milling process.

이에, 반응시간이 짧으면서도 높은 순도의 화합물을 합성할 수 있는 합성법이 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for a synthesis method capable of synthesizing a compound of high purity with a short reaction time.

본 발명의 일 과제는 고순도 및 고효율의 황화물계 고체 전해질의 제조 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for producing a high-purity and high-efficiency sulfide-based solid electrolyte.

본 발명의 일 과제는 고순도 및 고효율로 제조된 황화물계 고체 전해질을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a sulfide-based solid electrolyte manufactured with high purity and high efficiency.

본 발명의 일 과제는 고순도 및 고효율로 제조된 황화물계 전고체 전지를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a sulfide-based all-solid-state battery manufactured with high purity and high efficiency.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

구현예들에 따른 황화물계 고체 전해질의 제조 방법은 반응기 내에서 용매와 전구체를 혼합하는 단계; 상기 반응기 내에 개진공 분위기를 형성하는 단계; 및 상기 반응기 내의 개진공 분위기를 유지하면서 상기 반응기 내부의 혼합물을 교반 또는 초음파 인가 조건에서 반응시키는 단계를 포함한다.A method for preparing a sulfide-based solid electrolyte according to embodiments includes mixing a solvent and a precursor in a reactor; forming an open vacuum atmosphere in the reactor; and reacting the mixture inside the reactor under conditions of stirring or application of ultrasonic waves while maintaining an open vacuum atmosphere in the reactor.

일부 구현예들에 있어서, 혼합물의 반응은 상기 용매의 끓는점 이하의 온도로 승온된 상태에서 수행될 수 있다.In some embodiments, the reaction of the mixture may be carried out in a state where the temperature is elevated to a temperature below the boiling point of the solvent.

일부 구현예들에 있어서, 개진공 분위기의 유지는 상기 반응기 내에서 발생하는 기체를 제거함으로써 수행될 수 있다.In some embodiments, maintenance of the open vacuum atmosphere may be performed by removing gases generated in the reactor.

일부 구현예들에 있어서, 혼합물의 반응에 의한 반응물을 열처리하여 결정화하는 단계를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, a step of crystallizing a reaction product by heat treatment may be further included.

일부 구현예들에 있어서, 혼합물의 반응 종료까지 상기 반응기 내에 지속적으로 버블이 발생할 수 있다.In some embodiments, bubbles may be continuously generated in the reactor until the reaction of the mixture is complete.

일부 구현예들에 있어서, 혼합물의 반응은 상기 전구체가 부분적으로 용해된 상태에서 수행될 수 있다.In some embodiments, the reaction of the mixture may be performed in a partially dissolved state of the precursor.

일부 구현예들에 있어서, 상기 전구체는 알칼리 금속 황화물, 알칼리 금속 할로겐화물 및 오황화 인을 포함할 수 있다.In some embodiments, the precursor may include an alkali metal sulfide, an alkali metal halide and phosphorus pentasulfide.

일부 구현예들에 있어서, 상기 용매는 알칼리 금속 황화물과 알칼리 금속 할로겐화물에 대한 용해도가 작은 제1 용매, 및 알칼리 금속 황화물과 알칼리 금속 할로겐화물을 적어도 부분적으로 용해시키는 제2 용매를 포함할 수 있다.In some embodiments, the solvent may include a first solvent having low solubility in the alkali metal sulfide and alkali metal halide, and a second solvent at least partially dissolving the alkali metal sulfide and alkali metal halide. .

구현예들에 따른 황화물계 고체 전해질은 상기 제조 방법에 의해 제조되고, 아지로다이트 결정상을 갖는 A7-xPS6-xHax를 포함한다. 이 중, A는 알칼리 금속이고, Ha는 할로겐족 원소이며, x는 0.5 내지 2.0이다.A sulfide-based solid electrolyte according to embodiments is prepared by the above preparation method and includes A 7-x PS 6-x Ha x having an azirodite crystalline phase. Among them, A is an alkali metal, Ha is a halogen group element, and x is 0.5 to 2.0.

일부 구현예들에 있어서, 상기 황화물계 고체 전해질은 1.0 X 10-3 S/cm 내지 10 X 10-3 S/cm의 이온전도도를 나타낼 수 있다.In some embodiments, the sulfide-based solid electrolyte may exhibit an ion conductivity of 1.0 X 10 -3 S/cm to 10 X 10 -3 S/cm.

구현예들에 따른 황화물계 전고체 전지는 순차적으로 적층된 양극, 고체 전해질층, 및 음극을 포함하고, 상기 황화물계 고체 전해질은 상기 양극, 상기 음극 및 상기 고제 전체질층 중 적어도 하나에 포함될 수 있다.A sulfide-based all-solid-state battery according to embodiments includes a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode sequentially stacked, and the sulfide-based solid electrolyte may be included in at least one of the positive electrode, the negative electrode, and the solid solid layer. .

구현예들에 따르면, 개진공 분위기가 유지되는 상태에서 교반 또는 초음파 인가 조건 하 반응 혼합물이 반응할 경우, 반응 동안 혼합물 내에서 버블이 지속적으로 발생할 수 있다. 상기 버블 발생에 의해 반응물들 사이의 혼합 및 접촉이 촉진됨으로써 황화물계 고체 전해질의 합성 속도가 향상되며, 높은 순도의 황화물계 고체 전해질이 수득될 수 있다.According to embodiments, when the reaction mixture reacts under stirring or application of ultrasonic waves while an open vacuum atmosphere is maintained, bubbles may be continuously generated in the mixture during the reaction. Mixing and contact between the reactants are promoted by the generation of bubbles, so that the synthesis rate of the sulfide-based solid electrolyte is improved, and a high-purity sulfide-based solid electrolyte can be obtained.

구현예들에 따르면, 상기 방법에 따라 제조된 황화물계 고체 전해질을 이용하여 방전 용량, 충방전 효율, 용량 유지율 등의 전기적 특성이 우수한 황화물계 전고체 전지를 고효율로 제조할 수 있다.According to embodiments, a sulfide-based all-solid-state battery having excellent electrical characteristics such as discharge capacity, charge/discharge efficiency, and capacity retention rate can be manufactured with high efficiency using the sulfide-based solid electrolyte prepared according to the above method.

그러나, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 일부 구현예에 따른 황화물계 고체 전해질의 제조 방법을 설명하는 개략적인 흐름도이다.
도 2는 일부 구현예에 따른 황화물계 고체 전해질의 제조 방법을 설명하는 개략적인 흐름도이다.
도 3은 실시예의 황화물계 고체 전해질의 제조 방법에 있어서, 반응 시간에 따른 반응 용액의 색깔 변화를 나타낸 사진이다.
도 4는 결정화 전 시료에 대한 열중량 시차열 분석(thermogravimetry-differential thermal analysis, TG-DTA) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 결정화된 시료에 대한 X-선 회절 분석(X-ray diffraction crystallography, XRD) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1의 황화물계 고체 전해질의 이온전도도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 9 및 10의 황화물계 고체 전해질에 대한 XRD 패턴이다.
도 8은 실시예 1 및 11의 황화물계 고체 전해질에 대한 XRD 패턴이다.
1 is a schematic flow diagram illustrating a method of manufacturing a sulfide-based solid electrolyte according to some embodiments.
2 is a schematic flow diagram illustrating a method of manufacturing a sulfide-based solid electrolyte according to some embodiments.
3 is a photograph showing the color change of the reaction solution according to the reaction time in the method of manufacturing a sulfide-based solid electrolyte of Example.
4 is a graph showing the results of thermogravimetry-differential thermal analysis (TG-DTA) for samples before crystallization.
5 is a graph showing the results of X-ray diffraction crystallography (XRD) for a crystallized sample.
6 is a graph showing the results of measuring the ionic conductivity of the sulfide-based solid electrolyte of Example 1.
7 is an XRD pattern of the sulfide-based solid electrolytes of Examples 9 and 10.
8 is XRD patterns of sulfide-based solid electrolytes of Examples 1 and 11;

본 발명의 구현예들은 반응기 내에서 용매와 전구체를 혼합하는 단계, 상기 반응기 내에 개진공 분위기를 형성하는 단계 및 상기 반응기 내의 개진공 분위기를 유지하면서 상기 반응기 내부의 혼합물을 교반 또는 초음파 인가 조건에서 반응시키는 단계를 포함하여, 고효율로 고순도의 황화물계 고체 전해질을 제조하는 방법을 제공한다.Embodiments of the present invention include mixing a solvent and a precursor in a reactor, forming an open vacuum atmosphere in the reactor, and reacting the mixture in the reactor under stirring or ultrasonic application conditions while maintaining the open vacuum atmosphere in the reactor. It provides a method for producing a high-purity sulfide-based solid electrolyte with high efficiency, including the step of doing.

일부 구현예들은 상기 방법에 따라 제조되어 고순도 및 고이온전도도를 갖는 황화물계 고체 전해질 및 이를 포함하는 황화물계 전고체 전지를 제공한다.Some embodiments provide a sulfide-based solid electrolyte prepared according to the above method and having high purity and high ionic conductivity and a sulfide-based all-solid-state battery including the same.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged than actual for clarity of the present invention. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. In addition, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where it is "directly on" the other part, but also the case where another part is present in the middle. Conversely, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "under" another part, this includes not only the case where it is "directly below" the other part, but also the case where another part is in the middle.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values and/or expressions expressing quantities of components, reaction conditions, polymer compositions and formulations used herein refer to the number of factors that such numbers arise, among other things, to obtain such values. Since these are approximations that reflect the various uncertainties of the measurement, they should be understood to be qualified by the term "about" in all cases. Also, when numerical ranges are disclosed herein, such ranges are contiguous and include all values from the minimum value of such range to the maximum value inclusive, unless otherwise indicated. Furthermore, where such ranges refer to integers, all integers from the minimum value to the maximum value inclusive are included unless otherwise indicated.

도 1은 일부 구현예에 따른 황화물계 고체 전해질의 제조 방법을 설명하는 개략적인 흐름도이다.1 is a schematic flow diagram illustrating a method of manufacturing a sulfide-based solid electrolyte according to some embodiments.

도 1을 참고하면, 구현예들에 따른 황화물계 고체 전해질의 제조 방법은 반응기 내에서 용매와 전구체를 혼합하는 단계(예를 들면, S100); 상기 반응기 내에 개진공 분위기를 형성하는 단계(예를 들면, S200); 및 상기 반응기 내의 개진공 분위기를 유지하면서 상기 반응기 내부의 혼합물을 교반 또는 초음파 인가 조건에서 반응시키는 단계(예를 들면, S300)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a method for preparing a sulfide-based solid electrolyte according to embodiments includes mixing a solvent and a precursor in a reactor (eg, S100); forming an open vacuum atmosphere in the reactor (eg, S200); and reacting the mixture inside the reactor under conditions of stirring or application of ultrasonic waves while maintaining an open vacuum atmosphere in the reactor (eg, S300).

반응기 내에서 용매와 전구체를 혼합하는 단계(S100)는 반응기 내에 용매를 먼저 투입한 후 전구체를 투입하거나, 전구체를 먼저 투입한 후 용매를 투입하거나, 용매와 전구체를 혼합하여 반응기에 투입하여 수행될 수 있다.The step of mixing the solvent and the precursor in the reactor (S100) is performed by first introducing the solvent into the reactor and then introducing the precursor, first introducing the precursor and then introducing the solvent, or mixing the solvent and the precursor and introducing the mixture into the reactor. can

상기 반응기는 용매 및 전구체를 포함하는 반응물의 투입 후 밀폐되지 않은 상태에서 압력을 낮춘 상태인 개진공을 형성할 수 있는 것으로서, 그 소재와 형상은 제한되지 않는다. 개진공은 밀폐되지 않은 공간에서 내부 압력을 낮춘 상태를 의미한다.The reactor is capable of forming an open vacuum in a state in which the pressure is lowered in an unsealed state after inputting a reactant including a solvent and a precursor, and the material and shape thereof are not limited. Open vacuum refers to a state in which the internal pressure is lowered in an unenclosed space.

일부 구현예들에 있어서, 상기 전구체는 알칼리 금속 황화물(A2S; A는 알칼리 금속), 알칼리 금속 할로겐화물(AX; X는 할로겐) 및 오황화 인(P2S5)을 포함할 수 있다. 알칼리 금속은 리튬, 소듐, 포타슘 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 할로겐은 불소, 염소, 브로민, 요오드 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.In some embodiments, the precursor may include an alkali metal sulfide (A 2 S; A is an alkali metal), an alkali metal halide (AX; X is a halogen), and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ). . Alkali metals may include lithium, sodium, potassium or combinations thereof. Halogen may include fluorine, chlorine, bromine, iodine or combinations thereof.

일부 구현예들에 있어서, 상기 알칼리 금속 황화물, 알칼리 금속 할로겐화물 및 오황화 인은 4.5 내지 5.5 : 0.5 내지 1.5 : 1.5 내지 2.5의 몰비로 혼합될 수 있다. 예를 들면, 상기 알칼리 금속 황화물, 알칼리 금속 할로겐화물 및 오황화 인은 화학양론적으로 5 : 1 : 2의 몰비로 반응할 수 있다.In some embodiments, the alkali metal sulfide, alkali metal halide, and phosphorus pentasulfide may be mixed in a molar ratio of 4.5 to 5.5: 0.5 to 1.5: 1.5 to 2.5. For example, the alkali metal sulfide, alkali metal halide, and phosphorus pentasulfide may react in a stoichiometric molar ratio of 5:1:2.

일부 구현예들에 있어서, 상기 용매는 알칼리 금속 황화물과 알칼리 금속 할로겐화물에 대한 용해도가 작은 제1 용매를 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 용매는 알칼리 금속 황화물과 알칼리 금속 할로겐화물을 적어도 부분적으로 용해시키는 제2 용매를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the solvent may include a first solvent having low solubility for alkali metal sulfides and alkali metal halides. Optionally, the solvent may further comprise a second solvent that at least partially dissolves the alkali metal sulfide and alkali metal halide.

예를 들면, 상기 제1 용매는 니트릴계 용매, 에테르계 용매, 에스테르계 용매 등을 포함할 수 있으며, 상기 니트릴계 용매로서, 예를 들면, 아세토니트릴을 포함할 수 있다.For example, the first solvent may include a nitrile solvent, an ether solvent, an ester solvent, and the like, and the nitrile solvent may include, for example, acetonitrile.

상기 제2 용매는 알코올계 용매, 카르복시산계 용매, 에스테르계 용매, 케톤계 용매, 아민계 용매, 설폭사이드계 용매 등을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 아세트산, 아세틸 아세톤, 2-아미노에탄올, 아니솔, 벤질 알코올, 1-부탄올, 2-부탄올, 2-부타논, t-부틸 알코올, 사이클로헥산올, 사이클로헥사논, 디-n-부틸 프탈레이트, 디에틸 글리콜, 디글라임, 디메톡시에탄, 디메틸포름아미드, 디메틸 프탈레이트, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 에탄올, 에테르, 에틸 아세테이트, 에틸 아세토아세테이트, 에틸 벤조에이트, 에틸렌 글리콜, 글리세린, 1-헵탄올, 1-헥산올, 메탄올, 메틸 아세테이트, 메틸 t-부틸 에테르, 1-옥탄올, 1-펜탄올, 2- 펜탄올, 3- 펜탄올, 2-펜타논, 3- 펜타논, 1-프로판올, 테트라하이드로푸란 등을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2 용매는 1개의 산소 원소를 포함하는 아세톤, 2-아미노에탄올, 아니솔, 벤질 알코올, 1-부탄올, 2-부탄올, i-부탄올, 2-부타논, t-부틸 알코올, 사이클로헥산올, 사이클로헥사논, 디메틸포름아미드, 에탄올, 에테르, 1-헵탄올, 1-헥산올, 메탄올, 메틸 t-부틸 에테르, 1-옥탄올, 1-펜탄올, 2-펜탄올, 3-펜탄올, 2-펜타논, 3-펜타논, 1-프로판올, 2-프로판올, 테트라하이드로푸란 등을 포함하여, 알칼리 금속 황화물 및 알칼리 금속 할로겐화물과 오황화 인의 반응을 효과적으로 촉진하여, 고순도의 황화물계 고체 전해질을 형성할 수 있다.The second solvent may include an alcohol-based solvent, a carboxylic acid-based solvent, an ester-based solvent, a ketone-based solvent, an amine-based solvent, and a sulfoxide-based solvent. For example, acetic acid, acetyl acetone, 2-aminoethanol, Anisole, benzyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, 2-butanone, t-butyl alcohol, cyclohexanol, cyclohexanone, di-n-butyl phthalate, diethyl glycol, diglyme, dimethoxyethane, Dimethylformamide, dimethyl phthalate, dimethylsulfoxide, dioxane, ethanol, ether, ethyl acetate, ethyl acetoacetate, ethyl benzoate, ethylene glycol, glycerin, 1-heptanol, 1-hexanol, methanol, methyl acetate, methyl t-butyl ether, 1-octanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-pentanone, 3-pentanone, 1-propanol, tetrahydrofuran, and the like. Preferably, the second solvent is acetone, 2-aminoethanol, anisole, benzyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, i-butanol, 2-butanone, t-butyl alcohol containing one oxygen element , cyclohexanol, cyclohexanone, dimethylformamide, ethanol, ether, 1-heptanol, 1-hexanol, methanol, methyl t-butyl ether, 1-octanol, 1-pentanol, 2-pentanol, Including 3-pentanol, 2-pentanone, 3-pentanone, 1-propanol, 2-propanol, tetrahydrofuran, etc., it effectively promotes the reaction of alkali metal sulfides and alkali metal halides with phosphorus pentasulfide, resulting in high purity of can form a sulfide-based solid electrolyte.

일부 구현예들에 있어서, 상기 제2 용매를 사용하지 않고 상기 제1 용매만을 이용하여 황화물계 고체 전해질을 제조할 수 있으며, 이 경우, 황화물계 고체 전해질의 순도가 향상되고 이온전도도가 증가할 수 있다.In some embodiments, a sulfide-based solid electrolyte may be prepared using only the first solvent without using the second solvent, and in this case, the purity of the sulfide-based solid electrolyte may be improved and ionic conductivity may be increased. have.

일부 구현예들에 있어서, 전구체의 혼합 시, 알칼리 금속 황화물과 알칼리 금속 할로겐화물을 제1 용매 상에서 먼저 1차 혼합하고, 오황화 인은 추가로 2차 혼합할 수 있다.In some embodiments, when mixing the precursors, the alkali metal sulfide and the alkali metal halide may be first mixed in a first solvent, and phosphorus pentasulfide may be additionally mixed in a second order.

일부 구현예들에 있어서, 상기 1차 혼합 시 알칼리 금속 황화물과 알칼리 금속 할로겐화물을 제1 용매 상에서 선행 교반시킬 수 있다. 이 경우, 알칼리 금속 황화물과 알칼리 금속 할로겐화물이 상기 제1 용매 내에 용해되어, 황화물계 고체 전해질 합성 반응의 미반응물이 감소하고, 합성물의 순도가 증가할 수 있다. 예를 들면, 상기 선행 교반은 약 500 rpm으로 수행될 수 있으며, 0.5 내지 10 시간, 0.5 내지 5 시간, 0.5 내지 3 시간 또는 0.5 내지 2 시간 동안 수행될 수 있다.In some embodiments, the alkali metal sulfide and the alkali metal halide may be pre-stirred in the first solvent during the first mixing. In this case, the alkali metal sulfide and the alkali metal halide are dissolved in the first solvent, so that unreacted substances in the synthesis reaction of the sulfide-based solid electrolyte may be reduced and the purity of the compound may be increased. For example, the pre-stirring may be performed at about 500 rpm, and may be performed for 0.5 to 10 hours, 0.5 to 5 hours, 0.5 to 3 hours, or 0.5 to 2 hours.

일부 구현예들에 있어서, 상기 선행 교반은 상온 내지 100℃에서 수행될 수 있다. 상기 선행 교반의 온도가 증가할수록 불순물의 양이 감소할 수 있으며, 바람직하게는, 상기 선행 교반은 상기 제1 용매 및/또는 상기 제2 용매의 끓는점을 초과하지 않는 온도에서 수행될 수 있으며, 예를 들면, 50 내지 90℃ 또는 50 내지 85℃에서 수행될 수 있다.In some embodiments, the pre-stirring may be performed at room temperature to 100°C. As the temperature of the pre-stirring increases, the amount of impurities may decrease. Preferably, the pre-stirring may be performed at a temperature that does not exceed the boiling point of the first solvent and/or the second solvent. For example, it may be performed at 50 to 90 °C or 50 to 85 °C.

일부 구현예들에 있어서, 제2 용매를 제1 용매와 함께 사용하는 경우, 극성 용매인 제2 용매에 의해 알칼리 금속 황화물의 용해도를 높여, 최종 합성된 전해질에 포함된 불순물인 알칼리 금속 황화물의 함량을 감소시킬 수 있다. 그러나, 제2 용매를 제1 용매와 함께 사용하는 경우에는, 산화물계 불순물이 생겨날 수 있기에 제2 용매는 적당량 포함될 필요가 있다. 일 예로, 포함되는 제2 용매의 무게는 제1 용매 무게의 0.005% 내지 0.03%일 수 있다.In some embodiments, when the second solvent is used together with the first solvent, the solubility of the alkali metal sulfide is increased by the second solvent, which is a polar solvent, so that the content of the alkali metal sulfide, which is an impurity, is included in the finally synthesized electrolyte. can reduce However, when the second solvent is used together with the first solvent, oxide-based impurities may be generated, so the second solvent needs to be included in an appropriate amount. For example, the weight of the second solvent included may be 0.005% to 0.03% of the weight of the first solvent.

상기 제2 용매가 제1 용매와 함께 사용될 경우, 상기 제2 용매는 상기 제1 혼합 시 혼합될 수 있다.When the second solvent is used together with the first solvent, the second solvent may be mixed during the first mixing.

반응기 내에 개진공 분위기를 형성하는 단계(S200)은 상기 반응기 내에서 기체를 제거하여 수행될 수 있다. 기체의 제거는 통상의 감압 장치에 의해 수행될 수 있다. 상기 개진공 분위기는 예를 들면, 내부 기체 압력 -0.1MPa 이하의 저압 분위기를 포함할 수 있다.Forming an open vacuum atmosphere in the reactor (S200) may be performed by removing gas from the reactor. Removal of gas can be carried out by means of a conventional pressure reducing device. The open vacuum atmosphere may include, for example, a low-pressure atmosphere with an internal gas pressure of -0.1 MPa or less.

반응기 내의 개진공 분위기를 유지하면서 상기 반응기 내부의 혼합물을 교반 또는 초음파 인가 조건에서 반응시키는 단계(S300)는 -0.1MPa 이하의 내부 기체 압력을 유지하면서 수행될 수 있다.The step of reacting the mixture inside the reactor under stirring or applying ultrasonic waves while maintaining an open vacuum atmosphere in the reactor (S300) may be performed while maintaining an internal gas pressure of -0.1 MPa or less.

일부 구현예들에 있어서, 개진공 분위기의 유지는 상기 반응기 내에서 발생하는 기체를 제거함으로써 수행될 수 있다. 예를 들면, 혼합물의 반응 동안 상기 감압 장치 등을 이용하여 지속적으로 반응기 내의 낮은 압력을 유지함으로써, 상기 개진공 분위기를 유지시킬 수 있다. 이 경우, 상기 교반 또는 초음파 인가에 의해 상기 혼합물 내에서 발생하는 버블이 반응 종료까지 지속적으로 발생할 수 있으며, 부피가 큰 버블이 형성될 수 있다. 상기 버블에 의해 반응물들 사이의 혼합 및 접촉이 촉진되어 반응 속도가 증가할 수 있다.In some embodiments, maintenance of the open vacuum atmosphere may be performed by removing gases generated in the reactor. For example, the open vacuum atmosphere may be maintained by continuously maintaining a low pressure in the reactor using the pressure reducing device or the like during the reaction of the mixture. In this case, bubbles generated in the mixture by the stirring or application of ultrasonic waves may be continuously generated until the end of the reaction, and bubbles having a large volume may be formed. Mixing and contact between the reactants may be promoted by the bubbles, so that the reaction rate may be increased.

일부 구현예들에 있어서, 상기 교반 속도는 800 rpm 이상일 수 있다.In some embodiments, the agitation rate can be greater than 800 rpm.

일부 구현예들에 있어서, 상기 초음파의 주파수는 1 내지 100 kHz일 수 있다. 바람직하게는, 상기 주파수는 1 내지 80 kHz, 1 내지 70 kHz, 1 내지 60 kHz, 5 내지 100 kHz, 5 내지 80 kHz, 5 내지 70 kHz, 5 내지 60 kHz, 10 내지 100 kHz, 10 내지 80 kHz, 10 내지 70 kHz, 10 내지 60 kHz, 15 내지 100 kHz, 15 내지 80 kHz, 15 내지 70 kHz, 15 내지 60 kHz, 20 내지 100 kHz, 20 내지 80 kHz, 20 내지 70 kHz 또는 20 내지 60 kHz일 수 있다. 이 경우, 혼합물의 반응 시 버블의 발생이 촉진될 수 있으며, 이에 따라 반응의 속도가 증가하고 반응물의 순도가 향상될 수 있다.In some embodiments, the frequency of the ultrasound may be 1 to 100 kHz. Preferably, the frequency is 1 to 80 kHz, 1 to 70 kHz, 1 to 60 kHz, 5 to 100 kHz, 5 to 80 kHz, 5 to 70 kHz, 5 to 60 kHz, 10 to 100 kHz, 10 to 80 kHz, 10 to 70 kHz, 10 to 60 kHz, 15 to 100 kHz, 15 to 80 kHz, 15 to 70 kHz, 15 to 60 kHz, 20 to 100 kHz, 20 to 80 kHz, 20 to 70 kHz or 20 to 60 kHz. In this case, generation of bubbles may be promoted during the reaction of the mixture, and accordingly, the reaction rate may be increased and the purity of the reactants may be improved.

비교예에 있어서, 혼합물의 반응 시 개진공 분위기가 유지되지 않을 경우, 반응의 초기에만 버블이 발생하고, 반응의 종료 전 버블 발생이 종료될 수 있다. 이 경우, 반응 속도가 증가한 상태로 유지되기 어려우며, 반응의 종료에 예를 들면, 12 시간 이상이 소요될 수 있다.In Comparative Example, when the open vacuum atmosphere is not maintained during the reaction of the mixture, bubbles may be generated only at the beginning of the reaction, and the bubble generation may be terminated before the end of the reaction. In this case, it is difficult to maintain the increased reaction rate, and it may take, for example, 12 hours or more to complete the reaction.

구현예들에 따르면, 개진공 분위기가 유지된 상태에서 혼합물이 교반 또는 초음파 인가됨으로써, 혼합물의 반응 종료까지 상기 반응기 내에 지속적으로 버블이 발생할 수 있다. 이에 따라, 황화물계 고체 전해질 형성 반응이 가속될 수 있다. 예를 들면, 상기 반응 시간은 4 시간 이하, 3 시간 이하, 2 시간 이하, 1 시간 이하, 30 분 이하, 20 분 이하, 10 분 이하 또는 5분 이하로 단축될 수 있다. 구체적으로, 혼합물의 반응 시 개진공 분위기가 유지되는 조건에서 초음파가 인가될 경우, 상기 반응 시간은 1 시간 이하, 30 분 이하, 20 분 이하, 10 분 이하 또는 5분 이하로 단축될 수 있다.According to embodiments, as the mixture is stirred or ultrasonic waves are applied while the open vacuum atmosphere is maintained, bubbles may be continuously generated in the reactor until the reaction of the mixture is completed. Accordingly, a reaction for forming a sulfide-based solid electrolyte may be accelerated. For example, the reaction time may be reduced to 4 hours or less, 3 hours or less, 2 hours or less, 1 hour or less, 30 minutes or less, 20 minutes or less, 10 minutes or less, or 5 minutes or less. Specifically, when ultrasonic waves are applied under the condition that an open vacuum atmosphere is maintained during the reaction of the mixture, the reaction time may be shortened to 1 hour or less, 30 minutes or less, 20 minutes or less, 10 minutes or less, or 5 minutes or less.

일부 구현예들에 있어서, 혼합물의 반응은 상기 용매의 끓는점 이하의 온도로 승온된 상태에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 혼합물의 반응 온도 조건은 상온으로부터 용매의 끓는점 이하일 수 있으며, 25 내지 80℃, 25 내지 70℃, 25 내지 60℃, 30 내지 80℃, 30 내지 70℃, 30 내지 60℃, 35 내지 80℃, 35 내지 70℃, 35 내지 60℃, 40 내지 80℃, 40 내지 70℃ 또는 40 내지 60℃일 수 있다. 이 경우, 혼합물의 반응의 반응 속도가 증가하고, 생성되는 황화물계 고체 전해질의 순도가 증가할 수 있다.In some embodiments, the reaction of the mixture may be carried out in a state where the temperature is elevated to a temperature below the boiling point of the solvent. For example, the reaction temperature conditions of the mixture may be below the boiling point of the solvent from room temperature, 25 to 80 ℃, 25 to 70 ℃, 25 to 60 ℃, 30 to 80 ℃, 30 to 70 ℃, 30 to 60 ℃, 35 ℃ to 80 °C, 35 to 70 °C, 35 to 60 °C, 40 to 80 °C, 40 to 70 °C or 40 to 60 °C. In this case, the reaction rate of the reaction of the mixture may increase, and the purity of the sulfide-based solid electrolyte to be produced may increase.

일부 구현예들에 있어서, 혼합물의 반응은 상기 전구체가 부분적으로 용해된 상태에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 전구체는 상기 용매 상에 완전 용해되어 용액 상으로 반응하지 않고, 상기 용매 상에 부분적으로만 용해되고 상기 용매를 촉매 또는 반응 매질로 하여 액상 합성법(Liquid-phase synthesis)을 통해 반응될 수 있다.In some embodiments, the reaction of the mixture may be performed in a partially dissolved state of the precursor. Specifically, the precursor is not completely dissolved in the solvent and does not react in the solution phase, but is only partially dissolved in the solvent and reacted through liquid-phase synthesis using the solvent as a catalyst or reaction medium. can

일부 구현예들에 있어서, 상기 반응기 내부는 혼합물의 반응이 종료된 후에도 개진공 분위기로 유지될 수 있다. 이를 통해, 상기 반응 반응물로부터 용매가 건조될 수 있다.In some embodiments, the inside of the reactor may be maintained in an open vacuum atmosphere even after the reaction of the mixture is completed. Through this, the solvent may be dried from the reactants.

일부 구현예들에 있어서, 황화물계 고체 전해질의 제조 방법은 혼합물의 반응에 의한 반응물을 열처리하여 결정화하는 단계(예를 들면, 단계 S400)를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the method of manufacturing a sulfide-based solid electrolyte may further include heat-treating and crystallizing a reactant resulting from the reaction of the mixture (eg, step S400).

열처리 단계는 400 내지 800℃, 400 내지 700℃, 400 내지 600℃, 500 내지 800℃, 500 내지 700℃ 또는 500 내지 600℃에서 수행될 수 있다.The heat treatment step may be performed at 400 to 800 °C, 400 to 700 °C, 400 to 600 °C, 500 to 800 °C, 500 to 700 °C or 500 to 600 °C.

상기 열처리 단계는 개진공상태 혹은 상압보다 낮은 압력에서 수행될 수 있으며, 5 내지 30시간 동안 진행될 수 있다. 상기 열처리 단계에서 결정상의 형성과 동시에 잔존 용매 또한 추가적으로 제거될 수 있다. 상기 열처리 단계는 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)가스와 같은 불활성가스 분위기에서 수행될 수 있다.The heat treatment step may be performed in an open vacuum condition or at a pressure lower than atmospheric pressure, and may be performed for 5 to 30 hours. At the same time as the crystal phase is formed in the heat treatment step, residual solvent may also be additionally removed. The heat treatment step may be performed in an inert gas atmosphere such as argon (Ar) or nitrogen (N 2 ) gas.

한편, 상기 열처리 단계는 1차 열처리와 2차 열처리를 포함할 수 있다. 2차 열처리시의 온도는 1차 열처리 시의 온도보다 높을 수 있다.Meanwhile, the heat treatment step may include a first heat treatment and a second heat treatment. A temperature during the second heat treatment may be higher than a temperature during the first heat treatment.

1차 열처리는 반응물에 남아 있을 수 있는 입자 표면에 흡착된 용매의 휘발을 추가적으로 유도하고, 잔류된 유기용매의 원소 중 탄소를 전기전도도가 낮고 합성에 관여하지 않는 비결정질 탄소로 만들어, 결정질 탄소가 전기전도도를 가지는 소재로 합성되는 것을 방지함으로써, 전구체간 화학양론적 비율을 유지하여 구조적으로 안정적인 아지로다이트의 합성을 유도할 수 있다. 1차 열처리는 용매가 충분히 휘발되는 100℃ 이상, 비결정질 탄소가 결정화되는 450℃ 이하에서 수행되는 것이 바람직하다. The primary heat treatment additionally induces volatilization of the solvent adsorbed on the surface of the particles that may remain in the reactants, and turns carbon among the elements of the remaining organic solvent into amorphous carbon that has low electrical conductivity and is not involved in synthesis, so that crystalline carbon is electrically By preventing the synthesis of materials having conductivity, it is possible to induce the synthesis of structurally stable azirodite by maintaining a stoichiometric ratio between the precursors. The first heat treatment is preferably performed at 100° C. or higher at which the solvent is sufficiently volatilized and 450° C. or lower at which amorphous carbon is crystallized.

2차 열처리는 CO, H2, N2, Ar, He, Ne 등과 같은 불활성기체 분위기 하에서, 450℃ 이상 600℃ 이하의 온도로 1시간 내지 24시간 동안 수행될 수 있다. 2차 열처리에 의해 목표 결정상을 가지는 고체전해질을 제조할 수 있다. 이러한 2차 열처리는 필요에 따라 반복하여 결정성을 강화시킬 수 있다.The secondary heat treatment may be performed for 1 hour to 24 hours at a temperature of 450°C or more and 600°C or less under an inert gas atmosphere such as CO, H 2 , N 2 , Ar, He, Ne, and the like. A solid electrolyte having a target crystalline phase can be prepared by secondary heat treatment. This secondary heat treatment may be repeated as necessary to enhance crystallinity.

일부 구현예들에 있어서, 황화물계 고체 전해질 제조는 수분 및 산소에 노출되지 않는 글로브박스 혹은 드라이룸에서 수행될 수 있다.In some embodiments, fabrication of the sulfide-based solid electrolyte may be performed in a glovebox or dry room that is not exposed to moisture and oxygen.

구현예들에 따른 황화물계 고체 전해질은 상기 제조 방법에 의해 제조되고, 아지로다이트 결정상을 갖는 A7-xPS6-xHax를 포함한다. 이 중, A는 알칼리 금속이고, Ha는 단일 혹은 다중 할로겐족 원소이며, x는 0.5 내지 2.0이다.A sulfide-based solid electrolyte according to embodiments is prepared by the above preparation method and includes A 7-x PS 6-x Ha x having an azirodite crystalline phase. Among them, A is an alkali metal, Ha is a single or multiple halogen group element, and x is 0.5 to 2.0.

일부 구현예들에 있어서, 상기 황화물계 고체 전해질은 1.0 X 10-3 S/cm 내지 10 X 10-3 S/cm의 이온전도도를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 황화물계 고체 전해질은 1.0 X 10-3 S/cm 내지 10 X 10-3 S/cm, 구체적으로, 2.0 X 10-3 S/cm 내지 8.0 X 10-3 S/cm 또는 2.0 X 10-3 S/cm 내지 5.0 X 10-3 S/cm의 이온전도도를 나타낼 수 있다.In some embodiments, the sulfide-based solid electrolyte may exhibit an ion conductivity of 1.0 X 10 -3 S/cm to 10 X 10 -3 S/cm. In addition, the sulfide-based solid electrolyte is 1.0 X 10 -3 S / cm to 10 X 10 -3 S / cm, specifically, 2.0 X 10 -3 S / cm to 8.0 X 10 -3 S / cm or 2.0 X 10 -3 S/cm to 5.0 X 10 -3 S/cm of ionic conductivity may be exhibited.

일부 구현예들에 있어서, 상기 황화물계 고체 전해질은 X선 회절 스펙트럼에서 회절 각도(2

Figure pat00001
)가 15.5±0.5°, 18.0±0.5°, 25.5±0.5°, 30.0±0.5°, 31.5±0.5°, 40.0±0.5°, 45.5±0.5°, 48.0±0.5°, 53.0±0.5°, 55.0±0.5°, 56.5±0.5°및 59.5±0.5°의 영역에서 회절 피크를 나타내는 것일 수 있다.In some embodiments, the sulfide-based solid electrolyte has a diffraction angle (2
Figure pat00001
) is 15.5±0.5°, 18.0±0.5°, 25.5±0.5°, 30.0±0.5°, 31.5±0.5°, 40.0±0.5°, 45.5±0.5°, 48.0±0.5°, 53.0±0.5°, 55.0±0.5 °, may represent diffraction peaks in the regions of 56.5 ± 0.5 ° and 59.5 ± 0.5 °.

구현예들에 따른 황화물계 전고체 전지는 순차적으로 적층된 양극, 고체 전해질층, 및 음극을 포함하고, 상기 황화물계 고체 전해질은 상기 양극, 상기 음극 및 상기 고제 전체질층 중 적어도 하나에 포함될 수 있다.A sulfide-based all-solid-state battery according to embodiments includes a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode sequentially stacked, and the sulfide-based solid electrolyte may be included in at least one of the positive electrode, the negative electrode, and the solid solid layer. .

상기 황화물계 고체 전해질을 포함하는 전고체 리튬 전지는 순차적으로 적층된 양극, 고체 전해질층 및 음극을 포함할 수 있다. 여기서, 고체 전해질층은 황화물계 고체 전해질을 포함할 수 있고, 양극은 양극 활물질 입자, 상기 황화물계 고체 전해질 및 도전재 입자의 혼합물층일 수 있고, 음극은 음극 활물질 입자, 상기 황화물계 고체 전해질 및 도전재 입자의 혼합물층일 수 있다.The all-solid lithium battery including the sulfide-based solid electrolyte may include a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode sequentially stacked. Here, the solid electrolyte layer may include a sulfide-based solid electrolyte, the positive electrode may be a mixture layer of positive electrode active material particles, the sulfide-based solid electrolyte, and conductive particles, and the negative electrode may include negative electrode active material particles, the sulfide-based solid electrolyte and conductive particles. It may be a mixture layer of ash particles.

도 2는 일부 구현예에 따른 황화물계 고체 전해질의 제조 방법을 설명하는 개략적인 흐름도이다.2 is a schematic flow diagram illustrating a method of manufacturing a sulfide-based solid electrolyte according to some embodiments.

도 2를 참고하면, 구현예들에 따른 황화물계 고체 전해질의 제조 방법은 반응기 내에서 용매와 전구체를 혼합하는 단계(예를 들면, S100); 상기 반응기 내에 개진공 분위기를 형성하는 단계(예를 들면, S200); 상기 반응기 내의 개진공 분위기를 유지하면서 상기 반응기 내부의 혼합물을 교반 또는 초음파 인가 조건에서 반응시키는 단계(예를 들면, S300); 반응물을 추가적으로 혼합하는 단계(예를 들면, S350); 반응물을 열처리하여 결정화하는 단계(예를 들면, 단계 S400), 결정화된 시료를 정제하고 입도를 조절하는 정제 단계(예를 들면, S500); 및 유기용매를 제거하고 덩어리진 시료를 해소하는 건조 단계(예를 들면, S600)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , a method for preparing a sulfide-based solid electrolyte according to embodiments includes mixing a solvent and a precursor in a reactor (eg, S100); forming an open vacuum atmosphere in the reactor (eg, S200); reacting the mixture inside the reactor under conditions of stirring or application of ultrasonic waves while maintaining an open vacuum atmosphere within the reactor (eg, S300); additionally mixing the reactants (eg, S350); Crystallizing the reactant by heat treatment (eg, step S400), purifying the crystallized sample and adjusting the particle size (eg, S500); and a drying step (eg, S600) of removing the organic solvent and dissolving the agglomerated sample.

이하에서는 도 1에서 도시하고 설명한 바와 동일한 내용에 대해서는 반복하여 설명하지 않으며, 반응물을 추가적으로 혼합하는 단계(예를 들면, S350), 결정화된 시료를 정제하고 입도를 조절하는 정제 단계(예를 들면, S500); 및 유기용매를 제거하고 덩어리진 시료를 해소하는 건조 단계(예를 들면, S600)를 설명하기로 한다. Hereinafter, the same content as shown and described in FIG. 1 will not be repeatedly described, and a step of additionally mixing the reactants (eg, S350), a purification step of purifying the crystallized sample and adjusting the particle size (eg, S500); And a drying step (for example, S600) of removing the organic solvent and dissolving the agglomerated sample will be described.

반응물을 추가적으로 혼합하는 단계(예를 들면, S350)는, 건조된 반응물 분말을 수집하여 추가 혼합하는 단계로서, 서로 흡착되거나 응집된 시료의 입자 분포를 고르게 하고, 입자 크기를 균일하게 할 수 있다. 또한, 반응물을 추가 혼합함으로써, 잔류 용매를 제거하며, 용매에 포함되었던 불순물인 탄소를 반응물로부터 제거할 수 있다. 따라서, 열처리 시 화학양론비(Stoichiometric ratio)에 맞는 균일한 배합을 갖는 전해질의 합성을 유도할 수 있다.The step of additionally mixing the reactants (for example, S350) is a step of collecting and additionally mixing the dried reactant powder, and it is possible to make the particle distribution and particle size of the sample adsorbed or aggregated evenly. In addition, by additionally mixing the reactants, residual solvent may be removed and carbon, which is an impurity contained in the solvent, may be removed from the reactants. Therefore, it is possible to induce the synthesis of an electrolyte having a uniform formulation suitable for a stoichiometric ratio during heat treatment.

일 예로, 반응물의 추가 혼합은 습식 볼 밀링에 의할 수 있다. 예를 들어, table ball milling, vertical-ball milling, planetary milling, bead milling 등에 의할 수 있다. 다른 예로, 반응물의 추가 혼합은 stirring, homogenizing, ultra-sonication 등에 의할 수도 있다. In one example, further mixing of the reactants may be by wet ball milling. For example, it may be by table ball milling, vertical-ball milling, planetary milling, bead milling, and the like. As another example, further mixing of the reactants may be by stirring, homogenizing, ultra-sonication, and the like.

반응물의 추가 혼합에 사용되는 용매는 혼합물을 형성할 때 사용하는 용매와 동일할 수 있다. 즉, 반응물의 추가 혼합시 사용되는 용매는 니트릴계 용매, 에테르계 용매, 에스테르계 용매 등을 포함할 수 있다. 선택적 실시예로, 반응물의 추가 혼합시 사용되는 용매는 헵탄, n-헵탄, 톨루엔 등 산소를 포함하지 않는 유기용매를 사용할 수 있다. The solvent used for further mixing of the reactants may be the same as the solvent used when forming the mixture. That is, the solvent used in the additional mixing of the reactants may include a nitrile solvent, an ether solvent, an ester solvent, and the like. As an optional embodiment, an organic solvent that does not contain oxygen, such as heptane, n-heptane, toluene, or the like, may be used as a solvent used when the reactants are additionally mixed.

이와 같은 반응물의 추가 혼합은 10분 내지 2시간 동안 수행될 수 있고, 필요시 복수 회 걸쳐 수행될 수 있으며, 습식혼합과 건식혼합을 교차 반복하여 진행할 수도 있다. Such additional mixing of the reactants may be performed for 10 minutes to 2 hours, may be performed multiple times if necessary, or wet mixing and dry mixing may be alternately repeated.

결정화된 시료를 정제하고 입도를 조절하는 정제 단계(예를 들면, S500)는, 합성된 시료의 순도를 더욱 향상시키기 위한 단계로서, 입자의 크기와 형상을 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 정제 단계는 반응물을 혼합함으로써, 반응물의 잔류 불순물을 추가로 제거하고, 물리적인 힘으로 2차, 3차 입자들의 약한 결합을 끊어내어 최종적으로 반응물의 입도를 제어할 수 있다.The purification step of purifying the crystallized sample and adjusting the particle size (eg, S500) is a step for further improving the purity of the synthesized sample, and the size and shape of the particles may be adjusted. More specifically, in the purification step, the particle size of the reactants may be finally controlled by mixing the reactants to further remove residual impurities from the reactants, and breaking weak bonds between secondary and tertiary particles with physical force.

정제단계는 반응물과 유기용매를 혼합한 후, 볼 밀링에 의할 수 있다. 볼 밀링에 의해 반응물의 표면에 있는 탄소와 같은 불순물을 제거하고, 입자간 약한 결합을 끊음으로써, 반응물의 입도를 제어할 수 있다. 정제단계를 거친 반응물은 명도가 높아질 수 있다.The purification step may be performed by ball milling after mixing the reactants and the organic solvent. The particle size of the reactant can be controlled by removing impurities such as carbon on the surface of the reactant and breaking weak bonds between particles by ball milling. A reactant that has undergone the purification step may have high brightness.

볼 밀링은 table ball milling, vertical-ball milling, planetary milling, bead milling 등 다양한 방법을 포함할 수 있다. 다른 예로, 정제단계의 혼합은 stirring, homogenizing, ultra-sonication 등에 의할 수도 있다. Ball milling may include various methods such as table ball milling, vertical-ball milling, planetary milling, and bead milling. As another example, mixing in the purification step may be performed by stirring, homogenizing, ultra-sonication, and the like.

한편, 정제단계는 습식 또는 건식으로 진행할 수 있으며, 습식의 경우 건조단계를 포함하고, 건식의 경우 건조단계를 포함하지 않는 대신 추가적으로 해소단계를 포함할 수 있다. 건조단계는 건식과 습식을 교차 반복하여 진행할 수도 있다.On the other hand, the purification step may be carried out in a wet or dry method, and may include a drying step in the case of a wet method, and may include an additional solution step instead of not including a drying step in the case of a dry method. The drying step may be performed by alternating between dry and wet processes.

유기용매를 제거하고 덩어리진 시료를 해소하는 건조 단계(예를 들면, S600)는 합성의 최종 단계로서, 정제단계에서 사용된 유기용매를 건조하고, 정제단계를 거쳐 입도 조절이 된 정제된 반응물이 표면에너지에 의해 다시 응집되는 것을 방지할 수 있도록 시료를 해소할 수 있다. 이를 위해, 유기용매의 끓는점 이하의 낮은 온도에서의 건조와 동시에 해소하는 것이 필요하다. 즉, 낮은 온도에서 지속적으로 에너지를 공급하여 건조하는 방법에 의할 수 있다. 예를 들어, 건조 단계는 정제된 반응물을 원심분리 후 진공건조할 수 있다. 또는, 블레이드 교반과 같은 에너지를 인가하며 건조하는 방법, 열풍건조, 동결건조, 분무건조 등 일반 건조 후 해소단계를 포함하여 수행될 수 있다. The drying step (for example, S600) of removing the organic solvent and dissolving the agglomerated sample is the final step of the synthesis. The organic solvent used in the purification step is dried, and the purified reactant whose particle size is controlled through the purification step is obtained. The sample can be dissolved to prevent re-aggregation by surface energy. To this end, it is necessary to dissolve at the same time as drying at a low temperature below the boiling point of the organic solvent. That is, it may be a method of drying by continuously supplying energy at a low temperature. For example, in the drying step, the purified reactant may be vacuum-dried after centrifugation. Alternatively, a method of drying while applying energy such as blade agitation, and a general drying step such as hot air drying, freeze drying, and spray drying may be performed.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. The following examples are merely examples to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1: 황화물계 고체 전해질의 제조Example 1: Preparation of sulfide-based solid electrolyte

전구체 Li2S, LiCl 및 P2S5를 이용하여 Li6PS5Cl을 합성하였다. 전구체의 합은 총 5g으로 진행하였다. 용매는 사용 가능한 여러가지 유기 용매 중, 아세토니트릴 100 ml과 이소프로판올 0.013 g을 사용하였다.Li 6 PS 5 Cl was synthesized using the precursors Li 2 S, LiCl and P 2 S 5 . The sum of the precursors was carried out in a total of 5 g. Among various organic solvents available, 100 ml of acetonitrile and 0.013 g of isopropanol were used as the solvent.

반응기에 아세토니트릴 75 ml와 Li2S및 LiCl을 비율에 맞추어 넣고 이소프로판올과 혼합하고, 50℃에서 1시간 동안 선행 교반한 후, P2S5와 아세토니트릴 25ml를 투입하였다. Li2S, P2S5 및 LiCl은 약 5 : 1 : 2의 몰비로 사용되었다.75 ml of acetonitrile, Li 2 S, and LiCl were put into the reactor according to the ratio and mixed with isopropanol, followed by pre-stirring at 50° C. for 1 hour, and then 25 ml of P 2 S 5 and acetonitrile were added. Li 2 S, P 2 S 5 and LiCl were used in a molar ratio of about 5:1:2.

반응기를 닫고 내용물이 끓어 넘치지 않도록 서서히 개진공을 형성한 후, 반응기를 개진공이 유지된 상태에서 아세토니트릴 및 이소프로판올의 끓는점보다 낮은 온도인 50℃로 설정된 초음파 항온조에 넣었다. 항온조에 약 40 kHz의 초음파를 인가하여 반응 용액의 색깔이 하얗게 반응이 일어날 때까지 개진공, 온도 및 초음파 조건을 유지하였다.After the reactor was closed and an open vacuum was gradually formed so that the contents did not boil over, the reactor was placed in an ultrasonic thermostat set at 50° C., which is lower than the boiling point of acetonitrile and isopropanol, while the open vacuum was maintained. Ultrasonic waves of about 40 kHz were applied to the thermostat to maintain open vacuum, temperature, and ultrasonic conditions until the color of the reaction solution turned white.

그 결과, 반응이 일어나는 5분 동안 혼합물 용액 내의 버블 발생이 지속되었으며, 도 3에 도시된 바와 같이 용액의 색깔이 청록색으로부터 점차 녹차색, 겨자색을 거쳐 하얀색으로 변화하였다. 이는 기존 용액 합성법에서 수 시간에 걸쳐 나타나는 색깔 변화와 유사하였다. 이를 통해, 본 합성 방법에 의해 짧은 시간 내에 반응이 효과적으로 일어나는 것이 확인되었다.As a result, bubbles were generated in the mixture solution continuously for 5 minutes during the reaction, and as shown in FIG. 3, the color of the solution gradually changed from blue-green to green and mustard to white. This was similar to the color change over several hours in the existing solution synthesis method. Through this, it was confirmed that the reaction effectively occurs within a short time by the present synthesis method.

합성이 끝난 후(색 변화가 끝난 후), 개진공계를 계속 유지시켜 유기 용매의 휘발을 유도하여 반응물을 건조시켰다. 건조 후 불활성 분위기의 글로브박스에서 반응기 내의 반응물을 채취하고, 550℃에서 12 시간 동안 열처리하여 결정화된 황화물계 고체 전해질을 수득하였다.After the synthesis was finished (after the color change was finished), the reactant was dried by continuously maintaining an open vacuum system to induce volatilization of the organic solvent. After drying, reactants in the reactor were collected in a glove box under an inert atmosphere, and heat-treated at 550° C. for 12 hours to obtain a crystallized sulfide-based solid electrolyte.

실험예1: 열중량 시차열 분석(thermogravimetry-differential thermal analysis, TG-DTA) Experimental Example 1: Thermogravimetry-differential thermal analysis (TG-DTA)

실시예 1에서 합성된 고체 전해질의 결정화 전 시료에 대해 열중량 시차열 분석(TG-DTA)을 진행하였다. Thermogravimetric differential thermal analysis (TG-DTA) was performed on the sample before crystallization of the solid electrolyte synthesized in Example 1.

도 4에서 나타낸 바와 같이, 아지로다이트(argyrodite) 전해질의 결정화 온도인 550

Figure pat00002
전후의 흡열반응 이외에 어떠한 반응 피크가 존재하지 않는 것을 확인하였고, Li3PS4와 같은 안정한 물질과 관련된 220
Figure pat00003
부근의 피크가 없음을 확인하였다. 이러한 결과는, 전구체간의 결합이 제대로 이루어졌음을 나타낸다.As shown in FIG. 4, the crystallization temperature of argyrodite electrolyte is 550
Figure pat00002
It was confirmed that there was no reaction peak other than the endothermic reaction before and after, and 220 related to a stable material such as Li 3 PS 4
Figure pat00003
It was confirmed that there were no nearby peaks. These results indicate that the binding between the precursors was properly performed.

실험예 2: X-선 회절 분석(X-ray diffraction crystallography, XRD)Experimental Example 2: X-ray diffraction crystallography (XRD)

실시예 1에서 합성된 결정화된 시료에 대해 X-선 회절 분석(XRD)을 진행하였다.X-ray diffraction analysis (XRD) was performed on the crystallized sample synthesized in Example 1.

도 5에서 나타낸 바와 같이, X선 회절 스펙트럼에서 회절 각도(2

Figure pat00004
)가 15.5±0.5°, 18.0±0.5°, 25.5±0.5°, 30.0±0.5°, 31.5±0.5°, 40.0±0.5°, 45.5±0.5°, 48.0±0.5°, 53.0±0.5°, 55.0±0.5°, 56.5±0.5°및 59.5±0.5°의 영역에서 회절 피크를 나타냈다. 이러한 피크는 고이온전도도를 보이는 Li6PS5Cl와 실질적으로 동일한 피크이므로, 상기 실시예1에서 합성된 고체 전해질은 고이온전도성의 입방형 결정 구조를 갖는 아지로다이트 상임을 나타낸다.As shown in FIG. 5, the diffraction angle in the X-ray diffraction spectrum (2
Figure pat00004
) is 15.5±0.5°, 18.0±0.5°, 25.5±0.5°, 30.0±0.5°, 31.5±0.5°, 40.0±0.5°, 45.5±0.5°, 48.0±0.5°, 53.0±0.5°, 55.0±0.5 °, 56.5 ± 0.5 ° and 59.5 ± 0.5 ° showed diffraction peaks. Since this peak is substantially the same as Li 6 PS 5 Cl showing high ionic conductivity, the solid electrolyte synthesized in Example 1 is an azirodite phase having a high ionic conductivity cubic crystal structure.

상기 XRD 결과를 토대로 리트벨트(Rietveld) 분석을 실시한 결과, 실시예 1의 황화물계 고체 전해질은 순도가 97.9%이고, Li3PO4 1.0%, Li2S 1.0% 및 LiCl 0.1%의 불순물을 포함하는 것으로 확인되었다.As a result of Rietveld analysis based on the XRD results, the sulfide-based solid electrolyte of Example 1 had a purity of 97.9% and contained impurities of 1.0% Li 3 PO 4 , 1.0% Li 2 S and 0.1% LiCl It was confirmed that

실험예 3. 이온전도도 측정Experimental Example 3. Measurement of ionic conductivity

실시예 1에서 합성된 고체 전해질의 이온전도도를 측정하기 위해 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical impedance spectroscopy, EIS)를 진행하였다.In order to measure the ionic conductivity of the solid electrolyte synthesized in Example 1, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was performed.

도 6에서 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서 합성된 고체 전해질의 이온전도도는 3.2Х10-3 S/cm를 나타냈다. 이러한 결과는, 실시예 1과 같이 제조된 고체 전해질이 기존 용액합성법에 의해 제조된 고체 전해질과 비교하여 높은 이온 전도도를 가짐을 나타낸다.As shown in FIG. 6, the ionic conductivity of the solid electrolyte synthesized in Example 1 was 3.2Х10 -3 S/cm. These results indicate that the solid electrolyte prepared in Example 1 has higher ion conductivity compared to the solid electrolyte prepared by the existing solution synthesis method.

비교예comparative example

용매 및 전구체가 혼합된 반응기 내부에 초기 개진공을 형성하고, 혼합물의 반응 시 추가적인 감압 개진공화를 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 황화물계 고체 전해질을 제조하였다.A sulfide-based solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example, except that an initial open vacuum was formed inside the reactor in which the solvent and the precursor were mixed, and additional vacuum open vacuum was not performed during the reaction of the mixture.

비교예의 제조 공정 중 반응 혼합물의 색깔 변화가 종료되기 전, 버블 발생이 급격히 종료되거나, 버블의 크기가 크게 감소한 것이 확인되었으며, 반응이 종료되기까지 4 시간이 소요되어, 반응 속도가 현저히 느려진 것이 확인되었다.During the manufacturing process of Comparative Example, it was confirmed that before the color change of the reaction mixture was completed, the generation of bubbles suddenly ended or the size of the bubbles significantly decreased, and it took 4 hours to complete the reaction, confirming that the reaction rate was significantly slowed down. It became.

실시예 2Example 2

이소프로필알코올을 대신하여 2-부탄올을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 황화물계 고체 전해질을 제조하였다.A sulfide-based solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that 2-butanol was used instead of isopropyl alcohol.

수득된 황화물계 고체 전해질은 순도가 97.3%이고, Li3PO4 1.7%, Li2S 0.8% 및 LiCl 0.1%의 불순물을 포함하는 것으로 확인되었다.It was confirmed that the obtained sulfide-based solid electrolyte had a purity of 97.3% and contained impurities of 1.7% Li 3 PO 4 , 0.8% Li 2 S and 0.1% LiCl.

실시예 3Example 3

이소프로필알코올을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 황화물계 고체 전해질을 제조하였다.A sulfide-based solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that isopropyl alcohol was not used.

수득된 황화물계 고체 전해질은 순도가 98.3%이고, Li3PO4 0.3%, Li2S 1.2% 및 LiCl 0.1%의 불순물을 포함하는 것으로 확인되었다.It was confirmed that the obtained sulfide-based solid electrolyte had a purity of 98.3% and contained impurities of 0.3% Li 3 PO 4 , 1.2% Li 2 S and 0.1% LiCl.

실시예 4 내지 6Examples 4 to 6

실시예 1에 있어서, P2S5와 아세토니트릴 25 ml를 투입하기 전, 아세토니트릴 75 ml, Li2S, LiCl 및 이소프로판올의 혼합물을 교반하지 않거나(실시예 4), 온도가 50℃ 이상 100℃ 미만, 800RPM이상에서 1 시간(실시예 5) 또는 24 시간(실시예 6) 선행 교반한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 황화물계 고체 전해질을 제조하였다.In Example 1, before adding 25 ml of P 2 S 5 and acetonitrile, the mixture of 75 ml of acetonitrile, Li 2 S, LiCl and isopropanol was not stirred (Example 4), or the temperature was 50 ° C. or higher than 100 A sulfide-based solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that pre-stirring was performed at less than °C and 800 RPM or more for 1 hour (Example 5) or 24 hours (Example 6).

실시예 4의 황화물계 고체 전해질은 순도가 97.4%이고, Li3PO4 1.0%, Li2S 1.0% 및 LiCl 0.6%의 불순물을 포함하는 것으로 확인되었으며, 실시예 5의 황화물계 고체 전해질은 순도가 97.6%이고, Li3PO4 0.5%, Li2S 1.9% 및 LiCl 0.1%의 불순물을 포함하는 것으로 확인되었으며, 실시예 6의 황화물계 고체 전해질은 순도가 93.3%이고, Li3PO4 3.6%, Li2S 0.7% 및 LiCl 2.4%의 불순물을 포함하는 것으로 확인되었다.The sulfide-based solid electrolyte of Example 4 was found to have a purity of 97.4% and contain impurities of 1.0% Li 3 PO 4 , 1.0% Li 2 S and 0.6% LiCl, and the sulfide-based solid electrolyte of Example 5 had a purity of 97.4%. was 97.6%, and it was confirmed to contain impurities of 0.5% Li 3 PO 4 , 1.9% Li 2 S and 0.1% LiCl, and the sulfide-based solid electrolyte of Example 6 had a purity of 93.3% and Li 3 PO 4 3.6 %, Li 2 S 0.7% and LiCl 2.4%.

이를 통해, 적절한 수준의 선 교반에 의해 이온전도도를 감소시키는 Li3PO4 및 LiCl의 양을 감소시킬 수 있는 것이 확인되었으며, 교반 시간이 과도하게 증가할 경우, 오히려 Li3PO4 및 LiCl의 양이 증가하는 것이 확인되었다.Through this, it was confirmed that the amount of Li 3 PO 4 and LiCl that reduces the ionic conductivity can be reduced by an appropriate level of pre-stirring, and when the stirring time is excessively increased, rather the amount of Li 3 PO 4 and LiCl It was confirmed that this increase

실시예 7Example 7

LiCl 몰수의 절반을 동 몰수의 LiBr로 대체한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 황화물계 고체 전해질을 제조하였다.A sulfide-based solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 3, except that half of the moles of LiCl was replaced with the same mole of LiBr.

수득된 황화물계 고체 전해질은 순도가 98.2%이고, Li3PO4 0.7% 및 Li2S 1.0%의 불순물을 포함하고, LiCl 및 LiBr은 포함하지 않는 것으로 확인되었으며, XRD 분석 결과 실시예 3의 XRD 패턴과 동일한 XRD 패턴이 확인되었다.It was confirmed that the obtained sulfide-based solid electrolyte had a purity of 98.2%, contained impurities of 0.7% Li 3 PO 4 and 1.0% Li 2 S, and did not contain LiCl and LiBr. As a result of XRD analysis, XRD of Example 3 An XRD pattern identical to the pattern was confirmed.

실시예 8Example 8

초음파 인가를 대신하여 반응기 내의 혼합물을 80도 이하의 온도, 800 rpm 이상으로 12 시간 교반한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 황화물계 고체 전해질을 제조하였다. 이 경우, 반응 종료를 나타내는 색깔 변화 완료까지 4 시간이 소요되었다.A sulfide-based solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 3, except that the mixture in the reactor was stirred at a temperature of 80 degrees or less and 800 rpm or more for 12 hours instead of applying ultrasonic waves. In this case, it took 4 hours to complete the color change indicating the end of the reaction.

수득된 황화물계 고체 전해질은 순도가 94.9%이고, Li3PO4 1.9%, Li2S 1.7% 및 LiCl 1.5%의 불순물을 포함하는 것으로 확인되었다.It was confirmed that the obtained sulfide-based solid electrolyte had a purity of 94.9% and contained impurities of 1.9% Li 3 PO 4 , 1.7% Li 2 S and 1.5% LiCl.

실시예 9 및 10Examples 9 and 10

초음파의 주파수를 각각 25 kHz 및 59 kHz로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 황화물계 고체 전해질을 제조하였다.A sulfide-based solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the frequencies of ultrasonic waves were changed to 25 kHz and 59 kHz, respectively.

도 7은 실시예 9 및 10의 황화물계 고체 전해질에 대한 XRD 패턴이다.7 is an XRD pattern of the sulfide-based solid electrolytes of Examples 9 and 10.

도 7을 참고하면, 초음파 주파수가 25 kHz 및 59 kHz로 변경되더라도 실시예 1과 동일한 결정 구조를 갖는 황화물계 고체 전해질이 제조된 것이 확인되었으며, 저 주파수의 25 kHz 초음파를 인가할 경, 불순물이 보다 감소한 것이 확인되었다.Referring to FIG. 7, it was confirmed that a sulfide-based solid electrolyte having the same crystal structure as Example 1 was prepared even when the ultrasonic frequency was changed to 25 kHz and 59 kHz, and when a low-frequency 25 kHz ultrasonic wave was applied, impurities A further decrease was confirmed.

실시예 11Example 11

선행 교반의 100

Figure pat00005
설정한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 황화물계 고체 전해질을 제조하였다.100 of pre-agitation
Figure pat00005
Except for the settings, a sulfide-based solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1.

도 8은 실시예 1 및 11의 황화물계 고체 전해질에 대한 XRD 패턴이다.8 is XRD patterns of sulfide-based solid electrolytes of Examples 1 and 11;

도 8을 참고하면, 선행 교반이 승온된 온도에서 수행되는 11에 있어서도, 실시예 1과 동일한 결정 구조를 갖는 것이 확인되었으며, 오히려 선행 교반 온도 증가에 따라 불순물의 양이 감소하는 것이 확인되었다.Referring to FIG. 8, even in 11 in which the pre-stirring was performed at an elevated temperature, it was confirmed to have the same crystal structure as Example 1, and rather, it was confirmed that the amount of impurities decreased as the pre-stirring temperature increased.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As such, the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, but this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and variations of the embodiment are possible therefrom. Therefore, the true technical scope of protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (11)

반응기 내에서 용매와 전구체를 혼합하는 단계;
상기 반응기 내에 개진공 분위기를 형성하는 단계; 및
상기 반응기 내의 개진공 분위기를 유지하면서 상기 반응기 내부의 혼합물을 교반 또는 초음파 인가 조건에서 반응시키는 단계를 포함하는, 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
mixing a solvent and a precursor in a reactor;
forming an open vacuum atmosphere in the reactor; and
A method for producing a sulfide-based solid electrolyte comprising the step of reacting the mixture inside the reactor under stirring or ultrasonic application conditions while maintaining an open vacuum atmosphere in the reactor.
청구항 1에 있어서,
혼합물의 반응은 상기 용매의 끓는점 이하의 온도로 승온된 상태에서 수행되는, 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The reaction of the mixture is carried out in a state where the temperature is raised to a temperature below the boiling point of the solvent, a method for producing a sulfide-based solid electrolyte.
청구항 1에 있어서,
개진공 분위기의 유지는 상기 반응기 내에서 발생하는 기체를 제거함으로써 수행되는, 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The maintenance of the open vacuum atmosphere is performed by removing the gas generated in the reactor, a method for producing a sulfide-based solid electrolyte.
청구항 1에 있어서,
혼합물의 반응에 의한 반응물을 열처리하여 결정화하는 단계를 더 포함하는, 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
The method of claim 1,
A method for producing a sulfide-based solid electrolyte, further comprising crystallizing a reactant by heat treatment by the reaction of the mixture.
청구항 1에 있어서,
혼합물의 반응 종료까지 상기 반응기 내에 지속적으로 버블이 발생하는, 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
The method of claim 1,
A method for producing a sulfide-based solid electrolyte in which bubbles are continuously generated in the reactor until the reaction of the mixture is completed.
청구항 1에 있어서,
혼합물의 반응은 상기 전구체가 부분적으로 용해된 상태에서 수행되는, 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The reaction of the mixture is performed in a state in which the precursor is partially dissolved, a method for producing a sulfide-based solid electrolyte.
청구항 1에 있어서,
상기 전구체는 알칼리 금속 황화물, 알칼리 금속 할로겐화물 및 오황화 인을 포함하는, 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The precursor is a method for producing a sulfide-based solid electrolyte comprising an alkali metal sulfide, an alkali metal halide and phosphorus pentasulfide.
청구항 7에 있어서,
상기 용매는 알칼리 금속 황화물과 알칼리 금속 할로겐화물에 대한 용해도가 작은 제1 용매, 및 알칼리 금속 황화물과 알칼리 금속 할로겐화물을 적어도 부분적으로 용해시키는 제2 용매를 포함하는, 황화물계 고체 전해질의 제조 방법.
The method of claim 7,
The solvent includes a first solvent having low solubility for alkali metal sulfides and alkali metal halides, and a second solvent at least partially dissolving alkali metal sulfides and alkali metal halides. Method for producing a sulfide-based solid electrolyte.
청구항 1의 제조 방법에 의해 제조되고, 아지로다이트 결정상을 갖는 A7-xPS6-xHax를 포함하며, A는 알칼리 금속이고, Ha는 할로겐족 원소이며, x는 0.5 내지 2.0인 황화물계 고체 전해질.It is prepared by the production method of claim 1 and includes A 7-x PS 6-x Ha x having an azirodite crystal phase, A is an alkali metal, Ha is a halogen group element, and x is a sulfide of 0.5 to 2.0. based solid electrolyte. 청구항 9에 있어서,
상기 황화물계 고체 전해질은 1.0 X 10-3 S/cm 내지 10 X 10-3 S/cm의 이온전도도를 나타내는 것인, 황화물계 고체 전해질.
The method of claim 9,
The sulfide-based solid electrolyte exhibits an ionic conductivity of 1.0 X 10 -3 S / cm to 10 X 10 -3 S / cm, a sulfide-based solid electrolyte.
순차적으로 적층된 양극, 고체 전해질층, 및 음극을 포함하고, 청구항 9의 황화물계 고체 전해질이 상기 양극, 상기 음극 및 상기 고체 전해질층 중 적어도 하나에 포함되는, 황화물계 전고체 전지.A sulfide-based all-solid-state battery comprising a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode sequentially stacked, wherein the sulfide-based solid electrolyte of claim 9 is included in at least one of the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte layer.
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