KR20230083218A - Solid electrolyte and all-solid-state battery comprising same - Google Patents

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KR20230083218A
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Abstract

The present invention relates to a solid electrolyte and an all-solid-state battery including the same. Specifically, an oxide of a specific component is provided as a solid electrolyte (first solid electrolyte) and is provided as a solid electrolyte (second solid electrolyte) which includes the oxide of the specific component system as a first component and further includes an oxide or salt of another component at the same time.

Description

고체 전해질 및 이를 포함하는 전고체 전지{SOLID ELECTROLYTE AND ALL-SOLID-STATE BATTERY COMPRISING SAME}Solid electrolyte and all-solid-state battery including the same {SOLID ELECTROLYTE AND ALL-SOLID-STATE BATTERY COMPRISING SAME}

본 개시는 고체 전해질 및 이를 포함하는 전고체 전지에 관한 것이다.The present disclosure relates to a solid electrolyte and an all-solid-state battery including the same.

리튬 이차 전지는 휴대 전화, 노트북, 스마트폰 등의 소형 전자 기기의 구동용 전원으로 널리 사용되고 있고, 전지 자동차의 구동용 전원, 에너지 저장 장치의 전력 저장용 전원 등으로도 그 응용 분야가 확장되고 있다.Lithium secondary batteries are widely used as a driving power source for small electronic devices such as mobile phones, laptops, and smartphones, and their application fields are expanding to driving power sources for battery vehicles and power storage power sources for energy storage devices. .

리튬 이차 전지의 가장 보편적인 형태는 리튬 이온 전지로서, 액체 전해질을 사용함에 따른 문제점(예를 들어, 누액, 발화, 폭발 등의 잠재적인 위험성)을 가지고 있다. The most common type of lithium secondary battery is a lithium ion battery, which has problems (for example, potential hazards such as leakage, ignition, explosion, etc.) due to the use of a liquid electrolyte.

최근에는, 리튬 이온 전지의 문제점을 해결하는 차세대 전지로서, 상기 액체 전해질을 고체 전해질로 대체한 전고체 전지가 각광받고 있다. 다만, 고체 전해질은 액체 전해질에 대비하여 이온 전도도가 낮고, 전극과 전해질 사이의 계면에서 이온의 이동 저항이 발생한다는 문제가 있다. 이에, 전고체 전지의 산업적 양산을 위해서는, 고체 전해질의 이온 전도도를 높이고, 전극과 전해질 사이의 계면에서 이온의 이동 저항을 저감시킬 필요가 있다.Recently, as a next-generation battery that solves the problems of a lithium ion battery, an all-solid-state battery in which the liquid electrolyte is replaced with a solid electrolyte has been in the spotlight. However, the solid electrolyte has a problem in that the ion conductivity is low compared to the liquid electrolyte, and ion movement resistance occurs at the interface between the electrode and the electrolyte. Therefore, for industrial mass production of all-solid-state batteries, it is necessary to increase the ionic conductivity of the solid electrolyte and reduce the ion migration resistance at the interface between the electrode and the electrolyte.

한편, 전고체 전지를 초소형의 칩 형태로 제조하면, 기본적으로 전지의 특성을 지니면서도, 그 크기 및 형태에 기반하여 MLCC, 파워 인덕터 부품 등의 IT 부품과 같이 활용될 수 있다. 이러한 초소형 칩형 전고체 전지에는, 황화물계 고체 전해질이나 고분자계 고체 전해질보다는, 친환경, 제품 성능, 대량 생산 등의 관점에서 산화물계 고체 전해질이 사용되는 것이 유리하다. 다만, 일반적으로 알려진 산화물계 고체 전해질은 비정질 유리의 조직을 가지므로, 초소형 칩형 전고체 전지의 제조를 위한 동시-소성 과정에서 열팽창하거나 쉽게 깨질 수 있다.On the other hand, if an all-solid-state battery is manufactured in the form of a microchip, it can be used as an IT component such as an MLCC and a power inductor component based on its size and shape while basically having the characteristics of a battery. In such a microchip-type all-solid-state battery, it is advantageous to use an oxide-based solid electrolyte rather than a sulfide-based solid electrolyte or a polymer-based solid electrolyte from the viewpoints of eco-friendliness, product performance, and mass production. However, since a generally known oxide-based solid electrolyte has an amorphous glass structure, it may thermally expand or be easily broken during a co-firing process for manufacturing an ultra-small chip-type all-solid-state battery.

일 구현예는, 이온 전도도는 높이고, 전극과 전해질 사이의 계면 저항은 낮추고, 열팽창을 억제하며 강도를 강화할 수 있는, 특정 성분계의 산화물을 고체 전해질(제1 고체 전해질)로 제공하기 위한 것이다.One embodiment is to provide an oxide of a specific component system as a solid electrolyte (first solid electrolyte) capable of increasing ionic conductivity, lowering interfacial resistance between an electrode and an electrolyte, suppressing thermal expansion, and enhancing strength.

다른 일 구현예는, 제1 성분으로서 상기 특정 성분계의 산화물을 포함함과 동시에 제2 성분으로서 다른 성분계의 산화물 또는 염을 더 포함하여 이온 전도도가 더욱 개선된 고체 전해질(제2 고체 전해질)을 제공하기 위한 것이다.Another embodiment provides a solid electrolyte (second solid electrolyte) having further improved ion conductivity by further including an oxide of the specific component system as a first component and an oxide or salt of another component system as a second component at the same time. It is to do.

또 다른 일 구현예는, 상기 제1 형태의 고체 전해질 및 상기 제2 형태의 고체 전해질 중 어느 하나의 고체 전해질을 포함하는 전고체 전지를 제공하기 위한 것이다.Another embodiment is to provide an all-solid-state battery including any one of the solid electrolyte of the first type and the solid electrolyte of the second type.

일 구현예는 제1 고체 전해질을 제공한다.One embodiment provides a first solid electrolyte.

상기 제1 고체 전해질은 Li, Si, B, Zr, 및 P을 포함하는 산화물일 수 있다.The first solid electrolyte may be an oxide containing Li, Si, B, Zr, and P.

상기 제1 고체 전해질내 Li, Si, B, Zr 및 P의 총량 100 몰% 중, Li는 40 몰% 이상 내지 80 몰% 이하로 포함되고, Si는 0 몰% 초과 내지 30 몰% 이하로 포함되고, B는 0 몰% 초과 내지 60 몰% 이하로 포함되고, Zr는 0 몰% 초과 내지 50 몰% 이하로 포함되고, P는 0 몰% 초과 내지 60 몰% 이하로 포함될 수 있다.Of the total amount of 100 mol% of Li, Si, B, Zr, and P in the first solid electrolyte, Li is included in 40 mol% or more and 80 mol% or less, and Si is included in more than 0 mol% and 30 mol% or less. And, B is included in more than 0 mol% to 60 mol% or less, Zr is included in more than 0 mol% to 50 mol% or less, and P may be included in more than 0 mol% to 60 mol% or less.

상기 제1 고체 전해질 내 Li/(Si+B+Zr)의 몰분율은 0.5 내지 5일 수 있다.The mole fraction of Li/(Si+B+Zr) in the first solid electrolyte may be 0.5 to 5.

상기 제1 고체 전해질은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:The first solid electrolyte may be represented by Formula 1 below:

[화학식 1][Formula 1]

a(Li2O)·b(SiO2)·c(B2O3)·d(P2O5)·e(ZrO2)a(Li 2 O)·b(SiO 2 )·c(B 2 O 3 )·d(P 2 O 5 )·e(ZrO 2 )

상기 화학식 1에서, a 내지 e는 몰분율을 나타내는 실수로서, 40≤a≤60이고, 0<b≤30이고, 0<c≤60이고, 0<d≤60이고, 0<e≤50이다.In Formula 1, a to e are real numbers representing mole fractions, and 40≤a≤60, 0<b≤30, 0<c≤60, 0<d≤60, and 0<e≤50.

상기 제1 고체 전해질의 연화점은 500 ℃ 이상 내지 550 ℃ 이하일 수 있다.The softening point of the first solid electrolyte may be 500 °C or higher and 550 °C or lower.

상기 제1 고체 전해질은 유리 또는 유리 세라믹일 수 있다.The first solid electrolyte may be glass or glass ceramic.

상기 제1 고체 전해질은 유리 세라믹이고, Cu-Kα를 사용한 X선 회절(XRD) 분석 시, Li3PO4에 의한 결정상이 나타날 수 있고, 구체적으로 비정질 조직 내 1 ㎚ 이상 내지 10 ㎚ 이하의 크기를 가지는 Li3PO4 결정상이 존재할 수 있다.The first solid electrolyte is a glass ceramic, and upon X-ray diffraction (XRD) analysis using Cu-Kα, a crystalline phase may appear due to Li 3 PO 4 , specifically, a size of 1 nm or more to 10 nm or less in an amorphous structure A Li 3 PO 4 crystal phase having a may exist.

상기 제1 고체 전해질의 이온 전도도는 1.0 X 10-8 S/㎝ 이상일 수 있다.Ion conductivity of the first solid electrolyte may be 1.0 X 10 -8 S/cm or more.

다른 일 구현예는 제2 고체 전해질을 제공한다.Another embodiment provides a second solid electrolyte.

상기 제2 고체 전해질은 Li, Si, B, Zr, 및 P를 포함하는 산화물을 포함하고; 제2 성분으로서, Li, Al, Na, Mg, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Se, Rb, S, Y, Nb, Mo, Ag, In, Sn, Sb, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Pb, Bi, Au, La, Nd, Eu, I, Cl, Br, 또는 F 중 적어도 하나 이상의 원소를 포함하는 산화물 또는 염;을 더 포함할 수 있다.the second solid electrolyte includes an oxide containing Li, Si, B, Zr, and P; As the second component, Li, Al, Na, Mg, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Se, Rb, S, Y, Nb, Mo, Ag , In, Sn, Sb, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Pb, Bi, Au, La, Nd, Eu, I, Cl, Br, or oxides or salts containing at least one element of F; can include more.

상기 제2 고체 전해질 내 Li/(Si+B+Zr)의 몰분율은 0.5 내지 5일 수 있다.The mole fraction of Li/(Si+B+Zr) in the second solid electrolyte may be 0.5 to 5.

상기 제2 고체 전해질은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다:The second solid electrolyte may be represented by Formula 2 below:

[화학식 2][Formula 2]

a(Li2O)·b(SiO2)·c(B2O3)·d(P2O5)·e(ZrO2)·f(XmYn)a(Li 2 O)·b(SiO 2 )·c(B 2 O 3 )·d(P 2 O 5 )·e(ZrO 2 )·f(X m Y n )

상기 화학식 2에서, a 내지 f는 몰분율을 나타내는 실수로서, 40≤a≤60이고, 0<b≤30이고, 0<c≤60이고, 0<d≤60이고, 0<e≤50이고, 0≤f≤50이고; X는 Li, Al, 또는 이들의 조합이고; Y는 Cl, O, 또는 이들의 조합이고; 0<m≤5이고, 0<n≤5이다.In Formula 2, a to f are real numbers representing mole fractions, 40≤a≤60, 0<b≤30, 0<c≤60, 0<d≤60, 0<e≤50, 0≤f≤50; X is Li, Al, or a combination thereof; Y is Cl, O, or a combination thereof; 0<m≤5, and 0<n≤5.

상기 제2 고체 전해질의 연화점은 500 ℃ 이상 내지 550 ℃ 이하일 수 있다.The softening point of the second solid electrolyte may be 500 °C or higher and 550 °C or lower.

상기 제2 고체 전해질은 유리 또는 유리 세라믹일 수 있다.The second solid electrolyte may be glass or glass ceramic.

상기 제2 고체 전해질은 Cu-Kα를 사용한 X선 회절(XRD) 분석 시 Li3PO4에 의한 피크가 나타나는 유리 세라믹일 수 있고, 구체적으로 비정질 조직 내 1 ㎚ 이상 내지 10 ㎚ 이하의 크기를 가지는 Li3PO4 결정상이 존재할 수 있다. 선택적으로, 상기 제2 고체 전해질은 Cu-Kα를 사용한 X선 회절(XRD) 분석 시 Li4B7O12Cl, 또는 Al2O3에 의한 피크가 더 나타날 수 있다.The second solid electrolyte may be a glass ceramic in which a peak due to Li 3 PO 4 appears during X-ray diffraction (XRD) analysis using Cu-Kα, and specifically has a size of 1 nm or more to 10 nm or less in an amorphous structure A Li 3 PO 4 crystalline phase may be present. Optionally, the second solid electrolyte may further show a peak due to Li 4 B 7 O 12 Cl or Al 2 O 3 upon X-ray diffraction (XRD) analysis using Cu-Kα.

상기 제2 고체 전해질의 이온 전도도는 1.0 X 10-7 S/㎝ 이상일 수 있다.Ion conductivity of the second solid electrolyte may be 1.0 X 10 -7 S/cm or more.

또 다른 일 구현예는, 고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 번갈아 적층되는 양극층 및 음극층을 포함하는 바디; 상기 바디의 양 측면에 각각 배치되는 제1 외부 전극 및 제2 외부 전극을 포함하며, 상기 고체 전해질층은 상기 제1 고체 전해질 및 상기 제2 고체 전해질 중 어느 하나를 포함하는, 전고체 전지를 제공할 수 있다.Another embodiment is a body including a solid electrolyte layer and an anode layer and a cathode layer alternately stacked with the solid electrolyte layer interposed therebetween; Provides an all-solid-state battery including first external electrodes and second external electrodes respectively disposed on both side surfaces of the body, wherein the solid electrolyte layer includes any one of the first solid electrolyte and the second solid electrolyte can do.

상기 양극층 및 상기 음극층은 각각 독립적으로, 집전층 및 상기 집전층 상에 위치하는 전극 활물질층을 포함하고; 상기 집전층 및 상기 전극 활물질층은 각각 독립적으로, 상기 제1 고체 전해질 및 상기 제2 고체 전해질 중 어느 하나의 고체 전해질 및 탄소계 도전재를 포함하고; 상기 전극 활물질층은 전극 활물질을 더 포함할 수 있다.The positive electrode layer and the negative electrode layer each independently include a current collecting layer and an electrode active material layer positioned on the current collecting layer; The current collecting layer and the electrode active material layer each independently include any one of the first solid electrolyte and the second solid electrolyte and a carbon-based conductive material; The electrode active material layer may further include an electrode active material.

상기 제1 고체 전해질은, 이온 전도도는 높고, 전극과 전해질 사이의 계면 저항은 낮고, 열팽창은 억제되고 강도가 강하여, 동시-소성 공정을 통해 다층 구조의 초소형 칩형 전고체 전지를 제조할 수 있다.The first solid electrolyte has high ionic conductivity, low interfacial resistance between the electrode and the electrolyte, suppressed thermal expansion and high strength, so that a multi-layered microchip all-solid-state battery can be manufactured through a co-firing process.

나아가, 상기 제2 고체 전해질은, 상기 제1 고체 전해질에 대비하여 이온 전도도가 높아, 초소형 칩형 전고체 전지의 성능을 더욱 개선할 수 있다.Furthermore, since the second solid electrolyte has higher ionic conductivity than the first solid electrolyte, the performance of the microchip-type all-solid-state battery can be further improved.

도 1은, 본 발명의 일 구현예에 따른 고체 전해질을 구성하는 원소 간 연결 관계를 도시한 것이다((a): 제1 고체 전해질, (b): 제2 고체 전해질).
도 2는, 본 발명의 일 구현예에 따른 전고체 전지의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3 및 4는, 본 발명의 실시예 1 및 8에 따른 고체 전해질에 대해, 열기계적 분석(Thermomechanical Analysis, TMA)을 실시한 결과를 나타낸 것이다(도 3: 실시예 1, 도 4: 실시예 8).
도 5는, 본 발명의 두 가지 실시예 1 및 8에 따른 고체 전해질에 대해, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 촬영 이미지를 나타낸 것이다(좌측: 실시예 1, 우측: 실시예 8, 스케일바는 모두 1 ㎛)
도 6 내지 10은, 본 발명의 실시예 1, 및 5 내지 8에 따른 고체 전해질에 대해, Cu-Kα를 사용하여 X선 회절(XRD, Bruker AXS D4-Endeavor XRD) 분석을 실시한 결과를 나타낸 것이다(도 6: 실시예 1, 도 7: 실시예 5, 도 8: 실시예 6, 도 9: 실시예 7, 도 10: 실시예 8).
도 11은, 본 발명의 실시예 1에 따른 고체 전해질에 대해, TEM 장비를 사용하여 국소 부위를 촬영한 이미지를 나타낸 것이다(우측 확대도).
도 12는, 본 발명의 실시예 8에 따른 고체 전해질에 대해, TEM 장비를 사용하여 국소 부위를 촬영한 이미지를 나타낸 것이다.
도 13은, 실시예 1 및 8의 각 고체 전해질에 대해, 저항 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 14는, 본 발명의 실시예 1에 따른 전고체 전지에 대해, 전기화학적 평가 결과를 나타낸 것이다.
1 illustrates a connection relationship between elements constituting a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention ((a): a first solid electrolyte, (b): a second solid electrolyte).
2 is a schematic cross-sectional view of an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 show the results of thermomechanical analysis (TMA) on the solid electrolytes according to Examples 1 and 8 of the present invention (FIG. 3: Example 1, FIG. 4: Example 8) ).
5 shows scanning electron microscope (SEM) images of solid electrolytes according to two Examples 1 and 8 of the present invention (left: Example 1, right: Example 8, scale All bars are 1 μm)
6 to 10 show the results of X-ray diffraction (XRD, Bruker AXS D4-Endeavor XRD) analysis using Cu-Kα on the solid electrolytes according to Examples 1 and 5 to 8 of the present invention (FIG. 6: Example 1, FIG. 7: Example 5, FIG. 8: Example 6, FIG. 9: Example 7, FIG. 10: Example 8).
FIG. 11 shows an image of a local area of the solid electrolyte according to Example 1 of the present invention taken using TEM equipment (right enlarged view).
12 shows an image of a local area of the solid electrolyte according to Example 8 of the present invention taken using a TEM device.
13 shows resistance measurement results for each of the solid electrolytes of Examples 1 and 8.
14 shows electrochemical evaluation results for an all-solid-state battery according to Example 1 of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아울러 첨부 도면에서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, the technical idea disclosed in this specification is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention , it should be understood to include equivalents or substitutes. In addition, some components in the accompanying drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated, and the size of each component does not entirely reflect the actual size.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers, such as first and second, may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.

명세서 전체에서, "포함한다" 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, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but that one or more other features are present. It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded. Therefore, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated.

명세서 전체에서, '고체 전해질'이란, 고체 상태에서 이온의 이동에 의하여 전류를 통할 수 있는 물질을 말한다.Throughout the specification, 'solid electrolyte' refers to a material capable of passing an electric current by the movement of ions in a solid state.

명세서 전체에서, '유리'란 일반적으로 규사, 소다회, 탄산석회 등의 혼합물을 고온에서 녹인 후 냉각하는 과정에서 결정화가 일어나지 않은 채 고체화되면서 생기는 투명도가 높은 물질로서, 후술되는 '유리 세라믹'과 구별하기 위해 '비정질 유리'로 지칭할 수 있다.Throughout the specification, 'glass' generally refers to a material with high transparency that is formed when a mixture of silica sand, soda ash, carbonate lime, etc. is melted at a high temperature and then solidified without crystallization occurring in the process of cooling, and is distinguished from 'glass ceramic' described later. For this reason, it can be referred to as 'amorphous glass'.

명세서 전체에서, '유리 세라믹'이란 유리 성형체를 그 전이 온도 이상 및 연하 온도 이하에서 열처리하여 얻어지는 균일한 미결정의 집합체로서, '결정화 유리'라고도 한다. 상기 '유리 세라믹'은 비정질 상과 하나 이상의 결정상을 가지므로, 비정질 및 결정질의 특성을 모두 가지고 있다. 구체적으로, 상기 '유리 세라믹'은 비정질 유리보다 강도, 고온 안정성, 화학적 내구성, 이온 전도도 등이 높고, 열팽창은 억제된다.Throughout the specification, 'glass ceramic' is a uniform aggregate of microcrystals obtained by heat-treating a glass molded body at a temperature above the transition temperature and below a melting temperature, and is also referred to as 'crystallized glass'. Since the 'glass ceramic' has an amorphous phase and at least one crystalline phase, it has both amorphous and crystalline characteristics. Specifically, the 'glass ceramic' has higher strength, high-temperature stability, chemical durability, and ionic conductivity than amorphous glass, and suppresses thermal expansion.

명세서 전체에서, '이온 전도도(Ionic conductivity)'란 물질의 이온전도 경향을 나타내는 척도로서, 이론적으로 이온의 농도, 전하량, 전하의 이동도에 비례하여 증가하게 된다.Throughout the specification, 'ionic conductivity' is a measure of the ionic conductivity of a material, and theoretically increases in proportion to the concentration of ions, the amount of charge, and the mobility of charges.

이하에서는 도면을 참조하여 다양한 구현예들을 상세하게 설명한다.Hereinafter, various implementations will be described in detail with reference to the drawings.

(제1 고체 전해질)(First solid electrolyte)

일 구현예는 Li, Si, B, Zr, 및 P을 포함하는 산화물인 제1 고체 전해질을 제공한다.One embodiment provides a first solid electrolyte that is an oxide including Li, Si, B, Zr, and P.

상기 제1 고체 전해질은, Li, Si, B, 및 P은 포함하되 Zr은 불포함하는 산화물 고체 전해질에 대비하여 이온 전도도는 높고, 전극과 전해질 사이의 계면 저항은 낮고, 열팽창은 억제되고 강도가 강하여, 동시-소성 공정을 통해 다층 구조의 초소형 칩형 전고체 전지를 제조하는 데 유리하다.The first solid electrolyte has high ionic conductivity, low interfacial resistance between the electrode and electrolyte, suppressed thermal expansion and strong strength, compared to an oxide solid electrolyte containing Li, Si, B, and P but not containing Zr. , it is advantageous to fabricate a multi-layered ultra-small chip-type all-solid-state battery through a co-firing process.

상기 제1 고체 전해질을 구성하는 원소들에 관한 설명은 다음과 같다.A description of the elements constituting the first solid electrolyte is as follows.

상기 Li, Si, 및 B는 일반적으로 알려진 고체 전해질용 비정질 유리의 필수 구성 원소이며, 상기 제1 고체 전해질 내에서도 비정질 조직을 형성한다.The Li, Si, and B are essential constituent elements of a generally known amorphous glass for a solid electrolyte, and also form an amorphous structure in the first solid electrolyte.

구체적으로, 상기 제1 고체 전해질 내 Li, Si, B, Zr 및 P의 총량 100 몰% 중, Li는 40 몰% 이상 내지 80 몰% 이하, 40 몰% 이상 내지 70 몰% 이하, 또는 40 몰% 이상 내지 60 몰% 이하로 포함될 수 있다. Si는 0 몰% 초과 내지 30 몰% 이하, 3 몰% 이상 내지 20 몰% 이하, 또는 5 몰% 이상 내지 15 몰% 이하로 포함될 수 있다. B는 0 몰% 초과 내지 60 몰% 이하, 5 몰% 이상 내지 40 몰% 이하, 또는 10 몰% 이상 내지 20 몰% 이하로 포함될 수 있다.Specifically, among 100 mol% of the total amount of Li, Si, B, Zr, and P in the first solid electrolyte, Li is 40 mol% or more to 80 mol% or less, 40 mol% or more to 70 mol% or less, or 40 mol% % or more to 60 mol% or less. Si may be included in an amount of more than 0 mol% to 30 mol% or less, 3 mol% or more to 20 mol% or less, or 5 mol% or more to 15 mol% or less. B may be included in an amount of more than 0 mol% to 60 mol% or less, 5 mol% or more to 40 mol% or less, or 10 mol% or more to 20 mol% or less.

한편, 상기 Zr 및 P는 상기 Li, Si, 및 B와 함께 특정 구조의 비정질 조직을 형성할 수 있다. 구체적으로, 도 1의 (a)는 상기 제1 고체 전해질을 구성하는 원소 간 연결 관계를 도시한 것이다. 도 1의 (a)에 나타난 바와 같이, 상기 제1 고체 전해질 내에서, Li, Si, B, Zr, 및 P는 -B-O-Si-O-P-O-Zr- 네트워크 기반의 비정질 조직이 Non Bridged Oxide (NBO) 구조의 hole을 형성함으로써, 높은 이온 전도도, 낮은 열 팽창, 높은 강도 등의 특성을 달성할 수 있다.Meanwhile, Zr and P may form an amorphous structure having a specific structure together with Li, Si, and B. Specifically, (a) of FIG. 1 shows a connection relationship between elements constituting the first solid electrolyte. As shown in (a) of FIG. 1, in the first solid electrolyte, Li, Si, B, Zr, and P are -B-O-Si-O-P-O-Zr- network-based amorphous organization Non Bridged Oxide (NBO ) structure, it is possible to achieve properties such as high ionic conductivity, low thermal expansion, and high strength.

이와 달리, Li, Si, B, 및 P은 포함하되 Zr은 불포함하는 산화물 고체 전해질은, -B-O-Si-O-P-O- 네트워크 기반의 비정질 조직을 형성할 수 있지만, 이는 -B-O-Si-O-P-O-Zr- 네트워크 기반의 비정질 조직과 달리 Non Bridged Oxide (NBO) 구조의 hole을 적게 형성하며 불안정한 조직을 만든다. 이에 상기 제1 고체 전해질보다 이온 전도도, 열 팽창, 강도 등의 특성이 열등할 수 있다.In contrast, an oxide solid electrolyte containing Li, Si, B, and P but not Zr can form an amorphous structure based on a -B-O-Si-O-P-O- network, which is -B-O-Si-O-P-O-Zr - Unlike the network-based amorphous organization, it forms an unstable organization with fewer holes in the Non Bridged Oxide (NBO) structure. Accordingly, characteristics such as ionic conductivity, thermal expansion, and strength may be inferior to those of the first solid electrolyte.

구체적으로, Zr는 0 몰% 초과 내지 50 몰% 이하, 1 몰% 이상 내지 20 몰% 이하, 또는 1 몰% 이상 내지 10 몰% 이하로 포함될 수 있다. P는 0 몰% 초과 내지 60 몰% 이하, 1 몰% 이상 내지 20 몰% 이하, 또는 5 몰% 이상 내지 15 몰% 이하로 포함될 수 있다.Specifically, Zr may be included in an amount of greater than 0 mol% to 50 mol% or less, 1 mol% to 20 mol% or less, or 1 mol% to 10 mol%. P may be included in an amount of more than 0 mol% to 60 mol% or less, 1 mol% or more to 20 mol% or less, or 5 mol% or more to 15 mol% or less.

참고로, 상기 제1 고체 전해질 내 Li, Si, B, Zr 및 P의 총량 100 몰% 중 각 원소의 몰 함량은, ICP 분석을 통해 확인할 수 있다.For reference, the molar content of each element in 100 mol% of the total amount of Li, Si, B, Zr, and P in the first solid electrolyte can be confirmed through ICP analysis.

상기 제1 고체 전해질 내 Li/(Si+B+Zr)의 몰분율은 0.5 내지 5일 수 있다. The mole fraction of Li/(Si+B+Zr) in the first solid electrolyte may be 0.5 to 5.

이는, 상기 제1 고체 전해질을 구성하는 주요 원소의 몰 함량을 관계식으로 나타낸 것이다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 Li, Si, 및 B는 일반적으로 알려진 비정질 유리의 필수 구성 원소이며, 상기 Zr은 특히 상기 제1 고체 전해질의 특정 네트워크 구조의 비정질 조직을 형성하는 데 기여하는 원소이다. 이들이 상기 관계식을 만족할 때, -B-O-Si-O-P-O-Zr- 네트워크 기반의 비정질 조직 및 이에 따른 Non Bridged Oxide (NBO) 구조의 hole을 효과적으로 형성될 수 있다.This represents the molar content of the main elements constituting the first solid electrolyte as a relational expression. As mentioned above, Li, Si, and B are generally known essential elements of amorphous glass, and Zr is an element that contributes to forming an amorphous structure of a specific network structure of the first solid electrolyte. When they satisfy the relational expression above, the -B-O-Si-O-P-O-Zr- network-based amorphous structure and the resulting holes of the Non Bridged Oxide (NBO) structure can be effectively formed.

예컨대, 상기 제1 고체 전해질 내 Li/(Si+B+Zr)의 몰분율은 0.5 이상, 1 이상, 1.5 이상이면서, 5 이하, 4 이하, 3 이하, 또는 2 이하일 수 있다.For example, the mole fraction of Li/(Si+B+Zr) in the first solid electrolyte may be 0.5 or more, 1 or more, or 1.5 or more, and 5 or less, 4 or less, 3 or less, or 2 or less.

참고로, 상기 제1 고체 전해질 내 Li/(Si+B+Zr)의 몰분율은, 상기 제1 고체 전해질 내 Li, Si, B, Zr 및 P의 총량 100 몰% 중 각 원소의 몰 함량으로부터 계산할 수 있다.For reference, the mole fraction of Li/(Si+B+Zr) in the first solid electrolyte can be calculated from the molar content of each element out of 100 mol% of the total amount of Li, Si, B, Zr, and P in the first solid electrolyte. can

상기 제1 고체 전해질은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:The first solid electrolyte may be represented by Formula 1 below:

[화학식 1][Formula 1]

a(Li2O)·b(SiO2)·c(B2O3)·d(P2O5)·e(ZrO2)a(Li 2 O)·b(SiO 2 )·c(B 2 O 3 )·d(P 2 O 5 )·e(ZrO 2 )

상기 화학식 1에서, a 내지 e는 몰분율을 나타내는 실수로서, 40≤a≤80, 40≤a≤0, 또는 40≤a≤60일 수 있고; 0<b≤30, 3≤b≤20, 또는 5≤b≤15일 수 있고; 0<c≤60, 5≤c≤40, 또는 10≤c≤20일 수 있고; 0<d≤60, 1≤d≤20, 또는 1≤d≤15일 수 있고; 0<e≤50, 1≤e≤20, 또는 1≤e≤10일 수 있다.In Formula 1, a to e are real numbers representing mole fractions, and may be 40≤a≤80, 40≤a≤0, or 40≤a≤60; 0<b≤30, 3≤b≤20, or 5≤b≤15; 0<c≤60, 5≤c≤40, or 10≤c≤20; 0<d≤60, 1≤d≤20, or 1≤d≤15; 0<e≤50, 1≤e≤20, or 1≤e≤10.

이에 대한 설명은, 상기 제1 고체 전해질 내 Li, Si, B, Zr 및 P의 총량 100 몰% 중 각 원소의 몰 함량에 관한 설명과 같다.The explanation for this is the same as the description of the molar content of each element in 100 mol% of the total amount of Li, Si, B, Zr, and P in the first solid electrolyte.

상기 제1 고체 전해질은 비정질의 특성에 기반하여, 특정 온도 범위에서 연화될 수 있다.The first solid electrolyte may be softened in a specific temperature range based on its amorphous nature.

구체적으로, 상기 제1 고체 전해질의 연화점은 500 ℃ 이상, 505 ℃ 이상, 또는 510 ℃ 이상이면서, 550 ℃ 이하, 540 ℃ 이하, 또는 530 ℃ 이하인 온도 범위 내일 수 있다.Specifically, the softening point of the first solid electrolyte may be within a temperature range of 500 °C or more, 505 °C or more, or 510 °C or more, and 550 °C or less, 540 °C or less, or 530 °C or less.

참고로, 상기 제1 고체 전해질의 연화점은, TMA 열 분석을 통해 확인할 수 있다.For reference, the softening point of the first solid electrolyte can be confirmed through TMA thermal analysis.

상기 제1 고체 전해질은 유리 또는 유리 세라믹일 수 있다.The first solid electrolyte may be glass or glass ceramic.

앞서 정의한 바와 같이, '유리'는 비정질 물질이며, '유리 세라믹'은 비정질 조직 내에 하나 이상의 결정상을 포함하는 물질이다.As defined above, 'glass' is an amorphous material, and 'glass ceramic' is a material containing one or more crystalline phases in an amorphous structure.

특히, 상기 제1 고체 전해질이 유리 세라믹인 경우, 비정질 유리인 경우에 대비하여, 이온 전도도는 높고, 전극과 전해질 사이의 계면 저항은 낮고, 열팽창은 억제되고 강도가 강하여, 동시-소성 공정을 통해 다층 구조의 초소형 칩형 전고체 전지를 제조하는 데 유리하다.In particular, when the first solid electrolyte is a glass ceramic, the ionic conductivity is high, the interface resistance between the electrode and the electrolyte is low, the thermal expansion is suppressed and the strength is strong, so that the co-firing process It is advantageous for manufacturing a multi-layered ultra-small chip-type all-solid-state battery.

구체적으로, 상기 제1 고체 전해질이 유리 세라믹인 경우, Cu-Kα를 사용한 X선 회절(XRD) 분석 시 2θ가 22 내지 25 °인 범위에서 Li3PO4에 의한 피크가 나타날 수 있다. 여기서, 상기 비정질 조직은 -B-O-Si-O-P-O-Zr- 네트워크를 포함하는 것으로 추론되며, 상기 -B-O-Si-O-P-O-Zr- 네트워크 기반의 비정질 조직은 Non Bridged Oxide (NBO) 구조의 hole을 가질 수 있다.Specifically, when the first solid electrolyte is a glass ceramic, during X-ray diffraction (XRD) analysis using Cu-Kα, a peak due to Li 3 PO 4 may appear in the range of 2θ of 22 to 25 °. Here, the amorphous structure is inferred to include a -BO-Si-OPO-Zr- network, and the amorphous structure based on the -BO-Si-OPO-Zr- network has holes of a Non Bridged Oxide (NBO) structure. can

또한, 상기 제1 고체 전해질이 유리 세라믹인 경우, FE-SEM, TEM 등의 분석을 통해, 비정질 조직 내에 1 ㎚ 이상 또는 3 ㎚ 이상이면서 10 ㎚ 이하 또는 5 ㎚ 이하의 크기를 가지는 결정상을 확인할 수 있다.In addition, when the first solid electrolyte is a glass ceramic, a crystal phase having a size of 1 nm or more or 3 nm or more and 10 nm or less or 5 nm or less in the amorphous structure can be identified through analysis such as FE-SEM, TEM, etc. there is.

이에 종합적으로, 상기 제1 고체 전해질이 유리 세라믹인 경우, -B-O-Si-O-P-O-Zr- 네트워크를 포함하는 비정질 조직 내에, 1 ㎚ 이상 또는 3 ㎚ 이상이면서 10 ㎚ 이하 또는 5 ㎚ 이하의 크기를 가지는 Li3PO4 결정상이 존재할 수 있다.In summary, when the first solid electrolyte is a glass ceramic, in an amorphous structure including a -BO-Si-OPO-Zr- network, a size of 1 nm or more or 3 nm or more and 10 nm or less or 5 nm or less A Li 3 PO 4 crystal phase may exist.

상기 제1 고체 전해질의 이온 전도도는 1.0 X 10-8 S/㎝ 이상일 수 있다. 이는, 상기 제1 고체 전해질을 포함하는 고체 전해질층을 사이에 두고, 그 양면에 InGa paste, Ag paste 등을 도포하거나; Au, Pt, Ag 등을 sputter하여 금속 전극을 형성하여 전고체 전지 샘플을 제작한 뒤, jig에 장착해 100㎷ 기준 주파수 10-6 ㎐ 범위 내에서 EIS 전압을 측정한 것일 수 있다.Ion conductivity of the first solid electrolyte may be 1.0 X 10 -8 S/cm or more. This is done by applying InGa paste, Ag paste, etc. on both sides of the solid electrolyte layer including the first solid electrolyte therebetween; After making an all-solid-state battery sample by sputtering Au, Pt, Ag, etc. to form a metal electrode, it may be mounted on a jig and measure the EIS voltage within the range of 10 -6 Hz at a reference frequency of 100 mV.

상기 제1 고체 전해질의 제조 방법은 특별히 한정하지 않고, 일반적으로 알려진 산화물계 고체 전해질의 제조 방법에 따를 수 있다.The manufacturing method of the first solid electrolyte is not particularly limited and may follow a generally known oxide-based solid electrolyte manufacturing method.

일반적으로 알려진 산화물계 고체 전해질의 제조 방법으로는 conventional한 melt-quenching법, press melt-quenching법, 그리고 twin-roller melt quenching법 등, 다양한 glass 제작법이 가능하다. 장치 내 도가니는 알루미나, 고밀도 알루미나, 백금 코팅, 이리듐 코팅된 제품을 사용한다.As a generally known method for producing an oxide-based solid electrolyte, various glass production methods such as a conventional melt-quenching method, a press melt-quenching method, and a twin-roller melt quenching method are possible. The crucible in the device uses alumina, high-density alumina, platinum-coated, and iridium-coated products.

목표 조성의 화학양론적 몰비에 따라 상기 원재료를 배합하고, 450 내지 700℃ 범위에서 열처리하여 상기 배합된 원재료 내 암모니아를 충분히 휘발시키고, 연속으로 1200 ℃에서 약 2시간 유지 후 유리화 과정을 진행한다. 유리화 완료된 용탕은 500 내지 700 ℃ 범위에서 냉각 후 cullet 형태 벌크 재료로 회수한다. 이러한 cullet 은 무수 에탄올 내에서 일정한 분쇄 과정을 통해 2차 입자(응집체)가 없는 상태로 분말화를 진행하고, 건조 후 분급 과정을 거쳐 평균 입경(D50) 1.5 내지 3.0 ㎛의 입자 형태의 유리 세라믹을 획득할 수 있다. The raw materials are blended according to the stoichiometric molar ratio of the target composition, heat-treated in the range of 450 to 700 ° C. to sufficiently volatilize ammonia in the blended raw materials, and continuously maintained at 1200 ° C. for about 2 hours, and then vitrification is performed. The molten metal after vitrification is cooled in the range of 500 to 700 ℃ and recovered as a cullet-shaped bulk material. These cullets are pulverized without secondary particles (aggregates) through a constant grinding process in absolute ethanol, and after drying, through a classification process, glass ceramics in the form of particles with an average particle diameter (D50) of 1.5 to 3.0 μm are obtained. can be obtained

(제2 고체 전해질)(Second solid electrolyte)

다른 일 구현예는 Li, Si, B, Zr, 및 P를 포함하는 산화물을 포함하고; 제2 성분으로서, Li, Al, Na, Mg, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Se, Rb, S, Y, Nb, Mo, Ag, In, Sn, Sb, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Pb, Bi, Au, La, Nd, Eu, I, Cl, Br, 또는 F 중 적어도 하나 이상의 원소를 포함하는 산화물 또는 염;을 더 포함하는 제2 고체 전해질을 제공한다.Another embodiment includes an oxide comprising Li, Si, B, Zr, and P; As the second component, Li, Al, Na, Mg, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Se, Rb, S, Y, Nb, Mo, Ag , In, Sn, Sb, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Pb, Bi, Au, La, Nd, Eu, I, Cl, Br, or oxides or salts containing at least one element of F; It provides a second solid electrolyte further comprising.

상기 제2 고체 전해질은, 상기 제1 고체 전해질에 대비하여 특정 원소 또는 원자단을 더 포함함에 따라, 더 높은 이온 전도도를 달성할 수 있고, 초소형 칩형 전고체 전지의 성능을 더욱 개선할 수 있다.As the second solid electrolyte further includes a specific element or atomic group compared to the first solid electrolyte, higher ionic conductivity can be achieved and performance of the microchip-type all-solid-state battery can be further improved.

도 1의 (b)는 상기 제2 고체 전해질을 구성하는 원소 간 연결 관계를 도시한 것이다. 여기서, 상기 제2 성분으로서 Li 및 Cl을 포함하는 경우를 예시하였다.1(b) shows a connection relationship between elements constituting the second solid electrolyte. Here, the case of including Li and Cl as the second component was exemplified.

도 1의 (b)에 따르면, 상기 제2 고체 전해질은 상기 제1 고체 전해질과 마찬가지로 -B-O-Si-O-P-O-Zr- 네트워크 기반의 비정질 조직이 Non Bridged Oxide (NBO) 구조의 hole을 형성한다. 다만, 상기 제2 고체 전해질은, 상기 제1 고체 전해질에 대비하여 상기 제2 성분을 더 포함하므로, Non Bridged Oxide (NBO) 구조의 hole 크기가 더 크다. 또한, 제2 성분 중에서도 음이온 성분(Cl)의 일부는 산소와 치환 혹은 정전기적으로 결합함에 따라, 상기 제2 고체 전해질의 전기 음성도를 낮출 수 있다. 결국, 상기 제2 성분은 활물질 전극으로부터 분출되는 Li+ 양이온을 쉽게 통과할 수 있도록 효과적인 ion pathway를 만들 수 있다.According to (b) of FIG. 1, in the second solid electrolyte, as in the first solid electrolyte, an amorphous structure based on a -BO-Si-OPO-Zr- network forms holes of a Non Bridged Oxide (NBO) structure. However, since the second solid electrolyte further includes the second component compared to the first solid electrolyte, the hole size of the Non Bridged Oxide (NBO) structure is larger. In addition, among the second components, some of the anion component (Cl) bonds with oxygen by substitution or electrostatic bonding, thereby lowering the electronegativity of the second solid electrolyte. As a result, the second component can create an effective ion pathway so that Li + cations ejected from the active material electrode can easily pass through.

상기 제2 고체 전해질 내 Li, Si, B, Zr 및 P의 총량 100 몰% 중, Li는 40 몰% 이상 내지 80 몰% 이하로 포함되고, Si는 0 몰% 초과 내지 30 몰% 이하로 포함되고, B는 0 몰% 초과 내지 60 몰% 이하로 포함되고, Zr는 0 몰% 초과 내지 50 몰% 이하로 포함되고, P는 0 몰% 초과 내지 60 몰% 이하로 포함될 수 있다. 이에 대한 설명은, 상기 제1 고체 전해질에 관한 설명과 동일하다.Of the total amount of 100 mol% of Li, Si, B, Zr and P in the second solid electrolyte, Li is included in 40 mol% or more and 80 mol% or less, and Si is included in more than 0 mol% and 30 mol% or less. And, B is included in more than 0 mol% to 60 mol% or less, Zr is included in more than 0 mol% to 50 mol% or less, and P may be included in more than 0 mol% to 60 mol% or less. A description thereof is the same as that of the first solid electrolyte.

또한, 상기 제2 고체 전해질 내 Li/(Si+B+Zr)의 몰분율은 0.5 내지 5일 수 있다. 이에 대한 설명 역시, 상기 제1 고체 전해질에 관한 설명과 동일하다.In addition, the mole fraction of Li/(Si+B+Zr) in the second solid electrolyte may be 0.5 to 5. A description thereof is also the same as that of the first solid electrolyte.

참고로, 상기 제1 고체 전해질보다 상기 제2 고체 전해질에서 Li/(Si+B+Zr)의 몰분율이 일부 높게 나타날 수 있으나, 이는 상기 제2 성분의 존재에 따라 (Si+B+Zr)의 몰분율은 상대적으로 감소한 것을 의미한다.For reference, the mole fraction of Li/(Si+B+Zr) may be partially higher in the second solid electrolyte than in the first solid electrolyte, but this is due to the presence of the second component (Si+B+Zr). Mole fraction means relatively reduced.

구체적으로, 상기 제2 고체 전해질은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다:Specifically, the second solid electrolyte may be represented by Formula 2 below:

[화학식 2][Formula 2]

a(Li2O)·b(SiO2)·c(B2O3)·d(P2O5)·e(ZrO2)·f(XmYn)a(Li 2 O)·b(SiO 2 )·c(B 2 O 3 )·d(P 2 O 5 )·e(ZrO 2 )·f(X m Y n )

상기 화학식 2에서, a 내지 f는 몰분율을 나타내는 실수로서, 40≤a≤80, 40≤a≤0, 또는 40≤a≤60일 수 있고; 0<b≤30, 3≤b≤20, 또는 5≤b≤15일 수 있고; 0<c≤60, 5≤c≤40, 또는 10≤c≤20일 수 있고; 0<d≤60, 1≤d≤20, 또는 1≤d≤15일 수 있고; 0<e≤50, 1≤e≤20, 또는 1≤e≤10일 수 있고; 0≤f≤50, 1≤f≤10, 또는 1≤f≤5일 수 있고; X는 Li, Al, 또는 이들의 조합이고; Y는 Cl, O, 또는 이들의 조합이고; 0<m≤5 또는 1≤m≤3일 수 있고; 0<n≤5 또는 1≤n≤4일 수 있다.In Formula 2, a to f are real numbers representing mole fractions, and may be 40≤a≤80, 40≤a≤0, or 40≤a≤60; 0<b≤30, 3≤b≤20, or 5≤b≤15; 0<c≤60, 5≤c≤40, or 10≤c≤20; 0<d≤60, 1≤d≤20, or 1≤d≤15; 0<e≤50, 1≤e≤20, or 1≤e≤10; 0≤f≤50, 1≤f≤10, or 1≤f≤5; X is Li, Al, or a combination thereof; Y is Cl, O, or a combination thereof; 0<m≤5 or 1≤m≤3; 0<n≤5 or 1≤n≤4.

상기 제2 고체 전해질 역시 비정질의 특성에 기반하여, 특정 온도 범위에서 연화될 수 있다.The second solid electrolyte may also be softened in a specific temperature range based on amorphous characteristics.

구체적으로, 상기 제2 고체 전해질의 연화점은 500 ℃ 이상 내지 550 ℃ 이하인 온도 범위 내일 수 있다. 이에 대한 설명 역시, 상기 제1 고체 전해질에 관한 설명과 동일하다.Specifically, the softening point of the second solid electrolyte may be within a temperature range of 500 °C or higher and 550 °C or lower. A description thereof is also the same as that of the first solid electrolyte.

상기 제2 고체 전해질 역시 유리 또는 유리 세라믹일 수 있고, 이에 대한 설명도 상기 제1 고체 전해질에 관한 설명과 동일하다.The second solid electrolyte may also be glass or glass ceramic, and the description thereof is the same as that of the first solid electrolyte.

특히, 상기 제2 고체 전해질이 유리 세라믹인 경우, Cu-Kα를 사용한 X선 회절(XRD) 분석 시 2θ가 22 내지 25 °인 범위에서 Li3PO4에 의한 피크가 나타날 수 있고, 2θ가 42 내지 45 °인 범위에서 Li4B7O12Cl에 의한 피크, 또는 2θ가 15 내지 20°인 범위에서 Al2O3에 의한 피크가 더 나타날 수 있다. 상기 Li3PO4에 의한 피크는 상기 제1 고체 전해질이 유리 세라믹인 경우와 공통적으로 나타나고, 상기 Li4B7O12Cl에 의한 피크와 상기 Al2O3에 의한 피크는 상기 제2 성분에 의해 나타나는 것이다.In particular, when the second solid electrolyte is a glass ceramic, during X-ray diffraction (XRD) analysis using Cu-Kα, a peak due to Li 3 PO 4 may appear in the range of 2θ of 22 to 25 °, and 2θ of 42 A peak by Li 4 B 7 O 12 Cl in the range of from 45 ° to 45 ° or a peak by Al 2 O 3 in the range of 2θ of 15 to 20 ° may further appear. The peak by Li 3 PO 4 appears in common with the case where the first solid electrolyte is a glass ceramic, and the peak by Li 4 B 7 O 12 Cl and the peak by Al 2 O 3 are related to the second component. will appear by

이에 종합적으로, 상기 제2 고체 전해질이 유리 세라믹인 경우, -B-O-Si-O-P-O-Zr- 네트워크를 포함하는 비정질 조직 내에, 1 ㎚ 이상 또는 3 ㎚ 이상이면서 10 ㎚ 이하 또는 5 ㎚ 이하의 크기를 가지는 Li3PO4 결정상이 필수적으로 존재하고, 선택적으로 상기 Li3PO4 결정상과 동일/유사한 크기를 가지는 Li4B7O12Cl 결정상 또는 Al2O3 결정상이 더 존재할 수 있다.In summary, when the second solid electrolyte is a glass ceramic, in an amorphous structure including a -BO-Si-OPO-Zr- network, a size of 1 nm or more or 3 nm or more and 10 nm or less or 5 nm or less A Li 3 PO 4 crystal phase is essentially present, and optionally a Li 4 B 7 O 12 Cl crystal phase or an Al 2 O 3 crystal phase having the same/similar size as the Li 3 PO 4 crystal phase may further exist.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 제2 고체 전해질은 상기 제1 고체 전해질보다 높은 이온 전도도를 발현할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 고체 전해질의 이온 전도도는 1.0 X 10-7 S/㎝ 이상일 수 있다. 이의 측정법은 전술한 바와 같다.As described above, the second solid electrolyte may exhibit higher ionic conductivity than the first solid electrolyte. Specifically, the ionic conductivity of the second solid electrolyte may be 1.0 X 10 -7 S/cm or more. Its measurement method is as described above.

상기 제2 고체 전해질은, 목표 조성에 따른 화학양론적 몰비에 따라 제1 고체 전해질에 첨가제를 첨가한 뒤, 공기 분위기에서 8 내지 10 시간 동안 525 내지 530℃의 온도 범위를 유지하며 열처리함으로서 얻을 수 있다.The second solid electrolyte can be obtained by heat treatment while maintaining a temperature range of 525 to 530 ° C. for 8 to 10 hours in an air atmosphere after adding additives to the first solid electrolyte according to the stoichiometric molar ratio according to the target composition. there is.

(전고체 전지)(All-solid-state battery)

또 다른 일 구현예는, 고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 번갈아 적층되는 양극층 및 음극층을 포함하는 바디; 상기 바디의 양 측면에 각각 배치되는 제1 외부 전극 및 제2 외부 전극을 포함하며, 상기 고체 전해질층은 청구항 상기 제1 고체 전해질 및 상기 제2 고체 전해질 중 어느 하나의 고체 전해질을 포함하는, 전고체 전지를 제공할 수 있다.Another embodiment is a body including a solid electrolyte layer and an anode layer and a cathode layer alternately stacked with the solid electrolyte layer interposed therebetween; A first external electrode and a second external electrode are respectively disposed on both sides of the body, and the solid electrolyte layer includes a solid electrolyte of any one of the first solid electrolyte and the second solid electrolyte according to claim A solid-state battery can be provided.

상기 일 구현예의 전고체 전지는 초소형 칩형 전고체 전지일 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 초소형 칩형 전고체 전지는, 기본적으로 전지의 특성을 지니면서도, 그 크기 및 형태에 기반하여 MLCC, 파워 인덕터 부품 등의 IT 부품과 동격으로 취급되기도 한다.The all-solid-state battery of one embodiment may be a microchip-type all-solid-state battery. As mentioned above, the microchip-type all-solid-state battery is treated as equivalent to IT components such as MLCC and power inductor components based on its size and shape, while fundamentally having battery characteristics.

상기 초소형 칩형 전고체 전지는, 전지 자체를 칩과 같이 기판에 SMD 실장하는 것도 가능하며, 수동 소자처럼 기판 위 회로 설계 자유도를 높이는 것도 가능하다.In the microchip-type all-solid-state battery, the battery itself can be SMD mounted on a board like a chip, and it is possible to increase the degree of freedom in circuit design on a board like a passive device.

상기 초소형 칩형 전고체 전지에는 황화물계 고체 전해질이나 고분자계 고체 전해질보다는 산화물계 고체 전해질이 사용되는 것이 일반적이다. 상기 산화물계 고체 전해질은, 넓은 전기화학적 전위창, 우수한 이차 계면 반응 억제 능력, 낮은 제조 단가, 다양한 조성 범위의 적용 가능성 등에서 이점이 있고, 동시-소성 공정을 통해 다층 구조의 초소형 칩형 전고체 전지를 구현하는 것도 가능하다.In the microchip-type all-solid-state battery, it is common to use an oxide-based solid electrolyte rather than a sulfide-based solid electrolyte or a polymer-based solid electrolyte. The oxide-based solid electrolyte has advantages in a wide electrochemical potential window, excellent secondary interfacial reaction suppression ability, low manufacturing cost, and applicability in a wide range of compositions, etc. It is also possible to implement

특히, 상기 일 구현예의 전고체 전지는 상기 제1 고체 전해질 및 상기 제2 고체 전해질 중 어느 하나의 고체 전해질을 고체 전해질층에 적용하므로, Li, Si, B, 및 P은 포함하되 Zr은 불포함하는 산화물 고체 전해질을 고체 전해질층에 적용하는 경우에 대비하여, 성능 및 내구성이 뛰어날 수 있다.In particular, since the all-solid-state battery of one embodiment applies any one of the first solid electrolyte and the second solid electrolyte to the solid electrolyte layer, including Li, Si, B, and P but not including Zr Compared to the case where the oxide solid electrolyte is applied to the solid electrolyte layer, performance and durability may be excellent.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전고체 전지의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.2 schematically illustrates a cross-sectional view of an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 전고체 전지는 상기 고체 전해질층(123) 및 상기 고체 전해질층(123)을 사이에 두고 번갈아 적층되는 상기 양극층과 상기 음극층을 포함하는 바디를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전고체 전지는 상기 바디의 양 측면에 각각 배치되는 제1 외부 전극(131) 및 제2 외부 전극(132)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the all-solid-state battery may include a body including the solid electrolyte layer 123 and the positive electrode layer and the negative electrode layer alternately stacked with the solid electrolyte layer 123 interposed therebetween. In addition, the all-solid-state battery may further include first external electrodes 131 and second external electrodes 132 respectively disposed on both side surfaces of the body.

구체적으로, 전고체 전지는 전극층과 이 전극층에 적층 방향으로 인접하여 배치된 고체 전해질층을 포함한다. 전극층은 기본적으로 집전체(125)과 이 집전체(125)의 일면 또는 양면에 도포된 전극 활물질층(121, 122)을 포함할 수 있다. Specifically, the all-solid-state battery includes an electrode layer and a solid electrolyte layer disposed adjacent to the electrode layer in a stacking direction. The electrode layer may basically include a current collector 125 and electrode active material layers 121 and 122 coated on one side or both sides of the current collector 125 .

예를 들어, 적층 방향을 기준으로 최상단에 위치한 전극층은 음극 집전체(125)의 일면에 음극 활물질층(122)이 도포되어 형성되고, 최하단에 위치한 전극층은 양극 집전체(125)의 일면에 양극 활물질층(121)이 도포되어 형성될 수 있다. 그리고 최상단과 최하단 사이에 위치한 전극층들은 양극 집전체(125)의 양면에 양극 활물질층(121)이 도포되어 형성되거나, 음극 집전체(125)의 양면에 음극 활물질층(122)이 도포되어 형성될 수 있다.For example, the uppermost electrode layer in the stacking direction is formed by coating the negative electrode active material layer 122 on one surface of the negative electrode current collector 125, and the lowermost electrode layer is formed by applying the negative electrode active material layer 122 to one surface of the positive electrode current collector 125. The active material layer 121 may be coated and formed. In addition, the electrode layers positioned between the uppermost and lowermost ends are formed by coating the positive electrode active material layer 121 on both sides of the positive electrode current collector 125, or by applying the negative electrode active material layer 122 on both sides of the negative electrode current collector 125. can

고체 전해질층(123)은 양극층과 음극층의 사이에 개재되어 적층될 수 있다. 따라서 고체 전해질층(123)은 양극층의 양극 활물질층(121)과 음극층의 음극 활물질층(123) 사이에 적층 방향으로 인접하여 배치될 수 있다. 따라서 전고체 전지 내에서 복수의 양극층과 음극층이 교번하여 배치되고, 그 사이 사이에 복수의 고체 전해질층(123)이 개재되어 적층될 수 있다.The solid electrolyte layer 123 may be interposed and stacked between the anode layer and the cathode layer. Accordingly, the solid electrolyte layer 123 may be disposed adjacent to each other in the stacking direction between the positive active material layer 121 of the positive electrode layer and the negative active material layer 123 of the negative electrode layer. Accordingly, in the all-solid-state battery, a plurality of anode layers and a plurality of cathode layers may be alternately disposed, and stacked with a plurality of solid electrolyte layers 123 interposed therebetween.

양극층과 음극층의 가장자리를 따라서는 절연층(124)이 배치될 수 있다. 절연층(124)은 고체 전해질층(130) 상에 위치하며, 양극층 또는 음극층의 가장자리에 측방으로 인접하여 형성될 수 있다. 따라서 절연층(150)은 양극층과 음극층과 각각 동일한 층에 위치할 수 있다. 상기 절연층(150)은 고체 전해질층(123)과 동일한 물질을 사용하여 구성될 수 있다. 따라서 전고체 전지에서 절연층과 고체 전해질층은 경계가 구분되지 않으며 일체로 형성된 고체 전해질층(123)으로 구성될 수 있다.An insulating layer 124 may be disposed along edges of the anode layer and the cathode layer. The insulating layer 124 is positioned on the solid electrolyte layer 130 and may be formed laterally adjacent to an edge of the anode layer or the cathode layer. Accordingly, the insulating layer 150 may be positioned on the same layer as the anode layer and the cathode layer. The insulating layer 150 may be formed using the same material as the solid electrolyte layer 123 . Therefore, in an all-solid-state battery, the insulating layer and the solid electrolyte layer do not have a boundary and may be composed of the solid electrolyte layer 123 integrally formed.

양극층, 고체 전해질층(123), 음극층 및 절연층이 상기한 바와 같이 적층되어 전고체 전지의 셀 적층체를 구성할 수 있다. 전고체 전지의 셀 적층체의 상단과 하단에는 절연물질로 보호층이 형성될 수 있다. 또한 전고체 전지의 셀 적층체의 양 측면으로는 양극 집전체(125)의 단자와 음극 집전체(125)의 단자가 노출되며, 이렇게 노출된 단자들에 외부 전극(131, 132)이 접속되어 결합될 수 있다. 즉, 외부 전극(131, 132)은 양극 집전체(125)의 단자에 접속되어 양극을 띠고, 음극 집전체(125)의 단자에 접속되어 음극을 띠도록 구성될 수 있다. 양극 집전체(125)의 단자와 음극 집전체(125)의 단자가 서로 반대 방향을 향하도록 구성되면 외부 전극(131, 132)도 양 쪽에 각각 위치할 수 있다.The positive electrode layer, the solid electrolyte layer 123, the negative electrode layer, and the insulating layer may be stacked as described above to form a cell stack of an all-solid-state battery. A protective layer made of an insulating material may be formed on the upper and lower ends of the cell stack of the all-solid-state battery. In addition, terminals of the positive current collector 125 and terminals of the negative current collector 125 are exposed on both sides of the cell stack of the all-solid-state battery, and external electrodes 131 and 132 are connected to the exposed terminals, can be combined That is, the external electrodes 131 and 132 may be configured to be connected to terminals of the positive current collector 125 to have positive poles and connected to terminals of the negative current collector 125 to have negative poles. When the terminals of the positive current collector 125 and the terminals of the negative current collector 125 are configured to face in opposite directions, the external electrodes 131 and 132 may also be positioned on both sides, respectively.

양극층, 고체 전해질층(123), 및 음극층은 적층되어 전고체 전지의 셀 적층체를 구성할 수 있다. 전고체 전지의 셀 적층체의 상단과 하단에는 절연물질로 보호층(140)이 형성될 수 있으며, 이 절연물질도 고체 전해질층(123)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. The positive electrode layer, the solid electrolyte layer 123, and the negative electrode layer may be stacked to form a cell stack of an all-solid-state battery. A protective layer 140 may be formed of an insulating material at the top and bottom of the cell stack of the all-solid-state battery, and the insulating material may also be made of the same material as the solid electrolyte layer 123 .

상기 양극층에 포함되는 양극 활물질로는, 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈 또는 이들의 조합의 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 하기 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다. LiaA1-bRbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1-bRbO2-cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 및 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2-bRbO4-cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1-b-cCobRcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cCobRcO2-αZα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cCobRcO2-αZ2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbRcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cMnbRcO2-αZα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbRcO2-αZ2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5 및 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5 및 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiTO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); 및 LiFePO4.As the positive electrode active material included in the positive electrode layer, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (lithiated intercalation compound) may be used. Specifically, one or more of cobalt, manganese, nickel, or a combination of metals and lithium composite oxides may be used, and as specific examples thereof, a compound represented by any one of the following formulas may be used. Li a A 1-b R b D 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8 and 0 ≤ b ≤ 0.5); Li a E 1-b R b O 2-c D c (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, and 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE 2-b R b O 4-c D c (wherein 0 ≤ b ≤ 0.5 and 0 ≤ c ≤ 0.05); Li a Ni 1-bc Co b R c D α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 and 0 < α ≤ 2); Li a Ni 1-bc Co b R c O 2-α Z α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 and 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Co b R c O 2-α Z 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 and 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Mn b R c D α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 and 0 < α ≤ 2); Li a Ni 1-bc Mn b R c O 2-α Z α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 and 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Mn b R c O 2-α Z 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 and 0 < α <2); Li a Ni b E c G d O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5 and 0.001 ≤ d ≤ 0.1); Li a Ni b Co c Mn d G e O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5 and 0.001 ≤ e ≤ 0.1); Li a NiG b O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8 and 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a CoG b O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8 and 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a MnG b O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8 and 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8 and 0.001 ≤ b ≤ 0.1); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiTO 2 ; LiNiVO 4 ; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); and LiFePO 4 .

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이고; R은 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn 또는 이들의 조합이고; Z는 F, S, P 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn 또는 이들의 조합이고; T는 Cr, V, Fe, Sc, Y 또는 이들의 조합이고; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn or a combination thereof; R is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof; D is O, F, S, P or a combination thereof; E is Co, Mn or a combination thereof; Z is F, S, P or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V or combinations thereof; Q is Ti, Mo, Mn or a combination thereof; T is Cr, V, Fe, Sc, Y or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu or combinations thereof.

물론 이 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 코팅층은 코팅 원소 화합물로서, 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트를 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, one having a coating layer on the surface of this compound may be used, or a mixture of the compound and a compound having a coating layer may be used. The coating layer may include an oxide, hydroxide, oxyhydroxide of a coating element, oxycarbonate of a coating element, or hydroxycarbonate of a coating element as a compound of a coating element. Compounds constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. As the coating element included in the coating layer, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr, or mixtures thereof may be used. In the coating layer forming process, any coating method may be used as long as the compound can be coated with a method that does not adversely affect the physical properties of the positive electrode active material by using these elements (eg, spray coating, dipping method, etc.). Since it is a content that can be well understood by those working in the field, detailed explanations will be omitted.

상기 음극층에 포함되는 음극 활물질로는, 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 또는 전이 금속 산화물을 사용할 수 있다. Examples of the negative electrode active material included in the negative electrode layer include a material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and undoping lithium, or transition Metal oxides may be used.

상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소 물질로서, 리튬 이온 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.A material capable of reversibly intercalating/deintercalating the lithium ion is a carbon material, and any carbon-based negative electrode active material commonly used in a lithium ion secondary battery may be used, and a representative example thereof is crystalline carbon , amorphous carbon, or a combination thereof. Examples of the crystalline carbon include graphite such as amorphous, plate, flake, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite, and examples of the amorphous carbon include soft carbon (low-temperature calcined carbon) or hard carbon, mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like.

상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 또는 Sn의 금속과의 합금이 사용될 수 있다.The alloy of lithium metal is a combination of lithium and a metal of Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al or Sn. alloys may be used.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질로는 Si, SiOx(0 < x < 2), Si-C 복합체, Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-C 복합체, Sn-R(상기 R은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있다. 상기 Q 및 R의 구체적인 원소로는, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po 또는 이들의 조합을 들 수 있다.Materials capable of doping and undoping the lithium include Si, SiO x (0 < x < 2), Si-C complex, Si-Q alloy (Q is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 to Group 16 element) , a transition metal, a rare earth element, or a combination thereof, but not Si), Sn, SnO 2 , Sn—C complex, Sn—R (wherein R is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 to Group 16 element, a transition metal, a rare earth element or a combination thereof, but not Sn), and the like. Specific elements of Q and R include Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po or combinations thereof.

상기 전이 금속 산화물로는 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 인산화물(Li3V2(PO4)3, LVP) 등을 들 수 있다. Examples of the transition metal oxide include vanadium oxide, lithium vanadium oxide, lithium vanadium oxide, and lithium vanadium phosphate (Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , LVP).

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Examples and comparative examples of the present invention are described below. The examples described below are only examples of the present invention, but the present invention is not limited to the examples described below.

실시예 1Example 1

유리 세라믹을 제조하기 위해, Li2CO3 (순도 99%); SiO2 (순도 99.8%); B2O3 (순도 95%); ZrO2 (순도 98%); 그리고 P2O5 (순도 98%) 또는 (NH4)2HPO4 (98%)를 원재료로 사용한다.For producing glass ceramics, Li 2 CO 3 (purity 99%); SiO 2 (purity 99.8%); B 2 O 3 (purity 95%); ZrO 2 (purity 98%); And P 2 O 5 (purity 98%) or (NH 4 ) 2 HPO 4 (98%) is used as a raw material.

유리 세라믹의 제조 방법으로는 twin-roller melt quenching법을 이용하였고, 상기 twin-roller melt quenching법을 이용한 장치 내 도가니는 백금 제품이다.A twin-roller melt quenching method was used as a method of manufacturing glass ceramics, and the crucible in the apparatus using the twin-roller melt quenching method was a platinum product.

57(Li2O)·10(SiO2)·18(B2O3)·12(P2O5)·3(ZrO2) [mol%]을 목표 조성으로 하여, 화학양론적 몰비에 따라 상기 원재료를 배합하고, 450 내지 700℃ 범위에서 열처리하여 상기 배합된 원재료 내 암모니아를 충분히 휘발시키고, 연속으로 1200 ℃에서 약 2시간 유지 후 유리화 과정을 진행한다. 유리화 완료된 용탕은 500 내지 700 ℃ 범위에서 냉각 후 cullet 형태 벌크 재료로 회수한다. 이러한 cullet 은 무수 에탄올 내에서 일정한 분쇄 과정을 통해 2차 입자(응집체)가 없는 상태로 분말화를 진행하고, 건조 후 분급 과정을 거쳐 평균 입경(D50) 1.5 내지 3.0 ㎛의 입자 형태의 유리 세라믹을 획득한다. 상기 유리 세라믹은 실시예 1의 고체 전해질로 사용한다.57 (Li 2 O) 10 (SiO 2 ) 18 (B 2 O 3 ) 12 (P 2 O 5 ) 3 (ZrO 2 ) With [mol%] as the target composition, the raw materials are blended according to the stoichiometric molar ratio, heat-treated in the range of 450 to 700 ° C. to sufficiently volatilize the ammonia in the blended raw materials, and continuously maintained at 1200 ° C. for about 2 hours After that, the vitrification process is carried out. The molten metal after vitrification is cooled in the range of 500 to 700 ℃ and recovered as a cullet-shaped bulk material. These cullets are pulverized without secondary particles (aggregates) through a constant grinding process in absolute ethanol, and after drying, through a classification process, glass ceramics in the form of particles with an average particle diameter (D50) of 1.5 to 3.0 μm are obtained. Acquire The glass ceramic was used as the solid electrolyte of Example 1.

실시예 2Example 2

목표 조성을 57(Li2O)·10(SiO2)·18(B2O3)·14(P2O5)·1(ZrO2) [mol%]로 변경한 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 실시예 2의 고체 전해질을 제조한다.The target composition is 57 (Li 2 O) 10 (SiO 2 ) 18 (B 2 O 3 ) 14 (P 2 O 5 ) 1 (ZrO 2 ) The solid electrolyte of Example 2 was prepared using the same method as Example 1, except for changing [mol%].

실시예 3Example 3

목표 조성을 57(Li2O)·10(SiO2)·18(B2O3)·10(P2O5)·5(ZrO2) [mol%]로 변경한 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 실시예 3의 고체 전해질을 제조한다.The target composition is 57 (Li 2 O) 10 (SiO 2 ) 18 (B 2 O 3 ) 10 (P 2 O 5 ) 5 (ZrO 2 ) The solid electrolyte of Example 3 was prepared using the same method as Example 1, except for changing [mol%].

실시예 4Example 4

목표 조성을 57(Li2O)·10(SiO2)·18(B2O3)·5(P2O5)·10(ZrO2) [mol%]로 변경한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 실시예 4의 고체 전해질을 제조한다.The target composition is 57 (Li 2 O) 10 (SiO 2 ) 18 (B 2 O 3 ) 5 (P 2 O 5 ) 10 (ZrO 2 ) The solid electrolyte of Example 4 was prepared using the same method as Example 1, except for changing [mol%].

실시예 5Example 5

상기 실시예 1에서 제조된 유리 세라믹에 대해 LiCl을 후첨가하여 혼합 분말을 제조한다. 상기 혼합 분말 100 중량% 중, 상기 후첨가되는 LiCl의 함량은 5 중량%이다.A mixed powder was prepared by post-adding LiCl to the glass ceramic prepared in Example 1. Of 100% by weight of the mixed powder, the content of the post-added LiCl is 5% by weight.

이후, 공기 분위기에서 8 내지 10 시간 동안 525 내지 530℃의 온도 범위를 유지하며 상기 혼합 분말을 열처리한다.Thereafter, the mixed powder is heat-treated while maintaining a temperature range of 525 to 530° C. for 8 to 10 hours in an air atmosphere.

이에 따라, 실시예 5의 고체 전해질을 획득하며, 해당 고체 전해질의 목표(예상) 조성은 56(Li2O)·10(SiO2)·16(B2O3)·10(P2O5)·3(ZrO2)·5(LiCl) [mol%]이다.Accordingly, the solid electrolyte of Example 5 is obtained, and the target (expected) composition of the solid electrolyte is 56 (Li 2 O) 10 (SiO 2 ) 16 (B 2 O 3 ) 10 (P 2 O 5 )·3(ZrO 2 )·5(LiCl) is [mol%].

실시예 6Example 6

LiCl 대신 Li3PO4를 후첨가한 점을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법을 이용하여 실시예 6의 고체 전해질을 획득하며, 해당 고체 전해질의 목표(예상) 조성은 57(Li2O)·10(SiO2)·16(B2O3)·14(P2O5)·3(ZrO2) [mol%]이다.The solid electrolyte of Example 6 was obtained in the same manner as in Example 5, except that Li 3 PO 4 was added instead of LiCl, and the target (expected) composition of the solid electrolyte was 57 (Li 2 O) 10 (SiO 2 ) 16 (B 2 O 3 ) 14 (P 2 O 5 ) 3 (ZrO 2 ) is [mol%].

실시예 7Example 7

LiCl 대신 Li2CO3를 후첨가한 점을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법을 이용하여 실시예 7의 고체 전해질을 획득하며, 해당 고체 전해질의 목표(예상) 조성은 61(Li2O)·10(SiO2)·16(B2O3)·10(P2O5)·3(ZrO2) [mol%]이다.The solid electrolyte of Example 7 was obtained in the same manner as in Example 5, except that Li 2 CO 3 was added instead of LiCl, and the target (expected) composition of the solid electrolyte was 61 (Li 2 O) 10 (SiO 2 ) 16 (B 2 O 3 ) 10 (P 2 O 5 ) 3 (ZrO 2 ) is [mol%].

실시예 8Example 8

LiCl 대신 α-Al2O3를 후첨가한 점을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법을 이용하여 실시예 8의 고체 전해질을 획득하며, 해당 고체 전해질의 목표(예상) 조성은 56(Li2O)·10(SiO2)·16(B2O3)·10(P2O5)·3(ZrO2)·5(Al2O3) [mol%]이다.The solid electrolyte of Example 8 was obtained in the same manner as in Example 5, except that α-Al 2 O 3 was added instead of LiCl, and the target (expected) composition of the solid electrolyte was 56 (Li 2 O) 10(SiO 2 ) 16(B 2 O 3 ) 10(P 2 O 5 ) 3(ZrO 2 ) 5(Al 2 O 3 ) is [mol%].

실시예 9Example 9

목표 조성을 56(Li2O)·10(SiO2)·16(B2O3)·10(P2O5)·7(ZrO2)·1(Al2O3) [mol%]로 변경한 점을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법을 이용하여, 실시예 9의 고체 전해질을 제조한다.The target composition is 56 (Li 2 O) 10 (SiO 2 ) 16 (B 2 O 3 ) 10 (P 2 O 5 ) 7 (ZrO 2 ) 1 (Al 2 O 3 ) The solid electrolyte of Example 9 was prepared in the same manner as in Example 8, except that [mol%] was changed.

실시예 10Example 10

목표 조성을 56(Li2O)·10(SiO2)·16(B2O3)·10(P2O5)·5(ZrO2)·3(Al2O3) [mol%]로 변경한 점을 제외하고 실시예 8과 동일한 방법을 이용하여, 실시예 10의 고체 전해질을 제조한다.The target composition is 56 (Li 2 O) 10 (SiO 2 ) 16 (B 2 O 3 ) 10 (P 2 O 5 ) 5 (ZrO 2 ) 3 (Al 2 O 3 ) The solid electrolyte of Example 10 was prepared using the same method as in Example 8, except for changing [mol%].

비교예 1Comparative Example 1

목표 조성을 57(Li2O)·10(SiO2)·18(B2O3)·15(P2O5) [mol%]로 변경한 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 비교예 1의 고체 전해질을 제조한다.Using the same method as in Example 1 except that the target composition was changed to 57 (Li 2 O) 10 (SiO 2 ) 18 (B 2 O 3 ) 15 (P 2 O 5 ) [mol%] , preparing the solid electrolyte of Comparative Example 1.

비교예 2Comparative Example 2

원재료로서 ZrO2 대신 GeO2를 사용하면서 목표 조성을 57(Li2O)·10(SiO2)·18(B2O3)·12(P2O5)·3(GeO2) [mol%]로 변경한 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 비교예 2의 고체 전해질을 제조한다. While using GeO 2 instead of ZrO 2 as a raw material, the target composition was 57 (Li 2 O) 10 (SiO 2 ) 18 (B 2 O 3 ) 12 (P 2 O 5 ) 3 (GeO 2 ) A solid electrolyte of Comparative Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1, except for changing [mol%].

참고로, 실시예 1 내지 10, 비교예 1 및 2의 각 고체 전해질을 제조하는 데 사용된 목표 조성을 하기 표 1에 나타내었다.For reference, the target composition used to prepare each of the solid electrolytes of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2 is shown in Table 1 below.

(단위: 몰%)(unit: mol%) Li2OLi 2 O SiO2 SiO 2 B2O3 B 2 O 3 P2O5 P 2 O 5 ZrO2 ZrO 2 XmYn X m Y n TotalTotal 비고note 실시예 1Example 1 5757 1010 1818 1212 33 -- 100100 -- 실시예 2Example 2 5757 1010 1818 1414 1One -- 100100 -- 실시예 3Example 3 5757 1010 1818 1010 55 -- 100100 -- 실시예 4Example 4 5757 1010 1818 55 1010 -- 100100 -- 실시예 5Example 5 5656 1010 1616 1010 33 55 100100 XmYn= LiClX m Y n = LiCl 실시예 6Example 6 5757 1010 1616 1414 33 -- 100100 -- 실시예 7Example 7 6161 1010 1616 1010 33 -- 100100 -- 실시예 8Example 8 5656 1010 1616 1010 33 55 100100 XmYn= α-Al2O3 X m Y n = α-Al 2 O 3 실시예 9Example 9 5656 1010 1616 1010 77 1One 100100 XmYn= α-Al2O3 X m Y n = α-Al 2 O 3 실시예 10Example 10 5656 1010 1616 1010 55 33 100100 XmYn= α-Al2O3 X m Y n = α-Al 2 O 3 비교예 1Comparative Example 1 5757 1010 1818 1515 -- -- 100100 -- 비교예 2Comparative Example 2 5757 1010 1818 1212 -- 33 100100 XmYn= GeO2 X m Y n = GeO 2

평가예 1: 고체 전해질의 평가Evaluation Example 1: Evaluation of solid electrolyte

(1) ICP 분석(1) ICP analysis

실시예 1 및 8의 각 고체 전해질에 대해, ICP 분석을 통해 주요 원소의 몰분율을 측정하였다.For each of the solid electrolytes of Examples 1 and 8, the mole fraction of the main elements was measured through ICP analysis.

ICP 분석 방법으로 유도 결합 플라즈마 발광 분석기(ICP-OES, 기기명: Optima 7300DV, 제조사: PerkinElmer)를 이용하여 측정하였다. 구체적으로, 고체 전해질 시료 약 0.7 g을 백금 도가니(Pt crucible)에 넣고, 진한 황산(98 중량%, Electronic grade) 약 1 mL를 넣어, 300℃에서 3시간 동안 가열하고, 시료를 전기로(Thermo Scientific, Lindberg Blue M)에서, 하기 스텝(step) 1 내지 3의 프로그램으로 회화를 진행하였다.The ICP analysis method was measured using an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-OES, device name: Optima 7300DV, manufacturer: PerkinElmer). Specifically, about 0.7 g of a solid electrolyte sample was put in a platinum crucible, and about 1 mL of concentrated sulfuric acid (98% by weight, electronic grade) was added, heated at 300 ° C. for 3 hours, and the sample was heated in an electric furnace (Thermo Scientific, Lindberg Blue M), the conversation was conducted with the program of steps 1 to 3 below.

1) step 1: initial temp 0℃, rate (temp/hr) 180 ℃/hr, temp(holdtime) 180℃ (1hr)1) step 1: initial temp 0℃, rate (temp/hr) 180 ℃/hr, temp(holdtime) 180℃ (1hr)

2) step 2: initial temp 180℃, rate (temp/hr) 85 ℃/hr, temp(holdtime) 370℃ (2hr)2) step 2: initial temp 180℃, rate (temp/hr) 85 ℃/hr, temp(holdtime) 370℃ (2hr)

3) step 3: initial temp 370℃, rate (temp/hr) 47 ℃/hr, temp(holdtime) 510℃ (3hr)3) step 3: initial temp 370℃, rate (temp/hr) 47 ℃/hr, temp(holdtime) 510℃ (3hr)

이후, 잔류물에 진한 질산(48 중량%) 1 mL, 진한 불산(50 중량%) 20 ㎕를 가하고, 백금 도가니를 밀봉하여 30분 이상 흔든(shaking) 후, 시료에 붕산(boric acid) 1 mL를 넣고 0℃에서 2시간 이상 보관한 후, 초순수(ultrapure water) 30 mL에 희석하여, 회화를 진행하여 측정하였다.Thereafter, 1 mL of concentrated nitric acid (48% by weight) and 20 μl of concentrated hydrofluoric acid (50% by weight) were added to the residue, and the platinum crucible was sealed and shaken for 30 minutes or more, and then 1 mL of boric acid was added to the sample. After storing at 0 ° C. for 2 hours or more, it was diluted in 30 mL of ultrapure water and measured by incineration.

이에 따라, 실시예 1 및 8의 각 고체 전해질에 포함된 주요 원소의 몰분율을 측정하고, 그 측정값을 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 실시예 1 및 5의 각 고체 전해질을 제조하는 데 사용된 목표 조성도 하기 표 2에 나타내었다.Accordingly, the mole fraction of the main elements included in each of the solid electrolytes of Examples 1 and 8 was measured, and the measured values are shown in Table 2 below. In addition, the target composition used to prepare each of the solid electrolytes of Examples 1 and 5 is also shown in Table 2 below.

(단위: 몰%)(unit: mol%) Li2OLi 2 O SiO2 SiO 2 B2O3 B 2 O 3 P2O5 P 2 O 5 ZrO2 ZrO 2 Al2O3 Al 2 O 3 TotalTotal 실시예 1Example 1 목표 조성
(화학식량)
goal creation
(chemical formula)
5757 1010 1818 1212 33 -- 100100
측정값
(ICP-OES)
Measures
(ICP-OES)
57.657.6 99 18.718.7 11.611.6 3.13.1 -- 100100
실시예 8Example 8 목표 조성
(화학식량)
goal creation
(chemical formula)
5656 1010 1616 1010 33 55 100100
측정값
(ICP-OES)
Measures
(ICP-OES)
56.256.2 9.29.2 16.316.3 10.810.8 2.82.8 4.74.7 100100

표 2에 따르면, 실시예 1 및 8의 각 고체 전해질을 제조하는 과정 중 일부 원소의 소실이 있었으나, 목표 조성과 실제 측정값은 대동소이함을 알 수 있다.According to Table 2, it can be seen that although some elements were lost during the process of preparing each of the solid electrolytes of Examples 1 and 8, the target composition and the actual measured value were almost the same.

또한, 실시예 1 및 8의 각 고체 전해질은 Li/(Si+B+Zr)의 몰분율이 0.5 내지 5의 범위 내에 있다. 구체적으로, 측정값을 기준으로, 실시예 1의 고체 전해질은 Li/(Si+B+Zr)의 몰분율이 1.87이고, 실시예 8의 고체 전해질은 Li/(Si+B+Zr)의 몰분율이 약 1.99이다. 실시예 1의 고체 전해질보다 실시예 8의 고체 전해질에서 Li/(Si+B+Zr)의 몰분율이 일부 높게 나타나는 것은, 제2 성분의 존재에 따라 (Si+B+Zr)의 몰분율이 감소함에 기인한다.Further, each of the solid electrolytes of Examples 1 and 8 had a mole fraction of Li/(Si+B+Zr) within a range of 0.5 to 5. Specifically, based on the measured values, the mole fraction of Li/(Si+B+Zr) of the solid electrolyte of Example 1 was 1.87, and the mole fraction of Li/(Si+B+Zr) of the solid electrolyte of Example 8 was It is about 1.99. The reason why the mole fraction of Li/(Si+B+Zr) is partially higher in the solid electrolyte of Example 8 than in the solid electrolyte of Example 1 is that the mole fraction of (Si+B+Zr) decreases with the presence of the second component. caused by

여기서는 실시예 1 및 8의 고체 전해질을 대표적으로 평가하였으나, 실시예 2 내지 4, 9 및 10, 비교예 1 및 2의 각 고체 전해질 역시, 목표 조성과 실제 측정값은 대동소이할 것이다.Here, the solid electrolytes of Examples 1 and 8 were evaluated representatively, but each solid electrolyte of Examples 2 to 4, 9 and 10 and Comparative Examples 1 and 2 would also have the same target composition and actual measured values.

(2) TMA 열 분석(2) TMA thermal analysis

실시예 1 및 8의 각 고체 전해질에 대해, 열기계적 분석(Thermomechanical Analysis, TMA)을 실시하고, 그 분석 결과를 도 3 및 4에 나타내었다. For each of the solid electrolytes of Examples 1 and 8, thermomechanical analysis (TMA) was performed, and the analysis results are shown in FIGS. 3 and 4.

구체적으로, 공기 및 질소 분위기 하에서, TMA 장비(TA Instrument, Q400)에 10mm 길이의 샘플을 넣고 19.6mN의 장력을 가한 상태에서 증가하는 온도 조건(30℃에서 시작하여 5℃/분)에 노출시킨다. 온도가 상승함에 따라 샘플의 길이 변화가 수반되며, 길이가 급격하게 늘어나 샘플이 끊어지는 온도를 측정한다. MD와 TD를 각각 측정하고 더 높은 온도를 해당 샘플의 멜트 다운 온도로 정의한다.Specifically, under an air and nitrogen atmosphere, a 10 mm length sample is placed in a TMA instrument (TA Instrument, Q400) and exposed to increasing temperature conditions (5 ° C / min starting at 30 ° C) with a tension of 19.6 mN applied. . As the temperature rises, the length of the sample is accompanied by a change, and the temperature at which the length is rapidly increased and the sample breaks is measured. Measure the MD and TD respectively and define the higher temperature as the meltdown temperature of that sample.

도 3 및 4에 따르면, 500 내지 550 ℃에서 실시예 1 및 8의 각 고체 전해질이 연화되는 것이 확인된다. 구체적으로, 실시예 1의 고체 전해질은 516 내지 526 ℃가 연화 시작 단계이고, 실시예 8의 고체 전해질은 527 ℃가 연화 시작 단계로 판단된다.According to FIGS. 3 and 4, it was confirmed that each of the solid electrolytes of Examples 1 and 8 softened at 500 to 550 °C. Specifically, the solid electrolyte of Example 1 is a softening start step at 516 to 526 ° C, and the solid electrolyte of Example 8 is determined to be a softening start step at 527 ° C.

한편, 실시예 1 및 8의 각 고체 전해질에 대해, 질소(N2) 및 공기의 혼합 분위기가 유지되는 전기로에서 승온 속도 3℃/min로 승온시켜 530℃ 에서 8시간 유지 후 자연 냉각한 뒤, SEM 이미지를 얻어 도 6에 나타내었다. 도 5에 따르면, 실시예 1 및 5의 각 고체 전해질은 비정질의 특성에 기반하여, 열처리 후 연화됨을 알 수 있다.On the other hand, for each of the solid electrolytes of Examples 1 and 8, the temperature was raised at a heating rate of 3 ° C / min in an electric furnace in which a mixed atmosphere of nitrogen (N 2 ) and air was maintained, maintained at 530 ° C for 8 hours, and then cooled naturally, SEM images were obtained and shown in FIG. 6 . According to FIG. 5 , it can be seen that each of the solid electrolytes of Examples 1 and 5 softened after heat treatment based on amorphous characteristics.

여기서는 실시예 1 및 8의 각 고체 전해질을 대표적으로 평가하였으나, 실시예 2 내지 4, 9 및 10의 각 고체 전해질도 500 ℃ 이상 내지 550 ℃ 이하의 연화점을 가지는 것으로 추론된다.Here, each solid electrolyte of Examples 1 and 8 was evaluated representatively, but it is inferred that each solid electrolyte of Examples 2 to 4, 9 and 10 also has a softening point of 500 ° C. or more and 550 ° C. or less.

(3) XRD 분석(3) XRD analysis

실시예 1 및 5 내지 8의 각 고체 전해질에 대해, Cu-Kα를 사용하여 X선 회절(XRD, Bruker AXS D4-Endeavor XRD) 분석을 실시하고, 그 분석 결과를 도 6 내지 10에 나타내었다. For each of the solid electrolytes of Examples 1 and 5 to 8, X-ray diffraction (XRD, Bruker AXS D4-Endeavor XRD) analysis was performed using Cu-Kα, and the analysis results are shown in FIGS. 6 to 10.

실시예 1 및 5 내지 8의 각 고체 전해질에서, 2θ가 22 내지 25 °인 범위에서 Li3PO4에 의한 피크가 공통적으로 관찰된다(도 6 내지 10 공통). 나아가, 실시예 5의 고체 전해질에서는 2θ가 42 내지 45 °인 범위에서 Li4B7O12Cl에 의한 피크도 추가로 관찰되는데(도 7), 이는 LiCl를 첨가하여 제조한 것에 기인한다. 또한, 실시예 8의 고체 전해질에서는 2θ가 15 내지 20 °인 범위에서 α-Al2O3에 의한 피크도 추가로 관찰되는데(도 10), 이는 α-Al2O3을 첨가하여 제조한 것에 기인한다.In each of the solid electrolytes of Examples 1 and 5 to 8, peaks due to Li 3 PO 4 are commonly observed in the range of 2θ of 22 to 25 ° (FIGS. 6 to 10). Furthermore, in the solid electrolyte of Example 5, the peak due to Li 4 B 7 O 12 Cl in the range of 2θ of 42 to 45 ° Further observed (Fig. 7), which is attributed to the preparation by adding LiCl. In addition, in the solid electrolyte of Example 8, a peak due to α-Al 2 O 3 was additionally observed in the range of 2θ from 15 to 20 ° (FIG. 10), which was obtained by adding α-Al 2 O 3 caused by

여기서는 실시예 1 및 5 내지 8의 각 고체 전해질을 대표적으로 평가하였으나, 실시예 2 내지 4, 6 및 7의 각 고체 전해질은 실시예 1의 고체 전해질과 유사하고, 실시예 9 및 10의 각 고체 전해질은 실시예 8의 고체 전해질과 유사한 결과를 얻을 것으로 추론된다.Here, each solid electrolyte of Examples 1 and 5 to 8 was evaluated representatively, but each solid electrolyte of Examples 2 to 4, 6 and 7 was similar to the solid electrolyte of Example 1, and each solid electrolyte of Examples 9 and 10 The electrolyte is inferred to yield similar results to the solid electrolyte of Example 8.

(4) FE-SEM 및 TEM 분석(4) FE-SEM and TEM analysis

실시예 1 및 8의 고체 전해질에 대해, TEM 장비를 사용하여 국소 부위를 관찰하여, 그 결과를 각각 도 11 및 12에 나타내었다. For the solid electrolytes of Examples 1 and 8, local areas were observed using TEM equipment, and the results are shown in FIGS. 11 and 12, respectively.

도 11 및 12에 따르면, 실시예 1 및 8의 각 고체 전해질에 공통적으로, 비정질 조직 내에 3 내지 5 ㎚ 크기의 결정상이 존재하는 것을 알 수 있다.11 and 12, it can be seen that a crystal phase having a size of 3 to 5 nm is present in the amorphous structure in common to each of the solid electrolytes of Examples 1 and 8.

여기서는 실시예 1 및 8의 각 고체 전해질을 대표적으로 평가하였으나, 실시예 2 내지 4의 각 고체 전해질은 실시예 1의 고체 전해질과 유사하고, 실시예 5 내지 7, 9 및 10의 각 고체 전해질은 실시예 8의 고체 전해질과 유사한 결과를 얻을 것으로 추론된다.Here, each solid electrolyte of Examples 1 and 8 was evaluated representatively, but each solid electrolyte of Examples 2 to 4 was similar to the solid electrolyte of Example 1, and each solid electrolyte of Examples 5 to 7, 9 and 10 was It is inferred that similar results to the solid electrolyte of Example 8 will be obtained.

(5) 이온 전도도 평가(5) Evaluation of ionic conductivity

실시예 1 내지 8, 비교예 1 및 2의 각 고체 전해질에 대해, 하기 방법에 따라 전고체 전지 샘플을 제작하고, 이온 전도도를 측정하였다.For each of the solid electrolytes of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2, all-solid-state battery samples were prepared according to the following method, and ionic conductivity was measured.

우선, 0.5 g의 고체 전해질을 취하여, 14pi 직경의 원형 다이(die)를 이용하여 1.5ton의 압력을 가함으로써 펠렛화(pelletizing)하고, 그린 시트(green sheet) 형태의 고체 전해질 샘플을 얻는다.First, 0.5 g of the solid electrolyte is pelletized by applying a pressure of 1.5 ton using a circular die having a diameter of 14 pi to obtain a solid electrolyte sample in the form of a green sheet.

상기 고체 전해질 샘플을 500 내지 600 ℃에서 열처리한 뒤, 양면에 금속 전극을 형성하여 전고체 전지 샘플로 수득한다. 여기서, 금속 전극은 InGa paste, Ag paste 등을 사용하고 sputter하여 형성한다. After heat-treating the solid electrolyte sample at 500 to 600° C., metal electrodes are formed on both sides to obtain an all-solid-state battery sample. Here, the metal electrode is formed by sputtering using InGa paste, Ag paste, etc.

이러한 전고체 전지 샘플은 +, - 극 방향은 무관하며 jig에 장착해 측정한다. EIS 전압은 100㎷ 기준 주파수 10-6 ㎐ 범위 내에서 측정한다. 실시예 1 내지 8, 비교예 1 및 2의 각 고체 전해질에 대한 저항 값을 측정하여, 그로부터 이온 전도도를 환산한 값을 하기 표 3에 나타내었다. 또한, 특히 실시예 1 및 8의 각 고체 전해질에 대한 저항 측정 결과는 도 13에 나타내었다.These all-solid-state battery samples are measured by mounting them on a jig, regardless of the direction of + or - polarity. The EIS voltage is measured within the range of 10 -6 Hz with a reference frequency of 100 mV. Resistance values of each solid electrolyte of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 were measured, and values obtained by converting ionic conductivity therefrom are shown in Table 3 below. In addition, resistance measurement results for each of the solid electrolytes of Examples 1 and 8 are shown in FIG. 13 .

이온 전도도 (S/㎝)Ionic Conductivity (S/cm) 실시예 1Example 1 2.32X10-8 2.32X10-8 실시예 2Example 2 5.32X10-9 5.32X10-9 실시예 3Example 3 4.23X10-9 4.23X10-9 실시예 4Example 4 2.32X10-9 2.32X10-9 실시예 5Example 5 1.50X10-7 1.50X10 -7 실시예 6Example 6 2.40X10-7 2.40X10 -7 실시예 7Example 7 2.87X10-7 2.87X10-7 실시예 8Example 8 1.24X10-7 1.24X10 -7 비교예 1Comparative Example 1 8.74X10-9 8.74X10-9 비교예 2Comparative Example 2 7.69X10-9 7.69X10 -9

상기 표 3에 따르면, 실시예 1의 고체 전해질은 Li, Si, B, Zr, 및 P를 포함하는 산화물 단독의 고체 전해질(제1 형태의 고체 전해질)로서 1X10-8 S/㎝의 이온 전도도를 확보하는 효과가 있다.According to Table 3, the solid electrolyte of Example 1 is an oxide-only solid electrolyte (first type solid electrolyte) containing Li, Si, B, Zr, and P, and has an ion conductivity of 1X10 -8 S/cm. It has a securing effect.

또한, 상기 표 3 및 도 13에 따르면, 실시예 5 내지 8의 고체 전해질은 상기 유리 세라믹을 주성분으로 포함함과 동시에 특정 부성분을 포함하는 고체 전해질(제2 형태의 고체 전해질)로서 1X10-7 S/㎝의 이온 전도도를 확보하는 효과가 있다.In addition, according to Table 3 and FIG. 13, the solid electrolytes of Examples 5 to 8 include the glass ceramic as a main component and at the same time include a specific subcomponent (solid electrolyte of the second type), 1X10 -7 S / cm has the effect of securing the ionic conductivity.

(6) 종합(6) synthesis

실시예 1 내지 5의 각 고체 전해질은 전술한 제1 고체 전해질(Li, Si, B, Zr, 및 P를 포함하는 산화물)에 해당된다. 이들은 비정질 및 결정질의 특징을 동시에 가지는 유리 세라믹으로서, -B-O-Si-O-P-O-Zr- 네트워크 기반의 비정질 조직 내에 3 내지 5 ㎚ 크기의 Li3PO4 결정상이 존재하며, 1X10-8 S/㎝의 이온 전도도를 확보할 수 있다.Each of the solid electrolytes of Examples 1 to 5 corresponds to the above-described first solid electrolyte (an oxide containing Li, Si, B, Zr, and P). These are glass ceramics having both amorphous and crystalline characteristics, and Li 3 PO 4 crystalline phases of 3 to 5 nm in size exist in the amorphous structure based on the -BO-Si-OPO-Zr- network, and 1X10 -8 S/cm of Ionic conductivity can be secured.

또한, 실시예 5 내지 10의 각 고체 전해질은 전술한 제2 고체 전해질(제1 성분으로서 Li, Si, B, Zr, 및 P를 포함하는 산화물; 및 제2 성분으로서 Li, Al, 또는 Cl를 포함하는 산화물 또는 염을 포함)에 해당된다. 이들 역시 비정질 및 결정질의 특징을 동시에 가지는 유리 세라믹으로서, -B-O-Si-O-P-O-Zr- 네트워크 기반의 비정질 조직 내에 3 내지 5 ㎚ 크기의 Li3PO4 결정상이 존재하며, 제2 성분에 따라서는 추가적인 결정상(Li4B7O12Cl, 또는 Al2O3)을 가질 수 있고, 1X10-7 S/㎝의 이온 전도도를 확보할 수 있다.In addition, each of the solid electrolytes of Examples 5 to 10 contains the above-described second solid electrolyte (an oxide containing Li, Si, B, Zr, and P as a first component; and Li, Al, or Cl as a second component). Including oxides or salts containing These are also glass ceramics having both amorphous and crystalline characteristics, and Li 3 PO 4 crystal phases of 3 to 5 nm in size exist in the amorphous structure based on the -BO-Si-OPO-Zr- network, depending on the second component It may have an additional crystalline phase (Li 4 B 7 O 12 Cl, or Al 2 O 3 ), and ionic conductivity of 1X10 -7 S/cm may be secured.

실시예 1 내지 10의 고체 전해질 모두, 비교예 1 및 2의 고체 전해질에 대비하여 높은 이온 전도도를 가지는데, 이는 특히 Zr에 기인한 효과로 추론된다.All of the solid electrolytes of Examples 1 to 10 had high ionic conductivity compared to the solid electrolytes of Comparative Examples 1 and 2, which is inferred to be an effect due to Zr in particular.

평가예 2: 전고체 전지의 평가Evaluation Example 2: Evaluation of all-solid-state battery

실시예 1 및 8의 각 고체 전해질을 포함하는 전고체 전지를 제작하고, 그 충방전 성능을 측정하였다.All-solid-state batteries containing the respective solid electrolytes of Examples 1 and 8 were fabricated, and their charge/discharge performance was measured.

우선, 0.5 g의 고체 전해질을 취하여, 14pi 직경의 원형 다이(die)를 이용하여 1.5ton의 압력을 가함으로써 펠렛화(pelletizing)하고, 그린 시트(green sheet) 형태의 고체 전해질 샘플을 얻는다.First, 0.5 g of the solid electrolyte is pelletized by applying a pressure of 1.5 ton using a circular die having a diameter of 14 pi to obtain a solid electrolyte sample in the form of a green sheet.

이와 독립적으로, 0.24 g의 고체 전해질, 0.24 g의 Li3V2(PO4)3, 및 0.02 g의 카본 블랙을 혼합하고, 원형 다이(die)를 이용하여 1.5ton의 압력을 가함으로써 펠렛화(pelletizing)하고, 그린 시트(green sheet) 형태의 전극 활물질층 샘플을 얻는다. 이와 같은 전극 활물질층 샘플은 2개 제조한다.Independently, 0.24 g of solid electrolyte, 0.24 g of Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , and 0.02 g of carbon black were mixed and pelletized by applying a pressure of 1.5 ton using a circular die. (pelletizing), and an electrode active material layer sample in the form of a green sheet is obtained. Two samples of such an electrode active material layer were prepared.

이와 독립적으로, 0.1 g의 고체 전해질 및 0.4 g의 카본 블랙을 혼합하고, 원형 다이(die)를 이용하여 1.5ton의 압력을 가함으로써 펠렛화(pelletizing)하고, 그린 시트(green sheet) 형태의 집전층 샘플을 얻는다. 이와 같은 집전층 샘플도 2개 제조한다.Independently of this, 0.1 g of solid electrolyte and 0.4 g of carbon black are mixed, pelletized by applying a pressure of 1.5 ton using a circular die, and a green sheet form is formed. Obtain a full-layer sample. Two such current collector layer samples were also prepared.

집전층 샘플/전극 활물질층 샘플/전해질층 샘플/전극 활물질층 샘플/집전층 샘플의 순서대로 적층하고, 500 내지 600 ℃에서 열처리하여 실시예 1 및 8의 각 전고체 전지로 수득한다. Current collector layer sample/electrode active material layer sample/electrolyte layer sample/electrode active material layer sample/current collector layer sample were stacked in this order and heat-treated at 500 to 600° C. to obtain all-solid-state batteries of Examples 1 and 8 respectively.

실시예 1 및 8의 각 전고체 전지에 대해 1회 충전 및 1회 방전을 실시하고, 그 충방전 그래프를 도 14에 나타내었다. 구체적으로, +, - 극 방향을 무관하게 실시예 1 및 8의 각 전고체 전지를 jig에 장착한 상태에서, 충전은 2.4 V의 전압까지 0.025 C-rate의 전류 밀도로 전류를 가하였으며, 방전은 같은 전류 밀도로 0.001 V까지 수행한 것이다. Each all-solid-state battery of Examples 1 and 8 was charged once and discharged once, and a charge/discharge graph thereof is shown in FIG. 14 . Specifically, in a state where each of the all-solid-state batteries of Examples 1 and 8 were mounted on a jig regardless of the + and - pole directions, charging was applied at a current density of 0.025 C-rate to a voltage of 2.4 V, and discharging was performed up to 0.001 V at the same current density.

도 14에 따르면, 실시예 1의 전고체 전지는 48 μAh(32.13 mAh/g)의 초기 방전 용량을 나타내고, 포화 방전 전압은 1.5 내지 1.6 V임을 알 수 있다. 또한, 실시예 8의 전고체 전지는 63 μAh(40.51 mAh/g)의 초기 방전 용량을 나타내고, 포화 방전 전압은 1.5 내지 1.6 V임을 알 수 있다.According to FIG. 14, it can be seen that the all-solid-state battery of Example 1 exhibits an initial discharge capacity of 48 μAh (32.13 mAh/g) and a saturation discharge voltage of 1.5 to 1.6 V. In addition, it can be seen that the all-solid-state battery of Example 8 exhibited an initial discharge capacity of 63 µAh (40.51 mAh/g) and a saturation discharge voltage of 1.5 to 1.6 V.

여기서는 실시예 1 및 8의 각 전고체 전지를 대표적으로 평가하였으나, 실시예 2 내지 4의 각 전고체 전지는 실시예 1의 전고체 전지와 유사하고, 실시예 5 내지 7, 9 및 10의 각 전고체 전지는 실시예 8의 전고체 전지와 유사한 결과를 얻을 것으로 추론된다.Here, each all-solid-state battery of Examples 1 and 8 was evaluated representatively, but each all-solid-state battery of Examples 2 to 4 was similar to the all-solid-state battery of Example 1, and each of Examples 5 to 7, 9 and 10 It is inferred that the all-solid-state battery will obtain similar results to the all-solid-state battery of Example 8.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to make various modifications and practice within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings, and this is also the present invention. It goes without saying that it falls within the scope of the invention.

121: 양극 활물질층
122: 음극 활물질층
123: 고체 전해질층
124: 절연층
125: 집전체
131, 132: 외부 전극층
140: 보호층
121: positive electrode active material layer
122: negative electrode active material layer
123: solid electrolyte layer
124: insulating layer
125: entire collector
131, 132: external electrode layer
140: protective layer

Claims (20)

Li, Si, B, Zr, 및 P를 포함하는 산화물인 고체 전해질.A solid electrolyte that is an oxide containing Li, Si, B, Zr, and P. 제1항에 있어서,
상기 고체 전해질 내 Li, Si, B, Zr 및 P의 총량 100 몰% 중, Li는 40 몰% 이상 내지 80 몰% 이하로 포함되고, Si는 0 몰% 초과 내지 30 몰% 이하로 포함되고, B는 0 몰% 초과 내지 60 몰% 이하로 포함되고, Zr는 0 몰% 초과 내지 50 몰% 이하로 포함되고, P는 0 몰% 초과 내지 60 몰% 이하로 포함되는 고체 전해질.
According to claim 1,
Of 100 mol% of the total amount of Li, Si, B, Zr, and P in the solid electrolyte, Li is included in 40 mol% or more and 80 mol% or less, and Si is included in more than 0 mol% and 30 mol% or less, B is contained in more than 0 mol% to 60 mol% or less, Zr is contained in more than 0 mol% to 50 mol% or less, and P is contained in more than 0 mol% to 60 mol% or less.
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질 내 Li/(Si+B+Zr)의 몰분율은 0.5 내지 5인 고체 전해질.
According to claim 1,
The solid electrolyte wherein the mole fraction of Li/(Si+B+Zr) in the solid electrolyte is 0.5 to 5.
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질은 하기 화학식 1로 표시되는 고체 전해질:
[화학식 1]
a(Li2O)·b(SiO2)·c(B2O3)·d(P2O5)·e(ZrO2)
상기 화학식 1에서,
a 내지 e는 몰분율을 나타내는 실수로서, 40≤a≤60이고, 0<b≤30이고, 0<c≤60이고, 0<d≤60이고, 0<e≤50이다.
According to claim 1,
The solid electrolyte is a solid electrolyte represented by Formula 1 below:
[Formula 1]
a(Li 2 O)·b(SiO 2 )·c(B 2 O 3 )·d(P 2 O 5 )·e(ZrO 2 )
In Formula 1,
a to e are real numbers representing mole fractions, 40≤a≤60, 0<b≤30, 0<c≤60, 0<d≤60, and 0<e≤50.
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질의 연화점은 500 ℃ 이상 내지 550 ℃ 이하인 고체 전해질.
According to claim 1,
The solid electrolyte has a softening point of 500 ° C. or more and 550 ° C. or less.
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질은 유리 또는 유리 세라믹인 고체 전해질.
According to claim 1,
The solid electrolyte is a solid electrolyte of glass or glass ceramic.
제6항에 있어서,
상기 고체 전해질은 Cu-Kα를 사용한 X선 회절(XRD) 분석 시 Li3PO4에 의한 결정상이 나타나는 유리 세라믹인 고체 전해질.
According to claim 6,
The solid electrolyte is a glass ceramic solid electrolyte in which a crystal phase by Li 3 PO 4 appears during X-ray diffraction (XRD) analysis using Cu-Kα.
제7항에 있어서,
상기 고체 전해질은 비정질 조직 내 1 ㎚ 이상 내지 10 ㎚ 이하의 크기를 가지는 Li3PO4 결정상이 존재하는 유리 세라믹인 고체 전해질.
According to claim 7,
The solid electrolyte is a solid electrolyte of a glass ceramic in which a Li 3 PO 4 crystal phase having a size of 1 nm or more to 10 nm or less in an amorphous structure is present.
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질의 이온 전도도는 1.0 X 10-8 S/㎝ 이상인 고체 전해질.
According to claim 1,
The solid electrolyte has an ionic conductivity of 1.0 X 10 -8 S/cm or more.
제1 성분으로서, Li, Si, B, Zr, 및 P를 포함하는 산화물; 및
제2 성분으로서, Li, Al, Na, Mg, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Se, Rb, S, Y, Nb, Mo, Ag, In, Sn, Sb, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Pb, Bi, Au, La, Nd, Eu, I, Cl, Br, 또는 F 중 적어도 하나 이상의 원소를 포함하는 산화물 또는 염;을 포함하는 고체 전해질.
As the first component, an oxide containing Li, Si, B, Zr, and P; and
As the second component, Li, Al, Na, Mg, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Se, Rb, S, Y, Nb, Mo, Ag , In, Sn, Sb, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Pb, Bi, Au, La, Nd, Eu, I, Cl, Br, or oxides or salts containing at least one element of F; A solid electrolyte containing
제10항에 있어서,
상기 고체 전해질 내 Li/(Si+B+Zr)의 몰분율은 0.5 내지 5인 고체 전해질.
According to claim 10,
The solid electrolyte wherein the mole fraction of Li/(Si+B+Zr) in the solid electrolyte is 0.5 to 5.
제10항에 있어서,
상기 고체 전해질은 하기 화학식 2로 표시되는 고체 전해질:
[화학식 2]
a(Li2O)·b(SiO2)·c(B2O3)·d(P2O5)·e(ZrO2)·f(XmYn)
상기 화학식 2에서,
a 내지 f는 몰분율을 나타내는 실수로서, 40≤a≤60이고, 0<b≤30이고, 0<c≤60이고, 0<d≤60이고, 0<e≤50이고, 0≤f≤50이고;
X는 Li, Al, 또는 이들의 조합이고;
Y는 Cl, O, 또는 이들의 조합이고;
0<m≤5이고, 0<n≤5이다.
According to claim 10,
The solid electrolyte is a solid electrolyte represented by Formula 2 below:
[Formula 2]
a(Li 2 O)·b(SiO 2 )·c(B 2 O 3 )·d(P 2 O 5 )·e(ZrO 2 )·f(X m Y n )
In Formula 2,
a to f are real numbers representing mole fractions, 40≤a≤60, 0<b≤30, 0<c≤60, 0<d≤60, 0<e≤50, 0≤f≤50 ego;
X is Li, Al, or a combination thereof;
Y is Cl, O, or a combination thereof;
0<m≤5, and 0<n≤5.
제10항에 있어서,
상기 고체 전해질의 연화점은 500 ℃ 이상 내지 550 ℃ 이하인 고체 전해질.
According to claim 10,
The solid electrolyte has a softening point of 500 ° C. or more and 550 ° C. or less.
제10항에 있어서,
상기 고체 전해질은 유리 또는 유리 세라믹인 고체 전해질.
According to claim 10,
The solid electrolyte is a solid electrolyte of glass or glass ceramic.
제14항에 있어서,
상기 고체 전해질은 Cu-Kα를 사용한 X선 회절(XRD) 분석 시 Li3PO4에 의한 피크가 나타나는 유리 세라믹인 고체 전해질.
According to claim 14,
The solid electrolyte is a glass ceramic solid electrolyte in which a peak due to Li 3 PO 4 appears during X-ray diffraction (XRD) analysis using Cu-Kα.
제15항에 있어서,
상기 고체 전해질은 비정질 조직 내 1 ㎚ 이상 내지 10 ㎚ 이하의 크기를 가지는 Li3PO4 결정상이 존재하는 유리 세라믹인 고체 전해질.
According to claim 15,
The solid electrolyte is a solid electrolyte of a glass ceramic in which a Li 3 PO 4 crystal phase having a size of 1 nm or more to 10 nm or less in an amorphous structure is present.
제15항에 있어서,
상기 고체 전해질은 Cu-Kα를 사용한 X선 회절(XRD) 분석 시 Li4B7O12Cl, 또는 Al2O3에 의한 피크가 더 나타나는 유리 세라믹인 고체 전해질.
According to claim 15,
The solid electrolyte is a glass ceramic solid electrolyte in which peaks due to Li 4 B 7 O 12 Cl or Al 2 O 3 appear more during X-ray diffraction (XRD) analysis using Cu-Kα.
제10항에 있어서,
상기 고체 전해질의 이온 전도도는 1.0 X 10-7 S/㎝ 이상인 고체 전해질.
According to claim 10,
The solid electrolyte has an ionic conductivity of 1.0 X 10 -7 S/cm or more.
고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 번갈아 적층되는 양극층 및 음극층을 포함하는 바디;
상기 바디의 양 측면에 각각 배치되는 제1 외부 전극 및 제2 외부 전극을 포함하며,
상기 고체 전해질층은 청구항 제1항 내지 제18항 중 어느 하나의 고체 전해질을 포함하는 전고체 전지.
A body including a solid electrolyte layer and an anode layer and a cathode layer alternately stacked with the solid electrolyte layer interposed therebetween;
A first external electrode and a second external electrode are respectively disposed on both side surfaces of the body,
The solid electrolyte layer is an all-solid-state battery comprising the solid electrolyte of any one of claims 1 to 18.
제19항에 있어서,
상기 양극층 및 상기 음극층은 각각 독립적으로, 집전층 및 상기 접전층 상에 위치하는 전극 활물질층을 포함하고;
상기 집전층 및 상기 전극 활물질층은 각각 독립적으로, 청구항 제1항 내지 제18항 중 어느 하나의 고체 전해질 및 탄소계 도전재를 포함하고;
상기 전극 활물질층은 전극 활물질을 더 포함하는 전고체 전지.

According to claim 19,
the positive electrode layer and the negative electrode layer each independently include an electrode active material layer positioned on a current collecting layer and an electrode active layer;
The current collecting layer and the electrode active material layer each independently include a solid electrolyte according to any one of claims 1 to 18 and a carbon-based conductive material;
The electrode active material layer further comprises an electrode active material all-solid-state battery.

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