KR20230027461A - Composite solid electrolyte sheet with excellent ion conductivity and manufacturing method of all-solid lithium ion battery using same - Google Patents

Composite solid electrolyte sheet with excellent ion conductivity and manufacturing method of all-solid lithium ion battery using same Download PDF

Info

Publication number
KR20230027461A
KR20230027461A KR1020210109274A KR20210109274A KR20230027461A KR 20230027461 A KR20230027461 A KR 20230027461A KR 1020210109274 A KR1020210109274 A KR 1020210109274A KR 20210109274 A KR20210109274 A KR 20210109274A KR 20230027461 A KR20230027461 A KR 20230027461A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solid electrolyte
powder
precursor
solid
temperature
Prior art date
Application number
KR1020210109274A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102656255B1 (en
Inventor
김민영
임진섭
김호성
박재영
김호형
송영웅
허국진
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020210109274A priority Critical patent/KR102656255B1/en
Publication of KR20230027461A publication Critical patent/KR20230027461A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102656255B1 publication Critical patent/KR102656255B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562Solid materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00Compounds of zirconium
    • C01G25/006Compounds containing, besides zirconium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0068Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071Oxides
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

The present invention relates to a solid electrolyte for an all-solid lithium secondary battery that includes powder having lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) doped with gallium (Ga) and rubidium (Rb) represented by chemical formula 1, wherein the powder has a lattice constant of 12.96620 to 12.97440 Å and a crystal size of 860 to 3,990 Å. A solid electrolyte and a manufacturing method thereof according to the present invention can control the behavior of the lattice constant and the crystal size in a crystal structure forming a particle by controlling a calcination temperature condition (700 to 1200℃).

Description

이온전도성이 우수한 복합고체전해질 시트 및 이를 이용한 전고체 리튬이차전지의 제조방법 {COMPOSITE SOLID ELECTROLYTE SHEET WITH EXCELLENT ION CONDUCTIVITY AND MANUFACTURING METHOD OF ALL-SOLID LITHIUM ION BATTERY USING SAME}Composite solid electrolyte sheet with excellent ion conductivity and method for manufacturing an all-solid lithium secondary battery using the same

본 발명은 갈륨 및 루비듐이 도핑된 LLZO 고체전해질, 그를 포함하는 고이온전도성 고체전해질 시트 및 이를 이용한 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가넷 LLZO에 갈륨 및 루비듐 도핑에 의해 결정구조가 제어되는 고체전해질, 그를 포함하는 고이온전도성 고체전해질 시트 및 이를 이용한 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a LLZO solid electrolyte doped with gallium and rubidium, a high ionic conductivity solid electrolyte sheet including the same, and a method for manufacturing an all-solid lithium secondary battery using the same, and more particularly, to gallium and rubidium doping in garnet LLZO It relates to a solid electrolyte whose crystal structure is controlled by, a high ionic conductivity solid electrolyte sheet including the same, and a method for manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery using the same.

리튬이차전지는 큰 전기 화학 용량, 높은 작동 전위 및 우수한 충방전 사이클 특성을 갖기 때문에 휴대정보 단말기, 휴대 전자 기기, 가정용 소형 전력 저장 장치, 모터사이클, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 용도로 수요가 증가하고 있다. 이와 같은 용도의 확산에 따라 리튬이차전지의 안전성 향상 및 고성능화가 요구되고 있다.Because lithium secondary batteries have large electrochemical capacity, high operating potential, and excellent charge/discharge cycle characteristics, they are in demand for applications such as portable information terminals, portable electronic devices, small power storage devices for home use, motorcycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles. It is increasing. In accordance with the spread of such uses, there is a demand for improved safety and higher performance of lithium secondary batteries.

종래의 리튬이차전지는 액체전해질을 사용함에 따라 공기 중의 물에 노출될 경우 쉽게 발화되어 안전성 문제가 항상 제기되어 왔다. 이러한 안전성 문제는 전기 자동차가 가시화되면서 더욱 이슈화되고 있다.As conventional lithium secondary batteries use liquid electrolytes, they are easily ignited when exposed to water in the air, and safety issues have always been raised. These safety issues are becoming more of an issue as electric vehicles become visible.

이에 따라, 최근 안전성 향상을 목적으로 불연 재료인 무기 재료로 이루어진 고체 전해질을 이용한 전고체 이차전지(All-Solid-State Secondary Battery)의 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 전고체 이차전지는 안전성, 고에너지 밀도, 고출력, 장수명, 제조공정의 단순화, 전지의 대형화/콤팩트화 및 저가화 등의 관점에서 차세대 이차전지로 주목되고 있다.Accordingly, research on an all-solid-state secondary battery using a solid electrolyte made of an inorganic material, which is a non-combustible material, has recently been actively conducted for the purpose of improving safety. All-solid-state secondary batteries are attracting attention as next-generation secondary batteries from the viewpoints of safety, high energy density, high power, long lifespan, simplification of manufacturing processes, large/compact batteries, and low cost.

전고체 이차전지는 양극/고체 전해질층/음극으로 구성되는데, 이 중 고체 전해질층의 고체전해질에는 높은 이온전도도 및 낮은 전자전도도가 요구된다. An all-solid-state secondary battery is composed of an anode/solid electrolyte layer/cathode, and among them, the solid electrolyte of the solid electrolyte layer requires high ionic conductivity and low electronic conductivity.

전고체 이차전지의 고체전해질 층의 요구 조건을 만족하는 고체전해질에는 황화물계, 산화물계 등이 있다. 이 중 황화물계 고체전해질은 양극 활물질 또는 음극 활물질과의 계면 반응에 의해 저항 성분이 생성되고, 흡습성이 강하며, 유독 가스인 황화수소(H2S) 가스가 발생된다는 문제점이 있다.Solid electrolytes that satisfy the requirements of a solid electrolyte layer of an all-solid-state secondary battery include sulfide-based and oxide-based solid electrolytes. Among them, the sulfide-based solid electrolyte has problems in that a resistance component is generated by an interfacial reaction with the positive electrode active material or the negative electrode active material, has strong hygroscopicity, and generates hydrogen sulfide (H 2 S) gas, which is a toxic gas.

일본 등록특허공보 제4,779,988호에는 양극/고체전해질층/음극의 적층구조를 가지며, 황화물계 고체 전해질층으로 이루어진 전고체 리튬 이차전지가 개시되어 있다.Japanese Patent Registration No. 4,779,988 discloses an all-solid lithium secondary battery comprising a sulfide-based solid electrolyte layer having a stacked structure of positive electrode/solid electrolyte layer/negative electrode.

산화물계 고체 전해질에는 LLTO(Li3xLa2/(3-x)TiO3)계, LLZO (Li7La3Zr2O12) 등이 널리 알려져 있으며, 그 중 LLTO계에 비해 비교적 입계 저항이 높지만 전위창 특성이 우수한 것으로 알려진 LLZO가 유망한 재료로 주목 받고 있다.Oxide-based solid electrolytes such as LLTO (Li 3x La 2/(3-x) TiO 3 ) and LLZO (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) are widely known. LLZO, known for its excellent potential window properties, is attracting attention as a promising material.

상기 LLZO는 높은 이온전도도, 전극 재료와의 낮은 반응성, 넓은 전위창(Potential Window, 0-6V) 등의 장점에도 불구하고, 소결 공정에서의 리튬(Li)의 휘발로 인해 공정 조건을 잡기가 어렵고, 난소결성으로 인해 그 제조 공정이 복잡하고 까다로워 실제 적용하는 데에는 어려움이 있다. 또한, 결정구조에 따라 이온전도도의 차이가 크므로 출발물질의 조성, 하소 및 소결 특성 등을 조절하여 LLZO의 결정 구조를 제어하는 기술의 개발이 필요하다. Despite the advantages of the LLZO such as high ionic conductivity, low reactivity with electrode materials, and a wide potential window (Potential Window, 0-6V), it is difficult to set process conditions due to volatilization of lithium (Li) in the sintering process However, its manufacturing process is complex and difficult due to its sinterability, making it difficult to apply in practice. In addition, since there is a large difference in ionic conductivity depending on the crystal structure, it is necessary to develop a technique for controlling the crystal structure of LLZO by adjusting the composition of the starting material, calcination and sintering characteristics, etc.

본 발명의 목적은 하소온도 조건(700~1200℃)을 조절함으로써, 입자를 형성하는 결정구조에 있어 격자상수(Lattice constant) 및 결정크기(Crystillite size)의 거동을 제어할 수 있는 LLZO 고체전해질, 그를 포함하는 고체전해질 시트 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to control the behavior of lattice constant and crystal size in the crystal structure forming particles by controlling the calcination temperature conditions (700 ~ 1200 ℃) LLZO solid electrolyte, It is to provide a method for manufacturing a solid electrolyte sheet including the same and an all-solid-state lithium secondary battery including the same.

본 발명의 일 측면에 따르면, 아래 화학식 1로 표시되는 갈륨(Ga) 및 루비듐(Rb)이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)을 갖는 분말(powder)을 포함하고, 상기 분말은 격자 상수가 12.96620 내지 12.97440 Å이고, 결정 크기가 860 내지 3,990 Å인 것인, 전고체 리튬이차전지용 고체 전해질이 제공된다.According to one aspect of the present invention, a powder having lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) doped with gallium (Ga) and rubidium (Rb) represented by Formula 1 below, wherein the powder has a lattice constant of 12.96620 to 12.97440 Å, and having a crystal size of 860 to 3,990 Å, a solid electrolyte for an all-solid-state lithium secondary battery is provided.

[화학식 1][Formula 1]

LixGapLayRbqZrzO12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)Li x Ga p La y Rb q Zr z O 12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)

상기 분말은 격자상수가 12.97320 내지 12.97440 Å이고, 결정크기가 860 내지 1,550 Å일 수 있다. The powder may have a lattice constant of 12.97320 to 12.97440 Å and a crystal size of 860 to 1,550 Å.

상기 분말은 격자 상수가 12.96780 내지 12.96910 Å이고, 결정 크기가 2,220 내지 3,990 Å일 수 있다.The powder may have a lattice constant of 12.96780 to 12.96910 Å and a crystal size of 2,220 to 3,990 Å.

상기 분말은 입도가 3 내지 10㎛ 일 수 있다.The powder may have a particle size of 3 to 10 μm.

상기 격자 상수가 12.97320 내지 12.97440 Å이고, 결정크기가 860 내지 1,550Å인 고체 전해질 및 바인더를 포함하는 복합 고체전해질 시트의 이온 전도도가 25℃에서 1.80 x 10-8 내지 2.40 x 10-8 S/cm이고, 45℃에서 2.65 x 10-6 내지 6.20 x 10-6 S/cm이고, 70℃에서 2.80 x 10-4 내지 4.55 x 10-4 S/cm 일 수 있다. The ionic conductivity of the composite solid electrolyte sheet including a solid electrolyte having a lattice constant of 12.97320 to 12.97440 Å and a crystal size of 860 to 1,550 Å and a binder is 1.80 x 10 -8 to 2.40 x 10 -8 S / cm at 25 ° C. And, 2.65 x 10 -6 to 6.20 x 10 -6 S / cm at 45 ℃, it may be 2.80 x 10 -4 to 4.55 x 10 -4 S / cm at 70 ℃.

상기 격자 상수가 12.96780 내지 12.96910 Å이고, 결정 크기가 2,220 내지 3,990 Å인 고체 전해질 및 바인더를 포함하는 복합 고체전해질 시트의 이온 전도도가 25℃에서 2.05 x 10-8 내지 1.55 x 10-6 S/cm이고, 45℃에서 2.60 x 10-6 내지 6.70 x 10-5 S/cm이고, 70℃에서 5.10 x 10-4 내지 7.45 x 10-4 S/cm 일 수 있다.The ionic conductivity of the composite solid electrolyte sheet including a solid electrolyte having a lattice constant of 12.96780 to 12.96910 Å and a crystal size of 2,220 to 3,990 Å and a binder is 2.05 x 10 -8 to 1.55 x 10 -6 S / cm at 25 ° C. And, 2.60 x 10 -6 to 6.70 x 10 -5 S / cm at 45 ° C, and 5.10 x 10 -4 to 7.45 x 10 -4 S / cm at 70 ° C.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 제1 고체전해질을 포함하는 양극; 상기 양극 상에 형성되고, 제2 고체전해질을 포함하는 복합 고체전해질 시트; 및 상기 복합 고체전해질 시트 상에 형성되는 음극;을 포함하고, 상기 제1 및 제2 고체전해질이 각각 아래 화학식 1로 표시되는 갈륨(Ga) 및 루비듐(Rb)이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)을 갖는 분말(powder)을 포함하고, 상기 분말은 격자 상수가 12.96620 내지 12.97440 Å이고, 결정 크기가 860 내지 3,990 Å인 것인, 전고체 리튬이차전지가 제공된다.According to another aspect of the present invention, a positive electrode including a first solid electrolyte; a composite solid electrolyte sheet formed on the anode and including a second solid electrolyte; and a cathode formed on the composite solid electrolyte sheet, wherein the first and second solid electrolytes are lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) doped with gallium (Ga) and rubidium (Rb) represented by Formula 1 below, respectively. ), wherein the powder has a lattice constant of 12.96620 to 12.97440 Å and a crystal size of 860 to 3,990 Å.

[화학식 1][Formula 1]

LixGapLayRbqZrzO12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)Li x Ga p La y Rb q Zr z O 12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, (a) 란타늄(La) 전구체, 지르코늄(Zr) 전구체, 갈륨(Ga) 전구체 및 루비듐(Rb) 전구체를 포함하는 금속 전구체 수용액과, 착화제와, pH 조절제가 혼합된 혼합 용액을 테일러 와류 상태에서 공침 반응시켜 고체 전해질 전구체 슬러리를 제조하는 단계; (b) 상기 고체 전해질 전구체 슬러리를 세척하고 건조하여 고체 전해질 전구체를 제조하는 단계; (c) 상기 고체 전해질 전구체를 리튬 소스와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 혼합물을 700 내지 1,200℃의 온도에서 하소하여 아래 화학식 1로 표시되는 갈륨(Ga) 및 루비듐(Rb)이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)을 갖는 분말을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 분말은 격자 상수가 12.96620 내지 12.97440 Å이고, 결정 크기가 860 내지 3,990 Å인 것인, 고체 전해질의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) a metal precursor aqueous solution containing a lanthanum (La) precursor, a zirconium (Zr) precursor, a gallium (Ga) precursor, and a rubidium (Rb) precursor, a complexing agent, and a pH adjusting agent preparing a solid electrolyte precursor slurry by co-precipitating the mixed solution in a Taylor vortex state; (b) preparing a solid electrolyte precursor by washing and drying the solid electrolyte precursor slurry; (c) preparing a mixture by mixing the solid electrolyte precursor with a lithium source; And (d) preparing a powder having lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) doped with gallium (Ga) and rubidium (Rb) represented by Formula 1 below by calcining the mixture at a temperature of 700 to 1,200 ° C. Including, the powder has a lattice constant of 12.96620 to 12.97440 Å, and a crystal size of 860 to 3,990 Å, a method for producing a solid electrolyte is provided.

[화학식 1][Formula 1]

LixGapLayRbqZrzO12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)Li x Ga p La y Rb q Zr z O 12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 800 내지 900℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 온도가 증가함에 따라 상기 분말의 결정 크기가 감소할 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 800 to 900° C., the crystal size of the powder may decrease as the temperature increases.

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 800 내지 900℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 분말의 결정 크기가 860 내지 1,550 Å 일 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 800 to 900 ° C, the crystal size of the powder may be 860 to 1,550 Å.

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 1,000 내지 1,100℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 온도가 증가함에 따라 상기 분말의 결정 크기가 증가할 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 1,000 to 1,100 ° C, the crystal size of the powder may increase as the temperature increases.

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 1,000 내지 1,100℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 분말의 결정 크기가 2,200 내지 3,990 Å 일 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 1,000 to 1,100 °C, the crystal size of the powder may be 2,200 to 3,990 Å.

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 1,000 내지 1,100℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 온도가 증가함에 따라 상기 분말의 결정립계(Grain Boundary) 저항이 감소할 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 1,000 to 1,100° C., grain boundary resistance of the powder may decrease as the temperature increases.

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 700 내지 900℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 분말이 1차 입자 간의 결합 또는 국부적 소결에 의해 2차 입자를 형성할 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 700 to 900° C., the powder may form secondary particles by bonding between primary particles or local sintering.

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 1,000 내지 1,200℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 분말이 1차 입자 간의 소결에 의해 격자크기가 성장한 고밀도의 단일 입자를 형성할 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 1,000 to 1,200 ° C, the powder may form high-density single particles with a lattice size grown by sintering between primary particles.

상기 란타늄 전구체가 란타늄 질산염(La(NO3)3) 또는 그의 수화물이고, 상기 지르코늄 전구체가 지르코늄 염산염(ZrOCl2) 또는 그의 수화물이고, 상기 갈륨 전구체가 갈륨 질산염(Ga(NO3)3) 또는 그의 수화물이고, 상기 루비듐 전구체가 루비듐 질산염(RbNO3) 또는 그의 수화물일 수 있다.The lanthanum precursor is lanthanum nitrate (La(NO 3 ) 3 ) or a hydrate thereof, the zirconium precursor is zirconium hydrochloride (ZrOCl 2 ) or a hydrate thereof, and the gallium precursor is gallium nitrate (Ga(NO 3 ) 3 ) or a hydrate thereof. hydrate, and the rubidium precursor may be rubidium nitrate (RbNO 3 ) or a hydrate thereof.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, (1) 상기 제조방법에 따른 고체 전해질을 포함하는 양극을 제조하는 단계; (2) 상기 제조방법에 따른 고체 전해질을 포함하는 복합 고체 전해질 시트를 제조하는 단계; (3) 상기 양극과 상기 복합 고체전해질 시트를 적층하여 적층체를 제조하는 단계; 및 (4) 상기 적층체의 복합 고체전해질 시트 상에 음극을 배치하는 단계;를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (1) manufacturing a positive electrode including a solid electrolyte according to the manufacturing method; (2) manufacturing a composite solid electrolyte sheet including the solid electrolyte according to the manufacturing method; (3) manufacturing a laminate by laminating the positive electrode and the composite solid electrolyte sheet; and (4) disposing a negative electrode on the composite solid electrolyte sheet of the laminate.

본 발명의 고체전해질 및 그의 제조방법은 하소온도 조건(700~1200℃)을 조절함으로써, 입자를 형성하는 결정구조에 있어 격자상수(Lattice constant) 및 결정크기(Crystillite size)의 거동을 제어할 수 있는 효과가 있다.The solid electrolyte and its manufacturing method of the present invention can control the behavior of lattice constant and crystal size in the crystal structure forming particles by adjusting the calcination temperature conditions (700 ~ 1200 ℃). There is an effect.

도 1은 본 발명에 따른 고체전해질의 제조방법에 대한 순서도이다.
도 2는 쿠에트 테일러 와류 반응기의 개략도이다.
도 3은 실시예 1-1 내지 1-6에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질의 XRD 결과이고, 도 4는 실시예 1-1 내지 1-6에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질의 XRD 결과에 대한 리트벨트 분석 결과이다.
도 5a 내지 5f는 실시예 1-1 내지 1-6에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질의 SEM 분석 이미지이다.
도 6은 실시예 2-1 내지 2-6에 따른 복합 고체전해질 시트의 이온 전도도 그래프이다.
도 7은 실시예 2-3 및 2-5에 따른 복합 고체전해질 시트의 LSV 특성 그래프이다.
도 8은 소자실시예 1 내지 3에 따른 전고체 리튬이차전지의 초기 충방전 커브이다.
도 9는 소자실시예 1 내지 3에 따른 전고체 리튬이차전지의 충방전 싸이클 및 쿨롱효율이다.
도 10은 소자실시예 1 내지 3에 따른 전고체 리튬이차전지의 율 특성 평가 결과이다.
1 is a flowchart of a method for manufacturing a solid electrolyte according to the present invention.
2 is a schematic diagram of a Kuett Taylor vortex reactor.
Figure 3 is the XRD results of Ga, Rb-LLZO solid electrolytes according to Examples 1-1 to 1-6, Figure 4 is the XRD results of Ga, Rb-LLZO solid electrolytes according to Examples 1-1 to 1-6 This is the result of Rietveld analysis for .
5a to 5f are SEM analysis images of Ga,Rb-LLZO solid electrolytes according to Examples 1-1 to 1-6.
6 is an ion conductivity graph of composite solid electrolyte sheets according to Examples 2-1 to 2-6.
7 is a graph of LSV characteristics of composite solid electrolyte sheets according to Examples 2-3 and 2-5.
8 is an initial charge/discharge curve of an all-solid-state lithium secondary battery according to Device Examples 1 to 3;
9 shows charge/discharge cycles and coulombic efficiencies of all-solid-state lithium secondary batteries according to Device Examples 1 to 3.
10 is an evaluation result of rate characteristics of all-solid-state lithium secondary batteries according to Device Examples 1 to 3.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and in describing the present invention, if it is determined that the detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. .

본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Terms used herein are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, or combination thereof described in the specification, but one or more other features or It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, elements, or combinations thereof is not precluded. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.

이하, 본 발명에 따른 고체전해질 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a solid electrolyte and an all-solid lithium secondary battery including the solid electrolyte according to the present invention will be described in detail.

본 발명은 아래 화학식 1로 표시되는 갈륨(Ga) 및 루비듐(Rb)이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)을 갖는 분말(powder)을 포함하고, 상기 분말은 격자 상수가 12.96620 내지 12.97440 Å이고, 결정 크기가 860 내지 3,990 Å인 것인, 전고체 리튬이차전지용 고체 전해질을 제공한다.The present invention includes a powder having lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) doped with gallium (Ga) and rubidium (Rb) represented by Formula 1 below, wherein the powder has a lattice constant of 12.96620 to 12.97440 Å, It provides a solid electrolyte for an all-solid-state lithium secondary battery having a crystal size of 860 to 3,990 Å.

[화학식 1][Formula 1]

LixGapLayRbqZrzO12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)Li x Ga p La y Rb q Zr z O 12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)

상기 분말은 격자상수가 12.97320 내지 12.97440 Å이고, 결정크기가 860 내지 1,550 Å일 수 있다.The powder may have a lattice constant of 12.97320 to 12.97440 Å and a crystal size of 860 to 1,550 Å.

상기 분말은 격자 상수가 12.96780 내지 12.96910 Å이고, 결정 크기가 2,220 내지 3,990 Å일 수 있다. The powder may have a lattice constant of 12.96780 to 12.96910 Å and a crystal size of 2,220 to 3,990 Å.

상기 분말은 입도가 3 내지 10㎛ 일 수 있다. The powder may have a particle size of 3 to 10 μm.

상기 격자 상수가 12.97320 내지 12.97440 Å이고, 결정크기가 860 내지 1,550Å인 고체 전해질 및 바인더를 포함하는 복합 고체전해질 시트의 이온 전도도가 25℃에서 1.80 x 10-8 내지 2.40 x 10-8 S/cm이고, 45℃에서 2.65 x 10-6 내지 6.20 x 10-6 S/cm이고, 70℃에서 2.80 x 10-4 내지 4.55 x 10-4 S/cm 일 수 있다. The ionic conductivity of the composite solid electrolyte sheet including a solid electrolyte having a lattice constant of 12.97320 to 12.97440 Å and a crystal size of 860 to 1,550 Å and a binder is 1.80 x 10 -8 to 2.40 x 10 -8 S / cm at 25 ° C. And, 2.65 x 10 -6 to 6.20 x 10 -6 S / cm at 45 ℃, it may be 2.80 x 10 -4 to 4.55 x 10 -4 S / cm at 70 ℃.

상기 격자 상수가 12.96780 내지 12.96910 Å이고, 결정 크기가 2,220 내지 3,990 Å인 고체 전해질 및 바인더를 포함하는 복합 고체전해질 시트의 이온 전도도가 25℃에서 2.05 x 10-8 내지 1.55 x 10-6 S/cm이고, 45℃에서 2.60 x 10-6 내지 6.70 x 10-5 S/cm이고, 70℃에서 5.10 x 10-4 내지 7.45 x 10-4 S/cm 일 수 있다. The ionic conductivity of the composite solid electrolyte sheet including a solid electrolyte having a lattice constant of 12.96780 to 12.96910 Å and a crystal size of 2,220 to 3,990 Å and a binder is 2.05 x 10 -8 to 1.55 x 10 -6 S / cm at 25 ° C. And, 2.60 x 10 -6 to 6.70 x 10 -5 S / cm at 45 ° C, and 5.10 x 10 -4 to 7.45 x 10 -4 S / cm at 70 ° C.

또한 본 발명은 제1 고체전해질을 포함하는 양극; 상기 양극 상에 형성되고, 제2 고체전해질을 포함하는 복합 고체전해질 시트; 및 상기 복합 고체전해질 시트 상에 형성되는 음극;을 포함하고, 상기 제1 및 제2 고체전해질이 각각 아래 화학식 1로 표시되는 갈륨(Ga) 및 루비듐(Rb)이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)을 갖는 분말(powder)을 포함하고, 상기 분말은 격자 상수가 12.96620 내지 12.97440 Å이고, 결정 크기가 860 내지 3,990 Å인 것인, 전고체 리튬이차전지를 제공한다.In addition, the present invention is a positive electrode comprising a first solid electrolyte; a composite solid electrolyte sheet formed on the anode and including a second solid electrolyte; and a cathode formed on the composite solid electrolyte sheet, wherein the first and second solid electrolytes are lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) doped with gallium (Ga) and rubidium (Rb) represented by Formula 1 below, respectively. ), wherein the powder has a lattice constant of 12.96620 to 12.97440 Å and a crystal size of 860 to 3,990 Å.

[화학식 1][Formula 1]

LixGapLayRbqZrzO12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)Li x Ga p La y Rb q Zr z O 12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)

상기 제1 고체전해질의 격자상수가 12.97320 내지 12.97440 Å이고, 결정크기가 860 내지 1,550 Å일 수 있다.The first solid electrolyte may have a lattice constant of 12.97320 to 12.97440 Å and a crystal size of 860 to 1,550 Å.

상기 제2 고체전해질의 격자 상수가 12.96780 내지 12.96910 Å이고, 결정 크기가 2,220 내지 3,990 Å일 수 있다.The second solid electrolyte may have a lattice constant of 12.96780 to 12.96910 Å and a crystal size of 2,220 to 3,990 Å.

상기 양극이 양극활물질, 도전재 및 제1 바인더를 추가로 포함할 수 있다. The positive electrode may further include a positive electrode active material, a conductive material, and a first binder.

상기 양극활물질이 리튬니켈코발트알루미늄계 산화물(NCA), 리튬코발트계 산화물(LiCoO2), 리튬니켈계 산화물(LiNiO2), 리튬망간계 산화물(LiMn2O4), 리튬니켈코발트망간계 산화물(LiNiCoMnO2) 및 리튬니켈코발트망간계 산화물(NCM)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The cathode active material is lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), lithium nickel cobalt manganese oxide ( LiNiCoMnO 2 ) and at least one selected from the group consisting of lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM).

상기 도전재가 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The conductive material may include at least one selected from the group consisting of carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, carbon nanotube, and graphene.

상기 복합 고체전해질 시트가 제2 바인더를 추가로 포함할 수 있다. The composite solid electrolyte sheet may further include a second binder.

상기 제1 및 제2 바인더가 각각 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴카보네이트(polyvinylidenecarbonate) 및 폴리비닐피롤리디논(polyvinyl pyrrolidinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The first and second binders are polyethyleneoxide, polyethyleneglycol, polyacrylonitrile, polyvinylchloride, polymethylmethacrylate, polypropyleneoxide, respectively. ), polydimethylsiloxane, polyvinylidenefluoride, polyvinylidenecarbonate, and polyvinylpyrrolidinone.

상기 양극 및 복합 고체전해질 시트가 각각 리튬염을 추가로 포함할 수 있다.Each of the positive electrode and the composite solid electrolyte sheet may further include a lithium salt.

상기 리튬염이 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬비스플루오로설포닐이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide, LiFSI), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4) 및 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The lithium salt is lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), At least one selected from the group consisting of lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) and lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN(CF 3 SO 2 ) 2 ) may be included.

도 1은 본 발명에 따른 고체전해질 분말의 제조방법에 대한 순서도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 고체전해질 분말의 제조방법 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 1 is a flowchart of a method for manufacturing a solid electrolyte powder according to the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing a solid electrolyte powder and a method for manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery including the solid electrolyte powder according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 .

먼저, 란타늄(La) 전구체, 지르코늄(Zr) 전구체, 갈륨(Ga) 전구체 및 루비듐(Rb) 전구체를 포함하는 금속 전구체 수용액과, 착화제와, pH 조절제가 혼합된 혼합 용액을 테일러 와류 상태에서 공침 반응시켜 고체 전해질 전구체 슬러리를 제조한다(단계 a).First, a mixed solution in which an aqueous metal precursor solution containing a lanthanum (La) precursor, a zirconium (Zr) precursor, a gallium (Ga) precursor, and a rubidium (Rb) precursor, a complexing agent, and a pH adjuster is mixed is coprecipitated in a Taylor vortex state reacted to prepare a solid electrolyte precursor slurry (step a).

단계 (a)가 쿠에트 테일러 와류 반응기에서 수행될 수 있다.Step (a) may be performed in a Kuett Taylor vortex reactor.

단계 (a)의 상기 공침 반응이 1 내지 5시간 동안 수행될 수 있다.The co-precipitation reaction of step (a) may be carried out for 1 to 5 hours.

상기 공침 반응을 1 시간 미만으로 수행하면 LLZO 전구체의 반응이 제대로 이루어지지 못해 바람직하지 않고, 5시간 초과하여 수행하면 전구체의 크기가 과하게 성장하여 바람직하지 않다. When the co-precipitation reaction is performed for less than 1 hour, the reaction of the LLZO precursor is not properly performed, which is not preferable, and when the coprecipitation reaction is performed for more than 5 hours, the size of the precursor grows excessively, which is not preferable.

상기 란타늄 전구체가 란타늄 질산염(La(NO3)3) 또는 그의 수화물일 수 있고, 상기 지르코늄 전구체가 지르코늄 염산염(ZrOCl2) 또는 그의 수화물일 수 있고, 상기 갈륨 전구체가 갈륨 질산염(Ga(NO3)3) 또는 그의 수화물일 수 있고, 상기 루비듐 전구체가 루비듐 질산염(RbNO3) 또는 그의 수화물일 수 있다. 여기서 x는 각각 0 내지 15의 정수 중 어느 하나이다.The lanthanum precursor may be lanthanum nitrate (La(NO 3 ) 3 ) or a hydrate thereof, the zirconium precursor may be zirconium hydrochloride (ZrOCl 2 ) or a hydrate thereof, and the gallium precursor may be gallium nitrate (Ga(NO 3 ) 3 ) or a hydrate thereof, and the rubidium precursor may be rubidium nitrate (RbNO 3 ) or a hydrate thereof. Here, x is any one of integers from 0 to 15, respectively.

상기 착화제는 수산화암모늄(NH4·OH), 수산화나트륨 등이 가능할 수 있다.The complexing agent may be ammonium hydroxide (NH 4 ·OH) or sodium hydroxide.

상기 pH 조절제는 상기 혼합 용액의 pH를 10 내지 12로 조절할 수 있고, 수산화나트륨(NaOH), 암모니아 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이온전도성 고체산화물의 물성에 영향을 끼치지 않으면서 혼합 용액의 pH를 조절할 수 있는 다른 어떠한 pH 조절제도 가능하다.The pH adjusting agent may adjust the pH of the mixed solution to 10 to 12, and may include sodium hydroxide (NaOH), ammonia, and the like, but is not limited thereto. Any other pH adjuster capable of adjusting the pH of the mixed solution without affecting the physical properties of the ion conductive solid oxide is possible.

도 2는 테일러 와류 반응기의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a Taylor vortex reactor.

도 2를 참조하면, 쿠에트 테일러 와류 반응을 수행할 수 있는 쿠에트 테일러 와류 반응기는 외부고정원통과 그 내부에서 회전하는 내부회전원통을 포함하여 이루어진다. 내부회전원통은 외부고정원통의 종축과 일치하는 회전축을 갖는다. 내부회전원통과 외부고정원통은 소정의 간격으로 서로 이격되도록 설치되어 내부회전원통과 외부고정원통 사이에는 반응액체가 흐르는 유체통로가 형성된다. 내부회전원통이 회전하면 유체통로에서 내부회전원통 쪽에 위치하고 있던 유체가 원심력에 의해 외부고정원통 방향으로 나가려는 경향을 가지게 되고 이로 인하여 유체는 불안정하게 되어 회전축을 따라 규칙적이며 서로 반대방향으로 회전하는 고리쌍 배열의 와류가 형성된다. 이를 테일러 혹은 쿠에트 테일러 와류하고 한다. 쿠에트 테일러 와류는 공침 반응을 촉진시킴으로서 종래의 공침 반응기보다 더 유리하게 전구체를 제조할 수 있다. Referring to FIG. 2 , a Cuett-Taylor vortex reactor capable of performing a Cuett-Taylor vortex reaction includes an outer fixed cylinder and an inner rotating cylinder rotating therein. The inner rotating cylinder has an axis of rotation coincident with the longitudinal axis of the outer fixed cylinder. The inner rotating cylinder and the outer fixed cylinder are installed to be spaced apart from each other at a predetermined interval, and a fluid passage through which the reaction liquid flows is formed between the inner rotating cylinder and the outer fixed cylinder. When the inner rotating cylinder rotates, the fluid located on the side of the inner rotating cylinder in the fluid passage has a tendency to go out in the direction of the outer fixed cylinder by the centrifugal force. A vortex of Lee pair arrangement is formed. This is called a Taylor or Kuett Taylor vortex. The Kuett-Taylor vortex promotes the co-precipitation reaction and thus can produce precursors more advantageously than conventional co-precipitation reactors.

이 때 쿠에트-테일러 반응기는 무차원 변수인 테일러 넘버 (Taylor number, Ta)를 사용하여 유체흐름의 특징을 구별하고 각 특징 별로 해당 영역에 대한 정의를 나타낼 수 있다. 테일러 넘버(Ta)는 레이놀즈 넘버 (Reynolds number, Re)의 함수로 나타내어지며 아래와 같이 식 1로 표현된다.At this time, the Couette-Taylor reactor can distinguish the characteristics of the fluid flow using the Taylor number (Ta), which is a dimensionless variable, and can indicate the definition of the corresponding region for each characteristic. The Taylor number (Ta) is represented by a function of the Reynolds number (Re) and is expressed by Equation 1 as follows.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

식 1에서 w는 내부실린더의 각속도를 의미하고, ri는 내부실린더의 반지름, d는 두 실린더 사이의 평행한 거리, v는 동점도를 나타낸다. 일반적으로 내부실린더의 각속도로 표현되는 분당 회전수(RPM)을 이용하여 테일러 넘버(Ta)의 값을 조절한다. 일반적으로 두 평판 사이에 유체가 흐르는 경우 전단응력에 의해 쿠에트 흐름이 발생하게 되고 이와 마찬가지로 두 실린더 사이에서도 낮은 RPM의 경우 쿠에트 흐름이 발생한다. 하지만 내부실린더의 RPM이 일정 임계값을 넘어서게 되면 쿠에트 흐름은 새로운 정상상태인 쿠에트-테일러 흐름이 되고, 쿠에트 흐름에서 볼 수 없었던 테일러 와류가 발생하게 된다. 테일러 와류는 두 개의 와류가 한 쌍으로 이루어져 선대칭의 특징을 가지고 트로이달(toroidal) 방향으로 위치하게 된다. 따라서 시계방향으로 회전하는 와류의 양 옆에는 반 시계 방향으로 회전하는 와류가 존재하게 되어 각각의 와류에 서로 영향을 미치게 된다. 쿠에트-테일러 흐름에서 일정 크기의 RPM을 증가시키면 테일러 와류의 불안정성의 증가로 인해 새로운 흐름으로 변모하게 되고 이때 테일러 와류는 방위각 파수(azimuthal wavenumber)를 가지게 된다. 이 흐름은 Wavy 와류 흐름이라고 불리고, 이 때의 혼합 효과는 쿠에트-테일러 흐름보다 증가할 수 있다.In Equation 1, w means the angular velocity of the inner cylinder, r i is the radius of the inner cylinder, d is the parallel distance between the two cylinders, and v is the kinematic viscosity. In general, the value of the Taylor number (Ta) is adjusted using the number of revolutions per minute (RPM) expressed as the angular velocity of the inner cylinder. In general, when a fluid flows between two flat plates, a Couette flow occurs due to shear stress, and similarly, a Couette flow also occurs between two cylinders at low RPM. However, when the RPM of the inner cylinder exceeds a certain threshold value, the Couette flow becomes a new steady-state Couette-Taylor flow, and Taylor vortices, which were not seen in the Couette flow, occur. The Taylor vortex consists of two vortices as a pair, and has the feature of line symmetry and is located in the toroidal direction. Therefore, there are vortices rotating in the counterclockwise direction on both sides of the vortex rotating in the clockwise direction, so that each vortex affects each other. When the RPM of a certain size is increased in the Couette-Taylor flow, it is transformed into a new flow due to the increase in instability of the Taylor vortex, and at this time, the Taylor vortex has an azimuthal wavenumber. This flow is called Wavy vortex flow, and the mixing effect at this time can be greater than that of Couette-Taylor flow.

다음으로, 상기 고체 전해질 전구체 슬러리를 세척하고 건조하여 고체 전해질 전구체를 제조한다(단계 b).Next, the solid electrolyte precursor slurry is washed and dried to prepare a solid electrolyte precursor (step b).

다음으로, 상기 고체 전해질 전구체를 리튬 소스와 혼합하여 혼합물을 제조한다(단계 c).Next, a mixture is prepared by mixing the solid electrolyte precursor with a lithium source (step c).

상기 리튬 소스의 리튬 함량은 하소 또는 소결시 증발하는 리튬량을 고려하여 과잉으로 첨가될 수 있다. The lithium content of the lithium source may be excessively added in consideration of the amount of lithium evaporated during calcination or sintering.

상기 리튬 소스가 수산화리튬(LiOH) 또는 그의 수화물, LiOH, LiNO3, LiCO3으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The lithium source may be at least one selected from the group consisting of lithium hydroxide (LiOH) or its hydrate, LiOH, LiNO 3 , and LiCO 3 .

다음으로, 상기 혼합물을 700 내지 1,200℃의 온도에서 하소하여 아래 화학식 1로 표시되는 갈륨(Ga) 및 루비듐(Rb)이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)을 갖는 분말을 제조한다(단계 d).Next, the mixture is calcined at a temperature of 700 to 1,200 ° C. to prepare a powder having lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) doped with gallium (Ga) and rubidium (Rb) represented by Formula 1 below (step d) .

[화학식 1][Formula 1]

LixGapLayRbqZrzO12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)Li x Ga p La y Rb q Zr z O 12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)

상기 갈륨 및 루비듐이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물이 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.The lithium lanthanum zirconium oxide doped with gallium and rubidium may be represented by Chemical Formula 2 below.

[화학식 2] [Formula 2]

Li(7-3p)GapLa3-qRbqZr2O12 (0<p≤1, 0<q≤1)Li (7-3p) Ga p La 3-q Rb q Zr 2 O 12 (0<p≤1, 0<q≤1)

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 800 내지 900℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 온도가 증가함에 따라 상기 분말의 결정 크기가 감소할 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 800 to 900° C., the crystal size of the powder may decrease as the temperature increases.

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 800 내지 900℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 분말의 결정 크기가 860 내지 1,550 Å일 수 있고, 바람직하게는 866 내지 1539 Å 일 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 800 to 900 ° C, the crystal size of the powder may be 860 to 1,550 Å, preferably 866 to 1539 Å.

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 1,000 내지 1,100℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 온도가 증가함에 따라 상기 분말의 결정 크기가 증가할 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 1,000 to 1,100 ° C, the crystal size of the powder may increase as the temperature increases.

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 1,000 내지 1,100℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 분말의 결정 크기가 2,200 내지 3,990 Å일 수 있고, 바람직하게는 2,231 내지 3,988 Å 일 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 1,000 to 1,100 ° C, the crystal size of the powder may be 2,200 to 3,990 Å, preferably 2,231 to 3,988 Å.

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 1,000 내지 1,100℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 온도가 증가함에 따라 상기 분말의 결정립계(Grain Boundary) 저항이 감소할 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 1,000 to 1,100° C., grain boundary resistance of the powder may decrease as the temperature increases.

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 700 내지 900℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 분말이 1차 입자 간의 결합 또는 국부적 소결에 의해 2차 입자를 2차 입자를 형성할 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 700 to 900 ° C., the powder may form secondary particles by bonding between primary particles or local sintering.

단계 (d)에서, 상기 혼합물을 1,000 내지 1,200℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 분말이 1차 입자 간의 소결에 의해 격자크기가 성장한 고밀도의 단일 입자를 형성할 수 있다.In step (d), when the mixture is calcined at a temperature of 1,000 to 1,200 ° C, the powder may form high-density single particles with a lattice size grown by sintering between primary particles.

상기 하소가 1 내지 12시간 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 1 내지 9시간, 더욱 바람직하게는 1시간 내지 7시간 동안 수행될 수 있다. 그러나, 하소 시간이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 하소 온도에 따라 달라질 수 있다. The calcination may be performed for 1 to 12 hours, preferably for 1 to 9 hours, and more preferably for 1 to 7 hours. However, the calcination time is not necessarily limited thereto and may vary depending on the calcination temperature.

상기 갈륨 및 루비듐이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물은 큐빅(cubic)구조 및 테트라고날(tetragonal)구조로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 구조를 포함할 수 있고, 바람직하게는 단일상의 큐빅 구조를 포함할 수 있다. The lithium lanthanum zirconium oxide doped with gallium and rubidium may include at least one structure selected from the group consisting of a cubic structure and a tetragonal structure, and preferably may include a single-phase cubic structure. there is.

또한, 구조적으로 큐빅 구조인 것이 이온전도도 측면에서 유리하며, 테트라고날 구조일 경우 이온전도도가 낮아질 수 있다.In addition, structurally, the cubic structure is advantageous in terms of ionic conductivity, and the ion conductivity may be lowered in the case of the tetragonal structure.

또한 본 발명은 (1) 상기 제조방법에 따른 고체 전해질을 포함하는 양극을 제조하는 단계; (2) 상기 제조방법에 따른 고체 전해질을 포함하는 복합 고체전해질 시트를 제조하는 단계; (3) 상기 양극과 상기 복합 고체전해질 시트를 적층하여 적층체를 제조하는 단계; 및 (4) 상기 적층체의 고체전해질층 상에 음극을 배치하는 단계;를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention includes (1) preparing a positive electrode including a solid electrolyte according to the manufacturing method; (2) preparing a composite solid electrolyte sheet including the solid electrolyte according to the manufacturing method; (3) manufacturing a laminate by laminating the positive electrode and the composite solid electrolyte sheet; and (4) disposing a negative electrode on the solid electrolyte layer of the laminate.

상기 음극이 리튬 금속을 포함할 수 있다.The negative electrode may include lithium metal.

상기 복합 고체전해질 시트는 700-1200℃ 구간에서 하소된 Ga, Rb이 동시 도핑된 LLZO 분말을 적용하여 복합고체전해질 시트를 제조한 것으로, 이온전도도를 25℃에서 측정하는 경우, 이온전도도가 1.82 x 10-8 내지 1.52 x 10-6 S/cm이고, 45℃에서 측정하는 경우, 2.65 x 10-6 내지 6.69 x 10-5 S/cm 일 수 있다. The composite solid electrolyte sheet is prepared by applying LLZO powder co-doped with Ga and Rb calcined in the range of 700-1200 ° C., and the ionic conductivity is measured at 25 ° C. 10 -8 to 1.52 x 10 -6 S/cm, and when measured at 45°C, may be 2.65 x 10 -6 to 6.69 x 10 -5 S/cm.

또한, 결정크기가 가장 크게 형성되는 1,100 내지 1,200℃에서 하소된 분말을 적용한 복합 고체전해질 시트의 이온전도도가 25℃에서 1.24 x 10-7 내지 1.52 x 10-6 S/cm이고, 45℃에서 2.65 x 10-5 내지 6.69 x 10-5 S/cm 일 수 있다. In addition, the ionic conductivity of the composite solid electrolyte sheet to which the powder calcined at 1,100 to 1,200 ° C, where the crystal size is largest is formed, is 1.24 x 10 -7 to 1.52 x 10 -6 S / cm at 25 ° C, and 2.65 at 45 ° C x 10 -5 to 6.69 x 10 -5 S/cm.

또한, 700 내지 1200℃ 구간에서 하소된 분말을 적용한 복합고체전해질 시트의 이온전도도를 70℃에서 측정하는 경우, 이온전도도가 2.43 x 10-4 내지 8.60 x 10-4 S/cm 일 수 있다.In addition, when the ionic conductivity of the composite solid electrolyte sheet to which the calcined powder is applied in the range of 700 to 1200 ° C is measured at 70 ° C, the ionic conductivity may be 2.43 x 10 -4 to 8.60 x 10 -4 S / cm.

[실시예] [Example]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described. However, this is for illustrative purposes and the scope of the present invention is not limited thereby.

[갈륨(0.2mole) 및 루비듐(0.05mole) 도핑된 고체전해질(Ga,Rb-LLZO)의 제조][Preparation of solid electrolyte (Ga, Rb-LLZO) doped with gallium (0.2 mole) and rubidium (0.05 mole)]

실시예 1-1: 700℃에서 하소한 Ga,Rb-LLZOExample 1-1: Ga, Rb-LLZO calcined at 700 ° C

출발물질인 란타늄 질산염(La(NO3)3·xH2O), 지르코늄 염산염(ZrOCl2·xH2O), 갈륨 질산염(Ga(NO3)3·xH2O) 및 루비듐 질산염(RbNO3)을 그들의 금속원소인 La:Zr:Ga:Rb의 몰비율이 2.95:2:0.2:0.05가 되도록 증류수에 용해시켜 출발물질이 1몰 농도인 출발물질 용액을 제조하였다. 여기서 x는 각각 0 내지 15의 정수 중 어느 하나이다. Starting materials lanthanum nitrate (La(NO 3 ) 3 .xH 2 O), zirconium hydrochloride (ZrOCl 2 .xH 2 O), gallium nitrate (Ga(NO 3 ) 3 .xH 2 O) and rubidium nitrate (RbNO 3 ) were dissolved in distilled water so that the molar ratio of their metal elements, La:Zr:Ga:Rb, was 2.95:2:0.2:0.05 to prepare a starting material solution having a starting material concentration of 1 molar. Here, x is any one of integers from 0 to 15, respectively.

도 2를 참조하면, 쿠에트 테일러 와류 반응기를 사용하여 고체전해질을 제조하였다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기는 용액주입부(1), 온도조절용액 토출부(2), 온도조절용액 주입부(3), 반응용액 드레인부(4), 반응물(슬러리형태) 토출부(5), 교반봉(6), 용액반응부(7), 반응용액 온도 조절부(8)를 포함한다. 상기 쿠에트 테일러 와류 반응기의 주입부(1)를 통하여 상기 출발물질 용액, 상기 출발물질 용액 100 중량부 대비 암모니아수(착화제) 160 중량부, 및 수산화나트륨 수용액을 적정량 첨가하여 pH가 11로 조절된 혼합 용액이 되도록 하고 반응온도는 25℃, 반응시간은 4hr, 교반봉의 교반속도는 1000 rpm으로 하여 공침시켜 액상 슬러리 형태의 전구체 슬러리를 토출부(5)로 토출하였다. Referring to FIG. 2, a solid electrolyte was prepared using a Kuett Taylor vortex reactor. The Kuett Taylor vortex reactor includes a solution injection part (1), a temperature control solution discharge part (2), a temperature control solution injection part (3), a reaction solution drain part (4), a reactant (slurry type) discharge part (5) , It includes a stirring bar 6, a solution reaction unit 7, and a reaction solution temperature control unit 8. The starting material solution, 160 parts by weight of ammonia water (complexing agent) based on 100 parts by weight of the starting material solution, and an appropriate amount of sodium hydroxide solution were added through the injection part (1) of the Kuett Taylor vortex reactor to adjust the pH to 11 The mixed solution was co-precipitated at a reaction temperature of 25° C., a reaction time of 4 hr, and a stirring speed of the stirring bar at 1000 rpm, and the precursor slurry in the form of a liquid slurry was discharged through the discharge unit 5.

상기 전구체 슬러리를 정제수로 세척한 후, 24시간 건조하였다. 건조된 전구체에 과잉의 LiOH·H2O을 첨가하고, 볼밀로 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물의 LiOH·H2O 함량은 LiOH·H2O 중 Li의 함량이 생성되는 고체전해질 중 Li 100중량부에 대하여 103 중량부가 되도록(3 wt% 과잉) 투입하였다. 상기 혼합물을 700℃에서 2시간 동안 하소하여 Ga,Rb-LLZO (Li6.5Ga0.2La2.95Rb0.05Zr2O12) 고체전해질 분말을 제조하였다. After washing the precursor slurry with purified water, it was dried for 24 hours. A mixture was prepared by adding excess LiOH·H 2 O to the dried precursor and mixing with a ball mill. The LiOH·H 2 O content of the mixture was added so that the Li content in LiOH·H 2 O was 103 parts by weight (excess of 3 wt%) based on 100 parts by weight of Li in the resulting solid electrolyte. The mixture was calcined at 700° C. for 2 hours to prepare a Ga,Rb-LLZO (Li 6.5 Ga 0.2 La 2.95 Rb 0.05 Zr 2 O 12 ) solid electrolyte powder.

실시예 1-2: 800℃에서 하소한 Ga,Rb-LLZOExample 1-2: Ga, Rb-LLZO calcined at 800 ° C

실시예 1-1에서 혼합물을 700℃에서 2시간 동안 하소하는 대신에 혼합물을 800℃에서 2시간 동안 하소하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 Ga,Rb-LLZO (Li6.5Ga0.2La2.95Rb0.05Zr2O12) 고체전해질 분말을 제조하였다.Ga, Rb-LLZO (Li 6.5 Ga 0.2 La 2.95 Rb 0.05 Zr 2 O 12 ) A solid electrolyte powder was prepared.

실시예 1-3: 900℃에서 하소한 Ga,Rb-LLZOExample 1-3: Ga,Rb-LLZO calcined at 900 °C

실시예 1-1에서 혼합물을 700℃에서 2시간 동안 하소하는 대신에 혼합물을 900℃에서 2시간 동안 하소하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 Ga,Rb-LLZO (Li6.5Ga0.2La2.95Rb0.05Zr2O12) 고체전해질 분말을 제조하였다.Ga,Rb-LLZO (Li 6.5 Ga 0.2 La 2.95 Rb 0.05 Zr 2 O 12 ) A solid electrolyte powder was prepared.

실시예 1-4: 1,000℃에서 하소한 Ga,Rb-LLZOExample 1-4: Ga,Rb-LLZO calcined at 1,000 °C

실시예 1-1에서 혼합물을 700℃에서 2시간 동안 하소하는 대신에 혼합물을 1,000℃에서 2시간 동안 하소하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 Ga,Rb-LLZO (Li6.5Ga0.2La2.95Rb0.05Zr2O12) 고체전해질 분말을 제조하였다.Ga, Rb-LLZO (Li 6.5 Ga 0.2 La 2.95 Rb 0.05 Zr 2 O 12 ) A solid electrolyte powder was prepared.

실시예 1-5: 1,100℃에서 하소한 Ga,Rb-LLZOExample 1-5: Ga,Rb-LLZO calcined at 1,100 °C

실시예 1-1에서 혼합물을 700℃에서 2시간 동안 하소하는 대신에 혼합물을 1,100℃에서 2시간 동안 하소하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 Ga,Rb-LLZO (Li6.5Ga0.2La2.95Rb0.05Zr2O12) 고체전해질 분말을 제조하였다.Ga, Rb-LLZO (Li 6.5 Ga 0.2 La 2.95 Rb 0.05 Zr 2 O 12 ) A solid electrolyte powder was prepared.

실시예 1-6: 1,200℃에서 하소한 Ga,Rb-LLZOExample 1-6: Ga,Rb-LLZO calcined at 1,200 °C

실시예 1-1에서 혼합물을 700℃에서 2시간 동안 하소하는 대신에 혼합물을 1,200℃에서 2시간 동안 하소하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 Ga,Rb-LLZO (Li6.5Ga0.2La2.95Rb0.05Zr2O12) 고체전해질 분말을 제조하였다.Ga, Rb-LLZO (Li 6.5 Ga 0.2 La 2.95 Rb 0.05 Zr 2 O 12 ) A solid electrolyte powder was prepared.

[복합 고체 전해질 시트의 제조][Manufacture of composite solid electrolyte sheet]

실시예 2-1Example 2-1

실시예 1-1에 따라 제조된 Ga,Rb-LLZO 고체전해질 분말과 PEO 바인더의 중량비가 70:30이 되도록 혼합물을 제조하였다. 즉 실시예 1-1에 따라 제조된 Ga,Rb-LLZO 100 중량부를 기준으로, 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 바인더 42.86 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 이때, 상기 PEO 바인더는 PEO(분자량 200,000)와 LiClO4 및 LiFSi (리튬염)을 포함하고, 상기 PEO와 상기 리튬염의 몰비가 [EO]: [LiClO4]: [LiFSi] = 13 : 0.8 : 0.2이 되도록 하였다.A mixture was prepared so that the weight ratio of the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte powder prepared according to Example 1-1 and the PEO binder was 70:30. That is, a mixture was prepared by mixing 42.86 parts by weight of a polyethylene oxide (PEO) binder based on 100 parts by weight of Ga,Rb-LLZO prepared according to Example 1-1. At this time, the PEO binder includes PEO (molecular weight 200,000), LiClO 4 and LiFSi (lithium salt), and the molar ratio of the PEO and the lithium salt is [EO]: [LiClO 4 ]: [LiFSi] = 13: 0.8: 0.2 made this happen.

구체적으로, 먼저 실시예 1-1에 따라 제조된 Ga,Rb-LLZO 및 PEO 바인더를 상기 중량비로 칭량한 후, 싱키 혼합기(Thinky mixer)를 이용하여 1,800rpm으로 5분 동안 혼합하는 공정을 3번 반복하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리는 한쪽 면이 실리콘(Si)으로 코팅된 PET(polyethylene terephthalate) 필름 상에 캐스팅하고, 롤프레스를 이용하여 초기 두께의 20% 압연률을 갖도록 1~2Mpa의 압력으로 1 내지 2회 반복하여 압연공정을 수행하여 두께 120μm의 복합 고체전해질 시트를 제조하였다. Specifically, first, after weighing the Ga, Rb-LLZO and PEO binder prepared according to Example 1-1 at the above weight ratio, mixing for 5 minutes at 1,800 rpm using a thinky mixer 3 times The slurry was prepared by repetition. The slurry is cast on a PET (polyethylene terephthalate) film coated with silicon (Si) on one side, and repeated 1 to 2 times at a pressure of 1 to 2 Mpa to have a rolling rate of 20% of the initial thickness using a roll press. A composite solid electrolyte sheet having a thickness of 120 μm was prepared by performing a rolling process.

실시예 2-2Example 2-2

실시예 2-1에서 실시예 1-1에 따라 제조된 Ga,Rb-LLZO 고체전해질을 사용하는 대신에 실시예 1-2에 따라 제조된 Ga,Rb-LLZO 고체전해질을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 복합 고체전해질 시트를 제조하였다.Except for using the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte prepared according to Example 1-2 instead of using the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte prepared according to Example 1-1 in Example 2-1 A composite solid electrolyte sheet was prepared in the same manner as in Example 2-1.

실시예 2-3Example 2-3

실시예 2-1에서 실시예 1-1에 따라 제조된 Ga,Rb-LLZO 고체전해질을 사용하는 대신에 실시예 1-3에 따라 제조된 Ga,Rb-LLZO 고체전해질을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 복합 고체전해질 시트를 제조하였다.Except for using the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte prepared according to Example 1-3 instead of using the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte prepared according to Example 1-1 in Example 2-1 A composite solid electrolyte sheet was prepared in the same manner as in Example 2-1.

실시예 2-4Example 2-4

실시예 2-1에서 실시예 1-1에 따라 제조된 Ga,Rb-LLZO 고체전해질을 사용하는 대신에 실시예 1-4에 따라 제조된 Ga,Rb-LLZO 고체전해질을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 복합 고체전해질 시트를 제조하였다.Except for using the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte prepared according to Example 1-4 instead of using the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte prepared according to Example 1-1 in Example 2-1 A composite solid electrolyte sheet was prepared in the same manner as in Example 2-1.

실시예 2-5Example 2-5

실시예 2-1에서 실시예 1-1에 따라 제조된 Ga,Rb-LLZO 고체전해질을 사용하는 대신에 실시예 1-5에 따라 제조된 Ga,Rb-LLZO 고체전해질을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 복합 고체전해질 시트를 제조하였다.Except for using the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte prepared according to Example 1-5 instead of using the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte prepared according to Example 1-1 in Example 2-1 A composite solid electrolyte sheet was prepared in the same manner as in Example 2-1.

실시예 2-6Example 2-6

실시예 2-1에서 실시예 1-1에 따라 제조된 Ga,Rb-LLZO 고체전해질을 사용하는 대신에 실시예 1-6에 따라 제조된 Ga,Rb-LLZO 고체전해질을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 복합 고체전해질 시트를 제조하였다.Except for using the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte prepared according to Example 1-6 instead of using the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte prepared according to Example 1-1 in Example 2-1 A composite solid electrolyte sheet was prepared in the same manner as in Example 2-1.

[양극의 제조][Manufacture of anode]

실시예 3-1: 900℃ 하소된 Ga-Rb LLZO powder 포함 양극Example 3-1: Anode containing Ga-Rb LLZO powder calcined at 900 ° C

NCM-424 양극활물질, 실시예 1-3에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질 분말, 도전재, 바인더의 중량비가 55:5:10:30이 되도록 혼합물을 제조하였다. 즉 NCM-424 양극활물질 100 중량부를 기준으로, 실시예 1-3에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질 분말 9.09 중량부, 도전재 Super-P 18.18 중량부 및 PEO 바인더 54.55 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 이때, 상기 PEO 바인더는 PEO(Mn = 600K, Sigma-Aldrich)와 LiClO4(99.99%, Sigma-Aldrich) 및 LiFSi (99%, ENCHEM)을 포함하고, 상기 PEO와 상기 리튬염(LiClO4 및 LiFSi)의 몰비가 [EO]: [LiClO4]: [LiFSi] = 13 : 0.8 : 0.2이 되도록 하였고, ACN을 혼합하여 적절한 점도로 조절하였다. A mixture was prepared such that the weight ratio of the NCM-424 cathode active material, the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte powder according to Examples 1-3, the conductive material, and the binder was 55:5:10:30. That is, based on 100 parts by weight of the NCM-424 cathode active material, 9.09 parts by weight of the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte powder according to Examples 1-3, 18.18 parts by weight of the conductive material Super-P, and 54.55 parts by weight of the PEO binder were mixed to prepare a mixture. did At this time, the PEO binder includes PEO (Mn = 600K, Sigma-Aldrich) and LiClO 4 (99.99%, Sigma-Aldrich) and LiFSi (99%, ENCHEM), and the PEO and the lithium salt (LiClO 4 and LiFSi ) was set to a molar ratio of [EO]: [LiClO 4 ]: [LiFSi] = 13: 0.8: 0.2, and ACN was mixed to adjust the appropriate viscosity.

구체적으로, 먼저 NCM-424 양극활물질, 실시예 1-3에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질 분말 및 Super-p를 상기 중량비로 칭량한 후, 막자 사발을 이용하여 30분 동안 혼합하여 혼합 분말을 제조하였다. 상기 혼합 분말은 싱키 혼합기(Thinky mixer) 전용 용기에 옮겨 담은 후 상기 중량비로 PEO 바인더를 혼합하고, 혼합기에 장착하여 1,500rpm으로 5분 동안 1회 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 다음으로, 상기 혼합물에 아세토니트릴(acetonitrile, ACN)을 혼합하여 적절한 점도로 조절하고, 2mm 지르콘 볼을 넣은 후 1,500rpm으로 5분씩 3회 동안 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 알루미늄 포일 상에 캐스팅 하고, 진공건조 후 60℃에서 롤 밀링에 의해 전극 캘린더링을 실시하며, 로딩량이 약 4 mg/cm2인 양극을 제조하였다.Specifically, first, NCM-424 cathode active material, Ga,Rb-LLZO solid electrolyte powder according to Examples 1-3, and Super-p were weighed in the above weight ratio, and then mixed for 30 minutes using a mortar and pestle to obtain a mixed powder manufactured. The mixed powder was transferred to a container dedicated to a thinky mixer, and then mixed with the PEO binder at the above weight ratio, mounted in a mixer, and mixed once at 1,500 rpm for 5 minutes to prepare a mixture. Next, acetonitrile (ACN) was mixed with the mixture to adjust the viscosity to an appropriate level, and a 2 mm zircon ball was added and mixed at 1,500 rpm for 5 minutes three times to prepare a slurry. The slurry was cast on aluminum foil, dried in a vacuum, and electrode calendered by roll milling at 60° C. to prepare a positive electrode having a loading amount of about 4 mg/cm 2 .

실시예 3-2: 1100℃ 하소된 Ga-Rb LLZO powder 포함 양극Example 3-2: Anode containing Ga-Rb LLZO powder calcined at 1100 ° C

실시예 3-1에서 실시예 1-3에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질 분말을 사용하는 대신에 실시예 1-5에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질 분말을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 3-1과 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.Examples except for using the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte powder according to Example 1-5 instead of using the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte powder according to Example 1-3 in Example 3-1 A positive electrode was prepared in the same manner as in 3-1.

[전고체 리튬이차전지의 제조][Production of All-Solid Lithium Secondary Battery]

소자실시예 1Device Example 1

실시예 3-1에 따라 제조된 양극과 실시예 2-3에 따라 제조된 고체 전해질 시트를 각각 Ø14, Ø16 사이즈로 펀칭한 후 적층하였다. 다음으로, 약 60℃로 가열하면서 0.5분 동안 0.3 MPa로 가압하여 적층체를 제조하였다. 상기 적층체의 고체 전해질 시트 상에 200μm 리튬 금속을 포함하는 음극을 올려, 약 60℃로 가열하면서 0.5분 동안 0.3 MPa로 가압하여 2032 규격의 코인셀로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.The positive electrode manufactured according to Example 3-1 and the solid electrolyte sheet manufactured according to Example 2-3 were punched into Ø14 and Ø16 sizes, respectively, and then stacked. Next, while heating at about 60°C, a laminate was prepared by pressing at 0.3 MPa for 0.5 minutes. A negative electrode containing 200 μm lithium metal was placed on the solid electrolyte sheet of the laminate, heated to about 60° C. and pressurized at 0.3 MPa for 0.5 minutes to prepare an all-solid lithium secondary battery with a 2032 standard coin cell.

소자실시예 2Device Example 2

소자실시예 1에서 실시예 3-1에 따라 제조된 양극과 실시예 2-3에 따라 제조된 고체 전해질 시트를 사용하는 대신에 실시예 3-2에 따라 제조된 양극과 실시예 2-5에 따라 제조된 고체 전해질 시트를 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.In Device Example 1, instead of using the positive electrode manufactured according to Example 3-1 and the solid electrolyte sheet manufactured according to Example 2-3, the positive electrode manufactured according to Example 3-2 and the solid electrolyte sheet manufactured according to Example 2-5 An all-solid lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Device Example 1, except for using the solid electrolyte sheet prepared according to the method.

소자실시예 3Device Example 3

소자실시예 1에서 실시예 2-3에 따라 제조된 고체 전해질 시트를 사용하는 대신에 실시예 2-5에 따라 제조된 고체 전해질 시트를 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.Device Example 1 was fabricated in the same manner as in Device Example 1, except that a solid electrolyte sheet prepared according to Example 2-5 was used instead of the solid electrolyte sheet prepared according to Example 2-3. A solid lithium secondary battery was prepared.

소자실시예 1 내지 3에 따른 전고체 전고체 리튬이차전지의 구성을 하기 표 1에 기재하였다.The configuration of the all-solid-state lithium secondary battery according to Device Examples 1 to 3 is shown in Table 1 below.

양극anode 복합고체전해질 시트Complex solid electrolyte sheet 음극cathode 양극활물질cathode active material 고체전해질solid electrolyte 바인더bookbinder 도전재conductive material 고체전해질solid electrolyte 바인더bookbinder 소자실시예 1Device Example 1 NCM-424NCM-424 실시예 1-3
(900℃하소)
Example 1-3
(calcined at 900℃)
PEOPEO Super-PSuper-P 실시예 1-3
(900℃하소)
Example 1-3
(calcined at 900℃)
PEOPEO 리튬 금속lithium metal
소자실시예 2Device Example 2 실시예 1-5
(1100℃하소)
Example 1-5
(calcined at 1100℃)
실시예 1-5
(1100℃하소)
Example 1-5
(calcined at 1100℃)
소자실시예 3Device Example 3 실시예 1-3
(900℃하소)
Examples 1-3
(calcined at 900℃)
실시예 1-5
(1100℃하소)
Example 1-5
(calcined at 1100℃)

[시험예] [Test Example]

시험예 1: 하소온도별(700~1200℃) 고체전해질의 XRD 분석Test Example 1: XRD analysis of solid electrolyte by calcination temperature (700 ~ 1200 ℃)

도 3은 실시예 1-1 내지 1-6에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질의 XRD 결과이고, 도 4는 실시예 1-1 내지 1-6에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질의 XRD 결과에 대한 리트벨트 분석 결과이다.Figure 3 is the XRD results of Ga, Rb-LLZO solid electrolytes according to Examples 1-1 to 1-6, Figure 4 is the XRD results of Ga, Rb-LLZO solid electrolytes according to Examples 1-1 to 1-6 This is the result of Rietveld analysis for .

도 3을 참조하면, 실시예 1-1 내지 1-6에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질 모두 XRD 피크 패턴은 외형상 매우 유사하며, 전형적인 Cubic 구조를 가진다. 그러나, 실시예 1-1(700℃하소)에서 LZO 불술물 피크가 일부 관찰되고, 800℃이상 하소온도 조건(실시예 1-2 내지 1-6)에서는 일체의 불순물 피크는 관찰되지 않았다. 또한, 피크 강도에 있어 실시예 1-2(800℃하소)에서 가장 높은 패턴을 가지고 있으며, 밀러지수 (112) (024) (224) 피크가 보다 증가하는 경향을 보였다. 그러나, 900℃로 하소온도를 증가시킨 실시예 1-3의 경우 급격히 피크의 강도가 감소하고, 1000 ℃이상의 하소 온도(실시예 1-4 내지 1-6)에서는 외견상 거의 유사한 피크 패턴을 보인다.Referring to FIG. 3, the XRD peak patterns of all of the Ga,Rb-LLZO solid electrolytes according to Examples 1-1 to 1-6 are very similar in appearance and have a typical cubic structure. However, some LZO impurity peaks were observed in Example 1-1 (calcination at 700 ° C), and no impurity peaks were observed in the calcination temperature conditions of 800 ° C or higher (Examples 1-2 to 1-6). In addition, in terms of peak intensity, Example 1-2 (calcination at 800 ° C) has the highest pattern, and the Miller index (112) (024) (224) peaks tend to increase more. However, in the case of Example 1-3 in which the calcination temperature was increased to 900 ° C, the intensity of the peak rapidly decreased, and at the calcination temperature of 1000 ° C or higher (Examples 1-4 to 1-6), an almost similar peak pattern was observed. .

또한 도 4를 참조하면, 하소 온도별(700~1200℃) 격자상수는 12.96622~12.97438Å, 결정크기 866~3988Å를 나타냈다. 격자상수는 700℃에서 12.96622Å에서 하소온도를 800℃로 증가시킬 경우 12.97438Å로 증가하고, 그 이상의 온도에서는 다시 12.96 Å범위로 감소하는 경향을 나타내며, 1000-1200℃ 구간에서는 700℃ 하소온도의 조건과 유사한 격자상수를 나타낸다. 이에 비해 결정크기는 하소온도에 비례해서 감소하는데, 700℃에서 2018 Å, 900℃에서 866 Å으로 감소했다. 그러나 900℃ 이상의 온도에서는 결정크기가 다시 증가하고, 1100℃에서 3988 Å으로 최대치를 나타내고, 1200℃에서 3496 Å으로 다시 감소하는 경향이 있었다. 이를 통해 800-900℃의 하소온도 구간에서는 온도가 증가할수록 격자상수가 12.97Å 범위로 비교적 높게 유지되나 결정크기는 감소하고, 1000-1100℃ 하소온도 구간에서는 격자상수가 12.96Å로 낮게 유지되며 결정크기가 급격히 증가하는 특이한 거동을 보이는 것을 알 수 있었다. In addition, referring to FIG. 4, the lattice constant for each calcination temperature (700 to 1200 ° C.) was 12.96622 to 12.97438 Å and the crystal size was 866 to 3988 Å. The lattice constant increased from 12.96622 Å at 700 ° C to 12.97438 Å when the calcination temperature was increased to 800 ° C, and decreased again to 12.96 Å at higher temperatures. It represents a lattice constant similar to the condition. In contrast, the crystal size decreased in proportion to the calcination temperature, decreasing to 2018 Å at 700 ° C and 866 Å at 900 ° C. However, at temperatures above 900 ° C, the crystal size increased again, showed a maximum value of 3988 Å at 1100 ° C, and decreased again to 3496 Å at 1200 ° C. Through this, in the calcination temperature range of 800-900 ℃, as the temperature increases, the lattice constant is maintained relatively high in the range of 12.97Å, but the crystal size decreases, and in the calcination temperature range of 1000-1100 ℃, the lattice constant is maintained as low as 12.96Å, and the crystal It was found that it showed a peculiar behavior with a rapid increase in size.

종래의 Ga 도핑 LLZO 물질들은 격자상수가 약 12.96~13.00Å 구간으로 형성되고, 격자상수가 작은 12.96Å 구간에서 이온전도성이 보다 증가하는 경향이 있으며, 이때 결정 크기는 대부분 600Å 이하로 유지되었다. 즉, 결정크기가 거의 일정하게 낮게 유지되기 때문에 Grain Boundary의 이온전도 저항을 제어하는데 한계가 있었다. 반면 본 발명의 하소 온도에 따른 고체전해질 분말의 격자상수가 12.96905 Å로 낮게 유지되고, 결정크기가 최대 3988 Å으로 약 4배 이상으로 증가하는 것으로 보아 Grain Boundary(GB) 저항이 크게 감소할 것으로 판단된다.Conventional Ga-doped LLZO materials have a lattice constant of about 12.96 to 13.00 Å, and ionic conductivity tends to increase in the 12.96 Å section where the lattice constant is small, and the crystal size is mostly kept below 600 Å. That is, there was a limit to controlling the ionic conduction resistance of the grain boundary because the crystal size was kept almost constant and low. On the other hand, the lattice constant of the solid electrolyte powder according to the calcination temperature of the present invention is maintained as low as 12.96905 Å, and the crystal size increases by about 4 times or more to a maximum of 3988 Å. It is judged that the grain boundary (GB) resistance will greatly decrease do.

또한 본 발명은 Ga 0.2몰, Rb 0.05몰을 도핑한 고체전해질(Li6.5Ga0.2La2.95Rb0.05Zr2O12)로서 리튬 함량은 6.5로 하여 테일러 반응(공침)에 의해 제조된 전구체에 대해 단 2시간동안 하소처리 했음에도 불구하고, Cubic 결정구조의 최적의 결자상수 및 결정크기가 유지되는 조건을 확보했으며, 더욱이 800-1,200℃의 넓은 하소온도 범위에서 안정한 결정구조를 확인할 수 있었다.In addition, the present invention is a solid electrolyte (Li 6.5 Ga 0.2 La 2.95 Rb 0.05 Zr 2 O 12 ) doped with 0.2 mol of Ga and 0.05 mol of Rb, and the lithium content is 6.5, and the precursor prepared by Taylor reaction (co-precipitation) is only Despite the calcination treatment for 2 hours, the conditions for maintaining the optimal grain size constant and crystal size of the cubic crystal structure were secured, and a stable crystal structure was confirmed in a wide calcination temperature range of 800-1,200 ℃.

시험예 2: 하소온도별(700~1200℃) 고체전해질의 SEM 분석Test Example 2: SEM analysis of solid electrolyte by calcination temperature (700 ~ 1200 ℃)

도 5a 내지 5f는 실시예 1-1 내지 1-6에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질의 SEM 분석 이미지이다. 실시예 1-1 내지 1-6에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질 분말 각각에 대해 동일하게 2,000배, 15,000배의 배율로 촬영하였다.5a to 5f are SEM analysis images of Ga,Rb-LLZO solid electrolytes according to Examples 1-1 to 1-6. The Ga,Rb-LLZO solid electrolyte powders according to Examples 1-1 to 1-6 were photographed at magnifications of 2,000 and 15,000, respectively.

도 5a 및 5f에 따르면, 실시예 1-1 내지 1-3에 따른 고체전해질(700, 800, 900℃ 하소)의 경우, 1~2㎛ 구형의 1차 입자가 결합하여 4~10㎛의 2차 입자를 형성하였다. 반면, 실시예 1-4 내지 1-6에 따른 고체전해질(1000, 1100, 1200℃ 하소)의 경우, 1차 입자가 성장하여 3~10㎛의 소결된 고밀도 단일 입자가 형성되는 것을 확인하였다. 특히 1000℃ 이상의 온도에서 하소한 경우 1차 입자는 점차 사라지고, 고밀도의 2차 입자인 구형 분말이 형성됨을 알 수 있었다. 그러나 1200℃의 온도에서는 하소온도가 너무 과도하여 분쇄시 침상형의 입자가 형성되는 특성이 확인되었으며, 이에 비해 1100℃에서는 약 3㎛의 구형의 고밀도 분말이 균일하게 형성되고 있음을 확인하였다.5a and 5f, in the case of the solid electrolytes (calcined at 700, 800, and 900° C.) according to Examples 1-1 to 1-3, spherical primary particles of 1 to 2 μm are combined to form 2 μm of 4 to 10 μm. Tea particles were formed. On the other hand, in the case of the solid electrolytes (calcination at 1000, 1100, and 1200 ° C) according to Examples 1-4 to 1-6, it was confirmed that the primary particles grew and sintered high-density single particles of 3 to 10 μm were formed. In particular, when calcined at a temperature of 1000 ° C. or higher, it was found that the primary particles gradually disappeared and spherical powder, which is a high-density secondary particle, was formed. However, at a temperature of 1200 ° C., the calcination temperature was too excessive, and it was confirmed that acicular particles were formed during grinding. In contrast, at 1100 ° C., it was confirmed that spherical high-density powder of about 3 μm was uniformly formed.

따라서 Ga,Rb-LLZO 고체전해질 제조시 900℃ 이하에서 하소하면 1차 입자에 의한 미세 분말이 응집된 구조이기 때문에 슬러리 혼합에 의한 복합 고체전해질 시트를 제조하는 과정에서 쉽게 파쇄되어 미세 입자로 분산되는 장점으로 작용하여, 이러한 미세 입자 자체의 결정 크기가 낮은 단점을 극복할 수 있었다. 이에 반해 1100℃에서 하소한 Ga,Rb-LLZO 고체전해질 분말의 경우, 입도가 상대적으로 증가하고 고밀도로 제조되어 있기 때문에 상대적으로 비표면적이 감소하여 슬러리 혼합에 의한 복합 고체전해질 시트를 제조하는 과정에서 입자의 미세화 반응이 적고, 이로 인해 분말의 계면제어를 위해 상대적으로 요구되는 고분자(바인더)의 함량도 감소될 수 있어, 입자의 균일성 및 결정크기를 제어함으로 고체전해질층의 이온전도성을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 즉 본 발명에 따른 Ga,Rb-LLZO 고체전해질 소재는 하소온도에 따라 입자의 입도제어 또는 결정크기 제어가 다르기 때문에 이러한 특성을 활용한 복합고체전해질 시트 및 전고체 리튬이차전지에 적용되었을 때 나타나는 효과에 대한 연구가 필요하다.Therefore, when the Ga, Rb-LLZO solid electrolyte is calcined at 900 ° C or less, fine powder by primary particles has an agglomerated structure, so it is easily crushed and dispersed into fine particles in the process of manufacturing a composite solid electrolyte sheet by slurry mixing As an advantage, it was possible to overcome the disadvantage of the low crystal size of these fine particles themselves. On the other hand, in the case of the Ga, Rb-LLZO solid electrolyte powder calcined at 1100 ° C, the particle size is relatively increased and the specific surface area is relatively reduced because it is manufactured at high density. The micronization reaction of the particles is small, and as a result, the content of the polymer (binder) relatively required for controlling the interface of the powder can be reduced, thereby increasing the ionic conductivity of the solid electrolyte layer by controlling the uniformity and crystal size of the particles. There are advantages to being able to That is, since the Ga,Rb-LLZO solid electrolyte material according to the present invention has different particle size control or crystal size control depending on the calcination temperature, the effect shown when applied to a composite solid electrolyte sheet and an all-solid lithium secondary battery using these characteristics research is needed on

시험예 3: 하소온도별 Ga,Rb-LLZO 고체전해질 분말을 포함하는 복합고체전해질 시트의 이온전도도 특성 분석Test Example 3: Analysis of Ion Conductivity Characteristics of Composite Solid Electrolyte Sheet Containing Ga, Rb-LLZO Solid Electrolyte Powder by Calcination Temperature

도 6은 실시예 2-1 내지 2-6에 따른 복합고체전해질 시트의 이온 전도도 그래프이고, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.6 is a graph of ion conductivity of composite solid electrolyte sheets according to Examples 2-1 to 2-6, and the results are shown in Table 2 below.

온도temperature 이온전도도 (S/cm)Ionic Conductivity (S/cm) 실시예 2-1Example 2-1 실시예 2-2Example 2-2 실시예 2-3Example 2-3 실시예 2-4Example 2-4 실시예 2-5Example 2-5 실시예 2-6Example 2-6 70℃70℃ 2.43 x 10-4 2.43 x 10 -4 2.83 x 10-4 2.83 x 10 -4 4.50 x 10-4 4.50 x 10 -4 5.14 x 10-4 5.14 x 10 -4 7.39 x 10-4 7.39 x 10 -4 8.60 x 10-4 8.60 x 10 -4 45℃45℃ 3.23 x 10-6 3.23 x 10 -6 6.16 x 10-6 6.16 x 10 -6 2.66 x 10-6 2.66 x 10 -6 2.65 x 10-6 2.65 x 10 -6 6.69 x 10-5 6.69 x 10 -5 2.65 x 10-5 2.65 x 10 -5 25℃25℃ 2.53 x 10-8 2.53 x 10 -8 2.36 x 10-8 2.36 x 10 -8 1.82 x 10-8 1.82 x 10 -8 2.09 x 10-8 2.09 x 10 -8 1.52 x 10-6 1.52 x 10 -6 1.24 x 10-7 1.24 x 10 -7

도 6 및 표 2에 따르면, 전체적으로 하소 온도가 증가할수록 상대적으로 낮은 작동온도에서 이온전도도도가 증가하고, 실시예 2-1 내지 2-4에 따른 고체전해질 시트의 경우 거의 유사한 패턴을 보이나, 실시예 2-5 및 2-6에 따른 고체전해질 시트에서 보다 차별화된 이온전도 특성을 나타내며, 더욱이 실시예 2-5에 대해 25℃, 45℃에서 측정한 경우, 실시예 2-1 내지 2-4보다 1-2 order 증가하며, 45℃에서 이온전도도는 6.69 x 10-5 S/cm으로 크게 증가하였다. 그러나 70℃에서 측정시에는 하소 온도에 비례하여 이온전도도가 증가하며, 실시예 2-5 의 경우 7.39 x 10-4 S/cm, 실시예 2-6의 경우 8.6 x 10-4 S/cm를 나타낸다. 이러한 이온전도도는 실시예 2-1 내지 2-3에 따른 고체전해질 시트의 약 2배 이상이며, 기존의 Li6.25Ga0.25La3Zr2O12 적용된 고체전해질 시트의 이온전도도 (4.41 x 10-4 S/cm)보다 약 2배의 우수한 이온전도 특성을 나타냈다. 또한 특이한 점은 대부분 45℃에서 이온전도도가 가장 높게 증가함을 알 수 있고, 그 중에서도 실시예 2-5에 따른 고체전해질 시트의 경우 가장 높은 수치(6.69 x 10-5 S/cm)를 나타냈다. 이는 상기 시험예 1에서 기술한 XRD 분석의 실시예 1-5에 따른 고체전해질의 결정크기(crystallite size)와 연계성이 매우 높은 것으로 판단된다.According to FIG. 6 and Table 2, as the calcination temperature increases overall, the ion conductivity increases at a relatively low operating temperature, and the solid electrolyte sheets according to Examples 2-1 to 2-4 show an almost similar pattern, but The solid electrolyte sheets according to Examples 2-5 and 2-6 exhibit more differentiated ion conduction properties, and when measured at 25° C. and 45° C. for Example 2-5, Examples 2-1 to 2-4 1-2 order increase, and the ionic conductivity at 45 ° C was greatly increased to 6.69 x 10 -5 S/cm. However, when measured at 70 ° C., the ionic conductivity increases in proportion to the calcination temperature, and in the case of Example 2-5, 7.39 x 10 -4 S / cm, in the case of Example 2-6, 8.6 x 10 -4 S / cm indicate This ionic conductivity is about twice or more than that of the solid electrolyte sheet according to Examples 2-1 to 2-3, and the ionic conductivity of the conventional solid electrolyte sheet applied with Li 6.25 Ga 0.25 La 3 Zr 2 O 12 (4.41 x 10 -4 S/cm) showed about 2 times better ion conductivity. In addition, it can be seen that the ionic conductivity increases most at 45 ° C. Among them, the solid electrolyte sheet according to Examples 2-5 showed the highest value (6.69 x 10 -5 S / cm). This is determined to be highly correlated with the crystallite size of the solid electrolyte according to Examples 1-5 of the XRD analysis described in Test Example 1.

시험예 4: 고체전해질 시트의 LSV 특성 분석Test Example 4: Analysis of LSV characteristics of solid electrolyte sheet

도 7은 실시예 2-3 및 2-5에 따른 고체전해질 시트의 LSV 특성 그래프이다. Ga,Rb-LLZO 고체전해질의 결정크기가 가장 대비되는 실시예 1-3 및 1-5를 포함하는 실시예 2-3 및 2-5에 따른 고체전해질 시트에 대한 anodic 전위 안정성을 평가하기 위해 LSV 특성을 평가하였다.7 is a graph of LSV characteristics of the solid electrolyte sheets according to Examples 2-3 and 2-5. LSV to evaluate the anodic potential stability of the solid electrolyte sheets according to Examples 2-3 and 2-5 including Examples 1-3 and 1-5 in which the crystal size of the Ga, Rb-LLZO solid electrolyte is most contrasted properties were evaluated.

도 7을 참조하면, 실시예 2-3 대비 실시예 2-5에 대한 산화 전위는 거의 동일하나, 산화전류의 값은 더 증가함을 알 수 있다. 이는 실시예 1-5(1100℃ 하소)의 경우 입자의 크기가 증가하여 상대적으로 비표면적이 감소함으로 벌키한 PEO 고분자의 함량이 상대적으로 감소하는 것일 수 있다. 따라서 향후 실시예 1-5(1100℃ 하소)의 경우 고분자(바인더)의 함량을 감소시키는 효과를 얻을 수 있고, 이를 통해 LLZO의 함량을 증가시키므로 인해 이온전도성을 증가시키고 효과를 기대할 수 있다.Referring to FIG. 7 , it can be seen that the oxidation potential of Example 2-5 is almost the same as that of Example 2-3, but the value of oxidation current is further increased. This may be because, in the case of Examples 1-5 (calcination at 1100 ° C), the size of the particles increases and the specific surface area decreases, so the content of the bulky PEO polymer relatively decreases. Therefore, in the case of future Examples 1-5 (calcination at 1100 ° C), the effect of reducing the content of the polymer (binder) can be obtained, and through this, the content of LLZO is increased, thereby increasing the ionic conductivity and the effect can be expected.

시험예 5: 전고체 전지의 충방전 특성 평가Test Example 5: Evaluation of charge and discharge characteristics of all-solid-state battery

도 8은 소자실시예 1 내지 3에 따른 전고체 리튬이차전지의 초기 충방전 커브이고, 도 9는 소자실시예 1 내지 3에 따른 전고체 리튬이차전지의 충방전 싸이클 및 쿨롱효율이고, 도 10은 소자실시예 1 내지 3에 따른 전고체 리튬이차전지의 율 특성 평가 결과이다. 충방전 특성 평가는 70℃, 0.1C 3cyc 후 0.33C 충방전 전류로 3.0~4.1V 구간에서 약 50 cycle 실시하였다. 또한, 소자실시예 1 내지 3 각각에 대하여 0.1C, 0.2C, 0.33C, 0.5C, 1C 등 고율특성을 평가하였다.8 is an initial charge/discharge curve of an all-solid-state lithium secondary battery according to Device Examples 1 to 3, and FIG. 9 is a charge/discharge cycle and coulombic efficiency of an all-solid-state lithium secondary battery according to Device Examples 1 to 3. FIG. is the evaluation result of the rate characteristics of the all-solid-state lithium secondary battery according to Device Examples 1 to 3. The evaluation of charge/discharge characteristics was performed at 70℃, 0.1C 3cyc, and then about 50 cycles were performed in the range of 3.0~4.1V with 0.33C charge/discharge current. In addition, high-rate characteristics such as 0.1C, 0.2C, 0.33C, 0.5C, and 1C were evaluated for each of Device Examples 1 to 3.

도 8에 따르면, 소자실시예 1 및 2의 경우, 방전용량이 약 130 mAh/g 로서 매우 유사하나, 소자실시예 3의 경우 방전용량이 약 138 mAh/g 으로서 증가하는 것을 알 수 있다. According to FIG. 8 , in the case of Device Examples 1 and 2, the discharge capacity is very similar to about 130 mAh/g, but in the case of Device Example 3, it can be seen that the discharge capacity increases to about 138 mAh/g.

또한, 도 9에 따르면, 소자실시예 1 내지 3은 초기에 약 90% 정도의 충방전 효율을 보였지만, 약 5cycle 이후부터는 약 98% 이상의 효율을 보여준다. 특히 소자실시예 3의 경우 초기용량뿐만 아니라 싸이클에 따른 방전용량, 그리고 쿨롱 효율이 100%로 우수한 특성을 보여주고 있다. In addition, according to FIG. 9 , Device Examples 1 to 3 initially showed a charge/discharge efficiency of about 90%, but showed an efficiency of about 98% or more after about 5 cycles. In particular, in the case of Device Example 3, not only the initial capacity but also the discharge capacity according to the cycle and the coulombic efficiency were 100%, showing excellent characteristics.

또한 도 10에 따르면, 전류밀도가 증가 할수록 소자실시예 3은 소자실시예 1 및 소자실시예 2에 비해 우수한 고율특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 특히 소자실시예 3은 1C rate의 고율에서도 소자실시예 2 대비 35%이상 향상되었음을 보여주고 있다. 또한, 소자 실시예 3은 1C에서 0.1C 대비 85% 대의 높은 용량유지율을 확인할 수 있다. Also, according to FIG. 10 , it can be seen that as the current density increases, Device Example 3 exhibits superior high-rate characteristics compared to Device Examples 1 and 2. In particular, Device Example 3 shows an improvement of 35% or more compared to Device Example 2 even at a high rate of 1C rate. In addition, Device Example 3 can confirm a high capacity retention rate of 85% at 1C compared to 0.1C.

따라서 양극 및 복합 고체전해질 시트에 따라 요구되는 Ga-Rb co-doped LLZO 고체전해질 분말의 특성이 다름을 알 수 있다. 즉, 양극에는 NCM-424 활물질의 이용율을 증가시키고 활물질, Super-P 그리고 LLZO powder 등 무기물 입자간의 계면특성 향상을 위해 나노급 이온전도체인 Ga-Rb co-doped LLZO 분말(900℃ 하소)을 적용하는 것이 유리하고, 복합 고체전해질 시트에는 결정크기가 상대적으로 높은 Ga-Rb co-doped LLZO 분말(1100℃ 하소)을 적용하는 것이 셀 성능 향상에 유리한 효과가 있음을 확인하였다.Therefore, it can be seen that the characteristics of the Ga-Rb co-doped LLZO solid electrolyte powder required according to the positive electrode and the composite solid electrolyte sheet are different. In other words, Ga-Rb co-doped LLZO powder (calcined at 900℃), a nano-grade ion conductor, is applied to the cathode to increase the utilization rate of NCM-424 active material and improve the interface properties between inorganic particles such as active material, Super-P and LLZO powder. It is advantageous to do this, and it was confirmed that the application of Ga-Rb co-doped LLZO powder (calcined at 1100 ° C) having a relatively high crystal size to the composite solid electrolyte sheet has an advantageous effect on improving cell performance.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (17)

아래 화학식 1로 표시되는 갈륨(Ga) 및 루비듐(Rb)이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)을 갖는 분말(powder)을 포함하고,
상기 분말은 격자 상수가 12.96620 내지 12.97440 Å이고, 결정 크기가 860 내지 3,990 Å인 것인, 전고체 리튬이차전지용 고체 전해질.
[화학식 1]
LixGapLayRbqZrzO12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)
It includes a powder having lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) doped with gallium (Ga) and rubidium (Rb) represented by Formula 1 below,
The powder has a lattice constant of 12.96620 to 12.97440 Å and a crystal size of 860 to 3,990 Å, a solid electrolyte for an all-solid-state lithium secondary battery.
[Formula 1]
Li x Ga p La y Rb q Zr z O 12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)
제1항에 있어서,
상기 분말은 격자상수가 12.97320 내지 12.97440 Å이고, 결정크기가 860 내지 1,550 Å인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지용 고체 전해질.
According to claim 1,
The powder has a lattice constant of 12.97320 to 12.97440 Å and a crystal size of 860 to 1,550 Å.
제1항에 있어서,
상기 분말은 격자 상수가 12.96780 내지 12.96910 Å이고, 결정 크기가 2,220 내지 3,990 Å인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지용 고체 전해질.
According to claim 1,
The powder has a lattice constant of 12.96780 to 12.96910 Å and a crystal size of 2,220 to 3,990 Å.
제1항에 있어서,
상기 분말은 입도가 3 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지용 고체 전해질.
According to claim 1,
The powder is a solid electrolyte for an all-solid lithium secondary battery, characterized in that the particle size is 3 to 10㎛.
제2항에 있어서,
상기 제2항에 따른 고체 전해질 및 바인더를 포함하는 복합 고체 전해질 시트의 이온 전도도가
25℃에서 1.80 x 10-8 내지 2.40 x 10-8 S/cm이고,
45℃에서 2.65 x 10-6 내지 6.20 x 10-6 S/cm이고,
70℃에서 2.80 x 10-4 내지 4.55 x 10-4 S/cm인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지용 고체 전해질.
According to claim 2,
The ion conductivity of the composite solid electrolyte sheet including the solid electrolyte according to claim 2 and the binder is
1.80 x 10 -8 to 2.40 x 10 -8 S/cm at 25 °C;
2.65 x 10 -6 to 6.20 x 10 -6 S/cm at 45 °C;
A solid electrolyte for an all-solid-state lithium secondary battery, characterized in that 2.80 x 10 -4 to 4.55 x 10 -4 S / cm at 70 ℃.
제3항에 있어서,
상기 제3항에 따른 고체 전해질 및 바인더를 포함하는 복합 고체 전해질 시트의 이온 전도도가
25℃에서 2.05 x 10-8 내지 1.55 x 10-6 S/cm이고,
45℃에서 2.60 x 10-6 내지 6.70 x 10-5 S/cm이고,
70℃에서 5.10 x 10-4 내지 7.45 x 10-4 S/cm인 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지용 고체 전해질.
According to claim 3,
The ion conductivity of the composite solid electrolyte sheet including the solid electrolyte according to claim 3 and the binder is
2.05 x 10 -8 to 1.55 x 10 -6 S/cm at 25 °C;
2.60 x 10 -6 to 6.70 x 10 -5 S/cm at 45 °C;
A solid electrolyte for an all-solid-state lithium secondary battery, characterized in that 5.10 x 10 -4 to 7.45 x 10 -4 S / cm at 70 ° C.
제1 고체전해질을 포함하는 양극;
상기 양극 상에 형성되고, 제2 고체전해질을 포함하는 복합 고체전해질 시트; 및
상기 복합 고체전해질 시트 상에 형성되는 음극;을 포함하고,
상기 제1 및 제2 고체전해질이 각각 아래 화학식 1로 표시되는 갈륨(Ga) 및 루비듐(Rb)이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)을 갖는 분말(powder)을 포함하고, 상기 분말은 격자 상수가 12.96620 내지 12.97440 Å이고, 결정 크기가 860 내지 3,990 Å인 것인, 전고체 리튬이차전지.
[화학식 1]
LixGapLayRbqZrzO12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)
a positive electrode including a first solid electrolyte;
a composite solid electrolyte sheet formed on the anode and including a second solid electrolyte; and
Including; a negative electrode formed on the composite solid electrolyte sheet,
The first and second solid electrolytes each include a powder having lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) doped with gallium (Ga) and rubidium (Rb) represented by Formula 1 below, and the powder has a lattice constant is 12.96620 to 12.97440 Å, and the crystal size is 860 to 3,990 Å, the all-solid-state lithium secondary battery.
[Formula 1]
Li x Ga p La y Rb q Zr z O 12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)
(a) 란타늄(La) 전구체, 지르코늄(Zr) 전구체, 갈륨(Ga) 전구체 및 루비듐(Rb) 전구체를 포함하는 금속 전구체 수용액과, 착화제와, pH 조절제가 혼합된 혼합 용액을 테일러 와류 상태에서 공침 반응시켜 고체 전해질 전구체 슬러리를 제조하는 단계;
(b) 상기 고체 전해질 전구체 슬러리를 세척하고 건조하여 고체 전해질 전구체를 제조하는 단계;
(c) 상기 고체 전해질 전구체를 리튬 소스와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
(d) 상기 혼합물을 700 내지 1,200℃의 온도에서 하소하여 아래 화학식 1로 표시되는 갈륨(Ga) 및 루비듐(Rb)이 도핑된 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO)을 갖는 분말을 제조하는 단계; 를 포함하고,
상기 분말은 격자 상수가 12.96620 내지 12.97440 Å이고, 결정 크기가 860 내지 3,990 Å인 것인, 고체 전해질의 제조방법.
[화학식 1]
LixGapLayRbqZrzO12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)
(a) A mixed solution in which an aqueous solution of a metal precursor including a lanthanum (La) precursor, a zirconium (Zr) precursor, a gallium (Ga) precursor, and a rubidium (Rb) precursor, a complexing agent, and a pH adjusting agent is mixed in a Taylor vortex state Co-precipitation to prepare a solid electrolyte precursor slurry;
(b) preparing a solid electrolyte precursor by washing and drying the solid electrolyte precursor slurry;
(c) preparing a mixture by mixing the solid electrolyte precursor with a lithium source; and
(d) preparing a powder having lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) doped with gallium (Ga) and rubidium (Rb) represented by Formula 1 below by calcining the mixture at a temperature of 700 to 1,200 ° C; including,
The powder has a lattice constant of 12.96620 to 12.97440 Å, and a crystal size of 860 to 3,990 Å, a method for producing a solid electrolyte.
[Formula 1]
Li x Ga p La y Rb q Zr z O 12 (5≤x≤9, 0<p≤1, 0<q≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)
제8항에 있어서,
단계 (d)에서,
상기 혼합물을 800 내지 900℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 온도가 증가함에 따라 상기 분말의 결정 크기가 감소하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질의 제조방법.
According to claim 8,
In step (d),
When the mixture is calcined at a temperature of 800 to 900 ° C., a method for producing a solid electrolyte, characterized in that the crystal size of the powder decreases as the temperature increases.
제9항에 있어서,
단계 (d)에서,
상기 혼합물을 800 내지 900℃의 온도에서 하소하는 경우,
상기 분말의 결정 크기가 860 내지 1,550 Å인 것을 특징으로 하는 고체 전해질의 제조방법.
According to claim 9,
In step (d),
When the mixture is calcined at a temperature of 800 to 900 ° C,
A method for producing a solid electrolyte, characterized in that the crystal size of the powder is 860 to 1,550 Å.
제8항에 있어서,
단계 (d)에서,
상기 혼합물을 1,000 내지 1,100℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 온도가 증가함에 따라 상기 분말의 결정 크기가 증가하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질의 제조방법.
According to claim 8,
In step (d),
When the mixture is calcined at a temperature of 1,000 to 1,100 ° C., a method for producing a solid electrolyte, characterized in that the crystal size of the powder increases as the temperature increases.
제11항에 있어서,
단계 (d)에서,
상기 혼합물을 1,000 내지 1,100℃의 온도에서 하소하는 경우,
상기 분말의 결정 크기가 2,220 내지 3,990 Å인 것을 특징으로 하는 고체 전해질의 제조방법.
According to claim 11,
In step (d),
When the mixture is calcined at a temperature of 1,000 to 1,100 ° C,
A method for producing a solid electrolyte, characterized in that the crystal size of the powder is 2,220 to 3,990 Å.
제11항에 있어서,
단계 (d)에서,
상기 혼합물을 1,000 내지 1,100℃의 온도에서 하소하는 경우,
상기 온도가 증가함에 따라 상기 분말의 결정립계(Grain Boundary) 저항이 감소하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질의 제조방법.
According to claim 11,
In step (d),
When the mixture is calcined at a temperature of 1,000 to 1,100 ° C,
Method for producing a solid electrolyte, characterized in that the grain boundary resistance of the powder decreases as the temperature increases.
제5항에 있어서,
단계 (d)에서,
상기 혼합물을 700 내지 900℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 분말이 1차 입자 간의 결합 또는 국부적 소결에 의해 2차 입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질의 제조방법.
According to claim 5,
In step (d),
When the mixture is calcined at a temperature of 700 to 900 ° C., the powder forms secondary particles by bonding between primary particles or local sintering.
제8항에 있어서,
단계 (d)에서,
상기 혼합물을 1,000 내지 1,200℃의 온도에서 하소하는 경우, 상기 분말이 1차 입자 간의 소결에 의해 격자크기가 성장한 고밀도의 단일 입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질의 제조방법.
According to claim 8,
In step (d),
When the mixture is calcined at a temperature of 1,000 to 1,200 ° C., the powder forms high-density single particles with a lattice size grown by sintering between primary particles.
제8항에 있어서,
상기 란타늄 전구체가 란타늄 질산염(La(NO3)3) 또는 그의 수화물이고,
상기 지르코늄 전구체가 지르코늄 염산염(ZrOCl2) 또는 그의 수화물이고,
상기 갈륨 전구체가 갈륨 질산염(Ga(NO3)3) 또는 그의 수화물이고,
상기 루비듐 전구체가 루비듐 질산염(RbNO3) 또는 그의 수화물인 것을 특징으로 하는 고체전해질의 제조방법.
According to claim 8,
The lanthanum precursor is lanthanum nitrate (La(NO 3 ) 3 ) or a hydrate thereof,
The zirconium precursor is zirconium hydrochloride (ZrOCl 2 ) or a hydrate thereof,
The gallium precursor is gallium nitrate (Ga(NO 3 ) 3 ) or a hydrate thereof,
A method for producing a solid electrolyte, characterized in that the rubidium precursor is rubidium nitrate (RbNO 3 ) or a hydrate thereof.
(1) 제8항에 따라 제조된 고체 전해질을 포함하는 양극을 제조하는 단계;
(2) 제8항에 따라 제조된 고체 전해질을 포함하는 복합 고체 전해질 시트를 제조하는 단계;
(3) 상기 양극과 상기 복합 고체전해질 시트를 적층하여 적층체를 제조하는 단계; 및
(4) 상기 적층체의 복합 고체전해질 시트 상에 음극을 배치하는 단계;를
포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
(1) preparing a positive electrode comprising the solid electrolyte prepared according to claim 8;
(2) preparing a composite solid electrolyte sheet comprising the solid electrolyte prepared according to claim 8;
(3) manufacturing a laminate by laminating the positive electrode and the composite solid electrolyte sheet; and
(4) disposing a negative electrode on the composite solid electrolyte sheet of the laminate;
A method for manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery comprising:
KR1020210109274A 2021-08-19 2021-08-19 Composite solid electrolyte sheet with excellent ion conductivity and manufacturing method of all-solid lithium ion battery using same KR102656255B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210109274A KR102656255B1 (en) 2021-08-19 2021-08-19 Composite solid electrolyte sheet with excellent ion conductivity and manufacturing method of all-solid lithium ion battery using same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210109274A KR102656255B1 (en) 2021-08-19 2021-08-19 Composite solid electrolyte sheet with excellent ion conductivity and manufacturing method of all-solid lithium ion battery using same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230027461A true KR20230027461A (en) 2023-02-28
KR102656255B1 KR102656255B1 (en) 2024-04-09

Family

ID=85326935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210109274A KR102656255B1 (en) 2021-08-19 2021-08-19 Composite solid electrolyte sheet with excellent ion conductivity and manufacturing method of all-solid lithium ion battery using same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102656255B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150005136A (en) * 2013-07-04 2015-01-14 한국생산기술연구원 SOLID ELECTROLYTE MATERIAL FOR All SOLID LITHIUM SECONDARY BATTERIES AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME
KR20200086081A (en) * 2019-01-08 2020-07-16 한국생산기술연구원 Galium- gadolinium dopped solid electrolyte material for all-solid-state lithium secondary battery and method for preparing the same
KR20210003317A (en) * 2017-11-09 2021-01-11 재단법인 포항산업과학연구원 All-solid-state battery, manufacturing method thereof, battery pack including same and monolithic battery module including same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150005136A (en) * 2013-07-04 2015-01-14 한국생산기술연구원 SOLID ELECTROLYTE MATERIAL FOR All SOLID LITHIUM SECONDARY BATTERIES AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME
KR20210003317A (en) * 2017-11-09 2021-01-11 재단법인 포항산업과학연구원 All-solid-state battery, manufacturing method thereof, battery pack including same and monolithic battery module including same
KR20200086081A (en) * 2019-01-08 2020-07-16 한국생산기술연구원 Galium- gadolinium dopped solid electrolyte material for all-solid-state lithium secondary battery and method for preparing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR102656255B1 (en) 2024-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10818968B2 (en) Method of preparing a gallium-doped LLZO solid electrolyte for an all-solid-state lithium secondary battery
KR101746187B1 (en) Positive electrode active material for rechargable lithium battery, and rechargable lithium battery including the same
EP1391950B1 (en) Anode active matter and production method therefor, non- aqueous electrolyte secondary battery-use anode, and non-aqueous electrolyte secondary battery
KR101865834B1 (en) All solid lithium secondary battery and method for manufacturing the same
KR101728434B1 (en) Method for preparing solid electrolyte material for all-solid-state lithium secondary battery and method for manufacturing all-solid-state lithium secondary battery comprising the same
KR101589294B1 (en) Positive electrode active material for rechargable lithium battery, method for synthesis the same, and rechargable lithium battery including the same
KR101007504B1 (en) Cathode material for lithium secondary battery and method for manufacturing of as the same
JP2020504415A (en) Positive electrode active material for secondary battery, method for producing the same, and secondary battery including the same
KR102131890B1 (en) Method of preparing galium doped llzo solid electrolyte for all solid lithium secondary battery and galium doped llzo solid electrolyte
KR20100068459A (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the same
KR101946381B1 (en) Thin film type solid electrolyte composite sheet and all-solid-state lithium secondary battery comprising the same
KR20130001703A (en) Cathod active material, lithium rechargeble battery including the same, and method of activiting the same
KR102201326B1 (en) Method of manufacturing cathode active material coated titanium dioxide
JP2019029353A (en) Solid electrolyte for all-solid type lithium secondary battery, method for manufacturing the same, and all-solid type lithium secondary battery including the solid electrolyte
KR102102212B1 (en) Aluminum-galium doped solid electrolyte material for all-solid-state lithium secondary battery and method for preparing the same
KR20200086081A (en) Galium- gadolinium dopped solid electrolyte material for all-solid-state lithium secondary battery and method for preparing the same
KR102347781B1 (en) Method for preparing solid electrolyte material for controlling particle size
KR102356337B1 (en) Heteroatom doped solid electrolyte, method for preparing same and method for preparing all solid lithium secondary battery comprising same
KR102656255B1 (en) Composite solid electrolyte sheet with excellent ion conductivity and manufacturing method of all-solid lithium ion battery using same
Pugazhendhi et al. Dielectric and conduction mechanism studies of Ni doped LiMn 2 O 4 synthesized by solution combustion method
WO2018151566A2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery
KR102347824B1 (en) Cathode comprising cathode active material with improved initial capacity and charging-discharging cycle performance by coating, all solid lithium secondary battery comprising the same
KR20220026284A (en) Composite positive electrode active material with strong superstructure, preparing method for the same, positive electrtode including the same, and lithium ion battery including the same
KR102526171B1 (en) Method for fabricating high capacity cathode composite with small volume change and method for fabricating all solid lithiumsecondary battery comprising same
KR20230026771A (en) Controlling of particle size for galium-rubidium co-doped llzo solid electrolyte, all solid lithium secondary battery comprising same and method of manufacturing same

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant