KR20240020920A - Sulfide type solid electrolyte, its manufacturing method, and lithium secondary battery including thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전고체 리튬 이차전지에 사용되는 황화물계 고체 전해질과 이의 제조방법에 관한 것으로, 종래 사용되는 기계적 밀링 방법에 비해 대량생산이 가능한 장점을 갖는 습식 합성 방법을 제공한다. 나아가, 습식 합성 중 침전물을 형성하고 남은 상등액을 제거한 다음 침전물을 열처리하여 황화물계 고체 전해질을 제조함으로써, 종래의 습식합성법에 비해 불순물이 적고, 일차입자의 직경이 작으며, 이온전도도가 우수한 황화물계 고체 전해질을 제조할 수 있다.The present invention relates to a sulfide-based solid electrolyte used in all-solid-state lithium secondary batteries and a manufacturing method thereof, and provides a wet synthesis method that has the advantage of enabling mass production compared to conventional mechanical milling methods. Furthermore, by forming a precipitate during wet synthesis, removing the remaining supernatant, and then heat-treating the precipitate to produce a sulfide-based solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte with fewer impurities, smaller primary particle diameter, and excellent ionic conductivity compared to the conventional wet synthesis method. A solid electrolyte can be produced.

Description

황화물계 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 {Sulfide type solid electrolyte, its manufacturing method, and lithium secondary battery including thereof}Sulfide-based solid electrolyte, its manufacturing method, and lithium secondary battery including the same {Sulfide type solid electrolyte, its manufacturing method, and lithium secondary battery including the same}

본 발명은 황화물계 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a sulfide-based solid electrolyte, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery containing the same.

최근, 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System) 및 전기차와 같이 안전하면서도 고용량, 고에너지밀도를 갖는 에너지 저장 장치의 수요처가 늘고 있다. 종래에 사용되는 유기계 액체 전해질을 포함하는 리튬 이차전지는 전해질 고갈 또는 가스 발생과 같은 문제점이 있어 최대 작동 전압의 설계에 한계가 있고, 이와 같은 문제점이 발생하였을 때 인화성인 전해질로 인해 안전성에 문제가 발생할 수 있다. 또한, 이와 같은 문제점은 특히 음극으로 리튬 금속을 사용하는 경우에 리튬 덴드라이트 발생으로 전지 수명 하락, 단락 발생 및 발열과 같은 문제점이 더욱 가속될 수 있다.Recently, demand for energy storage devices with safe, high capacity, and high energy density, such as energy storage systems (ESS) and electric vehicles, is increasing. Lithium secondary batteries containing conventionally used organic liquid electrolytes have problems such as electrolyte depletion or gas generation, which limits the design of the maximum operating voltage. When such problems occur, safety issues arise due to the flammable electrolyte. It can happen. In addition, especially when using lithium metal as a negative electrode, problems such as reduced battery life, short circuit, and heat generation may be further accelerated due to the generation of lithium dendrites.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 전고체 전해질을 사용하는 리튬 이차전지가 주목받고 있다. 전고체 전해질은 전해질이 고갈되지 않고, 가스 발생이 적으며, 전위창이 넓어 전지의 최대 작동 전압을 더 높일 수 있고, 물리적 특성이 우수하여 덴드라이트 성장을 억제할 수 있다.To solve the above problems, lithium secondary batteries using an all-solid electrolyte are attracting attention. The all-solid electrolyte does not deplete the electrolyte, generates less gas, has a wide potential window, which allows the maximum operating voltage of the battery to be higher, and has excellent physical properties, so it can suppress dendrite growth.

고체 전해질은 건식 볼 밀 공정으로 제조되는 경우, 일차입자가 작게 형성되어 표면적이 증대됨으로써 이온전도도가 높을 수 있지만, 대량생산이 불가능하다. 반면, 습식 교반 공정으로 제조되는 경우 일차입자가 다소 크게 형성되며, 이온전도도가 더 낮을 수 있지만 대량생산이 가능하다.When a solid electrolyte is manufactured using a dry ball mill process, primary particles are formed small and the surface area is increased, resulting in high ionic conductivity, but mass production is not possible. On the other hand, when manufactured using a wet stirring process, primary particles are formed somewhat larger and ionic conductivity may be lower, but mass production is possible.

본 발명에서는 상기와 같이 나열한 단점을 극복하되, 습식 교반 공정에서 일차입자의 크기 및 이온전도도에 악영향을 미칠 수 있는 요소를 배제한 전해질을 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide an electrolyte that overcomes the disadvantages listed above and excludes elements that may adversely affect the size and ionic conductivity of primary particles in the wet stirring process.

이와 같은 고체 전해질로 사용될 수 있는 것은 황화물계, 산소계 및 인산계 물질이 알려져 있으며, 본 발명에서는 황화물계 중에서도 Li6PS5Cl의 구조식을 갖는 고품질 전해질의 대량생산을 위한 습식 교반 제조방법을 제공하고자 한다.It is known that sulfide-based, oxygen-based and phosphoric acid-based materials can be used as such solid electrolytes, and the present invention seeks to provide a wet stirring manufacturing method for mass production of high-quality electrolytes with the structural formula of Li 6 PS 5 Cl among sulfide-based electrolytes. do.

(0001) Sunho Choi, Jiu Ann, Jiyae Do, Seungwoo Lim, Chanhwi Park, and Dongwook Choi, Application of Rod-Like Li6PS5Cl Directly Synthesized by a Liquid Phase Process to Sheet-Type Electrodes for All-Solid-State Lithium Batteries, Journal of The Electrochemical Society, 2019, 166 (3), A5193-A5200.(0001) Sunho Choi, Jiu Ann, Jiyae Do, Seungwoo Lim, Chanhwi Park, and Dongwook Choi, Application of Rod-Like Li6PS5Cl Directly Synthesized by a Liquid Phase Process to Sheet-Type Electrodes for All-Solid-State Lithium Batteries, Journal of The Electrochemical Society, 2019, 166 (3), A5193-A5200. (0002) Zhixia Zhang, Long Zhang, Yanyan Liu, Xinlin Yan, Bo Xu, and Li-min Wang, One-step solution process toward formation of Li6PS5Cl argyrodite solid electrolyte for all-solid-state lithium-ion batteries, Journal of Alloys and Compounds, 2020, 812, 152103-152110.(0002) Zhixia Zhang, Long Zhang, Yanyan Liu, Xinlin Yan, Bo Xu, and Li-min Wang, One-step solution process toward formation of Li6PS5Cl argyrodite solid electrolyte for all-solid-state lithium-ion batteries, Journal of Alloys and Compounds, 2020, 812, 152103-152110. (0003) Chuang Yu, Swapna Ganapathy, Jart Hageman, Lambert van Eijck, Ernst van Eck, Long Zhang, Tammo Schwietert, Shibabrata Basak, Erik M. Kelder, and Marnix Wagemaker, Facile synthesis towards the optimal structure-conductivity characteristics of the argyrodite Li6PS5Cl solid state electrolyte, Applied materials and Interfaces, 2018, 10, 39, 33296-33306.(0003) Chuang Yu, Swapna Ganapathy, Jart Hageman, Lambert van Eijck, Ernst van Eck, Long Zhang, Tammo Schwietert, Shibabrata Basak, Erik M. Kelder, and Marnix Wagemaker, Facile synthesis towards the optimal structure-conductivity characteristics of the argyrodite Li6PS5Cl solid state electrolyte, Applied materials and Interfaces, 2018, 10, 39, 33296-33306. (0004) Chuang Yu, Lambert van Eijck, Swapna Ganapathy, Marnix Wagemaker, Synthesis, structure and electrochemical performance of the argyrodite Li6PS5Cl solid electrolyte for Li-ion solid state batteries, Electrochemical Acta, 2016, Vol. 215, 93-99.(0004) Chuang Yu, Lambert van Eijck, Swapna Ganapathy, Marnix Wagemaker, Synthesis, structure and electrochemical performance of the argyrodite Li6PS5Cl solid electrolyte for Li-ion solid state batteries, Electrochemical Acta, 2016, Vol. 215, 93-99.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 황화물계 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the purpose of the present invention is to provide a sulfide-based solid electrolyte, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery containing the same.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 황화물계 고체 전해질의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은, 구체적으로 (A) Li2S 및 LiCl 분말을 혼합하여 에틸 아세테이트에 첨가하여 제1혼합물을 제조하는 단계; (B) 상기 제1혼합물에 P2S5를 적가하며 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계; (C) 상기 제2혼합물의 교반을 종료하고 방치하여 침전물을 형성하는 단계; (D) 상기 침전물을 제외한 상등액을 제거하는 단계; 및 (E) 상기 침전물을 열처리하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다. In order to solve the above problems, the present invention provides a method for producing a sulfide-based solid electrolyte. The manufacturing method specifically includes (A) mixing Li 2 S and LiCl powder and adding it to ethyl acetate to prepare a first mixture; (B) adding P 2 S 5 dropwise to the first mixture and stirring to prepare a second mixture; (C) finishing stirring the second mixture and leaving it to form a precipitate; (D) removing the supernatant excluding the precipitate; and (E) heat treating the precipitate.

상기 황화물계 고체전해질의 제조방법에 있어서, 상기 Li2S, LiCl 및 P2S5 분말의 합산 중량 1g에 대하여 상기 에틸 아세테이트가 50 내지 75mL 혼합되는 것일 수 있다.In the method for producing the sulfide-based solid electrolyte, 50 to 75 mL of ethyl acetate may be mixed with respect to 1 g of the total weight of the Li 2 S, LiCl, and P 2 S 5 powders.

제(A)단계에 있어서, 상기 Li2S 및 LiCl의 혼합 시 몰 비가 1:0.1 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In step (A), the molar ratio when mixing Li 2 S and LiCl may be 1:0.1 to 0.8.

제(A)단계에 있어서, 상기 제1혼합물의 제조는 0.5 내지 2시간 동안 교반하여 수행되는 것일 수 있다.In step (A), the preparation of the first mixture may be performed by stirring for 0.5 to 2 hours.

제(B)단계에 있어서, 상기 P2S5의 혼합 시 몰 비는 상기 제1혼합물에 포함되는 Li2S에 대하여 1:0.1 내지 0.4인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In the step (B), the molar ratio when mixing P 2 S 5 may be 1:0.1 to 0.4 with respect to Li 2 S included in the first mixture.

제(B)단계에 있어서, 상기 제2혼합물의 제조는 18 내지 30시간 동안 교반하여 수행되는 것일 수 있다.In step (B), the preparation of the second mixture may be performed by stirring for 18 to 30 hours.

제(C)단계에 있어서, 상기 침전물은 상기 제2혼합물의 중량 1g 당 20 내지 40분 동안 상기 제2혼합물을 침전함으로써 형성되는 것일 수 있다.In step (C), the precipitate may be formed by settling the second mixture for 20 to 40 minutes per 1 g of weight of the second mixture.

본 발명은 전술한 바와 같은 제조방법에 따라 제조되는 황화물계 고체 전해질을 제공한다.The present invention provides a sulfide-based solid electrolyte prepared according to the manufacturing method described above.

상기 황화물계 고체 전해질은 화학식이 Li6PS5Cl인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. The sulfide-based solid electrolyte may have a chemical formula of Li 6 PS 5 Cl.

상기 황화물계 고체 전해질은 평균 크기가 1 내지 2 ㎛인 일차입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.The sulfide-based solid electrolyte may be characterized by containing primary particles with an average size of 1 to 2 ㎛.

이때, 상기 황화물계 고체 전해질은 상기 일차입자가 응집된 이차입자로 구성되는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.At this time, the sulfide-based solid electrolyte may be characterized in that the primary particles are composed of secondary particles agglomerated.

상기 황화물계 고체 전해질의 이온 전도도는 상온에서 2.00 내지 3.00 mS/cm인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.The ion conductivity of the sulfide-based solid electrolyte may be 2.00 to 3.00 mS/cm at room temperature.

상기 황화물계 고체 전해질은 아기로다이트 상을 갖는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.The sulfide-based solid electrolyte may be characterized as having an agyrhodite phase.

상기 황화물계 고체 전해질은 두께가 10 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.The sulfide-based solid electrolyte may be characterized as having a thickness of 10 to 300 μm.

상기 황화물계 고체 전해질은 Li/Li+ 대비 0.0 내지 +5.0V인 전위창(electrochemical window)을 갖는 것일 수 있다.The sulfide-based solid electrolyte may have an electrochemical window of 0.0 to +5.0 V relative to Li/Li + .

상기 황화물계 고체 전해질은 F-43m 입방체 공간군을 갖는 것일 수 있다.The sulfide-based solid electrolyte may have an F-43m cubic space group.

또한, 본 발명은 상기 황화물계 고체 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.Additionally, the present invention provides a lithium secondary battery including the sulfide-based solid electrolyte.

본 발명에 따른 황화물계 고체 전해질은 이온 전도도가 우수하며, 열적 안정성이 우수하고, 기계적 물성이 뛰어나 덴드라이트 상의 성장을 억제하는 특징이 있다. 또한, 본 발명에서 제공하는 황화물계 고체 전해질의 제조방법은 대량생산이 용이하며, 공정이 간단하고, 공정 잔여물 또는 불순물이 매우 적은 것을 특징으로 한다.The sulfide-based solid electrolyte according to the present invention has excellent ionic conductivity, excellent thermal stability, and excellent mechanical properties, thereby suppressing the growth of dendrite phases. In addition, the method for producing a sulfide-based solid electrolyte provided by the present invention is characterized by easy mass production, a simple process, and very little process residue or impurities.

도 1은 본 발명에서 제공하는 황화물계 고체 전해질의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 황화물계 고체 전해질의 일차입자를 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 촬영한 사진으로, a)는 실시예, b)는 비교예 1, c)는 비교예 2, d)는 비교예 3이다.
도 3은 본 발명에 따른 황화물계 고체 전해질 펠렛의 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 측정하고 전기 전도도를 계산한 결과를 나타낸 것으로, a)는 실시예, b)는 비교예 1, c)는 비교예 2, d)는 비교예 3이다.
도 4는 본 발명에 따른 황화물계 고체 전해질의 XRD(X-ray Diffraction) 측정 결과를 원재료의 피크와 비교한 것으로, a)는 실시예, b)는 비교예 1, c)는 비교예 2, d)는 비교예 3이다.
Figure 1 is a schematic diagram showing a method for producing a sulfide-based solid electrolyte provided by the present invention.
Figure 2 is a photograph taken with a SEM (Scanning Electron Microscope) of the primary particles of the sulfide-based solid electrolyte according to the present invention, a) is an example, b) is Comparative Example 1, c) is Comparative Example 2, and d) is This is Comparative Example 3.
Figure 3 shows the results of measuring EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) and calculating electrical conductivity of the sulfide-based solid electrolyte pellet according to the present invention, a) is Example, b) is Comparative Example 1, and c) is Comparative Example. 2, d) is Comparative Example 3.
Figure 4 compares the results of d) is Comparative Example 3.

이하 본 발명에 따른 황화물계 고체 전해질의 제조방법, 황화물계 고체 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개하는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로써 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 본 발명에서 사용하는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the manufacturing method of the sulfide-based solid electrolyte according to the present invention, the sulfide-based solid electrolyte, and the lithium secondary battery containing the same will be described in detail. The drawings introduced below are provided as examples so that the idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, if there is no other definition in the technical and scientific terms used in the present invention, they have the meanings commonly understood by those skilled in the art in the technical field to which this invention pertains, and the present invention is described in the following description and accompanying drawings. Descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of are omitted.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 황화물계 고체 전해질의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 상기 제조방법은 (A) Li2S 및 LiCl 분말을 혼합하여 에틸 아세테이트에 첨가하여 제1혼합물을 제조하는 단계; (B) 상기 제1혼합물에 P2S5를 적가하며 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계; (C) 상기 제2혼합물의 교반을 종료하고 방치하여 침전물을 형성하는 단계; (D) 상기 침전물을 제외한 상등액을 제거하는 단계; 및 (E) 상기 침전물을 열처리하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for producing a sulfide-based solid electrolyte. Specifically, the manufacturing method includes (A) mixing Li 2 S and LiCl powder and adding it to ethyl acetate to prepare a first mixture; (B) adding P 2 S 5 dropwise to the first mixture and stirring to prepare a second mixture; (C) completing the stirring of the second mixture and leaving it to form a precipitate; (D) removing the supernatant excluding the precipitate; and (E) heat treating the precipitate.

상기 황화물계 고체 전해질의 제조방법에 있어서, 상기 제(A)단계, 제(B)단계 및 제(C)단계에서 제조되는 과정은 하기의 반응식에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In the method for producing the sulfide-based solid electrolyte, the manufacturing processes in the first (A) step, (B) step, and (C) step may be characterized in that they are performed according to the following reaction formula.

[반응식][Reaction formula]

5Li2S+2LiCl+P2S5*2Li6PS5Cl5Li 2 S+2LiCl+P 2 S 5 *2Li 6 PS 5 Cl

상기 황화물계 고체전해질의 제조방법에 있어서, 상기 Li2S, LiCl 및 P2S5 분말의 합산 중량 1g에 대하여 상기 에틸 아세테이트가 50 내지 75mL 혼합되는 것일 수 있다. 상기 비율은 습식 제조공정 중 물질의 석출에 의한 혼합성 저하를 방지하는 한편, 차후 침전물과의 분리를 원활하게 하기 위한 것으로, 바람직하게는 상기 Li2S, LiCl 및 P2S5 분말의 합산 중량 1g에 대하여 상기 에틸 아세테이트가 55 내지 70mL, 더욱 바람직하게는 60 내지 65 mL 혼합되는 것일 수 있다.In the method for producing the sulfide-based solid electrolyte, 50 to 75 mL of ethyl acetate may be mixed with respect to 1 g of the total weight of the Li 2 S, LiCl, and P 2 S 5 powder. The above ratio is intended to prevent deterioration of miscibility due to precipitation of substances during the wet manufacturing process and to facilitate subsequent separation from precipitates, and is preferably the combined weight of the Li 2 S, LiCl and P 2 S 5 powders. Per 1g, 55 to 70 mL of ethyl acetate may be mixed, more preferably 60 to 65 mL.

제(A)단계에 있어서, 상기 Li2S 및 LiCl의 혼합 시 몰 비가 1:0.1 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 이때, 바람직하게는 상기 몰 비가 1: 0.2 내지 0.6일 수 있다.In step (A), the molar ratio when mixing Li 2 S and LiCl may be 1:0.1 to 0.8. At this time, the molar ratio may preferably be 1:0.2 to 0.6.

제(A)단계에 있어서, 상기 제1혼합물의 제조는 0.5 내지 2시간 동안 교반하여 수행되는 것일 수 있다. 이때, 균일한 혼합을 위해서는 0.75시간 이상 교반하는 것이 좋고, 1.5시간을 초과하는 경우 투자하는 시간 대비 효율이 미미하여, 바람직하게는 상기 제1혼합물의 제조가 0.75 내지 1.5시간 동안 교반하여 수행되는 것일 수 있다. 상기 Li2S 및 LiCl의 혼합을 통한 제1혼합물의 제조를 P2S5의 투입 전에 선행함으로써 재료를 단순 혼합하는 경우에 비해 공정의 수율이 향상될 수 있다. In step (A), the preparation of the first mixture may be performed by stirring for 0.5 to 2 hours. At this time, for uniform mixing, it is recommended to stir for more than 0.75 hours. If it exceeds 1.5 hours, the efficiency compared to the time invested is minimal, so the preparation of the first mixture may be preferably performed by stirring for 0.75 to 1.5 hours. there is. By preparing the first mixture by mixing Li 2 S and LiCl before adding P 2 S 5 , the yield of the process can be improved compared to the case of simply mixing the materials.

제(B)단계에 있어서, 상기 P2S5의 혼합 시 몰 비는 상기 제1혼합물에 포함되는 Li2S에 대하여 1:0.1 내지 0.4인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 이때, 바람직하게는 상기 비율이 1:0.15 내지 0.35일 수 있다. 이와 같은 몰 비로 황화물계 고체 전해질의 제조를 수행함으로써 황화물계 고체 전해질 내의 불순물이 최소화될 수 있다. In the step (B), the molar ratio when mixing P 2 S 5 may be 1:0.1 to 0.4 with respect to Li 2 S included in the first mixture. At this time, the ratio may preferably be 1:0.15 to 0.35. By manufacturing the sulfide-based solid electrolyte at this molar ratio, impurities in the sulfide-based solid electrolyte can be minimized.

제(B)단계에 있어서, 상기 제2혼합물의 제조는 18 내지 30시간 동안 교반하여 수행되는 것일 수 있다. 이때, 바람직하게는 20 내지 28시간 동안 교반하는 것일 수 있다.In step (B), the preparation of the second mixture may be carried out by stirring for 18 to 30 hours. At this time, it may be preferably stirred for 20 to 28 hours.

제(C)단계에 있어서, 상기 침전물은 제2혼합물을 15분 이상 방치함으로써 형성되는 것일 수 있다. 이때, 상기 제2혼합물의 양에 따라 침전물의 형성 정도에 차이가 있을 수 있으나, 제2혼합물 1g 당 20 내지 40분 동안 방치하여 침전을 완료할 수 있다.In step (C), the precipitate may be formed by leaving the second mixture for more than 15 minutes. At this time, the degree of precipitate formation may vary depending on the amount of the second mixture, but precipitation can be completed by leaving it for 20 to 40 minutes per gram of the second mixture.

제(C)단계에 있어서, 상기 침전물이 형성된 다음, 상등액이 형성되는 것일 수 있다. 이때, 상기 상등액은 주성분이 상기 에틸 아세테이트이며, 미반응물 및 불순물을 포함하는 액체를 의미한다. 상기 상등액의 부피는 상기 (A)단계에서 사용하는 에틸 아세테이트의 초기 부피 대비 70 내지 90%일 수 있다.In step (C), after the precipitate is formed, a supernatant may be formed. At this time, the supernatant refers to a liquid whose main component is the ethyl acetate and which includes unreacted substances and impurities. The volume of the supernatant may be 70 to 90% of the initial volume of ethyl acetate used in step (A).

제(D)단계에 있어서, 상기 상등액을 제거함으로써 차후 제(E)단계에서 건조에 소요되는 시간을 단축하는 한편, 황화물계 고체 전해질의 전기화학적 물성이 더욱 우수해질 수 있다.In the (D) step, by removing the supernatant, the time required for drying in the subsequent (E) step can be shortened, while the electrochemical properties of the sulfide-based solid electrolyte can be further improved.

제(E)단계에 있어서, 상기 열처리는 상기 침전물을 아르곤 분위기에서 75 내지 150℃의 온도 범위 내로 0.5 내지 2.0 시간 동안 건조를 실시한 이후에 수행하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 열처리는 400 내지 700℃에서 3 내지 7시간 동안 수행하는 것일 수 있다. 이때, 상온에서 상기 열처리 온도까지 분당 5℃의 속도로 승온하는 것일 수 있다. In step (E), the heat treatment may be performed after drying the precipitate in an argon atmosphere within a temperature range of 75 to 150° C. for 0.5 to 2.0 hours. Specifically, the heat treatment may be performed at 400 to 700°C for 3 to 7 hours. At this time, the temperature may be increased from room temperature to the heat treatment temperature at a rate of 5°C per minute.

본 발명은 전술한 바와 같은 제조방법에 따라 제조되는 황화물계 고체 전해질을 제공한다.The present invention provides a sulfide-based solid electrolyte prepared according to the manufacturing method described above.

상기 황화물계 고체 전해질은 화학식이 Li6PS5Cl인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. The sulfide-based solid electrolyte may have a chemical formula of Li 6 PS 5 Cl.

상기 황화물계 고체 전해질은 평균 크기가 1 내지 2 ㎛인 일차입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 구체적으로, 전술한 바와 같은 황화물계 고체 전해질의 제조방법에서 상등액을 제거한 후 건조 및 열처리를 수행함으로써, 일차입자의 평균 크기가 작아지며, 전해질의 밀도가 증가하여 이온전도도가 향상될 수 있다.The sulfide-based solid electrolyte may be characterized by containing primary particles with an average size of 1 to 2 ㎛. Specifically, in the method for producing a sulfide-based solid electrolyte as described above, by removing the supernatant and then performing drying and heat treatment, the average size of the primary particles can be reduced, the density of the electrolyte can be increased, and ionic conductivity can be improved.

이때, 상기 일차입자가 응집되어 이차입자가 구성될 수 있다. 본 발명에서 제공하는 황화물계 고체 전해질은 이러한 이차입자를 사용하는 것을 특징으로 한다.At this time, the primary particles may aggregate to form secondary particles. The sulfide-based solid electrolyte provided by the present invention is characterized by using such secondary particles.

상기 황화물계 고체 전해질의 이온 전도도는 상온에서 2.00 내지 3.00 mS/cm인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 이때, 상기 이온 전도도는 상기 황화물계 고체 전해질 펠렛을 제조하여 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 통해 측정하는 것일 수 있다.The ion conductivity of the sulfide-based solid electrolyte may be 2.00 to 3.00 mS/cm at room temperature. At this time, the ionic conductivity may be measured through EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) by manufacturing the sulfide-based solid electrolyte pellet.

상기 황화물계 고체 전해질은 아기로다이트(Argyrodite) 상을 갖는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 이때, 상기 아기로다이트 상은 상온에서도 전도성이 매우 높은 특징이 있는 결정 구조로, 전술한 바와 같은 제조방법에 의해 구성되는 것일 수 있다. 또한, 상기 황화물계 고체 전해질은 F-43m 입방체 공간군을 갖는 것일 수 있다.The sulfide-based solid electrolyte may be characterized as having an argyrodite phase. At this time, the agyrhodite phase has a crystal structure characterized by very high conductivity even at room temperature, and may be formed by the manufacturing method as described above. Additionally, the sulfide-based solid electrolyte may have an F-43m cubic space group.

상기 황화물계 고체 전해질은 두께가 10 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 이때, 상기 두께는 전술한 바와 같이 이차입자로 구성된 황화물계 고체 전해질의 두께를 의미한다.The sulfide-based solid electrolyte may be characterized as having a thickness of 10 to 300 μm. At this time, the thickness refers to the thickness of the sulfide-based solid electrolyte composed of secondary particles as described above.

상기 황화물계 고체 전해질은 Li/Li+ 대비 0.0 내지 +5.0V인 전위창(electrochemical window)을 갖는 것일 수 있다. 이때, 상기 전위창은 상기한 전위값 내에서 전위를 조절하였을 때 전해질의 전기화학적 산화 또는 환원이 발생하지 않는 것을 의미한다.The sulfide-based solid electrolyte may have an electrochemical window of 0.0 to +5.0 V relative to Li/Li + . At this time, the potential window means that electrochemical oxidation or reduction of the electrolyte does not occur when the potential is adjusted within the above-described potential value.

또한, 본 발명은 상기 황화물계 고체 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.Additionally, the present invention provides a lithium secondary battery including the sulfide-based solid electrolyte.

상기 리튬 이차전지는 양극 및 음극을 포함하는 것일 수 있다.The lithium secondary battery may include a positive electrode and a negative electrode.

상기 양극은 양극활물질, 도전재, 바인더 및 양극 집전체를 포함하는 것일 수 있다.The positive electrode may include a positive electrode active material, a conductive material, a binder, and a positive electrode current collector.

상기 양극활물질은 리튬을 포함하는 금속산화물로써, 구체적으로 LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4, LiFe1-xMxPO4(M은 2가 또는 3가 전이금속), LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2 LiMn2O4, LiNi1-xCoxO2, LiNixCoyMnzO2(x+y+z=1), LiNixCoyAlzO2(x+y+z=1), LiNixMnyMtzO2 (x+y+z=1, Mt는 2가 또는 3가 전이금속), Li1.2Ni0.13Co0.13-xMn0.54AlxO2(1-y)F2y(x, y는 서로 독립적인 0 내지 0.05인 실수), Li1.2Mn(0.8-a)MtaO2 (Mt는 2가 또는 3가 전이금속), a(Li2MnO3)*b(LiNixCoyMnzO2)(a+b=1, x+y+z=1), Li2Nt1-xMtxO3 (Nt는 2가, 3가 또는 4가 전이금속, Mt는 2가 또는 3가 전이금속), Li1+xNty-zMtzO2 (Nt는 Ti 또는 Nb, Mt는 V, Ti, Mo 또는 W), LixMt2-xO2 (Mt는 Ti, Zr, Nb, Mn 등의 전이금속) 및 Li2O/Li2Ru1-xMtxO3 (Mt는 Ti, Zr, Nb, Mn 등의 전이금속) 등으로 이루어진 리튬을 포함하는 전이금속 산화물 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The positive electrode active material is a metal oxide containing lithium, specifically LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , LiFe 1-x M x PO 4 (M is a divalent or trivalent transition metal), LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 LiMn 2 O 4 , LiNi 1-x Co x O 2 , LiNi x Co y Mn z O 2 (x+y+z=1), LiNi x Co y Al z O 2 (x+y+z=1) , LiNi x Mn y Mt z O 2 (x+y+z=1, Mt is a divalent or trivalent transition metal ) , Li 1.2 Ni 0.13 Co 0.13-x Mn 0.54 Al (x, y are real numbers independent of each other from 0 to 0.05), Li 1.2 Mn (0.8-a) Mt a O 2 (Mt is a divalent or trivalent transition metal), a(Li 2 MnO 3 )*b(LiNi x Co y Mn z O 2 )(a+b=1, x+y+z=1), Li 2 Nt 1-x Mt x O 3 (Nt is a divalent, trivalent or tetravalent transition metal, Mt is divalent or trivalent transition metal), Li 1+x Nt yz Mt z O 2 (Nt is Ti or Nb, Mt is V, Ti, Mo or W), Li x Mt 2-x O 2 (Mt is Ti, Transition metal oxides containing lithium, such as transition metals such as Zr, Nb, Mn, etc.) and Li 2 O/Li 2 Ru 1-x Mt x O 3 (Mt is a transition metal such as Ti, Zr, Nb, Mn, etc.) Any one or a mixture of two or more selected from the group may be used, but this is only an example and is not necessarily limited thereto.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로써, 화학적 안정성이 뛰어나며 전자 전도성을 갖는 것을 사용한다. 구체적인 예로는 흑연, 카본 블랙, 슈퍼 피, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 탄소나노와이어, 그래핀, 흑연화 메조카본 마이크로비드, 풀러렌 및 비정질탄소 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연 및 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속산화물; 및 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The conductive material is used to provide conductivity to the electrode, and is used to have excellent chemical stability and electronic conductivity. Specific examples include graphite, carbon black, super blood, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, carbon fiber, carbon nanotube, carbon nanowire, graphene, and graphitized mesocarbon microbeads. , carbon-based materials such as fullerene and amorphous carbon; Metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; and conductive polymers such as polyphenylene derivatives. One or a mixture of two or more of these may be used, but this is only an example and is not necessarily limited thereto.

상기 바인더는 양극활물질, 도전재 및 양극집전체 간에 접착성을 부여하는 것으로, 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리이미드(PI), 플루오르폴리이미드(FPI), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA), 카르복시메틸셀룰로스(CMC), 전분, 히드록시프로필 셀룰로스, 재생 셀룰로스, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 풀리우레탄, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(S-EPDM), 스타이렌-부타디엔 고무(SBR), 불소 고무 또는 이들의 공중합체, 알긴 등을 들 수 있으며, 이 중 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 반드시 이에 제한되지는 않는다.The binder provides adhesion between the positive electrode active material, the conductive material, and the positive electrode current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyimide (PI), fluoropolyimide (FPI), and polyacrylic acid (PAA). , polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone (PVP), tetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene, polypropylene, polyurethane, Examples include ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated ethylene-propylene-diene polymer (S-EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR), fluorine rubber or copolymers thereof, algin, etc. Any one or more selected may be used, but this is only an example and is not necessarily limited thereto.

상기 양극 집전체는 양극활물질과 전원 사이에 전기적 통로를 제공하는 것으로, 알루미늄박 또는 알루미늄 메쉬와 같은 형태로 가공된 알루미늄으로 이루어진 것일 수 있다.The positive electrode current collector provides an electrical passage between the positive electrode active material and the power source, and may be made of aluminum processed into a form such as aluminum foil or aluminum mesh.

상기 음극은 음극활물질, 도전재, 바인더 및 음극 집전체를 포함하는 것일 수 있다.The negative electrode may include a negative electrode active material, a conductive material, a binder, and a negative electrode current collector.

상기 음극활물질은 리튬 이온을 저장할 수 있는 물질로, 흑연, 활성탄, 하드카본, 소프트카본 등의 탄소계 물질; 및 리튬 금속; 중 선택되는 어느 하나를 사용하는 것일 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The negative electrode active material is a material capable of storing lithium ions, and includes carbon-based materials such as graphite, activated carbon, hard carbon, and soft carbon; and lithium metal; Any one selected from among may be used, but this is only an example and is not necessarily limited thereto.

상기 도전재 및 바인더는 전술한 바와 같으므로 중복되는 설명은 생략한다.Since the conductive material and binder are the same as described above, redundant description will be omitted.

상기 음극 집전체는 음극활물질과 전원 사이에 전기적 통로를 제공하는 것으로, 동박 또는 구리 메쉬와 같은 형태로 가공된 구리로 이루어진 것일 수 있다.The negative electrode current collector provides an electrical passage between the negative electrode active material and the power source, and may be made of copper processed into a form such as copper foil or copper mesh.

이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 황화물계 고체 전해질의 제조방법과 이에 따라 제조되는 황화물계 고체 전해질에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, the method for producing a sulfide-based solid electrolyte according to the present invention and the sulfide-based solid electrolyte produced thereby will be described in more detail through examples. However, the following examples are only a reference for explaining the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한, 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.Additionally, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains. The terminology used in the description herein is merely to effectively describe particular embodiments and is not intended to limit the invention. Additionally, the unit of additives not specifically described in the specification may be weight percent.

[실시예][Example]

Li2S, LiCl 및 P2S5 분말을 5:2:1의 몰비로 준비하였다. 상기 분말의 합산 중량 1g 당 62.1 mL의 에틸 아세테이트를 용매로 사용하여 Li2S 및 LiCl를 먼저 첨가하고 1시간 동안 교반하여 제1혼합물을 형성하였다. 상기 제1혼합물에 P2S5를 연속적으로 투입하며 23시간 동안 교반하여 제2혼합물을 형성하였다.Li 2 S, LiCl and P 2 S 5 powders were prepared at a molar ratio of 5:2:1. Li 2 S and LiCl were first added using 62.1 mL of ethyl acetate per 1 g of the total weight of the powder as a solvent and stirred for 1 hour to form a first mixture. P 2 S 5 was continuously added to the first mixture and stirred for 23 hours to form a second mixture.

교반이 완료된 제2혼합물을 방치하여 침전물을 형성하고, 상등액을 제거하여 침전물을 수득하였다. 상기 침전물을 아르곤 분위기의 글로브 박스내에서 100℃에서 1시간 동안 건조하고, 상온에서 550℃까지 분당 5℃의 속도로 승온한 다음, 550℃에서 5시간 동안 건조된 침전물에 열처리를 수행하여 황화물계 고체 전해질을 제조하였다.The second mixture after complete stirring was left to form a precipitate, and the supernatant was removed to obtain a precipitate. The precipitate was dried at 100°C for 1 hour in a glove box in an argon atmosphere, the temperature was raised from room temperature to 550°C at a rate of 5°C per minute, and then the dried precipitate was heat treated at 550°C for 5 hours to form a sulfide-based precipitate. A solid electrolyte was prepared.

[비교예 1][Comparative Example 1]

모든 과정을 실시예와 동일하게 수행하되, 상등액을 제거하지 않았다.All processes were performed in the same manner as in the example, but the supernatant was not removed.

[비교예 2][Comparative Example 2]

모든 과정을 실시예와 동일하게 수행하되, 상등액의 30%를 함께 합성하였다.All processes were performed in the same manner as in the example, but 30% of the supernatant was synthesized together.

[비교예 3][Comparative Example 3]

모든 과정을 실시예와 동일하게 수행하되, 상등액을 60%를 함께 합성하였다.All processes were performed in the same manner as in the example, but 60% of the supernatant was synthesized together.

[특성 평가 방법][Characteristic evaluation method]

A. 표면 관찰A. Surface observation

도 2를 참조하면, 실시예, 비교예 1 내지 3의 일차입자의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진을 확인할 수 있다. 도 2a를 참조하면, 실시예의 일차입자는 평균 크기가 1.62㎛인 것을 알 수 있다. 도 2b ~ d를 참조하면, 비교예 1의 일차입자는 평균 크기가 2.62㎛, 비교예 2의 일차입자는 평균 크기가 1.71㎛, 비교예 3의 일차입자는 평균 크기가 2.33㎛로, 상등액을 포함하는 경우에 일차입자의 크기가 더 큰 것을 알 수 있다. 고체 전해질의 일차입자는 평균 크기가 작을수록 반응 표면적이 늘어나 통상적으로 이온전도도가 좋다. 따라서, 표면을 관찰하였을 때 침전물만으로 고체 전해질을 합성하는 것이 가장 유리함을 알 수 있다.Referring to Figure 2, you can see SEM (Scanning Electron Microscope) photos of the primary particles of Examples and Comparative Examples 1 to 3. Referring to Figure 2a, it can be seen that the average size of the primary particles in the example was 1.62㎛. Referring to Figures 2b to 2d, the primary particles of Comparative Example 1 had an average size of 2.62㎛, the primary particles of Comparative Example 2 had an average size of 1.71㎛, and the primary particles of Comparative Example 3 had an average size of 2.33㎛, and the supernatant was It can be seen that the size of the primary particles is larger when included. The smaller the average size of the primary particles of a solid electrolyte, the greater the reaction surface area, and generally good ionic conductivity. Therefore, when observing the surface, it can be seen that it is most advantageous to synthesize a solid electrolyte using only sediment.

B. EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 측정B. EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) measurement

고체전해질의 이온전도도를 측정하기 위해 Electrochemical Impedance Spectroscopy(EIS)를 이용하였다. 압축셀을 만들기 위해 고체전해질 분말을 40MPa로 가압하여 지름이 1cm이고 두께가 약 0.06cm인 원형 Pellet을 제조하였다. 고체전해질의 위아래 양면에는 스테인레스 스틸 ion blocking 전극을 배치하여 압력셀 내부에서 고체전해질과 함께 압축되는 형태의 ion-blocking 셀을 제작하였다. 셀의 이온전도도를 평가하기 위하여 EIS를 100Hz ~ 7MHz 범위에서 교류로 측정하였다. 이를 통해 나온 그래프의 반원의 지름을 측정하여 저항을 도출해 내고 하기 계산식을 통해 이온전도도를 구한다. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) was used to measure the ionic conductivity of the solid electrolyte. To create a compression cell, solid electrolyte powder was pressed at 40 MPa to produce a circular pellet with a diameter of 1 cm and a thickness of approximately 0.06 cm. Stainless steel ion blocking electrodes were placed on both the top and bottom sides of the solid electrolyte to create an ion-blocking cell that is compressed together with the solid electrolyte inside the pressure cell. To evaluate the ionic conductivity of the cell, EIS was measured with alternating current in the range of 100Hz to 7MHz. Resistance is derived by measuring the diameter of the semicircle in the graph resulting from this, and ionic conductivity is obtained using the following calculation formula.

[계산식][formula]

상기 계산식에서, σ는 이온전도도, l은 셀의 두께, A는 셀의 면적, R은 셀의 저항을 의미한다.In the above calculation formula, σ means ionic conductivity, l means the thickness of the cell, A means the area of the cell, and R means the resistance of the cell.

도 3을 참조하면, 실시예, 비교예 1 내지 3의 EIS 측정 결과를 확인할 수 있다. 이온 전도도를 결정하기 위해 그래프의 x축 절편을 구하였을 때, 실시예는 21.61Ω, 비교예 1은 61Ω, 비교예 2는 22Ω, 비교예 3은 42Ω으로 나타났다.Referring to Figure 3, the EIS measurement results of Examples and Comparative Examples 1 to 3 can be confirmed. When the x-axis intercept of the graph was obtained to determine the ionic conductivity, the example was found to be 21.61Ω, Comparative Example 1 was found to be 61Ω, Comparative Example 2 was found to be 22Ω, and Comparative Example 3 was found to be 42Ω.

이를 전해질 펠렛 면적인 0.7854cm2를 사용하여 이온전도도로 환산하면, 실시예는 2.36mS/cm, 비교예 1은 1.25mS/cm, 비교예 2는 2.31mS/cm, 비교예 3은 1.82mS/cm로 나타났다. 전술한 바와 같이, 상등액을 제거하여 일차입자의 평균 크기가 작을수록 이온전도도가 더 큰 경향을 나타냈다.Converting this to ionic conductivity using the electrolyte pellet area of 0.7854cm 2 , Example 2 was 2.36mS/cm, Comparative Example 1 was 1.25mS/cm, Comparative Example 2 was 2.31mS/cm, and Comparative Example 3 was 1.82mS/cm. It appeared in cm. As described above, when the supernatant was removed, the ionic conductivity tended to be higher as the average size of the primary particles became smaller.

C. 결정 구조 분석C. Crystal structure analysis

도 4를 참조하면, 실시예, 비교예 1 내지 3의 XRD(X-ray Diffraction) 측정 결과를 확인할 수 있다. 도 4a를 참조하면, 실시예의 경우 전구체인 Li2S가 미량 잔존하였으나, 아기로다이트 상(argyrodite)인 Li6PS5Cl이 합성된 것으로 나타났다.Referring to Figure 4, the XRD (X-ray Diffraction) measurement results of Examples and Comparative Examples 1 to 3 can be confirmed. Referring to FIG. 4A, in the example, a trace amount of Li 2 S, a precursor, remained, but Li 6 PS 5 Cl, an argyrodite phase, was synthesized.

도 4b를 참조하면 전구체인 Li2S, P2S5 및 LiCl이 잔존하는 것으로 나타나, 상등액에 미반응물이 잔존함을 알 수 있다. 또한, 도 4c를 참조하면 전구체인 Li2S가 잔존하며, 실시예보다 잔존량이 높았고, 도 4d를 참조하면 Li2S, P2S5 및 LiCl이 모두 잔존하였으나, 상등액을 모두 같이 합성한 비교예 1보다는 불순물의 분율이 적게 검출되었다.Referring to Figure 4b, the precursors Li 2 S, P 2 S 5 and LiCl appear to remain, indicating that unreacted substances remain in the supernatant. In addition, referring to Figure 4c, the precursor Li 2 S remained, and the residual amount was higher than that of the example, and referring to Figure 4d, Li 2 S, P 2 S 5 and LiCl all remained, but a comparison in which all supernatants were synthesized together. A smaller fraction of impurities was detected than in Example 1.

이와 같은 결과를 통해 상등액의 첨가량이 늘어날수록 불순물의 함량이 늘어나는 결과를 도출할 수 있었고, 침전물만을 사용하여 황화물계 고체 전해질을 제조하는 것이 더욱 유리함을 알 수 있다.These results show that the content of impurities increases as the amount of supernatant added increases, and that it is more advantageous to manufacture a sulfide-based solid electrolyte using only the precipitate.

이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described through specific details and limited examples as described above, these are provided only to facilitate an overall understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples, and the field to which the present invention pertains is not limited to the above-described examples. Those skilled in the art can make various modifications and variations from this description.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and the scope of the patent claims described below as well as all modifications that are equivalent or equivalent to the scope of this patent claim shall fall within the scope of the spirit of the present invention. .

Claims (16)

(A) Li2S 및 LiCl 분말을 혼합하여 에틸 아세테이트에 첨가하여 제1혼합물을 제조하는 단계;
(B) 상기 제1혼합물에 P2S5를 적가하며 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계;
(C) 상기 제2혼합물의 교반을 종료하고 침전물을 형성하는 단계;
(D) 상기 침전물을 제외한 상등액을 제거하는 단계; 및
(E) 상기 침전물을 열처리하는 단계;
를 포함하는 황화물계 고체 전해질의 제조방법.
(A) mixing Li 2 S and LiCl powder and adding them to ethyl acetate to prepare a first mixture;
(B) adding P 2 S 5 dropwise to the first mixture and stirring to prepare a second mixture;
(C) terminating stirring of the second mixture and forming a precipitate;
(D) removing the supernatant excluding the precipitate; and
(E) heat treating the precipitate;
Method for producing a sulfide-based solid electrolyte comprising.
제1항에 있어서,
상기 Li2S, LiCl 및 P2S5 분말의 합산 중량 1g에 대하여 상기 에틸 아세테이트가 50 내지 75mL 혼합되는 것인 황화물계 고체 전해질의 제조방법.
According to paragraph 1,
A method for producing a sulfide-based solid electrolyte in which 50 to 75 mL of ethyl acetate is mixed with respect to 1 g of the total weight of the Li 2 S, LiCl, and P 2 S 5 powder.
제1항에 있어서,
제(A)단계에 있어서, 상기 Li2S 및 LiCl의 혼합 시 몰 비는 1:0.1 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 황화물계 고체 전해질의 제조방법.
According to paragraph 1,
In step (A), the molar ratio of Li 2 S and LiCl when mixed is 1:0.1 to 0.8.
제1항에 있어서,
제(A)단계에 있어서, 상기 제1혼합물의 제조는 0.5 내지 2시간 동안 교반하여 수행되는 것인 황화물계 고체 전해질의 제조방법.
According to paragraph 1,
In step (A), the preparation of the first mixture is carried out by stirring for 0.5 to 2 hours.
제1항에 있어서,
제(B)단계에 있어서, 상기 P2S5의 혼합 시 몰 비는 상기 제1혼합물에 포함되는 Li2S에 대하여 1:0.1 내지 0.4인 것을 특징으로 하는 황화물계 고체 전해질의 제조방법.
According to paragraph 1,
In the step (B), the molar ratio when mixing P 2 S 5 is 1:0.1 to 0.4 with respect to Li 2 S included in the first mixture.
제1항에 있어서,
제(B)단계에 있어서, 상기 제2혼합물의 제조는 18 내지 30시간 동안 교반하여 수행되는 것인 황화물계 고체 전해질의 제조방법.
According to paragraph 1,
In step (B), the preparation of the second mixture is carried out by stirring for 18 to 30 hours.
제1항에 있어서,
제(C)단계에 있어서, 상기 침전물은 상기 제2혼합물의 중량 1g 당 20 내지 40분 동안 상기 제2혼합물을 침전함으로써 형성되는 것인 황화물계 고체 전해질의 제조방법.
According to paragraph 1,
In step (C), the precipitate is formed by precipitating the second mixture for 20 to 40 minutes per 1 g of weight of the second mixture.
제1항 내지 제7항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 황화물계 고체 전해질의 제조방법에 따라 제조되는 황화물계 고체 전해질로,
화학식이 Li6PS5Cl인 것을 특징으로 하는 황화물계 고체 전해질.
A sulfide-based solid electrolyte prepared according to the method for producing a sulfide-based solid electrolyte according to any one of claims 1 to 7,
A sulfide-based solid electrolyte having the chemical formula Li 6 PS 5 Cl.
제8항에 있어서,
상기 황화물계 고체 전해질은 평균 크기가 1 내지 2 ㎛인 일차입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 황화물계 고체 전해질.
According to clause 8,
The sulfide-based solid electrolyte is characterized in that it contains primary particles with an average size of 1 to 2 ㎛.
제9항에 있어서,
상기 황화물계 고체 전해질은 상기 일차입자가 응집된 이차입자로 구성되는 것을 특징으로 하는 황화물계 고체 전해질.
According to clause 9,
The sulfide-based solid electrolyte is characterized in that it is composed of secondary particles in which the primary particles are aggregated.
제8항에 있어서,
상기 황화물계 고체 전해질의 이온 전도도는 상온에서 2.00 내지 3.00 mS/cm인 것을 특징으로 하는 황화물계 고체 전해질.
According to clause 8,
A sulfide-based solid electrolyte, characterized in that the ion conductivity of the sulfide-based solid electrolyte is 2.00 to 3.00 mS/cm at room temperature.
제8항에 있어서,
상기 황화물계 고체 전해질은 Li/Li+ 대비 0.0 내지 +5.0V인 전위창(electrochemical window)을 갖는 것인 황화물계 고체 전해질.
According to clause 8,
The sulfide-based solid electrolyte has a potential window (electrochemical window) of 0.0 to +5.0V compared to Li/Li + .
제8항에 있어서,
상기 황화물계 고체 전해질은 두께가 10 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 황화물계 고체 전해질.
According to clause 8,
The sulfide-based solid electrolyte is characterized in that the thickness is 10 to 300㎛.
제8항에 있어서,
상기 황화물계 고체 전해질은 아기로다이트 상을 갖는 것을 특징으로 하는 황화물계 고체 전해질.
According to clause 8,
The sulfide-based solid electrolyte is characterized in that the sulfide-based solid electrolyte has an agyrhodite phase.
제8항에 있어서,
상기 황화물계 고체 전해질은 F-43m 입방체 공간군을 갖는 것인 황화물계 고체 전해질.
According to clause 8,
The sulfide-based solid electrolyte has an F-43m cubic space group.
제1항 내지 제7항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 황화물계 고체 전해질의 제조방법에 따라 제조되는 황화물계 고체 전해질을 포함하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising a sulfide-based solid electrolyte manufactured according to the method for producing a sulfide-based solid electrolyte according to any one of claims 1 to 7.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
(0001) Sunho Choi, Jiu Ann, Jiyae Do, Seungwoo Lim, Chanhwi Park, and Dongwook Choi, Application of Rod-Like Li6PS5Cl Directly Synthesized by a Liquid Phase Process to Sheet-Type Electrodes for All-Solid-State Lithium Batteries, Journal of The Electrochemical Society, 2019, 166 (3), A5193-A5200.
(0002) Zhixia Zhang, Long Zhang, Yanyan Liu, Xinlin Yan, Bo Xu, and Li-min Wang, One-step solution process toward formation of Li6PS5Cl argyrodite solid electrolyte for all-solid-state lithium-ion batteries, Journal of Alloys and Compounds, 2020, 812, 152103-152110.
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(0004) Chuang Yu, Lambert van Eijck, Swapna Ganapathy, Marnix Wagemaker, Synthesis, structure and electrochemical performance of the argyrodite Li6PS5Cl solid electrolyte for Li-ion solid state batteries, Electrochemical Acta, 2016, Vol. 215, 93-99.

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