KR20230144416A - All-solid-state battery and manufacturing method for all-solid-state battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전고체 이차전지 및 전고체 이차전지 제조방법에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 유닛 스택셀 구조체를 배치 후 하우징을 제조하는 전고체 이차전지 제조방법 및 이에 따라 제조된 전고체 이차전지에 관한 발명이다.The present invention relates to an all-solid secondary battery and an all-solid secondary battery manufacturing method, and more specifically, to an all-solid secondary battery manufacturing method of manufacturing a housing after arranging a unit stack cell structure, and to an all-solid secondary battery manufactured thereby. It is an invention about
최근 산업상의 요구에 의하여 에너지 밀도와 안전성이 높은 전지의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 예를 들어, 리튬 이온 전지는 정보 관련 기기, 통신 기기 분야뿐만 아니라 자동차 분야에서도 실용화되고 있다. 한편 자동차 분야는 탑승자의 생명과 직결될 수 있으므로 리튬 이온 전지의 안전성이 중요하다.Recently, in response to industrial demands, the development of batteries with high energy density and safety has been actively conducted. For example, lithium-ion batteries are being put into practical use not only in the fields of information-related devices and communication devices, but also in the automobile field. Meanwhile, in the automotive field, the safety of lithium-ion batteries is important because it can be directly related to the lives of passengers.
현재 시판되고 있는 리튬 이온 전지는 가연성 유기 용매를 포함 전해액이 이용되고 있기 때문에, 단락이 발생한 경우 과열 및 화재 가능성이 있다. 이에 대해 전해액 대신에 고체 전해질을 이용한 전고체 이차전지가 제안되고 있다. 전고체 이차전지는 가연성 유기 용매를 사용하지 않음으로써, 단락이 발생해도 화재나 폭발이 발생할 가능성을 크게 줄일 수 있다. 따라서 이러한 전고체 이차전지는 전해액을 사용하는 리튬 이온 전지에 비해 크게 안전성을 높일 수 있다.Lithium-ion batteries currently on the market use electrolytes containing flammable organic solvents, so there is a risk of overheating and fire in the event of a short circuit. In response to this, an all-solid secondary battery using a solid electrolyte instead of an electrolyte has been proposed. By not using flammable organic solvents, all-solid-state secondary batteries can greatly reduce the possibility of fire or explosion even if a short circuit occurs. Therefore, these all-solid-state secondary batteries can greatly increase safety compared to lithium-ion batteries that use electrolytes.
일반적으로 전고체 이차전지의 에너지 밀도를 높이기 위해 리튬을 음극으로 사용한다. 리튬은 사용 중 부피 팽창 및 충방전 시 비가역 성장 등으로 인한 문제점이 있으며, 이를 해결하기 위해 집전체 위에 리튬을 석출하는 리튬 석출층을 배치하는 방법이 이용되고 있다. 이와 같이 석출형 음극을 포함하는 전고체 이차전지를 제조하기 위해서는 셀 내부에 소정의 압력(예를 들어 8Mpa 이하)이 가해져야 한다. 그러나 전고체 이차전지의 제조 공정 중에 셀에 이와 같은 압력을 유지하는 공정을 포함하기 어렵고, 가압 공정을 포함하더라도 전고체 이차전지를 파우치 형태로 제조한 후 추가적인 가압 장치를 구비해야 하는 문제가 있다.Generally, lithium is used as a negative electrode to increase the energy density of all-solid-state secondary batteries. Lithium has problems due to volume expansion during use and irreversible growth during charging and discharging. To solve this problem, a method of placing a lithium precipitate layer that deposits lithium on the current collector is used. In order to manufacture an all-solid-state secondary battery including a precipitated negative electrode, a certain pressure (for example, 8 MPa or less) must be applied inside the cell. However, it is difficult to include a process of maintaining such pressure in the cell during the manufacturing process of an all-solid-state secondary battery, and even if a pressurizing process is included, there is a problem in that an additional pressurizing device must be provided after manufacturing the all-solid-state secondary battery in a pouch form.
본 발명은 석출형 음극을 포함함에 따라 공기 노출과 물리적 특성에 민감한 소재로 구성되는 전고체 이차전지를 제조함에 있어서, 하우징의 형태를 캔 타입으로 채용하고, 유닛셀을 캔에 삽입하는 방식이 아닌 캔 제조 방식으로 전고체 이차전지를 제조하는 방법과 그에 따른 전고체 이차전지를 제공할 수 있다.In the present invention, in manufacturing an all-solid-state secondary battery composed of a material that is sensitive to air exposure and physical properties as it contains a precipitated negative electrode, the housing is adopted as a can type, and the unit cell is not inserted into the can. A method of manufacturing an all-solid secondary battery using a can manufacturing method and an all-solid secondary battery resulting therefrom can be provided.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 제조방법은 양극층, 음극층 및 고체 전해질층을 적층하여 유닛셀을 형성하는 단계 및 상기 유닛셀의 일면과 타면에 각각 한 쌍의 가압부를 배치하여, 상기 유닛셀을 가압하는 단계 및 상기 유닛셀을 가압한 상태에서 상기 유닛셀을 둘러싸는 하우징을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention includes forming a unit cell by stacking a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer, and disposing a pair of pressing parts on one side and the other side of the unit cell, respectively. Thus, it includes the steps of pressurizing the unit cell and forming a housing surrounding the unit cell in a pressurized state.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 제조방법에 있어서, 상기 유닛셀을 가압하는 단계는 상기 한 쌍의 가압부를 상기 유닛셀의 서로 대향하는 일면과 타면에 각각 배치하여, 서로 마주보는 방향으로 가압할 수 있다.In the method of manufacturing an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention, the step of pressurizing the unit cell includes placing the pair of pressurizing parts on one side and the other side of the unit cell, respectively, facing each other. It can be pressurized in either direction.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 제조방법에 있어서, 상기 유닛셀을 가압하는 단계는 1 내지 8Mpa의 압력으로 상기 유닛셀을 가압할 수 있다.In the method of manufacturing an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention, the step of pressurizing the unit cell may pressurize the unit cell at a pressure of 1 to 8 MPa.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 제조방법에 있어서, 상기 유닛셀을 가압하는 단계는 상기 유닛셀과 상기 한 쌍의 가압부 중 적어도 하나의 사이에 완충 시트를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method of manufacturing an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention, the step of pressurizing the unit cell further includes arranging a cushioning sheet between the unit cell and at least one of the pair of pressurizing parts. It can be included.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 제조방법에 있어서, 상기 하우징을 형성하는 단계는 하나 이상의 고정부의 일측과 타측을 각각 상기 한 쌍의 가압부와 연결시켜, 하우징을 형성할 수 있다.In the method of manufacturing an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention, the step of forming the housing may be performed by connecting one side and the other side of one or more fixing parts to the pair of pressurizing parts, respectively, to form the housing. there is.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 제조방법에 있어서, 상기 하우징을 형성하는 단계는 상기 한 쌍의 가압부를 연결하는 상기 하나 이상의 고정부를 측면으로 하는 직육면체 형상의 캔형 하우징을 형성할 수 있다.In the method of manufacturing an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention, the step of forming the housing involves forming a can-shaped housing in the shape of a rectangular parallelepiped with the one or more fixing parts connecting the pair of pressing parts as sides. You can.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 제조방법에 있어서, 상기 하우징을 형성하는 단계는 커버를 상기 하우징에 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method of manufacturing an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention, forming the housing may further include placing a cover on the housing.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 제조방법에 있어서, 상기 하우징을 형성하는 단계는 상기 한 쌍의 가압부의 단부가 상기 하나 이상의 고정부의 내측면과 연결되도록 상기 하나 이상의 고정부를 배치할 수 있다.In the method of manufacturing an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention, the step of forming the housing includes forming the one or more fixing parts so that the ends of the pair of pressing parts are connected to the inner surface of the one or more fixing parts. It can be placed.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 제조방법에 있어서, 상기 유닛셀을 형성하는 단계는 상기 음극층에 포함된 음극 집전체층과 음극 활물질층 사이에 리튬 석출층을 배치할 수 있다.In the method of manufacturing an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention, the step of forming the unit cell may include disposing a lithium precipitate layer between the negative electrode current collector layer and the negative electrode active material layer included in the negative electrode layer. .
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지는 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 전고체 이차전지이다.An all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention is an all-solid-state secondary battery manufactured by the manufacturing method according to the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 제조방법은 가압부로 유닛셀을 가압한 상태에서 가압부에 고정부를 연결하여 그 자체로 하우징을 형성할 수 있다. 이에 따라 유닛셀의 가압 상태를 용이하게 유지할 수 있다. 또한 유닛셀을 가압한 상태에서 이를 별도의 하우징에 삽입하는 공정 없이, 유닛셀을 압축하는 부재 자체로 하우징을 형성할 수 있다. 이에 따라 종래의 제조방법에 비해 보다 용이하게 압축된 상태의 유닛셀을 이용해 각형 캔 타입의 전고체 이차전지를 제조할 수 있다. 따라서 유닛셀의 스택수를 늘릴 수 있고, 기밀성과 물리적 안정성이 뛰어난 캔형 하우징을 전고체 이차전지에 적용할 수 있다.The method of manufacturing an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention can form a housing itself by connecting a fixing part to the pressing part while pressing the unit cell with the pressing part. Accordingly, the pressurized state of the unit cell can be easily maintained. In addition, the housing can be formed with the member that compresses the unit cell itself, without the process of inserting the unit cell into a separate housing while pressing it. Accordingly, a rectangular can-type all-solid-state secondary battery can be manufactured using unit cells in a compressed state more easily than with conventional manufacturing methods. Therefore, the number of stacks of unit cells can be increased, and can-type housings with excellent airtightness and physical stability can be applied to all-solid-state secondary batteries.
또한 유닛셀이 리튬 석출층을 포함하는 경우, 유닛셀을 가압 상태로 유지하면서 하우징을 형성할 수 있어, 보다 용이하게 캔 타입의 전고체 이차전지를 제조할 수 있다.Additionally, when the unit cell includes a lithium precipitate layer, the housing can be formed while maintaining the unit cell in a pressurized state, making it possible to more easily manufacture a can-type all-solid-state secondary battery.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 제조방법을 나타낸다.1 to 5 show a method of manufacturing an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention.
이하에서 설명되는 본 창의적 사상(present inventive concept)은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 창의적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 창의적 사상의 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present inventive concept described below can be subjected to various transformations and can have various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit this creative idea to a specific embodiment, and should be understood to include all transformations, equivalents, or substitutes included in the technical scope of this creative idea.
이하에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 창의적 사상을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품, 성분, 재료 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 나타내려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품, 성분, 재료 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하에서 사용되는 "/"는 상황에 따라 "및"으로 해석될 수도 있고 "또는"으로 해석될 수도 있다.The terms used below are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the creative idea. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Hereinafter, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, ingredients, materials, or combinations thereof described in the specification, but are intended to indicate the presence of one or more of the It should be understood that this does not exclude in advance the presence or addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, components, materials, or combinations thereof. “/” used below may be interpreted as “and” or “or” depending on the situation.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하거나 축소하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In order to clearly express various layers and areas in the drawing, the thickness is enlarged or reduced. Throughout the specification, similar parts are given the same reference numerals. Throughout the specification, when a part such as a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, this includes not only the case where it is directly on top of the other part, but also the case where there is another part in between. . Throughout the specification, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. Terms are used only to distinguish one component from another.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지(1)의 제조방법을 나타낸다.1 to 5 show a method of manufacturing an all-solid-state
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지(1)의 제조방법은 양극층(100), 음극층(200), 고체 전해질층(300)을 적층하여 유닛셀(10)을 형성하는 단계, 유닛셀(10)의 일면과 타면에 각각 한 쌍의 가압부(400)를 배치하여, 유닛셀(10)을 가압하는 단계 및 유닛셀(10)을 가압한 상태에서 유닛셀(10)을 둘러싸는 하우징(20)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The manufacturing method of the all-solid-state
먼저 양극층(100), 음극층(200) 및 고체 전해질층(300)을 적층하여 유닛셀(10)을 형성한다. 예를 들어 도 1에 나타낸 바와 같이, 음극층(200)을 아래에 배치한 후에 고체 전해질층(300)와 양극층(100)을 순서대로 배치하여 유닛셀(10)을 형성할 수 있다. 또는 양극층(100)을 아래에 배치한 후에 고체 전해질층(300)과 음극층(200)을 순서대로 배치할 수 있다.First, the
일 실시예로 양극층(100)은 양극 집전체(110) 및 양극 활물질층(120)을 포함할 수 있다. 예를 들어 양극 집전체(110)는 인듐(In), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 스테인레스 스틸, 티타늄(Ti), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 리튬(Li) 또는 이들의 합금으로 이루어진 판상체(plate) 또는 포일(foil) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 다른 실시예로 양극 집전체(110)는 생략 가능할 수 있다.In one embodiment, the
양극 활물질층(120)은 예를 들어 양극 활물질 및 고체 전해질을 포함할 수 있다. 양극 활물질층(120)에 포함된 고체 전해질은 고체 전해질층(300)에 포함되는 고체 전해질과 유사하거나 다를 수 있다.The positive electrode
양극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 흡장(absorb) 및 방출(desorb)할 수 있다. 양극 활물질은 예를 들어 리튬코발트산화물(LCO), 리튬니켈산화물(Lithium nickel oxide), 리튬니켈코발트산화물(lithium nickel cobalt oxide), 리튬니켈코발트알루미늄산화물(NCA), 리튬니켈코발트망간산화물(NCM), 리튬망간산화물(lithium manganate), 리튬인산철산화물(lithium iron phosphate) 등의 리튬전이금속산화물, 황화 니켈, 황화 구리, 황화 리튬, 산화철, 또는 산화 바나듐(vanadium oxide) 등이나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 해당 기술분야에서 양극 활물질로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 양극 활물질은 각각 단독이거나, 또한 2종 이상의 혼합물이다.The positive electrode active material can reversibly absorb and desorb lithium ions. Positive electrode active materials include, for example, lithium cobalt oxide (LCO), lithium nickel oxide, lithium nickel cobalt oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), and lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM). , lithium transition metal oxides such as lithium manganate, lithium iron phosphate, nickel sulfide, copper sulfide, lithium sulfide, iron oxide, or vanadium oxide, but must be limited to these. It is not possible and any material used as a positive electrode active material in the relevant technical field is possible. The positive electrode active material may be used alone or in a mixture of two or more types.
일 실시예로 리튬전이금속산화물은 LiaA1-bBbD2(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 및 0 b ≤ 0.5이다); LiaE1-bBbO2-cDc(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2-bBbO4-cDc(상기 식에서, 0 b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1-b-cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물이다. 이러한 화합물에서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 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; F는 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; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다. 이러한 화합물 표면에 코팅층이 부가된 화합물의 사용도 가능하며, 상술한 화합물과 코팅층이 부가된 화합물의 혼합물의 사용도 가능하다. 이러한 화합물의 표면에 부가되는 코팅층은 예를 들어 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함한다. 이러한 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질이다. 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물이다. 코팅층 형성 방법은 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 범위 내에서 선택된다. 코팅 방법은 예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등이다. 구체적인 코팅 방법은 통상의 기술자가 쉽게 이해할 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.In one embodiment, lithium transition metal oxide is LiaA1-bBbD2 (in the above formula, 0.90 a ≤ 1, and 0 b ≤ 0.5); LiaE1-bBbO2-cDc (in the above equation, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE2-bBbO4-cDc (where 0 b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiaNi1-b-cCobBcDα (in the above formula, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα (in the above formula, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); LiaNi1-b-cCobBcO2-αF2 (in the above formula, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 c ≤ 0.05, 0 < α <2); LiaNi1-b-cMnbBcDα (in the above formula, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα (in the above formula, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αF2 (in the above formula, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c 0.05, 0 < α <2); LiaNibEcGdO2 (in the above equation, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1.); LiaNibCocMndGeO2 (in the above equation, 0.90 a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1.); LiaNiGbO2 (in the above equation, 0.90 a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaCoGbO2 (in the above equation, 0.90 a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMnGbO2 (in the above equation, 0.90 a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMn2GbO4 (in the above equation, 0.90 a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); It is a compound expressed in one of the chemical formulas of LiFePO4. In these compounds, A is Ni, Co, Mn, or combinations thereof; B 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; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or a combination thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof. It is also possible to use a compound to which a coating layer is added to the surface of such a compound, and it is also possible to use a mixture of the above-described compound and a compound to which a coating layer is added. The coating layer added to the surface of such a compound includes, for example, a coating element compound of an oxide, hydroxide, oxyhydroxide of the coating element, oxycarbonate of the coating element, or hydroxycarbonate of the coating element. The compounds that make up this coating layer are amorphous or crystalline. Coating elements included in the coating layer include Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr, or mixtures thereof. The method of forming the coating layer is selected within a range that does not adversely affect the physical properties of the positive electrode active material. Coating methods include, for example, spray coating, dipping method, etc. Since the specific coating method can be easily understood by those skilled in the art, detailed explanation will be omitted.
일 실시예로 양극 활물질은 예를 들어 상술한 리튬전이금속산화물 중 층상암염형(layered rock salt type) 구조를 갖는 전이금속산화물의 리튬염을 포함할 수 있다. "층상 암염형 구조"는 예를 들어 입방 암염 구조(cubic rock salt structure)의 <111> 방향으로 산소 원자층과 금속 원자층이 교대로 규칙적으로 배열하고, 이에 의하여 각각의 원자층이 이차원 평면을 형성하고 있는 구조이다. "입방 암염 구조"는 결정 구조의 일종인 염화나트륨형(NaCl type) 구조를 나타내며, 구체적으로는 양이온 및 음이온의 각각 형성하는 면심 입방 격자(face centered cubic lattice, fcc)가 서로 단위 격자(unit lattice)의 릿지(ridge)의 1/2만큼 어긋나 배치된 구조를 나타낸다. 이러한 층상암염형 구조를 갖는 리튬전이금속산화물은, 예를 들어, LiNixCoyAlzO2 (NCA) 또는 LiNixCoyMnzO2 (NCM) (0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < z < 1, x + y + z = 1) 등의 삼원계 리튬전이금속산화물이다. 양극 활물질이 층상암염형 구조를 갖는 삼원계 리튬전이금속산화물을 포함하는 경우, 전고체 이차전지(1)의 에너지 밀도 및 열안정성이 더욱 향상된다.In one embodiment, the positive electrode active material may include, for example, a lithium salt of the above-described lithium transition metal oxide having a layered rock salt type structure. “Layered rock salt structure” is, for example, a cubic rock salt structure in which oxygen atomic layers and metal atomic layers are alternately and regularly arranged in the <111> direction, whereby each atomic layer forms a two-dimensional plane. It is a structure that is being formed. “Cubic rock salt structure” refers to a sodium chloride type (NaCl type) structure, which is a type of crystal structure. Specifically, the face centered cubic lattice (fcc) formed by cations and anions, respectively, forms a unit lattice. It represents a structure arranged offset by 1/2 of the ridge. The lithium transition metal oxide having this layered rock salt structure is, for example, LiNixCoyAlzO2 (NCA) or LiNixCoyMnzO2 (NCM) (0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < z < 1, x + y + z = 1) and other ternary lithium transition metal oxides. When the positive electrode active material includes a ternary lithium transition metal oxide having a layered rock salt-type structure, the energy density and thermal stability of the all-solid-state
양극 활물질은 피복층에 의해 덮여 있을 수 있다. 피복층은 전고체 이차 전지의 양극 활물질의 피복층으로 공지된 것이면 어떤 것이라도 좋다. 예를 들어 피복층은 Li2O-ZrO2 (LZO) 등으로 이루어질 수 있다.The positive electrode active material may be covered by a coating layer. The coating layer may be any coating layer known as a coating layer for the positive electrode active material of an all-solid-state secondary battery. For example, the coating layer may be made of Li2O-ZrO2 (LZO), etc.
일 실시예로 양극 활물질이 NCA 또는 NCM 등의 삼원계 리튬전이금속산화물로서 니켈(Ni)을 포함하는 경우, 전고체 이차전지(1)의 용량 밀도를 상승시켜 충전 상태에서 양극 활물질의 금속 용출의 감소가 가능하다. 결과적으로, 전고체 이차전지(1)의 충전 상태에서의 사이클(cycle) 특성이 향상된다.In one embodiment, when the positive electrode active material contains nickel (Ni) as a ternary lithium transition metal oxide such as NCA or NCM, the capacity density of the all-solid-state
일 실시예로 양극 활물질은 진구, 타원 구형 등의 입자 형상을 가질 수 있다. 극 활물질의 입경은 특별히 제한되지 않으며, 종래의 전고체 이차전지의 양극 활물질에 적용 가능한 범위이다. 양극층(100)의 양극 활물질의 함량도 특별히 제한되지 않고, 종래의 전고체 이차전지의 양극에 적용 가능한 범위이다.In one embodiment, the positive electrode active material may have a particle shape such as a sphere or an elliptical sphere. The particle size of the electrode active material is not particularly limited and is within the range applicable to the positive electrode active material of conventional all-solid-state secondary batteries. The content of the positive electrode active material in the
일 실시예로 양극 활물질층(120)이 포함하는 고체 전해질은 고체 전해질층(300)이 포함하는 고체 전해질에 비하여 평균 입경(D50)이 작을 수 있다. 예를 들어 양극 활물질층(120)이 포함하는 고체 전해질의 D50은, 고체 전해질층(300)이 포함하는 고체 전해질의 D50의 90% 이하, 80% 이하, 70% 이하, 60% 이하, 50% 이하, 40% 이하, 30% 이하, 또는 20% 이하일 수 있다.In one embodiment, the solid electrolyte included in the positive electrode
일 실시예로 양극 활물질층(120)은 바인더를 포함할 수 있다. 바인더는 예를 들어 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌(polyethylene) 등일 수 있다.In one embodiment, the positive electrode
일 실시예로 양극 활물질층(120)은 도전재를 포함할 수 있다. 도전재는 예를 들어 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 켓젠(Ketjen) 블랙, 탄소 섬유, 금속 분말 등일 수 있다.In one embodiment, the positive
일 실시예로 양극층(100)은 양극 활물질, 고체 전해질, 바인더, 도전재 외에 예를 들어 필러(filler), 코팅제, 분산제, 이온 전도성 보조제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 양극층(100)이 포함할 수 있는 필러, 코팅제, 분산제, 이온 전도성 보조제 등으로는 일반적으로 전고체 이차전지의 전극에 사용되는 공지의 재료를 사용할 수 있다.In one embodiment, the
음극층(200)은 음극 집전체(210) 및 음극 활물질층(220)을 포함할 수 있다.The
음극 집전체(210)는 예를 들어 리튬과 반응하지 않는, 즉 합금 및 화합물을 모두 형성하지 않는 재료로 구성된다. 음극 집전체(210)를 구성하는 재료는 예를 들어 구리(Cu), 스테인리스 스틸, 티타늄(Ti), 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 등이나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 해당 기술분야에서 전극 집전체로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 일 실시예로 음극 집전체(210)의 두께는 1 내지 20㎛, 5 내지 15㎛, 예를 들어 7 내지 10㎛이다.The negative electrode
음극 활물질층(220)은 예를 들어 음극 활물질 및 바인더를 포함할 수 있다. 음극 활물질은 입자 형태를 가질 수 있다. 입자 형태를 가지는 음극 활물질의 평균 입경은 4μm 이하, 3μm 이하, 2μm 이하, 1μm 이하, 또는 900nm 이하일 수 있다. 또는 음극 활물질의 평균 입경은 예를 들어 10nm 내지 4μm 이하, 10nm 내지 3μm 이하, 10nm 내지 2μm 이하, 10nm 내지 1μm 이하, 또는 10nm 내지 900nm 이하일 수 있다. 음극 활물질이 이러한 범위의 평균 입경을 가짐으로써 충방전 시에 리튬의 가역적인 흡장(absorbing) 및/또는 방출(desorbing)이 더욱 용이할 수 있다. 음극 활물질의 평균 입경은 레이저식 입도 분포계를 사용하여 측정한 메디안(median) 입경(D50)일 수 있다.The negative electrode
음극 활물질층(220)이 포함하는 음극 활물질은 탄소계 음극 활물질 및 금속 또는 준금속 음극 활물질 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The negative electrode active material included in the negative electrode
탄소계 음극 활물질은 특히 비정질 탄소(amorphous carbon)이다. 비정질 탄소는 예를 들어 카본 블랙(carbon black)(CB), 아세틸렌 블랙(acetylene black)(AB), 퍼니스 블랙(furnace black)(FB), 켓젠 블랙(ketjen black)(KB), 그래핀(graphene) 등이나 반드시 이들로 한정되지 않으며 해당 기술분야에서 비정질 탄소로 분류되는 것이라면 모두 가능하다. 비정질 탄소는 결정성을 가지지 않거나 결정성이 매우 낮은 탄소로서 결정성 탄소 또는 흑연계 탄소와 구분된다.The carbon-based negative electrode active material is particularly amorphous carbon. Amorphous carbon is, for example, carbon black (CB), acetylene black (AB), furnace black (FB), ketjen black (KB), and graphene. ), etc., but is not necessarily limited to these, and any carbon that is classified as amorphous carbon in the relevant technical field is possible. Amorphous carbon is carbon that does not have crystallinity or has very low crystallinity and is distinguished from crystalline carbon or graphitic carbon.
금속 또는 준금속 음극 활물질은 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 해당 기술분야에서 리튬과 합금 또는 화합물을 형성하는 금속 음극 활물질 또는 준금속 음극 활물질로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 니켈(Ni)은 리튬과 합금을 형성하지 않으므로 금속 음극 활물질이 아니다.Metal or metalloid anode active materials include gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), silicon (Si), silver (Ag), aluminum (Al), bismuth (Bi), tin (Sn), and zinc (Zn). ), but is not necessarily limited to these, and any metal negative active material or metalloid negative active material that forms an alloy or compound with lithium in the relevant technical field can be used. For example, nickel (Ni) does not form an alloy with lithium and is therefore not a metal anode active material.
음극 활물질층(220)은 이러한 음극 활물질 중에서 일종의 음극 활물질을 포함하거나, 복수의 서로 다른 음극 활물질의 혼합물을 포함한다. 예를 들어, 음극 활물질층(220)은 비정질 탄소만을 포함하거나, 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함한다. 다르게는, 음극 활물질층(22)은 비정질 탄소와 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상과의 혼합물을 포함한다. 비정질 탄소와 금 등의 혼합물의 혼합비는 중량비로서 예를 들어 10:1 내지 1:2, 5:1 내지 1:1, 또는 4:1 내지 2:1 이나 반드시 이러한 범위로 한정되지 않으며 요구되는 전고체 이차전지(1)의 특성에 따라 선택된다. 음극 활물질이 이러한 조성을 가짐으로써 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 더욱 향상될 수 있다.The negative electrode
음극 활물질층(220)이 포함하는 음극 활물질은 비정질 탄소로 이루어진 제1 입자 및 금속 또는 준금속으로 이루어진 제2 입자의 혼합물을 포함할 수 있다. 금속 또는 준금속은 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 및 아연(Zn) 등을 포함할 수 있다. 준금속은 다르게는 반도체일 수 있다. 제2 입자의 함량은 혼합물의 총 중량을 기준으로 8 내지 60 중량%, 10 내지 50 중량%, 15 내지 40 중량%, 또는 20 내지 30 중량%일 수 있다. 제2 입자가 이러한 범위의 함량을 가짐으로써 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 더욱 향상될 수 있다.The negative electrode active material included in the negative electrode
일 실시예로 음극 활물질층(220)은 바인더를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 바인더는 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌(polyethylene), 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 카르복시메틸 셀룰로즈(CMC) 등이나 반드시 이들로 한정되지 않으며 해당 기술분야에서 바인더로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 바인더는 단독 또는 복수의 서로 다른 바인더로 구성될 수 있다.In one embodiment, the negative electrode
음극 활물질층(220)이 바인더를 포함함으로써 음극 활물질층(220)이 음극 집전체(210) 상에 안정화된다. 또한 충방전 과정에서 음극 활물질층(220)의 부피 변화 및/또는 상대적인 위치 변경에도 불구하고 음극 활물질층(220)의 균열이 억제된다. 예를 들어, 음극 활물질층(220)이 바인더를 포함하지 않는 경우, 음극 활물질층(220)이 음극 집전체(210)로부터 쉽게 분리될 수 있다. 음극 집전체(210)로부터 음극 활물질층(220)이 이탈함에 따라 음극 집전체(210)가 노출된 부분에서, 음극 집전체(210)가 고체 전해질층(300)과 접촉하여 단락이 발생할 가능성이 증가한다. 음극 활물질층(220)은 음극 활물질층(220)을 구성하는 재료가 분산된 슬러리를 음극 집전체(210) 상에 도포하고, 건조하여 제작된다. 바인더를 음극 활물질층(220)에 포함시켜 슬러리 중에 음극 활물질이 안정적으로 분산될 수 있다. 예를 들어, 스크린 인쇄법으로 슬러리를 음극 집전체(21) 상에 도포하는 경우, 스크린의 막힘(예를 들어, 음극 활물질의 응집체에 의한 막힘)을 억제할 수 있다.Since the negative electrode
일 실시예로 음극 활물질층(220)은 종래의 전고체 이차전지에 사용되는 첨가제, 예를 들어 필러, 코팅제, 분산제, 이온 전도성 보조제 등을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the negative electrode
일 실시예로 음극 활물질층(220)의 두께는 양극 활물질층(120) 두께의 50% 이하, 40% 이하, 30% 이하, 20% 이하, 10% 이하, 또는 5% 이하일 수 있다. 음극 활물질층(220)의 두께는 예를 들어 1μm 내지 20μm, 2μm 내지 10μm, 또는 3μm 내지 7μm일 수 있다. 음극 활물질층(220)의 두께가 지나치게 얇으면, 음극 활물질층(220)과 음극 집전체(210) 사이에 형성되는 리튬 덴드라이트가 음극 활물질층(220)을 붕괴시켜 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 향상되기 어렵다. 음극 활물질층(220)의 두께가 지나치게 증가하면 전고체 이차전지(1)의 에너지 밀도가 저하되고 음극 활물질층(220)에 의한 전고체 이차전지(1)의 내부 저항이 증가하여 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 향상되기 어렵다.In one embodiment, the thickness of the negative electrode
음극 활물질층(220)의 두께가 감소하면 음극 활물질층(220)의 충전 용량도 감소한다. 음극 활물질층(220)의 충전 용량은 예를 들어 양극 활물질층(120)의 충전 용량의 50% 이하, 40% 이하, 30% 이하, 20% 이하, 10% 이하, 5% 이하 또는 2% 이하일 수 있다. 또는 음극 활물질층(220)의 충전 용량은 예를 들어 양극 활물질층(12)의 충전 용량의 0.1% 내지 50%, 0.1% 내지 40%, 0.1% 내지 30%, 0.1% 내지 20%, 0.1% 내지 10%, 0.1% 내지 5%, 또는 0.1% 내지 2% 이다. As the thickness of the negative electrode
도 1에 나타낸 바와 같이, 음극 집전체(210)가 유닛셀(10)의 가장 아래에 배치되고, 그 위에 음극 활물질층(220)이 배치될 수 있다. 음극 활물질층(220)의 위로 고체 전해질층(300), 양극 활물질층(120) 및 양극 집전체(110)가 순서대로 배치될 수 있다.As shown in FIG. 1, the negative electrode
일 실시예로 음극층(200)은 리튬 석출층(230)을 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 리튬을 음극에 포함하는 전고체 이차전지는 충전 및 방전 시에 리튬으로 인한 부피 팽창 문제가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 리튬 석출층(230)이 음극층(200)에 형성될 수 있다. 리튬 석출층(230)은 음극 집전체(210)와 음극 활물질층(220) 사이에 배치되며, 충전 시 양극층(100)에서 음극층(200)으로 이동하는 리튬으로 인해 형성될 수 있다. 이와 같이 리튬 석출층(230)을 포함함으로써 전고체 이차전지(1)의 부피 팽창을 억제하고 리튬의 비가역적인 손실을 방지할 수 있다.In one embodiment, the
일 실시예로 리튬 석출층(230)의 두께는 0 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 리튬 석출층(230)의 두께는 10 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상, 30 ㎛ 이상 또는 40 ㎛ 이상 및 50 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이하 또는 20 ㎛ 이하일 수 있다.In one embodiment, the thickness of the
고체 전해질층(300)은 양극층(100)과 음극층(200) 사이에 배치되며, 황화물계 고체 전해질을 포함할 수 있다.The
황화물계 고체 전해질은 예를 들어 Li2S-P2S5, Li2S-P2S5-LiX, X는 할로겐 원소, Li2S-P2S5-Li2O, Li2S-P2S5-Li2O-LiI, Li2S-SiS2, Li2S-SiS2-LiI, Li2S-SiS2-LiBr, Li2S-SiS2-LiCl, Li2S-SiS2-B2S3-LiI, Li2S-SiS2-P2S5-LiI, Li2S-B2S3, Li2S-P2S5-ZmSn, m, n은 양의 수, Z는 Ge, Zn 또는 Ga 중 하나, Li2S-GeS2, Li2S-SiS2-Li3PO4, Li2S-SiS2-LipMOq, p, q는 양의 수, M은 P, Si, Ge, B, Al, Ga In 중 하나, Li7-xPS6-xClx, 0x≤2, Li7-xPS6-xBrx, 0≤x≤2, 및 Li7-xPS6-xIx, 0x≤2 중에서 선택된 하나 이상이다. 황화물계 고체 전해질은 예를 들어 Li2S, P2S5 등의 출발 원료를 용융 급냉법이나 기계적 밀링(mechanical milling)법 등에 의해 처리하여 제작된다. 또한, 이러한 처리 후, 열처리를 수행할 수 있다. 고체 전해질은 비정질이거나, 결정질이거나, 이들이 혼합된 상태일 수 있다. 또한, 고체 전해질은 예를 들어 상술한 황화물계 고체 전해질 재료 중 적어도 구성 원소로서 황(S), 인(P) 및 리튬(Li)을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 고체 전해질은 Li2S-P2S5을 포함하는 재료일 수 있다. 고체 전해질을 형성하는 황화물계 고체 전해질 재료로 Li2S-P2S5를 포함하는 것을 이용하는 경우, Li2S와 P2S5의 혼합 몰비는, 예를 들어, Li2S : P2S5 = 50 : 50 내지 90 : 10 정도의 범위이다.Sulfide-based solid electrolytes are, for example, Li2S-P2S5, Li2S-P2S5-LiX, -LiBr, Li2S-SiS2-LiCl, Li2S-SiS2-B2S3-LiI, Li2S-SiS2-P2S5-LiI, Li2S-B2S3, Li2S-P2S5-ZmSn, m, n are positive numbers, Z is Ge, Zn or Ga one of Li2S-GeS2, Li2S-SiS2-Li3PO4, Li2S-SiS2-LipMOq, p, q are positive numbers, M is one of P, Si, Ge, B, Al, Ga In, Li7-xPS6-xClx, 0 x≤2, Li7-xPS6-xBrx, 0≤x≤2, and Li7-xPS6-xIx, 0 One or more selected from x≤2. Sulfide-based solid electrolytes are manufactured by processing starting materials such as Li2S, P2S5, etc. by melting quenching or mechanical milling. Additionally, after this treatment, heat treatment can be performed. The solid electrolyte may be amorphous, crystalline, or a mixture thereof. In addition, the solid electrolyte may include, for example, sulfur (S), phosphorus (P), and lithium (Li) as constituent elements at least among the sulfide-based solid electrolyte materials described above. For example, the solid electrolyte may be a material containing Li2S-P2S5. When using a sulfide-based solid electrolyte material containing Li2S-P2S5 to form a solid electrolyte, the mixing molar ratio of Li2S and P2S5 is, for example, Li2S:P2S5 = 50:50 to 90:10.
황화물계 고체 전해질은 예를 들어 Li7-xPS6-xClx, 0x≤2, Li7-xPS6-xBrx, 0≤x≤2, 및 Li7-xPS6-xIx, 0x≤2 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 아지로다이트-타입(Argyrodite-type)의 화합물일 수 있다. 특히, 황화물계 고체 전해질은 Li6PS5Cl, Li6PS5Br 및 Li6PS5I 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 아지로다이트-타입의 화합물일 수 있다. Sulfide-based solid electrolytes are, for example, Li7-xPS6-xClx, 0 x≤2, Li7-xPS6-xBrx, 0≤x≤2, and Li7-xPS6-xIx, 0 It may be an argyrodite-type compound containing one or more selected from x≤2. In particular, the sulfide-based solid electrolyte may be an ajirodite-type compound containing one or more selected from Li6PS5Cl, Li6PS5Br, and Li6PS5I.
아지로다이트-타입의 고체 전해질의 밀도가 1.5 내지 2.0 g/cc일 수 있다. 아지로다이트-타입의 고체 전해질이 1.5g/cc 이상의 밀도를 가짐에 의하여 전고체 이차전지의 내부 저항이 감소하고, Li에 의한 고체 전해질의 관통(penetration)을 효과적으로 억제할 수 있다. 상기 고체 전해질의 탄성계수는 예를 들어 15 내지 35 GPa이다. The density of the azirodite-type solid electrolyte may be 1.5 to 2.0 g/cc. As the ajirodite-type solid electrolyte has a density of 1.5 g/cc or more, the internal resistance of the all-solid secondary battery is reduced, and penetration of the solid electrolyte by Li can be effectively suppressed. The elastic modulus of the solid electrolyte is, for example, 15 to 35 GPa.
일 실시예로 고체 전해질층(300)은 예를 들어 바인더를 포함할 수 있다. 예를 들어 바인더는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 폴리 테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 폴리에틸렌 등이나 이들로 한정되지 않으며 해당 기술분야에서 바인더로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 고체 전해질층(300)의 바인더는 양극 활물질층(120)과 음극 활물질층(220)이 포함하는 바인더와 같거나 다를 수 있다.In one embodiment, the
다음 가압부(400)를 유닛셀(10)에 배치한다. 예를 들어 도 2에 나타낸 바와 같이, 가압부(400)는 한 쌍 구비되며, 어느 하나의 가압부(400) 상에 유닛셀(10)을 배치하고, 유닛셀(10) 상에 다른 가압부(400)를 배치할 수 있다. 이에 따라 유닛셀(10)의 일면과 타면은 각각 가압부(400)와 접촉하게 된다. 여기서 유닛셀(10)은 높이 H1을 가질 수 있다. Next, the pressurizing
가압부(400)의 형상 및 크기는 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어 가압부(400)는 금속 등으로 이루어진 평판 플레이트일 수 있다. 또한 가압부(400)는 유닛셀(10)보다 넓은 폭을 가질 수 있다.The shape and size of the
일 실시예로 가압부(400)는 고압에 견딜 수 있는 고강도 플레이트일 수 있다. 예를 들어 가압부(400)는 후술하는 유닛셀(10)을 가압하는 단계에서 가해지는 높은 압력(1 내지 8MPa)에 견딜 수 있는 고강도 플레이트일 수 있다.In one embodiment, the
다음 가압부(400)를 이용해 유닛셀(10)을 가압한다. 예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 가압부(400)를 서로 마주보는 방향으로 가압하여, 유닛셀(10)을 가압할 수 있다. 여기서 가압부(400)에 가해지는 압력 P는 특별히 한정하지 않으며, 전술한 리튬 석출층(230)이 동작하기 위해 필요한 압력일 수 있다. 예를 들어 가압부(400)에 가해지는 압력 P는 1MPa 내지 8MPa일 수 있다. 가압부(400)에 의해 유닛셀(10)의 높이는 H1에서 H2로 압축될 수 있다.Next, the
가압부(400)를 가압하는 방식은 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어 유압 액추에이터 등을 이용해 한 쌍의 가압부(400)를 가압함으로써 유닛셀(10)을 가압할 수 있다. 또는 지그를 이용해 한 쌍의 가압부(400)의 위치를 고정하여 유닛셀(10)을 가압할 수 있다.The method of pressing the
일 실시예로 유닛셀(10)을 가압하는 단계는 가압부(400)와 유닛셀(10) 사이에 하나 이상의 완충 시트(500)를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 아래에 배치된 가압부(400)와 유닛셀(10)의 음극층(200) 사이에 완충 시트(500)를 배치할 수 있다. 또한 위에 배치된 가압부(400)와 유닛셀(10)의 양극층(100) 사이에 완충 시트(500)를 배치할 수 있다. 완충 시트(500)는 유닛셀(10)이 가압부(400)와 직접 접촉하는 것을 방지하고, 가압부(400)에 의해 유닛셀(10)의 양극층(100)과 음극층(200)에 충격이 가해지는 것을 방지할 수 있다.In one embodiment, pressurizing the
일 실시예로 완충 시트(500)는 탄성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어 완충 시트(500)를 형성하는 탄성 재료는 폴리우레탄, 천연 고무, 스판덱스, 부틸고무 (Isobutylene Isoprene Rubber, IIR), 플루오로 엘라스토머, 엘라스토머, 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌, 엘라스틴, 고무 에피클로로히드린, 나일론, 테르펜, 이소프렌 고무, 폴리부타디엔, 니트릴 고무, 열가소성 엘라스토머, 실리콘 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 할로겐화 부틸고무, 네오프렌 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 탄성을 갖는 재질이라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 완충 시트(500)는 실리콘 고무, 셀룰로스 섬유, 폴리오레핀 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지 등으로 이루어질 수 있다. 일 실시예로 완충 시트(500)는 아크릴계 수지 또는 우레탄계 수지로 이루어질 수 있다.In one embodiment, the
다음 유닛셀(10)을 둘러싸는 하우징(20)을 형성한다. 예를 들어 도 4에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 가압부(400)로 유닛셀(10)을 가압한 상태에서, 유닛셀(10)이 내부에 배치되도록 하나 이상의 고정부(600)를 가압부(400)와 연결시켜, 하우징(20)을 형성할 수 있다.Next, a
고정부(600)의 형상과 크기는 특별히 한정하지 않으며, 한 쌍의 가압부(400)와 연결되어 유닛셀(10)의 가압 상태를 유지할 수 있으면 충분하다. 예를 들어 고정부(600)는 한 쌍의 가압부(400)의 높이에 대응되는 높이를 갖는 평판일 수 있다. 또는 고정부(600)는 한 쌍의 가압부(400)를 지지하는 복수 개의 바의 집합체일 수 있다.The shape and size of the fixing
고정부(600)의 개수는 특별히 한정하지 않으며, 유닛셀(10)을 가압하는 한 쌍의 가압부(400)의 위치를 유지할 수 있으면 충분하다. 예를 들어 고정부(600)는 한 쌍의 가압부(400)의 일측에 1개 배치될 수 있다. 또는 고정부(600)는 한 쌍의 가압부(400)의 길이 방향으로 양단에 각각 1개씩 배치되어 총 2개 배치될 수 있다. 또는 고정부(600)는 한 쌍의 가압부(400)의 상면 또는 하면에 1개 더 배치되어 총 3개가 배치될 수 있다. The number of fixing
일 실시예로 고정부(600)는 가압부(400)와 동일 또는 상이한 강도의 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어 고정부(600)는 가압부(400)보다 낮은 강도의 소재로 이루어질 수 있으며, 이 경우 직육면체의 캔형 하우징(20) 전체를 고강도 소재의 가압부(400)로 형성하는 경우에 비해 비용을 절감할 수 있다.In one embodiment, the fixing
고정부(600)는 한 쌍의 가압부(400)의 일측 및/또는 타측에 배치되어, 한 쌍의 가압부(400)가 유닛셀(10)을 가압하는 상태를 유지할 수 있다. 고정부(600)가 배치되면 한 쌍의 가압부(400)를 가압하는 부재(예를 들어 유압 실린더 또는 지그 등)를 해체할 수 있다.The fixing
일 실시예로 하나 이상의 고정부(600)의 일측과 타측을 각각 한 쌍의 가압부(400)와 연결시킬 수 있다. 예를 들어 고정부(600)의 일측은 아래에 배치된 가압부(400)와 연결시키고, 고정부(600)의 타측은 위에 배치된 가압부(400)와 연결시킬 수 있다. 이에 따라 한 쌍의 가압부(400)에 의해 유닛셀(10)이 가압된 상태를 고정부(600)가 유지할 수 있다.In one embodiment, one side and the other side of one or more fixing
일 실시예로 하우징(20)을 형성하는 단계는 한 쌍의 가압부(400)와 하나 이상의 고정부(600)가 직육면체 형상을 이루도록 고정부(600)를 배치할 수 있다. 예를 들어 도 4에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 가압부(400)의 좌측에 고정부(600)를 배치하고, 이와 대향하도록 한 쌍의 가압부(400)의 우측에 고정부(600)를 배치할 수 있다. 이에 따라 한 쌍의 가압부(400)와 연결된 고정부(600)는 직육면체의 측면을 이룰 수 있다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지(10)의 제조방법은 캔 타입, 특히 각형 캔 타입의 하우징(20)을 형성할 수 있다.In one embodiment, the step of forming the
일 실시예로 하우징(20)을 형성하는 단계는 한 쌍의 가압부(400)의 단부가 하나 이상의 고정부(600)의 내측면과 연결되도록 고정부(600)를 배치할 수 있다. 예를 들어 도 4에 나타낸 바와 같이, 고정부(600)는 가압부(400)의 길이 방향으로 그 외측에 배치됨으로써, 고정부(600)의 양단 내측면이 가압부(400)의 단부와 연결될 수 있다.In one embodiment, the step of forming the
일 실시예로 하우징(20)을 형성하는 단계는 용접을 통해 하나 이상의 고정부(600)를 가압부(400)에 연결할 수 있다. 예를 들어 도 4에 나타낸 바와 같이, 고정부(600)의 일측과 타측을 한 쌍의 가압부(400)에 배치한 후, 접촉하는 부분을 용접하여 용접부(700)를 형성할 수 있다.In one embodiment, the step of forming the
다른 실시예로 하우징(20)을 형성하는 단계는 고정부(600)를 가압부(400)에 볼팅을 통해 결합할 수 있다. 또는 하우징(20)을 형성하는 단계는 별도의 기구적 장치를 이용하거나 접착 부재를 이용해 고정부(600)를 가압부(400)에 결합할 수 있다.In another embodiment, the step of forming the
일 실시예로 하우징(20)을 형성하는 단계는 커버(800)를 하우징(20)에 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 도 5에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 가압부(400)의 양측에 고정부(600)가 각각 배치된 상태에서, 하우징(20)의 개방된 면을 덮도록 커버(800)를 배치할 수 있다. 커버(800)는 직육면체의 하우징(20)의 상면 및/또는 하면을 덮도록 하나 이상 배치될 수 있다.In one embodiment, forming the
커버(800)를 하우징(20)에 배치하는 방법은 특별히 한정하지 않는다. 가압부(400)와 고정부(600)의 상단 모서리를 따라 커버(800)를 용접할 수 있다. 또는 별도의 클램프 부재 또는 접착 부재를 이용해 커버(800)를 하우징(20)에 배치할 수 있다. 이에 따라 캔 타입의 하우징(20)을 제조할 수 있다.The method of placing the
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지(1)의 제조방법은 가압부(400)로 유닛셀(10)을 가압한 상태에서 가압부(400)에 고정부(600)를 연결하여 그 자체로 하우징(20)을 형성할 수 있다. 이에 따라 리튬 석출층(230)을 포함하거나 이를 포함하지 않는 유닛셀(10)을 압축한 상태에서 이를 둘러싸는 각형 캔 타입의 하우징(20)을 용이하게 제조할 수 있다.In this way, the method of manufacturing the all-solid-state
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지(1)의 제조방법은 가압부(400)를 이용해 유닛셀(10)을 가압하고, 가압부(400)에 고정부(600)를 연결해 유닛셀(10)의 가압 상태를 용이하게 유지할 수 있다. 또한 유닛셀(10)을 압축한 상태에서 이를 별도의 하우징에 삽입하는 공정 없이, 유닛셀(10)을 압축하는 부재 자체로 하우징(20)을 형성할 수 있다. 이에 따라 종래의 제조방법에 비해 보다 용이하게 압축된 상태의 유닛셀(10)을 이용해 각형 캔 타입의 전고체 이차전지(1)를 제조할 수 있다.The manufacturing method of the all-solid-state
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 일 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.In the above, an embodiment has been described with reference to the drawings and examples, but this is merely an example, and those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent implementations are possible therefrom. will be. Therefore, the scope of protection of the present invention should be determined by the appended claims.
Claims (10)
상기 유닛셀의 일면과 타면에 각각 한 쌍의 가압부를 배치하여, 상기 유닛셀을 가압하는 단계; 및
상기 유닛셀을 가압한 상태에서 상기 유닛셀을 둘러싸는 하우징을 형성하는 단계;를 포함하는, 전고체 이차전지의 제조방법.Forming a unit cell by stacking an anode layer, a cathode layer, and a solid electrolyte layer; and
Placing a pair of pressing parts on one side and the other side of the unit cell, respectively, to pressurize the unit cell; and
A method of manufacturing an all-solid-state secondary battery comprising: forming a housing surrounding the unit cell while pressing the unit cell.
상기 유닛셀을 가압하는 단계는 상기 한 쌍의 가압부트를 상기 유닛셀의 서로 대향하는 일면과 타면에 각각 배치하여, 서로 마주보는 방향으로 가압하는, 전고체 이차전지의 제조방법.According to paragraph 1,
The step of pressurizing the unit cell includes placing the pair of pressure boots on one side and the other side of the unit cell, respectively, and pressing them in directions facing each other.
상기 유닛셀을 가압하는 단계는 1 내지 8Mpa의 압력으로 상기 유닛셀을 가압하는, 전고체 이차전지의 제조방법.According to paragraph 2,
The step of pressurizing the unit cell is a method of manufacturing an all-solid-state secondary battery, in which the unit cell is pressed with a pressure of 1 to 8 MPa.
상기 유닛셀을 가압하는 단계는 상기 유닛셀과 상기 한 쌍의 가압부 중 적어도 하나의 사이에 완충 시트를 배치하는 단계를 더 포함하는, 전고체 이차전지의 제조방법.According to paragraph 1,
The step of pressurizing the unit cell further includes the step of disposing a cushioning sheet between the unit cell and at least one of the pair of pressurizing parts.
상기 하우징을 형성하는 단계는 하나 이상의 고정부의 일측과 타측을 각각 상기 한 쌍의 가압부와 연결시켜, 하우징을 형성하는, 전고체 이차전지의 제조방법.According to paragraph 1,
The step of forming the housing is a method of manufacturing an all-solid-state secondary battery, wherein the housing is formed by connecting one side and the other side of one or more fixing parts with the pair of pressing parts, respectively.
상기 하우징을 형성하는 단계는 상기 한 쌍의 가압부를 연결하는 상기 하나 이상의 고정부를 측면으로 하는 직육면체 형상의 캔형 하우징을 형성하는, 전고체 이차전지의 제조방법.According to clause 5,
The step of forming the housing is a method of manufacturing an all-solid-state secondary battery, wherein the can-shaped housing is formed in a rectangular parallelepiped shape with the one or more fixing parts connecting the pair of press parts as sides.
상기 하우징을 형성하는 단계는 커버를 상기 하우징에 배치하는 단계를 더 포함하는, 전고체 이차전지의 제조방법.According to clause 6,
Forming the housing further includes placing a cover on the housing.
상기 하우징을 형성하는 단계는 상기 한 쌍의 가압부의 단부가 상기 하나 이상의 고정부의 내측면과 연결되도록 상기 하나 이상의 고정부를 배치하는, 전고체 이차전지의 제조방법.According to clause 5,
The forming of the housing includes arranging the one or more fixing parts so that the ends of the pair of pressing parts are connected to the inner surface of the one or more fixing parts.
상기 유닛셀을 형성하는 단계는 상기 음극층에 포함된 음극 집전체층과 음극 활물질층 사이에 리튬 석출층을 배치하는, 전고체 이차전지의 제조방법.According to paragraph 1,
The step of forming the unit cell is a method of manufacturing an all-solid-state secondary battery, wherein a lithium precipitate layer is disposed between a negative electrode current collector layer and a negative electrode active material layer included in the negative electrode layer.
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