KR20240025143A - Method of manufacturing solid electrolyte composite sheet with improved durability, and method of manufacturing all solid lithium secondary battery comprising same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 고체전해질을 분쇄하여 제1 LLZO 고체전해질 미립자를 제조하는 단계; (b) 상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자 및 용매를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 분산용액을 초음파 처리하여 제2 LLZO 고체 전해질 미립자를 제조하는 단계;를 포함하는 고체 전해질 미립자의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 내구성이 개선된 복합 고체전해질 시트의 제조방법 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법은 분쇄 및 초음파 분산을 적용하여 고체전해질 분말의 입도를 작게 조절하고 효과적으로 분산시킴으로써, 복합 고체전해질 시트 내에 고체전해질 입자들의 충진률이 높아져 얇은 시트 두께에도 불구하고 Li dendrite를 효과적으로 방지할 수 있고, Li 이온 전이상수 증가로 인해 최종적으로 전고체 리튬이차전지의 수명특성을 개선할 수 있다.The present invention includes the steps of (a) pulverizing a lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte to produce first LLZO solid electrolyte particles; (b) preparing a dispersion solution containing the first LLZO solid electrolyte particles and a solvent; and (c) sonicating the dispersion solution to produce second LLZO solid electrolyte particles. The method for producing a composite solid electrolyte sheet with improved durability according to the present invention includes: The manufacturing method of an all-solid lithium secondary battery including this applies pulverization and ultrasonic dispersion to control the particle size of the solid electrolyte powder to be small and disperse it effectively, thereby increasing the filling rate of solid electrolyte particles in the composite solid electrolyte sheet, thereby increasing the solid electrolyte powder despite the thin sheet thickness. It can effectively prevent Li dendrite, and ultimately improve the lifespan characteristics of the all-solid-state lithium secondary battery by increasing the Li ion transition constant.

Description

내구성이 개선된 복합 고체전해질 시트의 제조방법 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법 {METHOD OF MANUFACTURING SOLID ELECTROLYTE COMPOSITE SHEET WITH IMPROVED DURABILITY, AND METHOD OF MANUFACTURING ALL SOLID LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING SAME}Method for manufacturing a composite solid electrolyte sheet with improved durability and a method for manufacturing an all-solid lithium secondary battery containing the same {METHOD OF MANUFACTURING SOLID ELECTROLYTE COMPOSITE SHEET WITH IMPROVED DURABILITY, AND METHOD OF MANUFACTURING ALL SOLID LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING SAME}

본 발명은 내구성이 개선된 복합 고체전해질 시트의 제조방법 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분쇄 및 초음파 분산을 적용하여 제조된 미립화된 고체전해질 입자를 이용한 내구성(수명특성)이 향상된 복합고체전해질 시트 제조방법 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a composite solid electrolyte sheet with improved durability and a method for manufacturing an all-solid lithium secondary battery containing the same, and more specifically, to a method using finely divided solid electrolyte particles manufactured by applying pulverization and ultrasonic dispersion. It relates to a method of manufacturing a composite solid electrolyte sheet with improved durability (life characteristics) and a method of manufacturing an all-solid lithium secondary battery including the same.

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

종래의 리튬이차전지는 여전히 액체전해질을 사용하고 있고, 또한 열적안정성이 낮은 Ni-rich NCM 고용량 양극소재를 적용하여 전기자동차의 주행거리를 늘리기 위한 고에너지밀도 배터리 팩을 사용함에 따라 사고 시 쉽게 발화되어 안전성 문제가 항상 제기되고 있다. Conventional lithium secondary batteries still use a liquid electrolyte, and Ni-rich NCM high-capacity anode materials with low thermal stability are used to increase the driving range of electric vehicles. As high energy density battery packs are used, they easily ignite in the event of an accident. Safety issues are always being raised.

따라서 기존 리튬이차전지의 한계로 지적되던 안전성에 대한 불안감, 에너지 밀도 상승의 한계, 그리고 높은 원가 부담을 혁신하기 위한 다양한 전지 솔루션들이 개발 중이다. 현재의 리튬이차전지(LiB)를 대체할 차세대 혁신 이차전지의 후보로서 금속공기전지(Li-Air), 리튬황 전지(Li-S), 전고체 리튬이차전지, 나트륨 이온전지(SIB) 등이 주로 개발되고 있으며, 이 중 전고체 리튬이차전지는 지난 10여 년간 기술 개발 속도가 비교적 빠르고 리튬이차전지의 고질적인 불안 요소인 안전성을 해결해 줄 수 있다는 기대감까지 더해져 가장 현실적인 대안이 되고 있다. 안전성 이외에 전고체 리튬이차전지의 또 다른 장점은 하나의 case 속에 복수의 단전지를 직렬 접속으로 장착할 수 있기 때문에 제어 시스템을 간소화 할 수 있고 에너지 밀도가 높은 배터리 Pack을 만들 수 있다는 점이다. Therefore, various battery solutions are being developed to address concerns about safety, limitations in increasing energy density, and high cost burden, which were pointed out as limitations of existing lithium secondary batteries. Candidates for next-generation innovative secondary batteries that will replace the current lithium secondary batteries (LiB) include metal-air batteries (Li-Air), lithium-sulfur batteries (Li-S), all-solid-state lithium secondary batteries, and sodium ion batteries (SIB). It is mainly being developed, and among these, all-solid-state lithium secondary batteries have become the most realistic alternative due to the relatively fast pace of technological development over the past 10 years and the expectation that it can solve the safety problem, which is a chronic concern of lithium secondary batteries. In addition to safety, another advantage of all-solid-state lithium secondary batteries is that multiple single cells can be mounted in series in one case, simplifying the control system and creating a battery pack with high energy density.

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

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

산화물계 고체전해질은 황화물계 고체전해질보다 대기 중에서의 안정성이 뛰어나며, 취급의 용이성 면에서 볼 때 상대적으로 경쟁력이 우수할 것으로 예상된다Oxide-based solid electrolytes have better stability in the atmosphere than sulfide-based solid electrolytes, and are expected to be relatively more competitive in terms of ease of handling.

산화물 결정재료를 보면 Garnet 형 Li7La3Zr2O12 (LLZO), NASICON 형 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP), 페로스카이트 형 La0.51Li0.34TiO2.94 (LLTO) 등이 있으며, 최대 약 10-3 S/cm 정도의 이온전도도를 가지고 있다. Looking at oxide crystal materials, garnet type Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO), NASICON type Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 (LATP), ferroskite type La 0.51 Li 0.34 TiO 2.94 (LLTO), etc. It has an ionic conductivity of up to about 10 -3 S/cm.

NASICON 형인 LATP 소재의 경우 산화물계 소재로서 공기 중 수분 안정성이 매우 우수하고 이온전도성도 비교적 우수한 특성을 가지고 있으나, 전위창이 가장 좁아 음극소재의 선택에 한계성을 가지고 있다. In the case of NASICON type LATP material, it is an oxide-based material and has very excellent moisture stability in the air and relatively excellent ionic conductivity, but has the narrowest potential window, which limits the selection of cathode materials.

따라서 이온전도성과 전위창은 고에너지밀도의 전고체 리튬이차전지를 설계하는 가장 핵심인자로서 상기 조건을 모두 만족하는 소재는 가넷 형의 LLZO 소재가 가장 우수한 것으로 판단되고 있다.Therefore, ionic conductivity and potential window are the key factors in designing an all-solid-state lithium secondary battery with high energy density, and garnet-type LLZO material is considered to be the best material that satisfies all of the above conditions.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위하여 분쇄 및 초음파 분산을 적용하여 제조된 미립화된 고체전해질 입자를 이용한 내구성(수명특성)이 향상된 복합고체전해질 시트 제조방법 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 관한 것이다.The purpose of the present invention is to solve the above problems, a method for manufacturing a composite solid electrolyte sheet with improved durability (life characteristics) using finely divided solid electrolyte particles manufactured by applying pulverization and ultrasonic dispersion, and an all-solid lithium secondary battery containing the same. It is about manufacturing method.

또한, 고체전해질 미립자를 포함하는 복합고체전해질 시트를 제조함으로써, 시트 내에 고체전해질 입자들의 충진률이 높아져 얇은 시트 두께에도 불구하고 Li dendrite를 효과적으로 방지할 수 있고, Li 이온 전이상수 증가로 인해 최종적으로 전고체 리튬이차전지의 싸이클 특성 및 수명특성이 개선되는 복합 고체전해질 시트 제조방법 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 관한 것이다.In addition, by manufacturing a composite solid electrolyte sheet containing solid electrolyte particles, the filling rate of solid electrolyte particles in the sheet increases, enabling effective prevention of Li dendrite despite a thin sheet thickness, and ultimately resulting in an increase in Li ion transition constant. It relates to a method of manufacturing a composite solid electrolyte sheet that improves the cycle characteristics and lifespan characteristics of an all-solid lithium secondary battery and a method of manufacturing an all-solid lithium secondary battery including the same.

본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 고체전해질을 분쇄하여 제1 LLZO 고체전해질 미립자를 제조하는 단계; (b) 상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자 및 용매를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 분산용액을 초음파 처리하여 제2 LLZO 고체 전해질 미립자를 제조하는 단계;를 포함하는 고체 전해질 미립자의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, (a) pulverizing a lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte to produce first LLZO solid electrolyte particles; (b) preparing a dispersion solution containing the first LLZO solid electrolyte particles and a solvent; and (c) sonicating the dispersion solution to produce second LLZO solid electrolyte particles.

단계 (a)에서, 상기 분쇄가 에어제트밀(Air Jet mill), 유성 볼밀 공정, 막자 사발 분쇄 공정으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 공정으로 수행될 수 있다.In step (a), the grinding may be performed by one or more processes selected from the group consisting of an air jet mill, a planetary ball mill process, and a mortar and pestle grinding process.

단계 (a)에서, 상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자의 평균입도(d50)가 7 내지 15㎛일 수 있다.In step (a), the average particle size (d 50 ) of the first LLZO solid electrolyte particles may be 7 to 15 ㎛.

상기 용매가 이소프로필 알코올(IPA), 아세토니트릴(ACN) 및 에탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The solvent may include one or more selected from the group consisting of isopropyl alcohol (IPA), acetonitrile (ACN), and ethanol.

단계 (c)에서, 상기 초음파 처리가 30분 내지 2시간 동안 수행될 수 있다.In step (c), the sonication may be performed for 30 minutes to 2 hours.

단계 (c)에서, 상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자의 평균입도(d50)가 1 내지 15㎛일 수 있다.In step (c), the average particle size (d 50 ) of the second LLZO solid electrolyte particles may be 1 to 15 ㎛.

단계 (c)에서, 상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자의 평균입도(d50)가 1.5 내지 3.5㎛ 일 수 있다.In step (c), the average particle size (d 50 ) of the second LLZO solid electrolyte particles may be 1.5 to 3.5 ㎛.

단계 (c)에서, 상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자의 평균입도(d10)가 0.05 내지 0.5㎛ 일 수 있다.In step (c), the average particle size (d 10 ) of the second LLZO solid electrolyte particles may be 0.05 to 0.5 ㎛.

단계 (c)에서, 상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자의 평균입도(d10)가 0.09 내지 0.2㎛일 수 있다.In step (c), the average particle size (d 10 ) of the second LLZO solid electrolyte particles may be 0.09 to 0.2 ㎛.

단계 (c)에서, 상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자가 제1 크기 분포 및 제2 크기 분포를 포함하는 이중 크기 분포(bimodal size distribution)를 가질 수 있다.In step (c), the second LLZO solid electrolyte particles may have a bimodal size distribution including a first size distribution and a second size distribution.

상기 제1 크기 분포를 갖는 고체 전해질 미립자의 크기가 0.05 내지 1 ㎛이고, 상기 제2 크기 분포를 갖는 고체 전해질 미립자의 크기가 0.09 내지 200 ㎛일 수 있다.The solid electrolyte particles having the first size distribution may have a size of 0.05 to 1 ㎛, and the solid electrolyte particles having the second size distribution may have a size of 0.09 to 200 ㎛.

상기 제1 크기 분포를 갖는 고체 전해질 미립자의 크기가 0.05 내지 0.09 ㎛이고, 상기 제2 크기 분포를 갖는 고체 전해질 미립자의 크기가 0.09 내지 150 ㎛일 수 있고 바람직하게는 0.09 초과 내지 150㎛일 수 있다.The size of the solid electrolyte particles having the first size distribution may be 0.05 to 0.09 ㎛, and the size of the solid electrolyte particles having the second size distribution may be 0.09 to 150 ㎛, preferably greater than 0.09 to 150 ㎛. .

상기 LLZO 고체전해질이 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The LLZO solid electrolyte may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LixAlpGaqTarLayZrzO12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 0≤r≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3) Li _ _ _ _ _ _ )

하기 LLZO 고체전해질이 상기 화학식 1로 표시될 수 있다.The following LLZO solid electrolyte may be represented by Formula 1 above.

본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 고체전해질을 분쇄하여 제1 LLZO 고체전해질 미립자를 제조하는 단계; (b) 상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자 및 용매를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계; (c) 상기 분산용액을 초음파 처리하여 제2 LLZO 고체 전해질 미립자를 제조하는 단계; 및 (e) 상기 제2 LLZO 고체전해질 미립자 및 제2 바인더를 포함하는 복합 고체전해질 시트를 제조하는 단계;를 포함하는 복합 고체 전해질 시트의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, (a) pulverizing a lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte to produce first LLZO solid electrolyte particles; (b) preparing a dispersion solution containing the first LLZO solid electrolyte particles and a solvent; (c) sonicating the dispersion solution to produce second LLZO solid electrolyte particles; and (e) manufacturing a composite solid electrolyte sheet including the second LLZO solid electrolyte particles and a second binder.

여기서, 상기 제2 바인더가 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 니트릴부타디엔러버(NBR, nitrile butadiene rubber), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴카보네이트(polyvinylidenecarbonate) 및 폴리비닐피롤리디논(polyvinyl pyrrolidinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. Here, the second binder is polyethylene oxide, nitrile butadiene rubber (NBR), polyethylene glycol, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, and polymethyl methacrylate. 1 selected from the group consisting of (polymethylmethacrylate), polypropyleneoxide, polydimethylsiloxane, polyvinylidenefluoride, polyvinylidenecarbonate, and polyvinyl pyrrolidinone It may include more than one species.

본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, (A) 양극활물질, 제1 LLZO 고체전해질, 제1 바인더 및 도전재를 포함하는 양극을 제조하는 단계; (B) 제2 LLZO 고체전해질 및 제2 바인더를 포함하는 고체전해질 시트를 제조하는 단계; (C) 상기 양극과 상기 고체전해질 시트를 적층하여 적층체를 제조하는 단계; 및 (D) 상기 적층체의 고체전해질 시트 상에 리튬 금속을 포함하는 음극을 배치하는 단계;를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (A) manufacturing a positive electrode including a positive electrode active material, a first LLZO solid electrolyte, a first binder, and a conductive material; (B) manufacturing a solid electrolyte sheet including a second LLZO solid electrolyte and a second binder; (C) manufacturing a laminate by laminating the positive electrode and the solid electrolyte sheet; and (D) disposing a negative electrode containing lithium metal on the solid electrolyte sheet of the laminate.

단계 (B)가 (B-1) 제2 LLZO 고체전해질을 분쇄하여 제1 LLZO 고체전해질 미립자를 제조하는 단계; (B-2) 상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자 및 용매를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계; (B-3) 상기 분산용액을 초음파 처리하여 제2 LLZO 고체 전해질 미립자를 제조하는 단계; 및 (B-4) 상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자 및 제2 바인더를 포함하는 고체전해질 시트를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.Step (B) is (B-1) pulverizing the second LLZO solid electrolyte to produce first LLZO solid electrolyte particles; (B-2) preparing a dispersion solution containing the first LLZO solid electrolyte particles and a solvent; (B-3) preparing second LLZO solid electrolyte particles by sonicating the dispersion solution; and (B-4) manufacturing a solid electrolyte sheet including the second LLZO solid electrolyte particles and a second binder.

상기 제2 LLZO 고체전해질이 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The second LLZO solid electrolyte may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LixAlpGaqTarLayZrzO12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 0≤r≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3) Li _ _ _ _ _ _ )

상기 양극활물질이 리튬철인산염계 산화물(lithium iron phosphate, LiFePO4), 리튬니켈코발트알루미늄계 산화물(NCA), 리튬코발트계 산화물(LiCoO2), 리튬니켈계 산화물(LiNiO2), 리튬망간계 산화물(LiMn2O4) 및 리튬니켈코발트망간계 산화물(NCM)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The positive electrode active material is lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), and lithium manganese oxide. (LiMn 2 O 4 ) and lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM).

상기 제1 LLZO 고체전해질이 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The first LLZO solid electrolyte may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LixAlpGaqTarLayZrzO12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 0≤r≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3) Li _ _ _ _ _ _ )

상기 제1 및 제2 바인더가 각각 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 니트릴부타디엔러버(NBR, nitrile butadiene rubber), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴카보네이트(polyvinylidenecarbonate) 및 폴리비닐피롤리디논(polyvinyl pyrrolidinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The first and second binders are polyethylene oxide, nitrile butadiene rubber (NBR), polyethylene glycol, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, and polymethyl methane, respectively. From the group consisting of polymethylmethacrylate, polypropyleneoxide, polydimethylsiloxane, polyvinylidenefluoride, polyvinylidenecarbonate, and polyvinyl pyrrolidinone. It may include one or more selected types.

본 발명의 내구성이 개선된 복합 고체전해질 시트의 제조방법 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법은 분쇄 및 초음파 분산을 적용함으로써 고체전해질 분말의 입도를 작게 조절하고, 효과적으로 분산시킬 수 있다.The method for manufacturing a composite solid electrolyte sheet with improved durability of the present invention and the manufacturing method for an all-solid lithium secondary battery including the same can control the particle size of the solid electrolyte powder to be small and effectively disperse it by applying pulverization and ultrasonic dispersion.

또한, 본 발명은 고체전해질 미립자를 포함하는 복합고체전해질 시트를 제조함으로써, 시트 내에 고체전해질 입자들의 충진률이 높아져 얇은 시트 두께에도 불구하고 Li dendrite를 효과적으로 방지할 수 있고, Li 이온 전이상수 증가로 인해 최종적으로 전고체 리튬이차전지의 싸이클 특성 및 수명특성이 개선될 수 있다.In addition, the present invention manufactures a composite solid electrolyte sheet containing solid electrolyte particles, thereby increasing the filling rate of solid electrolyte particles in the sheet, effectively preventing Li dendrite despite a thin sheet thickness, and increasing the Li ion transition constant. As a result, the cycle characteristics and lifespan characteristics of the all-solid-state lithium secondary battery can ultimately be improved.

도 1은 본 발명에 따른 고체전해질 미립자의 제조방법을 보여주는 모식도이다.
도 2a 내지 2d는 비교예 1 및 실시예 1 내지 3에 따른 고체전해질 미립자의 SEM 분석 이미지이다.
도 3a 내지 3d는 비교예 1 및 실시예 1 내지 3에 따른 고체전해질 미립자의 입도분포 곡선이다.
도 4는 실시예 4 및 비교예 3에 따른 고체전해질 시트를 포함하는 대칭셀의 충방전을 전류밀도에 따라 반복한 그래프이다.
도 5는 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 전고체 리튬이차전지의 충방전 특성 그래프이다.
도 6은 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 전고체 리튬이차전지의 싸이클 특성 그래프이다.
도 7는 본 발명의 복합 전해질 시트 내에서의 리튬 이온 수송 경로를 보여주는 도면이다.
1 is a schematic diagram showing a method for manufacturing solid electrolyte particles according to the present invention.
2A to 2D are SEM analysis images of solid electrolyte particles according to Comparative Example 1 and Examples 1 to 3.
3A to 3D are particle size distribution curves of solid electrolyte particles according to Comparative Example 1 and Examples 1 to 3.
Figure 4 is a graph showing repeated charging and discharging of a symmetrical cell containing the solid electrolyte sheet according to Example 4 and Comparative Example 3 according to current density.
Figure 5 is a graph of charge and discharge characteristics of an all-solid lithium secondary battery according to Device Example 1 and Device Comparative Example 1.
Figure 6 is a graph of cycle characteristics of an all-solid lithium secondary battery according to Device Example 1 and Device Comparative Example 1.
Figure 7 is a diagram showing the lithium ion transport path within the composite electrolyte sheet of the present invention.

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

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

본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, or a combination thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features or It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, or combinations thereof.

도 1은 본 발명에 따른 고체전해질 미립자의 제조방법을 보여주는 모식도이다. 이하 도 1을 참조하여, 본 발명의 고체전해질 미립자의 제조방법 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다. 1 is a schematic diagram showing a method for manufacturing solid electrolyte particles according to the present invention. Hereinafter, with reference to FIG. 1, the method for manufacturing solid electrolyte particles of the present invention and the method for manufacturing an all-solid lithium secondary battery including the same will be described in detail.

본 발명은 (a) 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 고체전해질을 분쇄하여 제1 LLZO 고체전해질 미립자를 제조하는 단계; (b) 상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자 및 용매를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 분산용액을 초음파 처리하여 제2 LLZO 고체 전해질 미립자를 제조하는 단계;를 포함하는 고체 전해질 미립자의 제조방법을 제공한다.The present invention includes the steps of (a) pulverizing a lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte to produce first LLZO solid electrolyte particles; (b) preparing a dispersion solution containing the first LLZO solid electrolyte particles and a solvent; and (c) sonicating the dispersion solution to produce second LLZO solid electrolyte particles.

단계 (a)에서, 상기 분쇄가 에어제트밀(Air Jet mill), 유성 볼밀 공정, 막자 사발 분쇄 공정으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 공정으로 수행될 수 있고, 바람직하게는 유성 볼밀 공정으로 수행될 수 있다.In step (a), the grinding may be performed by one or more processes selected from the group consisting of an air jet mill, a planetary ball mill process, and a mortar grinding process, and is preferably performed by a planetary ball mill process. You can.

상기 유성 볼밀 공정은 분쇄 볼을 포함하고, 상기 분쇄 볼이 지르코니아 볼, 알루미나 볼, 세라믹 볼, 마노 볼로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The planetary ball mill process includes grinding balls, and the grinding balls may include one or more selected from the group consisting of zirconia balls, alumina balls, ceramic balls, and agate balls.

단계 (a)에서, 상기 분쇄가 플래니터리 볼밀 믹서(Planetary ball mill mixer)를 사용하여 수행될 수 있다. In step (a), the grinding may be performed using a planetary ball mill mixer.

단계 (a)에서, 상기 분쇄가 30 내지 150분 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 50 내지 120분, 더욱 바람직하게는 40 내지 100분 동안 수행될 수 있다.In step (a), the grinding may be performed for 30 to 150 minutes, preferably 50 to 120 minutes, more preferably 40 to 100 minutes.

단계 (a)에서, 상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자의 평균입도(d50)가 7 내지 15㎛일 수 있다.In step (a), the average particle size (d 50 ) of the first LLZO solid electrolyte particles may be 7 to 15 ㎛.

상기 용매가 이소프로필 알코올(IPA), 아세토니트릴(ACN), 에탄올 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The solvent may include one or more selected from the group consisting of isopropyl alcohol (IPA), acetonitrile (ACN), ethanol, etc.

단계 (c)에서, 상기 초음파 처리가 30분 내지 2시간 동안 수행될 수 있다. In step (c), the sonication may be performed for 30 minutes to 2 hours.

단계 (c)에서, 상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자의 평균입도(d50)가 1 내지 15㎛일 수 있고, 바람직하게는 1.5 내지 3.5㎛ 일 수 있다. In step (c), the average particle size (d 50 ) of the second LLZO solid electrolyte particles may be 1 to 15 ㎛, preferably 1.5 to 3.5 ㎛.

단계 (c)에서, 상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자의 평균입도(d10)가 0.05 내지 0.5㎛ 일 수 있고, 바람직하게는 0.09 내지 0.2㎛일 수 있다. In step (c), the average particle size (d 10 ) of the second LLZO solid electrolyte particles may be 0.05 to 0.5 ㎛, preferably 0.09 to 0.2 ㎛.

단계 (c)에서, 상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자가 제1 크기 분포 및 제2 크기 분포를 포함하는 이중 크기 분포(bimodal size distribution)를 가질 수 있다.In step (c), the second LLZO solid electrolyte particles may have a bimodal size distribution including a first size distribution and a second size distribution.

상기 제1 크기 분포를 갖는 고체 전해질 미립자의 크기가 0.05 내지 1 ㎛이고, 상기 제2 크기 분포를 갖는 고체 전해질 미립자의 크기가 0.09 내지 200 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 상기 제1 크기 분포를 갖는 고체 전해질 미립자의 크기가 0.05 내지 0.09 ㎛이고, 상기 제2 크기 분포를 갖는 고체 전해질 미립자의 크기가 0.09 내지 150 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 0.09 초과 내지 150㎛일 수 있다.The size of the solid electrolyte particles having the first size distribution may be 0.05 to 1 ㎛, and the size of the solid electrolyte particles having the second size distribution may be 0.09 to 200 ㎛, preferably having the first size distribution. The size of the solid electrolyte particles may be 0.05 to 0.09 ㎛, and the size of the solid electrolyte particles having the second size distribution may be 0.09 to 150 ㎛, preferably greater than 0.09 to 150 ㎛.

상기 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 고체전해질이 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte may be represented by the following formula (1).

[화학식 1] [Formula 1]

LixAlpGaqTarLayZrzO12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 0≤r≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3) Li _ _ _ _ _ _ )

여기서 바람직하게는 r은 0<r≤1일 수 있다.Here, r may preferably be 0<r≤1.

단계 (c) 이후에, (d) 상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자를 여과하고, 건조하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.After step (c), (d) filtering and drying the second LLZO solid electrolyte particles may be further included.

단계 (d)에서, 상기 건조가 상온 내지 150℃ 온도에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 50 내지 130℃, 더욱 바람직하게는 50 내지 100℃ 온도에서 수행될 수 있다.In step (d), the drying may be performed at a temperature of room temperature to 150°C, preferably 50 to 130°C, more preferably 50 to 100°C.

본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 고체전해질을 분쇄하여 제1 LLZO 고체전해질 미립자를 제조하는 단계; (b) 상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자 및 용매를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계; (c) 상기 분산용액을 초음파 처리하여 제2 LLZO 고체 전해질 미립자를 제조하는 단계; 및 (e) 상기 제2 LLZO 고체전해질 미립자 및 제2 바인더를 포함하는 복합 고체전해질 시트를 제조하는 단계;를 포함하는 복합 고체 전해질 시트의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, (a) pulverizing a lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte to produce first LLZO solid electrolyte particles; (b) preparing a dispersion solution containing the first LLZO solid electrolyte particles and a solvent; (c) sonicating the dispersion solution to produce second LLZO solid electrolyte particles; and (e) manufacturing a composite solid electrolyte sheet including the second LLZO solid electrolyte particles and a second binder.

여기서, 상기 제2 바인더가 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 니트릴부타디엔러버(NBR, nitrile butadiene rubber), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴카보네이트(polyvinylidenecarbonate) 및 폴리비닐피롤리디논(polyvinyl pyrrolidinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Here, the second binder is polyethylene oxide, nitrile butadiene rubber (NBR), polyethylene glycol, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, and polymethyl methacrylate. 1 selected from the group consisting of (polymethylmethacrylate), polypropyleneoxide, polydimethylsiloxane, polyvinylidenefluoride, polyvinylidenecarbonate, and polyvinyl pyrrolidinone It may include more than one species.

또한 본 발명은 (A) 양극활물질, 제1 LLZO 고체전해질, 제1 바인더 및 도전재를 포함하는 양극을 제조하는 단계; (B) 제2 LLZO 고체전해질 및 제2 바인더를 포함하는 고체전해질 시트를 제조하는 단계; (C) 상기 양극과 상기 고체전해질 시트를 적층하여 적층체를 제조하는 단계; 및 (D) 상기 적층체의 고체전해질 시트 상에 리튬 금속을 포함하는 음극을 배치하는 단계;를 포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법이 제공된다.In addition, the present invention includes the steps of (A) manufacturing a positive electrode including a positive electrode active material, a first LLZO solid electrolyte, a first binder, and a conductive material; (B) manufacturing a solid electrolyte sheet including a second LLZO solid electrolyte and a second binder; (C) manufacturing a laminate by laminating the positive electrode and the solid electrolyte sheet; and (D) disposing a negative electrode containing lithium metal on the solid electrolyte sheet of the laminate.

단계 (B)가 (B-1) 제2 LLZO 고체전해질을 분쇄하여 제1 LLZO 고체전해질 미립자를 제조하는 단계; (B-2) 상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자 및 용매를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계; (B-3) 상기 분산용액을 초음파 처리하여 제2 LLZO 고체 전해질 미립자를 제조하는 단계; 및 (B-4) 상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자 및 제2 바인더를 포함하는 고체전해질 시트를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.Step (B) includes (B-1) pulverizing the second LLZO solid electrolyte to produce first LLZO solid electrolyte particles; (B-2) preparing a dispersion solution containing the first LLZO solid electrolyte particles and a solvent; (B-3) sonicating the dispersion solution to produce second LLZO solid electrolyte particles; and (B-4) manufacturing a solid electrolyte sheet including the second LLZO solid electrolyte particles and a second binder.

상기 제2 LLZO 고체전해질이 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The second LLZO solid electrolyte may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LixAlpGaqTarLayZrzO12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 0≤r≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3) Li _ _ _ _ _ _ )

여기서 바람직하게는 r은 0<r≤1일 수 있다.Here, r may preferably be 0<r≤1.

상기 양극활물질이 리튬철인산염계 산화물(lithium iron phosphate, LiFePO4), 리튬니켈코발트알루미늄계 산화물(NCA), 리튬코발트계 산화물(LiCoO2), 리튬니켈계 산화물(LiNiO2), 리튬망간계 산화물(LiMn2O4) 및 리튬니켈코발트망간계 산화물(NCM)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The positive electrode active material is lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), and lithium manganese oxide. (LiMn 2 O 4 ) and lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM).

상기 제1 LLZO 고체전해질이 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The first LLZO solid electrolyte may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LixAlpGaqTarLayZrzO12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 0≤r≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3) Li _ _ _ _ _ _ )

여기서 바람직하게는 r은 0<r≤1일 수 있다.Here, r may preferably be 0<r≤1.

상기 제1 및 제2 바인더가 각각 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 니트릴부타디엔러버(NBR, nitrile butadiene rubber), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴카보네이트(polyvinylidenecarbonate) 및 폴리비닐피롤리디논(polyvinyl pyrrolidinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The first and second binders are polyethylene oxide, nitrile butadiene rubber (NBR), polyethylene glycol, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, and polymethyl methane, respectively. From the group consisting of polymethylmethacrylate, polypropyleneoxide, polydimethylsiloxane, polyvinylidenefluoride, polyvinylidenecarbonate, and polyvinyl pyrrolidinone. It may include one or more selected types.

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

상기 양극 및 고체전해질 시트가 리튬염을 추가로 포함하고, 상기 리튬염이 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2, LiTFSi), 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6) 및 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬비스플루오로설포닐이미드(Li(FSO2)2N), LiFSI), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 디플루오로(비스(옥살라토))인산리튬(LiPF2(C2O4)2), 테트라플루오로(옥살라토)인산리튬(LiPF4(C2O4)), 디플루오로(옥살라토)붕산리튬(LiBF2(C2O4)) 및 비스(옥살라토)붕산리튬(LiB(C2O4)2) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The positive electrode and the solid electrolyte sheet further include a lithium salt, and the lithium salt is lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiTFSi), lithium perchlorate (LiClO 4 ), and lithium hexamethylene. Fluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium bisfluorosulfonylimide (Li(FSO 2 ) 2 N), LiFSI), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), di Lithium fluoro(bis(oxalato))phosphate (LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 ), lithium tetrafluoro(oxalato)phosphate (LiPF 4 (C 2 O 4 )), difluoro(oxalato) It may include at least one selected from lithium salato)borate (LiBF 2 (C 2 O 4 )) and lithium bis(oxalato)borate (LiB(C 2 O 4 ) 2 ).

[실시예] [Example]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to preferred embodiments. However, this is for illustrative purposes only and does not limit the scope of the present invention.

[고체전해질 미립자의 제조][Manufacture of solid electrolyte particles]

실시예 1: LLZO-Ta-IPAExample 1: LLZO-Ta-IPA

Ta가 도핑된 LLZO인 상용 LLZO-Ta 고체전해질 분말(TOSHIMA사, 3N) 5g을 플래너터리 볼밀(planetary ball mill)에 넣어 400 rpm으로 80분 동안 분쇄하여 분쇄된 LLZO-Ta 고체전해질을 제조하였다. 이어서, 용매 이소프로필 알코올(IPA)이 담긴 비커에 상기 분쇄된 LLZO-Ta 고체전해질을 투입하여 분산용액을 제조하고, 상기 분산용액을 2시간 동안 초음파 처리(Ultra sonication)하여 상기 용매에 상기 분쇄된 LLZO-Ta 고체전해질을 고르게 분산시켰다. 이후 필터링하고, 110℃에서 건조하여 LLZO-Ta 고체 전해질 미립자를 제조하였다. 상기 Toshima 사에서 구입한 상용 Ta doped LLZO 소재의 이온전도도는 상온에서 8.7 x 10-4 S/cm이었다.5 g of commercial LLZO-Ta solid electrolyte powder (TOSHIMA, 3N), which is Ta-doped LLZO, was placed in a planetary ball mill and ground at 400 rpm for 80 minutes to prepare pulverized LLZO-Ta solid electrolyte. Next, the pulverized LLZO-Ta solid electrolyte was added to a beaker containing the solvent isopropyl alcohol (IPA) to prepare a dispersion solution, and the dispersion solution was sonicated for 2 hours to mix the pulverized LLZO-Ta in the solvent. The LLZO-Ta solid electrolyte was evenly dispersed. Afterwards, it was filtered and dried at 110°C to prepare LLZO-Ta solid electrolyte particles. The ionic conductivity of the commercial Ta doped LLZO material purchased from Toshima was 8.7 x 10 -4 S/cm at room temperature.

실시예 2: LLZO-Ta-ACNExample 2: LLZO-Ta-ACN

실시예 1에서 이소프로필 알코올(IPA)을 사용하는 대신에 아세토니트릴(ACN)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 LLZO-Ta 고체 전해질 미립자를 제조하였다.LLZO-Ta solid electrolyte microparticles were prepared in the same manner as in Example 1, except that acetonitrile (ACN) was used instead of isopropyl alcohol (IPA).

실시예 3: LLZO-Ta-EthanolExample 3: LLZO-Ta-Ethanol

실시예 1에서 이소프로필 알코올(IPA)을 사용하는 대신에 에탄올(Ethanol)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 LLZO-Ta 고체 전해질 미립자를 제조하였다.LLZO-Ta solid electrolyte particles were prepared in the same manner as in Example 1, except that ethanol was used instead of isopropyl alcohol (IPA).

[복합고체전해질 시트의 제조] [Manufacture of composite solid electrolyte sheet]

실시예 4Example 4

실시예 2에 따라 제조된 LLZO-Ta 고체 전해질 미립자와 PEO 바인더의 중량비가 70:30이 되도록 혼합물을 제조하였다. 즉 실시예 2에 따라 제조된 LLZO-Ta 고체 전해질 미립자 100 중량부를 기준으로, 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 바인더 42.86 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 이때, 상기 PEO 바인더가 PEO(분자량 200,000)와 LiTFSi (리튬염)을 포함하고, 상기 PEO와 상기 리튬염의 몰비가 [EO]: [LiTFSi] 20 : 1 이 되도록 하였다.A mixture was prepared so that the weight ratio of the LLZO-Ta solid electrolyte particles prepared according to Example 2 and the PEO binder was 70:30. That is, a mixture was prepared by mixing 42.86 parts by weight of polyethylene oxide (PEO) binder based on 100 parts by weight of the LLZO-Ta solid electrolyte particles prepared according to Example 2. At this time, the PEO binder contained PEO (molecular weight 200,000) and LiTFSi (lithium salt), and the molar ratio of the PEO and the lithium salt was [EO]: [LiTFSi] 20:1.

구체적으로, 먼저 실시예 2에 따라 제조된 LLZO-Ta 고체 전해질 미립자 및 PEO 바인더를 상기 중량비로 칭량한 후, 싱키 혼합기(Thinky mixer)를 이용하여 1,800rpm으로 5분 동안 혼합하는 공정을 3번 반복하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리는 한쪽 면이 실리카(SiO2)로 코팅된 PET(polyethylene terephthalate) 필름 상에 두께 50μm로 캐스팅하고, 롤프레스를 이용하여 초기 두께의 20% 압연률을 갖도록 1~2Mpa의 압력으로 1 내지 2회 반복하여 압연공정을 수행하여 두께 50μm의 고체전해질 시트를 제조하였다.Specifically, first, the LLZO-Ta solid electrolyte particles and PEO binder prepared according to Example 2 were weighed at the above weight ratio, and then the process of mixing at 1,800 rpm for 5 minutes using a Thinky mixer was repeated three times. A slurry was prepared. The slurry was cast to a thickness of 50 μm on a PET (polyethylene terephthalate) film coated on one side with silica (SiO 2 ), and rolled at a pressure of 1 to 2 MPa using a roll press to have a rolling rate of 20% of the initial thickness. The rolling process was repeated twice to produce a solid electrolyte sheet with a thickness of 50 μm.

[양극의 제조] [Manufacture of anode]

실시예 5Example 5

LiFePO4 (LFP) 양극활물질, 상용 LLZO-Ta 고체전해질 분말(TOSHIMA사, 3N), 도전재, 바인더의 중량비가 70:5:5:20이 되도록 혼합물을 제조하였다. 즉 LiFePO4 양극활물질 100 중량부를 기준으로, 제조예 1에 따른 상용 LLZO-Ta 고체전해질 분말(TOSHIMA사, 3N) 7.14 중량부, 도전재 Super-P 7.14 중량부 및 PEO 바인더 28.57 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 이때, 상기 PEO 바인더는 PEO(분자량 200,000)와 LiClO4 (리튬염)을 포함하고, 상기 PEO와 상기 리튬염의 몰비가 [EO]: [LiClO4] = 20 : 1이 되도록 하였다. A mixture was prepared so that the weight ratio of LiFePO 4 (LFP) positive electrode active material, commercial LLZO-Ta solid electrolyte powder (TOSHIMA, 3N), conductive material, and binder was 70:5:5:20. That is, based on 100 parts by weight of LiFePO 4 positive electrode active material, 7.14 parts by weight of commercial LLZO-Ta solid electrolyte powder (TOSHIMA, 3N) according to Preparation Example 1, 7.14 parts by weight of conductive material Super-P, and 28.57 parts by weight of PEO binder were mixed to form a mixture. was manufactured. At this time, the PEO binder included PEO (molecular weight 200,000) and LiClO 4 (lithium salt), and the molar ratio of the PEO and the lithium salt was [EO]: [LiClO 4 ] = 20:1.

구체적으로, 먼저 LiFePO4 양극활물질, 상용 LLZO-Ta 고체전해질 분말(TOSHIMA사, 3N) 및 Super-p를 상기 중량비로 칭량한 후, 막자 사발을 이용하여 30분 동안 혼합하여 혼합 분말을 제조하였다. 상기 혼합 분말은 싱키 혼합기(Thinky mixer) 전용 용기에 옮겨 담은 후 상기 중량비로 PEO 바인더를 혼합하고, 혼합기에 장착하여 1,800rpm으로 5분 동안 혼합하는 공정을 3번 반복하여 슬러리를 제조하였다. 상기 혼합 중간에 ACN을 혼합하여 적절한 점도로 조절하였다. 상기 슬러리를 알루미늄 포일 상에 캐스팅 하고, 110℃의 오븐에서 24시간 건조하여 로딩량이 약 5 mg/cm2인 양극을 제조하였다.Specifically, first, LiFePO 4 cathode active material, commercial LLZO-Ta solid electrolyte powder (TOSHIMA, 3N), and Super-p were weighed in the above weight ratio and mixed for 30 minutes using a mortar to prepare a mixed powder. The mixed powder was transferred to a dedicated Thinky mixer container, mixed with PEO binder at the above weight ratio, placed in the mixer, and mixed at 1,800 rpm for 5 minutes, repeating the process three times to prepare a slurry. ACN was mixed in the middle of the mixing to adjust the viscosity to an appropriate level. The slurry was cast on aluminum foil and dried in an oven at 110°C for 24 hours to prepare a positive electrode with a loading amount of about 5 mg/cm 2 .

[고체전해질 미립자의 제조][Manufacture of solid electrolyte particles]

비교예 1: LLZO-Ta-80min (분쇄)Comparative Example 1: LLZO-Ta-80min (grinding)

상용 LLZO-Ta 고체전해질 분말(TOSIMA) 5g을 플래너터리 볼밀(planetary ball mill)에 넣어 400 rpm으로 80분 동안 분쇄하여 LLZO-Ta 고체전해질 미립자를 제조하였다. 이때 상용 LLZO-Ta 고체전해질 분말(TOSIMA)의 평균입도(d50)는 ~10㎛ 이고, 상온에서 8.7 x 10-4 S/cm의 이온전도도 특성을 가지고 있다.5 g of commercial LLZO-Ta solid electrolyte powder (TOSIMA) was placed in a planetary ball mill and ground at 400 rpm for 80 minutes to prepare LLZO-Ta solid electrolyte particles. At this time, the average particle size (d 50 ) of commercial LLZO-Ta solid electrolyte powder (TOSIMA) is ~10㎛, and has an ionic conductivity characteristic of 8.7 x 10 -4 S/cm at room temperature.

[복합고체전해질 시트의 제조][Manufacture of composite solid electrolyte sheet]

비교예 2Comparative Example 2

실시예 4에서 실시예 2에 따라 제조된 LLZO-Ta 고체 전해질 미립자를 사용하는 대신에 비교예 1에 따라 제조된 LLZO-Ta 고체 전해질 미립자를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 고체전해질 시트를 제조하였다.In Example 4, the solid electrolyte particles were prepared in the same manner as in Example 4, except that instead of using the LLZO-Ta solid electrolyte particles prepared according to Example 2, the LLZO-Ta solid electrolyte particles prepared according to Comparative Example 1 were used. An electrolyte sheet was prepared.

[전고체 리튬이차전지의 제조][Manufacture of all-solid-state lithium secondary battery]

소자실시예 1Device Example 1

실시예 5에 따라 제조된 양극과 실시예 4에 따라 제조된 고체전해질 시트를 각각 14, 16 사이즈로 펀칭한 후 적층하였다. 다음으로, 약 60℃로 가열하면서 0.5분 동안 0.3 MPa로 가압하여 적층체를 제조하였다. 상기 적층체의 고체 전해질 시트 상에 0.2t 리튬 금속을 포함하는 음극을 올려, 약 60℃로 가열하면서 0.5분 동안 0.3 MPa로 가압하여 2032 규격의 코인셀로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.The positive electrode manufactured according to Example 5 and the solid electrolyte sheet manufactured according to Example 4 were punched into sizes of 14 and 16, respectively, and then laminated. Next, a laminate was manufactured by heating to about 60°C and pressing at 0.3 MPa for 0.5 minutes. A negative electrode containing 0.2 tons of lithium metal was placed on the solid electrolyte sheet of the laminate, heated to about 60°C and pressurized at 0.3 MPa for 0.5 minutes to manufacture an all-solid-state lithium secondary battery using a 2032 standard coin cell.

소자비교예 1Device comparison example 1

소자실시예 1에서 실시예 4에 따라 제조된 고체전해질 시트를 사용하는 대신에 비교예 2에 따라 제조된 복합 고체전해질 시트를 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 전고체 리튬이차전지를 제조하였다.In Device Example 1, all-solid lithium was manufactured in the same manner as Device Example 1, except that instead of using the solid electrolyte sheet prepared according to Example 4, the composite solid electrolyte sheet prepared according to Comparative Example 2 was used. A rechargeable battery was manufactured.

[시험예] [Test example]

시험예 1: SEM 분석Test Example 1: SEM analysis

도 2a 내지 2d는 비교예 1 및 실시예 1 내지 3에 따른 고체전해질 미립자의 SEM 분석 이미지이고, 도 3a 내지 3d는 비교예 1 및 실시예 1 내지 3에 따른 고체전해질 미립자의 입도분포 곡선이다.FIGS. 2A to 2D are SEM analysis images of the solid electrolyte particles according to Comparative Example 1 and Examples 1 to 3, and FIGS. 3A to 3D are particle size distribution curves of the solid electrolyte particles according to Comparative Example 1 and Examples 1 to 3.

도 2a 내지 2d에 따르면, 비교예 1 및 실시예 1~3에 대한 고체전해질 입자 SEM 이미지를 볼 수 있는데 비교예 1의 경우 볼밀 공정 후 별도의 분산 공정을 진행하지 않아 입자들이 뭉쳐있는 형태의 morphology를 띄고 있는 것을 볼 수 있다. 하지만 실시예 1~3에서처럼 IPA, ACN, 에탄올의 용매를 이용하여 초음파 분산 공정을 거칠 경우 비교예 1보다는 상대적으로 분산이 잘 된 입자들을 관찰할 수 있다. 특히 실시예 2 ACN 용매를 이용하여 초음파 분산을 진행할 경우 가장 분산이 잘되어 있는 입자 상태를 관찰할 수 있으며, 이는 입도분석 결과에서와 같이 분산성이 가장 우수한 결과를 확인 할 수 있다.According to FIGS. 2A to 2D, SEM images of solid electrolyte particles for Comparative Example 1 and Examples 1 to 3 can be seen. In Comparative Example 1, a separate dispersion process was not performed after the ball mill process, so the particles were aggregated in morphology. You can see that it has . However, when an ultrasonic dispersion process is performed using solvents of IPA, ACN, and ethanol as in Examples 1 to 3, relatively better dispersed particles can be observed than in Comparative Example 1. In particular, when ultrasonic dispersion is performed using the ACN solvent in Example 2, the state of the most well-dispersed particles can be observed, which confirms the results of the best dispersibility as shown in the particle size analysis results.

또한 도 3a 내지 3d에 따르면, 볼밀 공정만 수행한 비교예 1은 평균입도(d50)가 9.9627㎛로 나타났고, 볼밀 공정 및 초음파 분산을 수행한 실시예 1은 평균입도(d50)가 10.51630㎛로 나타나, 비교예 1보다 입자가 더 커진 것을 볼 때 IPA 용매는 분산효과가 거의 없음을 확인할 수 있었다. 실시예 2는 평균입도(d50)가 2.4261㎛로 나타나고, 실시예 3은 평균입도(d50)가 7.3386㎛로 나타나, 아세토니트릴(ACN)에서 초음파 분산을 수행하는 경우 고체전해질 미립자가 고르게 잘 분산되는 것을 확인할 수 있었다.In addition, according to FIGS. 3A to 3D, Comparative Example 1 in which only the ball mill process was performed had an average particle size (d 50 ) of 9.9627㎛, and Example 1 in which the ball mill process and ultrasonic dispersion were performed had an average particle size (d 50 ) of 10.51630. ㎛, it was confirmed that the IPA solvent had almost no dispersion effect, as the particles were larger than those of Comparative Example 1. Example 2 showed an average particle size (d 50 ) of 2.4261㎛, and Example 3 showed an average particle size (d 50 ) of 7.3386㎛, showing that when ultrasonic dispersion was performed in acetonitrile (ACN), the solid electrolyte particles were evenly distributed. It was confirmed that it was dispersing.

시험예 2: 대칭셀의 충방전 특성Test Example 2: Charging and discharging characteristics of symmetrical cell

도 4는 가장 분산효과가 좋은 실시예 2를 이용하여 제조한 실시예 4와 비교예 2에 따른 고체전해질 시트를 포함하는 대칭셀의 충방전을 전류밀도에 따라 반복한 그래프이다. 대칭셀의 충방전 특성은 Li/ 실시예 4 또는 비교예 2에 따른 고체전해질 시트(두께 50㎛)/Li로 구성한 리튬 대칭셀을 제조하여 70℃ 전류밀도 0.1, 0.2, 0.3 mA/cm2 에서 각각 충전과 방전을 반복하여 평가하였다.Figure 4 is a graph showing repeated charging and discharging of a symmetrical cell containing the solid electrolyte sheet according to Example 4 and Comparative Example 2 manufactured using Example 2, which has the best dispersion effect, according to current density. The charge/discharge characteristics of the symmetric cell were measured by manufacturing a lithium symmetric cell composed of Li/solid electrolyte sheet (thickness 50㎛) according to Example 4 or Comparative Example 2/Li at a current density of 0.1, 0.2, and 0.3 mA/cm 2 at 70°C. Each was evaluated by repeating charging and discharging.

도 4에 따르면, 리튬이온의 전착 및 탈착에 의한 전압의 변화에 있어 실시예 4의 경우 비교예 3 보다 과전압이 낮고 안정적인 특성을 나타내었다. 이는 수명 특성 개선에 영향을 줄 것으로 보인다.According to Figure 4, Example 4 showed lower overvoltage and more stable characteristics than Comparative Example 3 in terms of voltage change due to electrodeposition and desorption of lithium ions. This is expected to have an impact on improving lifespan characteristics.

시험예 3: 전지의 충방전 특성 및 싸이클 특성 Test Example 3: Battery charge/discharge characteristics and cycle characteristics

도 5는 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 전고체 리튬이차전지의 충방전 특성 그래프(0.1C)이고, 도 6은 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 전고체 리튬이차전지의 싸이클 특성 그래프(0.1C(2cycle)-> 0.33C)이다. 이때 L/W가 ~5mg/cm2, 작동온도가 70℃였다.Figure 5 is a graph (0.1C) of charge and discharge characteristics of the all-solid-state lithium secondary battery according to Device Example 1 and Device Comparative Example 1, and Figure 6 is a graph of the all-solid-state lithium secondary battery according to Device Example 1 and Device Comparative Example 1. This is a cycle characteristics graph (0.1C (2cycle) -> 0.33C). At this time, L/W was ~5mg/cm 2 and the operating temperature was 70℃.

도 5에 따르면, 볼밀 공정 후 ACN 용매에 초음파 분산시킨 경우와 그렇지 않은 경우를 비교해 보면, 초기 용량에 있어서는 초음파 분산공정을 거친 경우의 전지 용량이 비교예보다 10mAh/g 정도 작게 나타나지만, 충방전 곡선을 볼 때 저항증가에 따른 셀 저항 차이가 없는 것을 알 수 있었다. According to Figure 5, when comparing the case of ultrasonic dispersion in ACN solvent after the ball mill process and the case without ultrasonic dispersion, the initial capacity of the battery after the ultrasonic dispersion process appears to be about 10 mAh/g smaller than the comparative example, but the charge/discharge curve Looking at , it was seen that there was no difference in cell resistance due to increase in resistance.

또한 도 6을 참조하면, 도 5에서 비록 초기용량은 다소 작게 나타났지만 200cycle 이상 충방전을 진행할 경우 비교예는 급락하는 수명특성으로 보여주지만, ACN 용매에 초음파 분산시킨 미립자를 적용한 전지의 경우 복합고체전해질 시트 내에 고체전해질 미립자들의 충진률이 높아져 50μm의 얇은 시트 두께에도 불구하고 Li dendrite를 효과적으로 방지할 수 있고, 상대적으로 Li 이온의 확산계수 증가로 인해 최종적으로 전고체 리튬이차전지의 수명특성이 개선됨을 알 수 있었다Also, referring to FIG. 6, although the initial capacity appears to be somewhat small in FIG. 5, the comparative example shows a rapid decline in life characteristics when charging and discharging is performed for more than 200 cycles. However, in the case of a battery using ultrasonically dispersed fine particles in an ACN solvent, the composite solid As the filling rate of solid electrolyte particles within the electrolyte sheet increases, Li dendrite can be effectively prevented despite the thin sheet thickness of 50μm, and the lifespan characteristics of the all-solid-state lithium secondary battery are ultimately improved due to the relatively increased diffusion coefficient of Li ions. And it was found

시험예 4: 분쇄 및 초음파 분산 공정의 효과 모식도Test Example 4: Schematic diagram of the effect of grinding and ultrasonic dispersion process

도 6을 참조하면, 결과적으로 고체전해질을 분쇄하여 효과적으로 분산시킴으로써 입자를 작게 조절했을 때, 리튬 이온의 이동은 interface와 PEO-Li salt를 통해 많이 전달되는 것을 알 수 있다. 이유는 작게 조절된 고체전해질 입자를 사용할 경우 높은 비표면적을 가지고 있어 PEO와 Li salt가 닿는 면적이 많아지기 때문이다. Referring to FIG. 6, it can be seen that when the particles are controlled to be small by effectively dispersing the solid electrolyte by pulverizing it, a large amount of lithium ions are transferred through the interface and PEO-Li salt. The reason is that when small solid electrolyte particles are used, they have a high specific surface area, which increases the area in contact between PEO and Li salt.

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

Claims (20)

(a) 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 고체전해질을 분쇄하여 제1 LLZO 고체전해질 미립자를 제조하는 단계;
(b) 상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자 및 용매를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 분산용액을 초음파 처리하여 제2 LLZO 고체 전해질 미립자를 제조하는 단계;를
포함하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
(a) pulverizing the lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte to produce first LLZO solid electrolyte particles;
(b) preparing a dispersion solution containing the first LLZO solid electrolyte particles and a solvent; and
(c) sonicating the dispersion solution to produce second LLZO solid electrolyte particles;
Method for producing solid electrolyte particles comprising:
제1항에 있어서,
단계 (a)에서,
상기 분쇄가 에어제트밀(Air Jet mill), 유성 볼밀 공정 및 막자사발 분쇄 공정으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
According to paragraph 1,
In step (a),
A method for producing solid electrolyte particles, characterized in that the grinding is performed by one or more processes selected from the group consisting of an air jet mill, a planetary ball mill process, and a mortar grinding process.
제1항에 있어서,
단계 (a)에서,
상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자의 평균입도(d50)가 7 내지 15㎛인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
According to paragraph 1,
In step (a),
A method for producing solid electrolyte particles, characterized in that the average particle size (d 50 ) of the first LLZO solid electrolyte particles is 7 to 15㎛.
제3항에 있어서,
상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자가 단일 크기 분포(unimodal size distribution)를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
According to paragraph 3,
A method for producing solid electrolyte particles, characterized in that the first LLZO solid electrolyte particles have a unimodal size distribution.
제1항에 있어서,
상기 용매가 이소프로필 알코올(IPA), 아세토니트릴(ACN), 에탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
According to paragraph 1,
A method for producing solid electrolyte particles, wherein the solvent includes at least one selected from the group consisting of isopropyl alcohol (IPA), acetonitrile (ACN), and ethanol.
제1항에 있어서,
단계 (c)에서,
상기 초음파 처리가 30분 내지 2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
According to paragraph 1,
In step (c),
A method for producing solid electrolyte particles, characterized in that the ultrasonic treatment is performed for 30 minutes to 2 hours.
제1항에 있어서,
단계 (c)에서,
상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자의 평균입도(d50)가 1 내지 15㎛인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
According to paragraph 1,
In step (c),
A method for producing solid electrolyte particles, characterized in that the average particle size (d 50 ) of the second LLZO solid electrolyte particles is 1 to 15㎛.
제7항에 있어서,
상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자의 평균입도(d50)가 1.5 내지 3.5㎛인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
In clause 7,
A method for producing solid electrolyte particles, characterized in that the average particle size (d 50 ) of the second LLZO solid electrolyte particles is 1.5 to 3.5 ㎛.
제1항에 있어서,
단계 (c)에서,
상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자의 평균입도(d10)가 0.05 내지 0.5㎛인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
According to paragraph 1,
In step (c),
A method for producing solid electrolyte particles, characterized in that the average particle size (d 10 ) of the second LLZO solid electrolyte particles is 0.05 to 0.5 ㎛.
제9항에 있어서,
단계 (c)에서,
상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자의 평균입도(d10)가 0.09 내지 0.2㎛인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
According to clause 9,
In step (c),
A method for producing solid electrolyte particles, characterized in that the average particle size (d 10 ) of the second LLZO solid electrolyte particles is 0.09 to 0.2 ㎛.
제1항에 있어서,
단계 (c)에서,
상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자가 제1 크기 분포 및 제2 크기 분포를 포함하는 이중 크기 분포(bimodal size distribution)를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
According to paragraph 1,
In step (c),
A method for producing solid electrolyte microparticles, characterized in that the second LLZO solid electrolyte microparticles have a bimodal size distribution including a first size distribution and a second size distribution.
제11항에 있어서,
상기 제1 크기 분포를 갖는 고체 전해질 미립자의 크기가 0.05 내지 1 ㎛이고,
상기 제2 크기 분포를 갖는 고체 전해질 미립자의 크기가 0.09 내지 200 ㎛인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
According to clause 11,
The solid electrolyte particles having the first size distribution have a size of 0.05 to 1 ㎛,
A method for producing solid electrolyte particles, characterized in that the size of the solid electrolyte particles having the second size distribution is 0.09 to 200 ㎛.
제12항에 있어서,
상기 제1 크기 분포를 갖는 고체 전해질 미립자의 크기가 0.05 내지 0.09 ㎛이고,
상기 제2 크기 분포를 갖는 고체 전해질 미립자의 크기가 0.09 내지 150 ㎛인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
According to clause 12,
The size of the solid electrolyte particles having the first size distribution is 0.05 to 0.09 ㎛,
A method for producing solid electrolyte particles, characterized in that the size of the solid electrolyte particles having the second size distribution is 0.09 to 150 ㎛.
제1항에 있어서,
상기 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 고체전해질이 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 미립자의 제조방법.
[화학식 1]
LixAlpGaqTarLayZrzO12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 0≤r≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)
According to paragraph 1,
A method for producing solid electrolyte particles, characterized in that the lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte is represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Li _ _ _ _ _ _ )
(a) 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 고체전해질을 분쇄하여 제1 LLZO 고체전해질 미립자를 제조하는 단계;
(b) 상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자 및 용매를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계;
(c) 상기 분산용액을 초음파 처리하여 제2 LLZO 고체 전해질 미립자를 제조하는 단계; 및
(e) 상기 제2 LLZO 고체전해질 미립자 및 제2 바인더를 포함하는 복합 고체전해질 시트를 제조하는 단계;를
포함하는 복합 고체 전해질 시트의 제조방법.
(a) pulverizing the lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte to produce first LLZO solid electrolyte particles;
(b) preparing a dispersion solution containing the first LLZO solid electrolyte particles and a solvent;
(c) sonicating the dispersion solution to produce second LLZO solid electrolyte particles; and
(e) manufacturing a composite solid electrolyte sheet containing the second LLZO solid electrolyte particles and a second binder;
Method for manufacturing a composite solid electrolyte sheet comprising:
제15항에 있어서,
상기 제2 바인더가 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 니트릴부타디엔러버(NBR, nitrile butadiene rubber), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴카보네이트(polyvinylidenecarbonate) 및 폴리비닐피롤리디논(polyvinyl pyrrolidinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 고체전해질 시트의 제조방법.
According to clause 15,
The second binder is polyethylene oxide, nitrile butadiene rubber (NBR), polyethylene glycol, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, and polymethylmethacrylate. ), polypropyleneoxide, polydimethylsiloxane, polyvinylidenefluoride, polyvinylidenecarbonate, and polyvinyl pyrrolidinone. A method for manufacturing a composite solid electrolyte sheet comprising:
(A) 양극활물질, 제1 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 고체전해질, 제1 바인더 및 도전재를 포함하는 양극을 제조하는 단계;
(B) 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 고체전해질 및 제2 바인더를 포함하는 고체전해질 시트를 제조하는 단계;
(C) 상기 양극과 상기 고체전해질 시트를 적층하여 적층체를 제조하는 단계; 및
(D) 상기 적층체의 고체전해질 시트 상에 리튬 금속을 포함하는 음극을 배치하는 단계;를
포함하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
(A) manufacturing a positive electrode including a positive electrode active material, a first lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte, a first binder, and a conductive material;
(B) manufacturing a solid electrolyte sheet including a second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte and a second binder;
(C) manufacturing a laminate by laminating the positive electrode and the solid electrolyte sheet; and
(D) disposing a negative electrode containing lithium metal on the solid electrolyte sheet of the laminate;
Manufacturing method of an all-solid lithium secondary battery comprising:
제17항에 있어서,
단계 (B)가
(B-1) 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 고체전해질을 분쇄하여 제1 LLZO 고체전해질 미립자를 제조하는 단계;
(B-2) 상기 제1 LLZO 고체전해질 미립자 및 용매를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계;
(B-3) 상기 분산용액을 초음파 처리하여 제2 LLZO 고체 전해질 미립자를 제조하는 단계; 및
(B-4) 상기 제2 LLZO 고체 전해질 미립자 및 제2 바인더를 포함하는 고체전해질 시트를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
According to clause 17,
Step (B)
(B-1) pulverizing the second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte to produce first LLZO solid electrolyte particles;
(B-2) preparing a dispersion solution containing the first LLZO solid electrolyte particles and a solvent;
(B-3) sonicating the dispersion solution to produce second LLZO solid electrolyte particles; and
(B-4) manufacturing a solid electrolyte sheet containing the second LLZO solid electrolyte particles and a second binder. A method for manufacturing an all-solid lithium secondary battery, comprising:
제17항에 있어서,
상기 제2 리튬 란타늄 지르코늄 산화물(LLZO) 고체전해질이 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.
[화학식 1]
LixAlpGaqTarLayZrzO12 (5≤x≤9, 0≤p≤4, 0≤q≤4, 0≤r≤1, 2≤y≤4, 1≤z≤3)
According to clause 17,
A method of manufacturing an all-solid lithium secondary battery, characterized in that the second lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) solid electrolyte is represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Li _ _ _ _ _ _ )
제17항에 있어서,
상기 양극활물질이 리튬철인산염계 산화물(lithium iron phosphate, LiFePO4), 리튬니켈코발트알루미늄계 산화물(NCA), 리튬코발트계 산화물(LiCoO2), 리튬니켈계 산화물(LiNiO2), 리튬망간계 산화물(LiMn2O4) 및 리튬니켈코발트망간계 산화물(NCM)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 리튬이차전지의 제조방법.

According to clause 17,
The positive electrode active material is lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), and lithium manganese oxide. (LiMn 2 O 4 ) and lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM). A method for manufacturing an all-solid-state lithium secondary battery, characterized in that it includes at least one selected from the group consisting of.

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