KR20240031870A - All Solid secondary battery - Google Patents
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Abstract
양극층; 음극층; 및 상기 양극층과 상기 음극층 사이에 배치된 고체전해질층을 포함하며, 상기 양극층이 양극집전체 및 상기 양극집전체의 일면 또는 양면 상에 배치된 양극활물질층을 포함하며, 상기 양극활물질층이 리튬 함유 황화물계 양극활물질을 포함하며, 상기 리튬 함유 황화물계 양극활물질이 Li2S, Li2S 함유 복합체 또는 이들의 조합을 포함하며, 상기 양극층의 일 측면 상에 배치된 제1 불활성 부재(inactive member)를 포함하며, 상기 음극층이 음극집전체 및 상기 음극집전체의 일면 상에 배치된 제1 음극활물질층을 포함하며, 상기 제1 음극활물질층의 초기 충전 용량(B)과 상기 양극활물질층의 초기 충전 용량(A)의 비율(B/A)이 0.005 내지 0.45 이며, 상기 양극활물질층의 초기 충전 용량은 제1 개방 회로 전압(1st open circuit voltage)로부터 Li/Li+에 대하여 최대 충전 전압(maximum charging voltage)에서 결정되며, 상기 음극활물질층의 초기 충전 용량은 제2 개방 회로 전압(2nd open circuit voltage)로부터 Li/Li+에 대하여 0.01 V에서 결정되는, 전고체 이차전지가 제시된다.anode layer; cathode layer; and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, wherein the positive electrode layer includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on one or both sides of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer A first inert member comprising a lithium-containing sulfide-based positive electrode active material, wherein the lithium-containing sulfide-based positive electrode active material includes Li 2 S, a Li 2 S-containing composite, or a combination thereof, and disposed on one side of the positive electrode layer. (inactive member), wherein the negative electrode layer includes a negative electrode current collector and a first negative electrode active material layer disposed on one surface of the negative electrode current collector, and the initial charge capacity (B) of the first negative electrode active material layer and the The ratio (B/A) of the initial charge capacity (A) of the positive electrode active material layer is 0.005 to 0.45, and the initial charge capacity of the positive active material layer is from the first open circuit voltage (1 st open circuit voltage) to Li/Li + is determined at the maximum charging voltage, and the initial charging capacity of the negative electrode active material layer is determined at 0.01 V for Li/Li + from the 2nd open circuit voltage, all-solid secondary A battery is presented.
Description
전고체 이차전지에 관한 것이다.It concerns all-solid-state secondary batteries.
최근 산업상의 요구에 의하여 에너지 밀도와 안전성이 높은 전지의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 예를 들어, 리튬 전지는 정보 관련 기기, 통신 기기 분야뿐만 아니라 자동차 분야에서도 실용화되고 있다. 자동차 분야에 있어서는 생명과 관계되기 때문에 특히 안전이 중요시된다.Recently, in response to industrial demands, the development of batteries with high energy density and safety has been actively conducted. For example, lithium batteries are being put to practical use not only in the fields of information-related devices and communication devices, but also in the automotive field. In the automotive field, safety is especially important because it involves life.
리튬 전지는 전해질로서 가연성 유기 용매를 포함 전해액을 이용하고 있기 때문에, 단락이 발생한 경우 과열 및 화재 가능성이 있다.Since lithium batteries use an electrolyte containing a flammable organic solvent as an electrolyte, there is a possibility of overheating and fire if a short circuit occurs.
전해액 대신에 고체전해질을 이용한 전고체 전지가 제안되고 있다.An all-solid-state battery using a solid electrolyte instead of an electrolyte has been proposed.
전고체 전지는 가연성 유기 용매를 사용하지 않음으로써, 단락이 발생해도 화재나 폭발이 발생할 가능성을 크게 줄일 수 있다. 이러한 전고체 전지는 전해액을 사용하는 리튬 전지에 비해 안전성을 크게 높일 수 있다.By not using flammable organic solvents, all-solid-state batteries can greatly reduce the possibility of fire or explosion even if a short circuit occurs. These all-solid-state batteries can greatly increase safety compared to lithium batteries that use electrolytes.
이차전지는 용량을 증가시키기 위하여 양극활물질로서 유황계 재료(e.g., S)를 사용한다. 이차전지의 충방전 과정에서 유황계 재료로부터 폴리설파이드가 생성되며, 생성된 폴리설파이드가 음극으로 이동하여 음극과 반응한다. 이러한 부반응에 의하여 이차전지의 수명 특성이 저하된다. 폴리설파이드와 리튬 금속의 부반응을 억제할 수 있는 이차전지가 요구된다.Secondary batteries use sulfur-based materials (e.g., S) as cathode active materials to increase capacity. During the charging and discharging process of a secondary battery, polysulfide is generated from sulfur-based materials, and the generated polysulfide moves to the cathode and reacts with the cathode. These side reactions deteriorate the lifespan characteristics of secondary batteries. A secondary battery that can suppress side reactions between polysulfide and lithium metal is required.
유황계 재료(e.g., S)를 포함하는 이차전지는 초기 방전 시에 유황계 재료의 부피가 증가하고, 충전 과정에서 부피가 다시 감소하므로, 유황계 재료의 부피가 증가하는 과정에서 전극 내의 이온 및/또는 전자의 전달 경로가 단절될 수 있다. 이러한 이온 및/또는 전자의 전달 경로의 단절이 이차전지의 열화를 야기한다. 이러한 이온 및/또는 전자의 전달 경로의 단절을 억제할 수 있는 이차전지가 요구된다.In a secondary battery containing a sulfur-based material (e.g., S), the volume of the sulfur-based material increases during initial discharge and decreases again during the charging process, so in the process of increasing the volume of the sulfur-based material, ions and /Or the electron transmission path may be cut off. Disruption of the ion and/or electron transfer path causes deterioration of the secondary battery. There is a need for a secondary battery that can suppress disruption of the ion and/or electron transfer path.
이차전지의 제조 과정 및/또는 충방전 과정에서 고체전해질층 내에 결함이 발생하고, 이러한 결함으로부터 고체전해질층 내에 균열이 발생 및 성장한다. 이러한 균열을 통하여 리튬이 성장함에 의하여 단락이 발생한다. 이차전지의 제조 과정 및/또는 충방전 과정에서 이러한 결함의 발생을 억제할 수 있는 이차전지가 요구된다.During the manufacturing process and/or charging and discharging of a secondary battery, defects occur in the solid electrolyte layer, and cracks occur and grow within the solid electrolyte layer from these defects. As lithium grows through these cracks, a short circuit occurs. There is a need for a secondary battery that can suppress the occurrence of such defects during the manufacturing process and/or charging and discharging process of the secondary battery.
한 측면은 충방전 시 전해질층과 리튬 금속의 부반응을 방지하고, 이온 및/또는 전자 전달 경로의 단절을 억제하며, 충방전 시 폴리설파이드에 의한 부반응을 방지하고, 제조 및/또는 충방전 시 이차전지 내의 결함 발생을 억제하는 새로운 구조의 이차전지를 제공하는 것이다.One aspect is to prevent side reactions between the electrolyte layer and lithium metal during charging and discharging, suppress disruption of ion and/or electron transfer paths, prevent side reactions caused by polysulfide during charging and discharging, and prevent secondary reactions during manufacturing and/or charging and discharging. The goal is to provide a secondary battery with a new structure that suppresses the occurrence of defects in the battery.
일 구현예에 따라According to one embodiment
양극층; 음극층; 및 상기 양극층과 상기 음극층 사이에 배치된 고체전해질층을 포함하며,anode layer; cathode layer; And a solid electrolyte layer disposed between the anode layer and the cathode layer,
상기 양극층이 양극집전체 및 상기 양극집전체의 일면 또는 양면 상에 배치된 양극활물질층을 포함하며,The positive electrode layer includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on one or both sides of the positive electrode current collector,
상기 양극활물질층이 리튬 함유 황화물계 양극활물질을 포함하며, 상기 리튬 함유 황화물계 양극활물질이 Li2S, Li2S 함유 복합체 또는 이들의 조합을 포함하며,The positive electrode active material layer includes a lithium-containing sulfide-based positive electrode active material, and the lithium-containing sulfide-based positive electrode active material includes Li 2 S, Li 2 S-containing composite, or a combination thereof,
상기 양극층의 일 측면 상에 배치된 제1 불활성 부재(inactive member)를 포함하며,comprising a first inactive member disposed on one side of the anode layer,
상기 음극층이 음극집전체 및 상기 음극집전체의 일면 상에 배치된 제1 음극활물질층을 포함하며,The negative electrode layer includes a negative electrode current collector and a first negative electrode active material layer disposed on one surface of the negative electrode current collector,
상기 제1 음극활물질층의 초기 충전 용량(B)과 상기 양극활물질층의 초기 충전 용량(A)의 비율(B/A)이 0.005 내지 0.45 이며,The ratio (B/A) of the initial charge capacity (B) of the first negative electrode active material layer and the initial charge capacity (A) of the positive electrode active material layer is 0.005 to 0.45,
상기 양극활물질층의 초기 충전 용량은 제1 개방 회로 전압(1st open circuit voltage)로부터 Li/Li+에 대하여 최대 충전 전압(maximum charging voltage)에서 결정되며,The initial charging capacity of the positive electrode active material layer is determined from the maximum charging voltage for Li/Li + from the first open circuit voltage (1 st open circuit voltage),
상기 음극활물질층의 초기 충전 용량은 제2 개방 회로 전압(2nd open circuit voltage)로부터 Li/Li+에 대하여 0.01 V에서 결정되는, 전고체 이차전지가 제공된다.An all-solid-state secondary battery is provided in which the initial charge capacity of the negative electrode active material layer is determined at 0.01 V for Li/Li + from the 2nd open circuit voltage.
한 측면에 따라, 새로운 구조를 가지는 전고체 이차전지에 의하면, 단락이 억제되고, 사이클 특성이 향상된 전고체 이차전지를 제공하는 것이 가능하다.According to one aspect, according to an all-solid-state secondary battery having a new structure, it is possible to provide an all-solid-state secondary battery with suppressed short circuits and improved cycle characteristics.
도 1은 예시적인 일구현예에 따른 전고체 이차전지의 단면도이다.
도 2는 예시적인 일구현예에 따른 전고체 이차전지의 단면도이다.
도 3은 예시적인 일구현예에 따른 바이셀(bi-cell) 전고체 이차전지의 단면도이다.
도 4는 예시적인 일구현예에 따른 전고체 이차전지 양극층의 개략도이다.
도 5는 예시적인 일구현예에 따른 전고체 이차전지의 내부를 부분적으로 보여주는 개략도이다.
도 6은 예시적인 일구현예에 따른 전고체 이차전지의 단면도이다.
도 7은 예시적인 일구현예에 따른 전고체 이차전지의 단면도이다.
도 8은 예시적인 일구현예에 따른 바이셀(bi-cell)전고체 이차전지의 단면도이다.
도 9는 예시적인 일구현예에 따른 적층된 바이셀(bi-cell) 전고체 이차전지 스택의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an all-solid-state secondary battery according to an exemplary embodiment.
Figure 2 is a cross-sectional view of an all-solid-state secondary battery according to an exemplary embodiment.
Figure 3 is a cross-sectional view of a bi-cell all-solid-state secondary battery according to an exemplary embodiment.
Figure 4 is a schematic diagram of an anode layer of an all-solid secondary battery according to an exemplary embodiment.
Figure 5 is a schematic diagram partially showing the interior of an all-solid-state secondary battery according to an exemplary embodiment.
Figure 6 is a cross-sectional view of an all-solid-state secondary battery according to an exemplary embodiment.
Figure 7 is a cross-sectional view of an all-solid-state secondary battery according to an exemplary embodiment.
Figure 8 is a cross-sectional view of a bi-cell all-solid-state secondary battery according to an exemplary embodiment.
9 is a cross-sectional view of a stacked bi-cell all-solid-state secondary battery stack according to an exemplary embodiment.
다양한 구현예가 첨부 도면에 도시되었다. 그러나 본 창의적 사상은 많은 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 구현예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시가 철저하고 완전하게 이루어질 수 있도록 제공되며, 기술분야에서 통상의 지식을 가진 이들에게 본 창의적 사상의 범위를 충분히 전달할 것이다. 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.Various implementation examples are shown in the accompanying drawings. However, this creative idea can be embodied in many different forms, and should not be construed as limited to the implementation examples described in this specification. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the present creative idea to those skilled in the art. Like reference numerals refer to like elements.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "위에" 있다고 언급될 때, 다른 구성 요소의 바로 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 구성 요소가 개재될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 대조적으로, 구성 요소가 다른 구성 요소의 "직접적으로 위에" 있다고 언급될 때, 그 사이에 구성 요소가 개재하지 않는다.It will be understood that when an element is referred to as being “on” another element, it may be directly on top of the other element, or there may be other elements intervening between them. In contrast, when an element is said to be “directly on” another element, there are no intervening elements between them.
"제1", "제2", "제3" 등의 용어는 본 명세서에서 다양한 구성 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 구역을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 구성 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 구역은 이들 용어들에 의해 제한되어서는 안된다. 이들 용어는 하나의 구성 요소, 성분, 영역, 층 또는 구역을 다른 요소, 성분, 영역, 층 또는 구역과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서 이하에서 설명되는 제1 구성요소, 성분, 영역, 층 또는 구역은 본 명세서의 교시를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소, 성분, 영역, 층 또는 구역으로 지칭될 수 있다.Terms such as “first,” “second,” “third,” and the like may be used herein to describe various components, components, regions, layers, and/or sections; Layers and/or zones should not be limited by these terms. These terms are used only to distinguish one element, component, region, layer or section from another element, component, region, layer or section. Accordingly, a first component, component, region, layer or section described below may be referred to as a second component, component, region, layer or section without departing from the teachings herein.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정한 구현예만을 설명하기 위한 것이며 본 창의적 사상을 제한하려는 것은 아니다. 본원에서 사용된 단수 형태는 내용이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 "적어도 하나"를 포함하는 복수 형태를 포함하고자 한다. "적어도 하나"는 단수로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "및/또는"의 용어는 목록 항목 중 하나 이상의 임의의 모든 조합을 포함한다. 상세한 설명에서 사용된 "포함한다" 및/또는 "포함하는"의 용어는 명시된 특징, 영역, 정수, 단계, 동작, 구성 요소 및/또는 성분의 존재를 특정하며, 하나 이상의 다른 특징, 영역, 정수, 단계, 동작, 구성 요소, 성분 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in this specification are intended to describe only specific implementation examples and are not intended to limit the creative idea. As used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” are intended to include the plural forms, including “at least one,” unless the content clearly dictates otherwise. “At least one” should not be construed as limiting to the singular. As used herein, the term “and/or” includes any and all combinations of one or more of the listed items. As used in the detailed description, the terms "comprise" and/or "comprising" specify the presence of a specified feature, area, integer, step, operation, component and/or component, and one or more other features, areas, integers, or elements. , does not exclude the presence or addition of steps, operations, components, ingredients and/or groups thereof.
"밑", "아래쪽", "하부", "위", "위쪽", "상부" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 하나의 구성 요소 또는 특징의 다른 구성 요소 또는 특징에 대한 관계를 용이하게 기술하기 위하여 여기에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향에 추가하여 사용 또는 작동시 장치의 상이한 방향을 포함하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집힌다면, 다른 구성 요소 또는 특징의 "밑" 또는 "아래"로 기술된 구성 요소는 다른 구성 요소 또는 특징의 "위"에 배향될 것이다. 따라서 예시적인 용어 "아래"는 위와 아래의 방향 모두를 포괄할 수 있다. 상기 장치는 다른 방향으로 배치될 수 있고(90도 회전되거나 다른 방향으로 회전될 수 있음), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 용어는 그에 따라 해석될 수 있다.Spatially relative terms such as “bottom,” “bottom,” “bottom,” “above,” “upper,” etc. are used to facilitate describing the relationship of one component or feature to another component or feature. It can be used here for: It will be understood that spatially relative terms are intended to encompass different orientations of the device in use or operation in addition to the orientation shown in the figures. For example, if the device in the figures were turned over, elements described as “below” or “below” other elements or features would be oriented “above” the other elements or features. Accordingly, the exemplary term “down” can encompass both upward and downward directions. The device can be positioned in different orientations (rotated 90 degrees or rotated in other directions) and the spatially relative terms used herein can be interpreted accordingly.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학 용어 포함)는 본 개시가 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 이에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 바와 같은 용어는 관련 기술 및 본 개시 내용의 문맥 내의 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 이상화되거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 함이 또한 이해될 것이다. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification have the same meaning as commonly understood by those skilled in the art to which this disclosure pertains. Additionally, it is also understood that terms as defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with their meanings within the context of the related art and present disclosure, and should not be interpreted in an idealized or overly formal sense. It will be.
예시적인 구현예들이 이상화된 구현예들의 개략도인 단면도를 참조하여 본 명세서에서 설명된다. 이와 같이, 예를 들어 제조 기술 및/또는 허용 오차와 같은 결과로서 도시의 형상으로부터의 변형이 예상되어야 한다. 따라서 본 명세서에 기술된 실시예들은 본 명세서에 도시된 바와 같은 영역들의 특정 형상들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 예를 들어 제조로부터 야기되는 형상들의 편차들을 포함해야 한다. 예를 들어, 평평한 것으로 도시되거나 기술된 영역은 전형적으로 거칠거나 및/또는 비선형 특징을 가질 수 있다. 더욱이, 예리하게 도시된 각은 둥글 수 있다. 따라서 도면들에 도시된 영역들은 본질적으로 개략적이며, 그 형상들은 영역의 정확한 형상을 도시하기 위한 것이 아니며, 본 청구항의 범위를 제한하려는 것이 아니다.Exemplary implementations are described herein with reference to cross-sectional diagrams, which are schematic diagrams of idealized implementations. As such, variations from the shape of the city should be expected, for example as a result of manufacturing techniques and/or tolerances. Accordingly, the embodiments described herein should not be construed as limited to the specific shapes of the regions as shown herein, but should include variations in shapes resulting, for example, from manufacturing. For example, areas shown or described as flat may typically have rough and/or non-linear features. Moreover, angles shown as sharp may be rounded. Accordingly, the areas shown in the drawings are schematic in nature and the shapes are not intended to depict the exact shape of the areas and are not intended to limit the scope of the claims.
"족"은 국제 순수 및 응용 화학 연맹("IUPAC") 1-18족 족분류 시스템에 따른 원소 주기율표의 그룹을 의미한다.“Group” means a group of the Periodic Table of the Elements according to the International Union of Pure and Applied Chemistry (“IUPAC”) Groups 1-18 grouping system.
본 명세서에서 "입경"는은 입자가 구형인 경우 평균 직경을 나타내며 입자가 비구형인 경우에는 평균 장축 길이를 나타낸다. 입경은 입자 크기 분석기(particle size analyzer(PSA))를 이용하여 측정할 수 있다. "입경"은 예를 들어 평균 입경이다. "평균 입경"은, 예를 들어 메디안 입자 직경인 D50이다. In this specification, “particle diameter” refers to the average diameter when the particle is spherical, and refers to the average major axis length when the particle is non-spherical. Particle size can be measured using a particle size analyzer (PSA). “Particle size” is, for example, the average particle size. The “average particle diameter” is, for example, D50, which is the median particle diameter.
D50은 레이저 회절법으로 측정되는 입자의 크기 분포에서 작은 입자 크기를 가지는 입자 측으로부터 계산하여 50% 누적 부피에 해당하는 입자의 크기이다.D50 is the particle size corresponding to 50% of the cumulative volume calculated from the particle side with the small particle size in the particle size distribution measured by laser diffraction.
D90은 레이저 회절법으로 측정되는 입자의 크기 분포에서 작은 입자 크기를 가지는 입자 측으로부터 계산하여 90% 누적 부피에 해당하는 입자의 크기이다.D90 is the particle size corresponding to 90% of the cumulative volume calculated from the particle side with the small particle size in the particle size distribution measured by laser diffraction.
D10은 레이저 회절법으로 측정되는 입자의 크기 분포에서 작은 입자 크기를 가지는 입자 측으로부터 계산하여 10% 누적 부피에 해당하는 입자의 크기이다.D10 is the particle size corresponding to 10% of the cumulative volume calculated from the particle side with the small particle size in the particle size distribution measured by laser diffraction.
본 개시에서 "금속"은 원소 상태 또는 이온 상태에서, 금속과 규소 및 게르마늄과 같은 준금속(metalloid)을 모두 포함한다.In the present disclosure, “metal” includes both metals and metalloids such as silicon and germanium, in elemental or ionic state.
본 개시에서 "합금"은 둘 이상의 금속의 혼합물을 의미한다.In this disclosure, “alloy” means a mixture of two or more metals.
본 개시에서 "전극활물질"은 리튬화 및 탈리튬화를 겪을 수 있는 전극 재료를 의미한다.In the present disclosure, “electrode active material” refers to an electrode material that can undergo lithiation and delithiation.
본 개시에서 "양극활물질"은 리튬화 및 탈리튬화를 겪을 수 있는 양극 재료를 의미한다.In the present disclosure, “positive electrode active material” refers to a positive electrode material that can undergo lithiation and delithiation.
본 개시에서 "음극활물질"은 리튬화 및 탈리튬화를 겪을 수 있는 음극 재료를 의미한다.In the present disclosure, “negative electrode active material” refers to a negative electrode material that can undergo lithiation and delithiation.
본 개시에서 "리튬화" 및 "리튬화하다"는 리튬을 전극활물질에 부가하는 과정을 의미한다.In the present disclosure, “lithiation” and “lithiation” refer to the process of adding lithium to an electrode active material.
본 개시에서 "탈리튬화" 및 "탈리튬화하다"는 전극활물질로부터 리튬을 제거하는 과정을 의미한다.In the present disclosure, “delithiation” and “delithiation” refer to a process of removing lithium from an electrode active material.
본 개시에서 "충전" 및 "충전하다"는 전지에 전기화학적 에너지를 제공하는 과정을 의미한다.In the present disclosure, “charging” and “charging” refer to the process of providing electrochemical energy to a battery.
본 개시에서 "방전" 및 "방전하다"는 전지로부터 전기화학적 에너지를 제거하는 과정을 의미한다.In the present disclosure, “discharge” and “discharge” refer to the process of removing electrochemical energy from a battery.
본 개시에서 "양극" 및 "캐소드"는 방전 과정 동안에 전기화학적 환원 및 리튬화가 일어나는 전극을 의미한다.In the present disclosure, “anode” and “cathode” refer to the electrode where electrochemical reduction and lithiation occur during the discharge process.
본 개시에서 "음극" 및 "애노드"는 방전 과정 동안에 전기화학적 산화 및 탈리튬화가 일어나는 전극을 의미한다.In the present disclosure, “cathode” and “anode” refer to the electrode where electrochemical oxidation and delithiation occur during the discharge process.
특정한 구현예가 기술되었지만, 현재 예상되지 않거나 예상할 수 없는 대안, 수정, 변형, 개선 및 실질적인 균등물이 출원인 또는 당업자에게 발생할 수 있다. 따라서 출원되고 수정될 수 있는 첨부된 청구범위는 그러한 모든 대안, 수정, 변형, 개선 및 실질적 균등물을 포함하는 것으로 의도된다.Although specific embodiments have been described, alternatives, modifications, variations, improvements, and substantial equivalents not currently contemplated or foreseen may occur to applicants or those skilled in the art. Accordingly, the appended claims, as filed and as modified, are intended to cover all such alternatives, modifications, variations, improvements and substantial equivalents.
이하에서 예시적인 구현예들에 따른 전고체 이차전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, all-solid-state secondary batteries according to example embodiments will be described in more detail.
[전고체 이차전지][All-solid-state secondary battery]
일 구현예에 따른 전고체 이차전지는 양극층; 음극층; 및 상기 양극층과 상기 음극층 사이에 배치된 고체전해질층을 포함하며, 상기 양극층이 양극집전체 및 상기 양극집전체의 일면 또는 양면 상에 배치된 양극활물질층을 포함하며, 상기 양극활물질층이 리튬 함유 황화물계 양극활물질을 포함하며, 상기 리튬 함유 황화물계 양극활물질이 Li2S, Li2S 함유 복합체 또는 이들의 조합을 포함하며, 상기 양극층의 일 측면 상에 배치된 제1 불활성 부재(inactive member)를 포함하며, 상기 음극층이 음극집전체 및 상기 음극집전체의 일면 상에 배치된 제1 음극활물질층을 포함하며, 상기 제1 음극활물질층의 초기 충전 용량(B)과 상기 양극활물질층의 초기 충전 용량(A)의 비율(B/A)이 0.005 내지 0.45 이며, 상기 양극활물질층의 초기 충전 용량은 제1 개방 회로 전압(1st open circuit voltage)로부터 Li/Li+에 대하여 최대 충전 전압(maximum charging voltage)에서 결정되며, 상기 음극활물질층의 초기 충전 용량은 제2 개방 회로 전압(2nd open circuit voltage)로부터 Li/Li+에 대하여 0.01 V에서 결정된다.An all-solid-state secondary battery according to one embodiment includes a positive electrode layer; cathode layer; and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, wherein the positive electrode layer includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on one or both sides of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer A first inert member comprising a lithium-containing sulfide-based positive electrode active material, wherein the lithium-containing sulfide-based positive electrode active material includes Li 2 S, a Li 2 S-containing composite, or a combination thereof, and disposed on one side of the positive electrode layer. (inactive member), wherein the negative electrode layer includes a negative electrode current collector and a first negative electrode active material layer disposed on one surface of the negative electrode current collector, and the initial charge capacity (B) of the first negative electrode active material layer and the The ratio (B/A) of the initial charge capacity (A) of the positive electrode active material layer is 0.005 to 0.45, and the initial charge capacity of the positive active material layer is from the first open circuit voltage (1 st open circuit voltage) to Li/Li + It is determined at the maximum charging voltage, and the initial charging capacity of the negative electrode active material layer is determined at 0.01 V for Li/Li + from the 2nd open circuit voltage.
전고체 이차전지가 리튬 소스로서 리튬 금속 대신 리튬 함유 황화물계 양극활물질을 포함한다. 이에 의해, 음극층에서 리튬 금속과 같은 리튬 소스의 생략이 가능해진다. 음극층의 부피가 감소하므로 전고체 이차전지의 에너지 밀도가 향상된다..An all-solid-state secondary battery uses a lithium-containing sulfide-based cathode active material instead of lithium metal as a lithium source. This makes it possible to omit a lithium source, such as lithium metal, from the cathode layer. As the volume of the cathode layer decreases, the energy density of the all-solid secondary battery improves.
전고체 이차전지가 양극활물질로서 리튬 함유 황화물계 양극활물질을 포함한다. 따라서, 리튬 비함유 황화물계 양극활물질, 예를 들어 유황(S)의 초기 방전 시의 부피 증가에 의한 이온 및/또는 전자 전달 경로의 단절이 방지된다. 이러한 이온 및/또는 전자 전달 경로의 단절을 방지함에 의하여 전고체 이차전지의 사이클 특성이 향상된다.An all-solid-state secondary battery includes a lithium-containing sulfide-based cathode active material as a cathode active material. Therefore, disruption of the ion and/or electron transfer path due to an increase in the volume of the lithium-free sulfide-based positive electrode active material, for example, sulfur (S) during initial discharge, is prevented. By preventing disconnection of the ion and/or electron transfer path, the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery are improved.
전고체 이차전지가, 양극활물질층의 초기 충전 용량에 비하여 0.005 내지 0.45 범위의 초기 충전 용량을 가지는 제1 음극활물질층을 포함한다. 제1 음극활물질층이 이러한 범위의 작은 초기 충전 용량을 가짐에 의하여 충방전 시 양극층의 부피 변화를 음극층이 효과적으로 보상할 수 있다. 결과적으로, 충방전 시에 전고체 이차전지의 전체적인 부피 변화가 억제된다. 전고체 이차전지의 충방전 시에 급격한 부피 변화에 의한 균열 생성 등의 열화가 방지되므로 전고체 이차전지의 단락이 방지되고 사이클 특성이 향상된다.The all-solid-state secondary battery includes a first negative electrode active material layer having an initial charge capacity in the range of 0.005 to 0.45 compared to the initial charge capacity of the positive electrode active material layer. Since the first negative electrode active material layer has a small initial charge capacity in this range, the negative electrode layer can effectively compensate for changes in the volume of the positive electrode layer during charging and discharging. As a result, the overall volume change of the all-solid-state secondary battery is suppressed during charging and discharging. Deterioration such as cracks due to rapid volume changes during charging and discharging of the all-solid-state secondary battery is prevented, thereby preventing short circuit of the all-solid-state secondary battery and improving cycle characteristics.
전고체 이차전지가 고체전해질층을 포함함에 의하여 리튬 함유 황화물계 양극활물질의 충방전 시에 발생하는 폴리설파이드의 음극층으로의 이동이 차단된다. 따라서, 폴리설파이드와 음극활물질의 부반응이 억제된다.Since the all-solid-state secondary battery includes a solid electrolyte layer, the movement of polysulfide generated during charging and discharging of the lithium-containing sulfide-based positive electrode active material to the negative electrode layer is blocked. Therefore, side reactions between polysulfide and the negative electrode active material are suppressed.
양극층의 일 측면 상에 불활성 부재가 배치됨에 의하여 전고체 이차전지의 가압 시 및/또는 충방전 시 발생하는 고체전해질층의 균열이 억제된다. 따라서, 전고체 이차전지의 제조 시 및/또는 충방전 시 고체전해질층의 균열이 억제되고, 이에 의하여 전고체 이차전지의 단락이 억제된다. 결과적으로, 전고체 이차전지의 단락이 방지되고 수명 특성이 향상된다.By disposing an inert member on one side of the positive electrode layer, cracking of the solid electrolyte layer that occurs during pressurization and/or charging and discharging of the all-solid-state secondary battery is suppressed. Accordingly, cracking of the solid electrolyte layer is suppressed during manufacturing and/or charging and discharging of the all-solid-state secondary battery, thereby suppressing short-circuiting of the all-solid-state secondary battery. As a result, short circuit of the all-solid-state secondary battery is prevented and lifespan characteristics are improved.
도 1 내지 9를 참조하면, 전고체 이차전지(1)는 양극층(10); 음극층(20); 및 양극층(10)과 상기 음극층(20) 사이에 배치된 고체전해질층(30)을 포함하며, 양극층(10)이 양극집전체(11) 및 양극집전체의 일면 또는 양면 상에 배치된 양극활물질층(12)을 포함하며, 양극활물질층(12)이 황화물계 양극활물질을 포함하며, 황화물계 양극활물질이 Li2S, Li2S 함유 복합체 또는 이들의 조합을 포함하며, 양극층(10)의 일 측면 상에 배치된 제1 불활성 부재(40, inactive member)를 포함하며, 음극층(20)이 음극집전체(21) 및 음극집전체의 일면 상에 배치된 제1 음극활물질층(22)을 포함하며, 제1 음극활물질층(22)의 초기 충전 용량(B)과 양극활물질층(12)의 초기 충전 용량(A)의 비율(B/A)이 0.005 내지 0.45 이며, 양극활물질층(12)의 초기 충전 용량은 제1 개방 회로 전압(1st open circuit voltage)로부터 Li/Li+에 대하여 최대 충전 전압(maximum charging voltage)에서 결정되며, 제1 음극활물질층(22)의 초기 충전 용량은 제2 개방 회로 전압(2nd open circuit voltage)로부터 Li/Li+에 대하여 0.01 V에서 결정된다.1 to 9, the all-solid-state
[양극층][Anode layer]
[양극층: 양극활물질][Anode layer: Anode active material]
도 1 내지 도 9를 참조하면, 양극활물질층(12)은 예를 들어 양극활물질 및 고체전해질을 포함한다. 양극활물질층(12)에 포함된 고체전해질은 고체전해질층(30)에 포함되는 고체 전해질과 유사하거나 다르다. 고체전해질 대한 자세한 내용은 고체전해질층(30) 부분을 참조한다.1 to 9, the positive electrode
양극활물질은 리튬 함유 황화물계 양극활물질을 포함한다. 리튬 함유 황화물계 양극활물질은 예를 들어 유황계 양극활물질에 리튬이 추가된 전극 재료이다. 유황계 양극활물질은 예를 들어 유황계 재료, 유황계 재료 함유 복합체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 유황계 재료는 예를 들어 무기황, Li2Sn (n>1), 디설파이드 화합물, 유기 유황 화합물, 탄소-황 폴리머, 또는 이들의 조합일 수 있다. 유황계 재료 함유 복합체는 무기황, Li2Sn (n>1), 디설파이드 화합물, 유기 유황 화합물, 탄소-황 폴리머, 또는 이들의 조합을 함유하는 복합체일 수 있다. 유황계 재료 함유 복합체는 예를 들어 유황계 재료와 탄소의 복합체, 유황계 재료와 탄소와 고체전해질의 복합체, 유황계 재료와 고체전해질의 복합체, 유황계 재료와 금속카바이드의 복합체, 유황계 재료와 탄소와 금속카바이드의 복합체, 유황계 재료와 금속나이트라이드의 복합체, 유황계 재료와 탄소와 금속나이트라이드의 복합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 리튬 함유 황화물계 양극활물질은 산화물계 양극활물질에 비하여 단위 중량 당 높은 방전 용량을 제공하므로, 리튬 함유 황화물계 양극활물질을 포함하는 전고체 이차전지의 단위 중량 당 에너지 밀도가 향상될 수 있다.The cathode active material includes a lithium-containing sulfide-based cathode active material. The lithium-containing sulfide-based positive electrode active material is, for example, an electrode material in which lithium is added to a sulfur-based positive electrode active material. The sulfur-based positive electrode active material includes, for example, a sulfur-based material, a composite containing a sulfur-based material, or a combination thereof. The sulfur-based material may be, for example, inorganic sulfur, Li 2 S n (n>1), disulfide compounds, organic sulfur compounds, carbon-sulfur polymers, or combinations thereof. The sulfur-based material-containing composite may be a composite containing inorganic sulfur, Li 2 S n (n>1), a disulfide compound, an organic sulfur compound, a carbon-sulfur polymer, or a combination thereof. Composites containing sulfur-based materials include, for example, composites of sulfur-based materials and carbon, composites of sulfur-based materials, carbon and solid electrolytes, composites of sulfur-based materials and solid electrolytes, composites of sulfur-based materials and metal carbides, and sulfur-based materials and It may include a composite of carbon and metal carbide, a composite of a sulfur-based material and a metal nitride, a composite of a sulfur-based material and carbon and metal nitride, or a combination thereof. Since lithium-containing sulfide-based cathode active materials provide higher discharge capacity per unit weight compared to oxide-based cathode active materials, the energy density per unit weight of an all-solid secondary battery containing lithium-containing sulfide-based cathode active materials can be improved.
리튬 함유 황화물계 양극활물질은 예를 들어 Li2S, Li2S 함유 복합체 또는 이들의 조합을 포함한다. 리튬 함유 황화물계 양극활물질로서 높은 용량을 가지는 Li2S, Li2S 함유 복합체 또는 이들의 조합을 포함함에 의하여, 전고체 이차전지 제조 시에 리튬 금속의 사용이 생략될 수 있다. 리튬 금속은 높은 반응성 및 큰 연성(ductility)을 가지므로 전지 제조 시에 양산성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 전고체 이차전지의 양산성이 향상될 수 있다. 음극층에서 리튬 금속이 생략되므로, 음극층의 부피가 감소함에 의하여 전고체 이차전지의 단위 부피 당 에너지 밀도가 향상되며 보다 간단한 구조의 전고체 이차전지가 구성될 수 있다.The lithium-containing sulfide-based positive electrode active material includes, for example, Li 2 S, Li 2 S-containing composite, or a combination thereof. By including Li 2 S, Li 2 S-containing composite or a combination thereof having high capacity as a lithium-containing sulfide-based cathode active material, the use of lithium metal can be omitted when manufacturing an all-solid-state secondary battery. Since lithium metal has high reactivity and great ductility, it can reduce mass productivity during battery manufacturing. Therefore, the mass productivity of all-solid-state secondary batteries can be improved. Since lithium metal is omitted from the negative electrode layer, the volume of the negative electrode layer is reduced, thereby improving the energy density per unit volume of the all-solid-state secondary battery, and an all-solid-state secondary battery with a simpler structure can be constructed.
리튬 함유 황화물계 양극활물질(e.g., Li2S)은 예를 들어 초기 충전 시에 탈리튬화를 겪으면서 부피가 감소되고, 이어지는 방전 시에 다시 리튬화에 의하여 부피가 증가된다. 따라서, 리튬 함유 황화물계 양극활물질 주위에 배치되는 도전재 등에 의한 이온 및/또는 전자 전달 경로가 유지된 상태로 리튬 함유 황화물계 양극활물질의 부피가 변화하므로, 이온 및/또는 전자 전달 경로가 단절될 가능성이 낮다. 이에 반해, 유황계 양극활물질(e.g., S)은 예를 들어 초기 방전 시에 리튬화를 겪으면서 부피가 증가되고 이어지는 충전 시에 다시 탈리튬화에 의하여 부피가 감소된다. 따라서, 유황계 양극활물질 주위에 배치되는 도전재 등에 의한 초기 이온 및/또는 전자 전달 경로가 유황계 양극활물질의 초기 부피 증가에 의하여 붕괴될 수 있으므로, 이온 및/또는 전자 전달 경로가 단절될 가능성이 높다.For example, the volume of a lithium-containing sulfide-based cathode active material (eg, Li 2 S) decreases as it undergoes delithiation during initial charging, and then increases in volume through relithiation during subsequent discharge. Therefore, since the volume of the lithium-containing sulfide-based positive electrode active material changes while the ion and/or electron transfer path due to the conductive material disposed around the lithium-containing sulfide-based positive electrode active material is maintained, the ion and/or electron transfer path may be cut off. Unlikely. On the other hand, the sulfur-based positive electrode active material (eg, S) increases in volume as it undergoes lithiation during initial discharge, for example, and decreases in volume through delithiation again during subsequent charging. Therefore, the initial ion and/or electron transfer path due to the conductive material disposed around the sulfur-based positive electrode active material may be collapsed due to an increase in the initial volume of the sulfur-based positive electrode active material, so there is a possibility that the ion and/or electron transfer path will be disconnected. high.
리튬 함유 황화물계 양극활물질의 입경은 예를 들어 1 nm 내지 50 ㎛, 10 nm 내지 50 ㎛, 50 nm 내지 40 ㎛, 100 nm 내지 30 ㎛, 500 nm 내지 30 ㎛, 또는 1 ㎛ 내지 20 ㎛ 일 수 있다. 리튬 함유 황화물계 양극활물질이 이러한 범위의 입경을 가짐에 의하여, 리튬 황화물계 양극활물질을 포함하는 전고체 이차전지의 사이클 특성이 더욱 향상될 수 있다. Li2S 함유 복합체는 예를 들어 Li2S와 전도성 재료의 복합체이다. 전도성 재료는 예를 들어 이온 전도성 재료, 전자 전도성 재료 또는 이들의 조합이다.The particle size of the lithium-containing sulfide-based positive electrode active material may be, for example, 1 nm to 50 ㎛, 10 nm to 50 ㎛, 50 nm to 40 ㎛, 100 nm to 30 ㎛, 500 nm to 30 ㎛, or 1 ㎛ to 20 ㎛. there is. When the lithium-containing sulfide-based cathode active material has a particle size in this range, the cycle characteristics of an all-solid-state secondary battery containing the lithium sulfide-based cathode active material can be further improved. Li2S-containing composites are, for example, composites of Li2S and conductive materials. The conductive material is, for example, an ionically conductive material, an electronically conductive material, or a combination thereof.
전자 전도성 재료의 전자 전도도는 예를 들어 1.0×103 S/m, 1.0×104 S/m, 또는 1.0×105 S/m 이상이다. 전자 전도성 재료의 형태는 예를 들어 입자상 전자 전도성 재료, 판상 전자 전도성 재료, 막대상 전자 전도성 재료 또는 이들의 조합이나, 반드시 이들로 한정되지 않는다. 전자 전도성 재료는 예를 들어 탄소, 금속 분말, 금속 화합물 등일 수 있다. 전자 전도성 재료로서 탄소를 포함하는 경우, 탄소는 전자 전도도가 높고, 가볍기 때문에, 단위 질량 당 높은 에너지 밀도를 가지는 전고체 이차전지를 구현할 수 있다. 전자 전도성 재료는 세공을 가질 수 있다. 전자 전도성 재료가 세공을 가짐에 의하여, Li2S를 세공 내에 포함할 수 있어, Li2S와 전자 전도성 물질의 접촉 면적을 증가시킬 수 있고 Li2S의 비표면적을 증가시킬 수 있다. 세공 용량은 예를 들어 0.1 cc/g 내지 20.0 cc/g, 0.5 cc/g 내지 10 cc/g, 또는 0.5 cc/g 내지 5 cc/g 이다. 평균 세공 직경은 예를 들어 1 nm 내지 100 nm, 1 nm 내지 50 nm, 또는 1 nm 내지 20 nm 이다. 세공을 가지는 전자 전도성 재료의 BET 비표면적은, 평균 세공 직경이 15 nm 이하인 경우에는 200 m2/g 내지 4500 m2/g 이고, 평균 세공 직경이 15 nm 초과인 경우에는 100 m2/g 내지 2500 m2/g 이다. BET 비표면적, 세공 직경, 세공 용량 및 평균 세공 직경은, 예를 들어 질소 흡착법을 사용하여 구할 수 있다.The electronic conductivity of the electronically conductive material is, for example, greater than or equal to 1.0×10 3 S/m, 1.0×10 4 S/m, or 1.0×10 5 S/m. The form of the electronic conductive material is, for example, particulate electronic conductive material, plate-shaped electronic conductive material, rod-shaped electronic conductive material, or a combination thereof, but is not necessarily limited to these. The electronically conductive material may be, for example, carbon, metal powder, metal compound, etc. When carbon is included as an electronic conductive material, carbon has high electronic conductivity and is light, so an all-solid-state secondary battery with high energy density per unit mass can be implemented. The electronically conductive material may have pores. By having pores, the electronic conductive material can contain Li2S in the pores, thereby increasing the contact area between Li2S and the electronic conductive material and increasing the specific surface area of Li2S. The pore capacity is, for example, 0.1 cc/g to 20.0 cc/g, 0.5 cc/g to 10 cc/g, or 0.5 cc/g to 5 cc/g. The average pore diameter is, for example, 1 nm to 100 nm, 1 nm to 50 nm, or 1 nm to 20 nm. The BET specific surface area of the electronically conductive material having pores is 200 m 2 /g to 4500 m 2 /g when the average pore diameter is 15 nm or less, and 100 m 2 /g to 4500 m 2 / g when the average pore diameter is greater than 15 nm. It is 2500 m 2 /g. BET specific surface area, pore diameter, pore capacity and average pore diameter can be determined using, for example, a nitrogen adsorption method.
이온 전도성 재료의 이온 전도도는 예를 들어 1.0×10-5 S/m, 1.0×10-4 S/m, 또는 1.0×10-3 S/m 이상이다. 이온 전도성 재료는 세공을 가질 수 있다. 세공을 가짐에 의하여, Li2S를 세공 내에 포함할 수 있어, Li2S와 이온 전도성 물질의 접촉 면적을 증가시킬 수 있고 Li2S의 비표면적을 증가시킬 수 있다. 이온 전도성 재료의 형태는 예를 들어 입자상 이온 전도성 재료, 판상 전자 전도성 재료, 막대상 전자 전도성 재료 또는 이들의 조합이나, 반드시 이들로 한정되지 않는다. 이온 전도성 재료는 예를 들어 황화물계 고체전해질, 산화물계 고체전해질 등일 수 있다. 이온 전도성 재료로서 황화물계 고체전해질을 포함하는 경우, 황화물계 고체전해질은 이온 전도도가 높고, 다양한 형태로 성형이 가능하므로, 대용량을 가지는 전고체 이차전지를 구현할 수 있다.The ionic conductivity of the ion conductive material is, for example, at least 1.0×10 -5 S/m, 1.0×10 -4 S/m, or 1.0×10 -3 S/m. The ionically conductive material may have pores. By having pores, Li2S can be included in the pores, thereby increasing the contact area between Li2S and the ion conductive material and increasing the specific surface area of Li2S. The form of the ion conductive material is, for example, particulate ion conductive material, plate-shaped electronic conductive material, rod-shaped electronic conductive material, or a combination thereof, but is not necessarily limited to these. The ion conductive material may be, for example, a sulfide-based solid electrolyte or an oxide-based solid electrolyte. When a sulfide-based solid electrolyte is included as an ion conductive material, the sulfide-based solid electrolyte has high ionic conductivity and can be molded into various shapes, so an all-solid-state secondary battery with a large capacity can be implemented.
Li2S 함유 복합체는 예를 들어 Li2S와 탄소의 복합체, Li2S와 탄소와 고체전해질의 복합체, Li2S와 고체전해질의 복합체, Li2S와 탄소와 리튬염의 복합체, Li2S와 리튬염의 복합체, Li2S와 금속카바이드의 복합체, Li2S와 탄소와 금속카바이드의 복합체, Li2S와 금속나이트라이드의 복합체, Li2S와 탄소와 금속나이트라이드의 복합체 또는 이들의 조합을 포함한다. Li2S 함유 복합체는 Li2S와 탄소, 고체전해질, 리튬염, 금속카바이드, 금속나이트라이드 등의 단순 혼합물과 구별된다. Li2S와 탄소, 고체전해질, 리튬염, 금속카바이드, 금속나이트라이드 등의 단순 혼합물은 Li2S와 이들 기타 성분 사이에 치밀한 계면을 유지하지 못함에 의하여 높은 계면 저항을 제공하고 결과적으로 전고체이차전지의 수명 특성을 저하시킬 수 있다.Li2S-containing composites include, for example, a composite of Li2S and carbon, a composite of Li2S, carbon and a solid electrolyte, a composite of Li2S and a solid electrolyte, a composite of Li2S, carbon and a lithium salt, a composite of Li2S and a lithium salt, a composite of Li2S and a metal carbide, It includes a complex of Li2S and carbon and metal carbide, a complex of Li2S and metal nitride, a complex of Li2S and carbon and metal nitride, or a combination thereof. Li2S-containing composites are distinguished from simple mixtures of Li2S, carbon, solid electrolyte, lithium salt, metal carbide, and metal nitride. Simple mixtures of Li2S, carbon, solid electrolyte, lithium salt, metal carbide, and metal nitride provide high interfacial resistance by failing to maintain a dense interface between Li2S and these other components, resulting in a shortened lifespan of the all-solid-state secondary battery. It may deteriorate the characteristics.
Li2S와 탄소의 복합체는 탄소를 포함한다. 탄소는 예를 들어 탄소 원자를 포함하는 재료로서 당해 기술 분야에서 전도성 재료로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 탄소는 예를 들어 결정성 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 조합일 수 있다. 탄소는 예를 들어 탄소 전구체의 소성물일 수 있다. 탄소는 예를 들어 탄소 나노구조체일 수 있다. 탄소 나노구조체는 예를 들어 1차원 탄소 나노구조체, 2차원 탄소 나노구조체, 3차원 탄소 나노구조체 또는 이들의 조합일 수 있다. 탄소 나노구조체는 예를 들어 탄소 나노튜브, 탄소 나노파이버, 탄소 나노벨트, 탄소 나노로드, 그래핀, 또는 이들의 조합일 수 있다. 탄소는 예를 들어 다공성 탄소 또는 비다공성 탄소일 수 있다. 다공성 탄소는 예를 들어 주기적이고 규칙적인 2차원 또는 3차원 기공을 포함할 수 있다. 다공성 탄소는 예를 들어 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 서멀 블랙, 채널 블랙 등의 카본 블랙; 흑연, 활성탄, 또는 이들의 조합일 수 있다. 탄소의 형태는 예를 들어 입자 형태, 시트 형태, 플레이크 형태 등이나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 탄소로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. Li2S와 탄소의 복합체의 제조 방법은 건식 방법, 습식 방법 또는 이들의 조합일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 Li2S와 탄소의 복합체 제조방법은 예를 들어 밀링, 열처리, 증착 등이나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용하는 방법이라면 모두 가능하다.The complex of Li2S and carbon contains carbon. Carbon, for example, is a material containing carbon atoms and can be used as a conductive material in the relevant technical field. The carbon may be, for example, crystalline carbon, amorphous carbon, or combinations thereof. Carbon may be, for example, a calcined product of a carbon precursor. The carbon may be, for example, a carbon nanostructure. The carbon nanostructure may be, for example, a one-dimensional carbon nanostructure, a two-dimensional carbon nanostructure, a three-dimensional carbon nanostructure, or a combination thereof. The carbon nanostructure may be, for example, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanobelts, carbon nanorods, graphene, or combinations thereof. The carbon may be, for example, porous carbon or non-porous carbon. Porous carbon may contain, for example, periodic and ordered two-dimensional or three-dimensional pores. Porous carbon includes, for example, carbon black such as Ketjen black, acetylene black, Denka black, thermal black, and channel black; It may be graphite, activated carbon, or a combination thereof. The form of carbon is, for example, particle form, sheet form, flake form, etc., but is not limited to these, and any carbon that is used in the art is possible. The manufacturing method of the Li2S and carbon composite may be a dry method, a wet method, or a combination thereof, but is not limited to these. In the art, the manufacturing method of the Li2S and carbon composite may include, for example, milling, heat treatment, deposition, etc., but is not limited to these. It is not limited to and any method used in the relevant technical field is possible.
Li2S와 탄소와 고체전해질의 복합체는 탄소 및 고체전해질을 포함한다. 탄소는 상술한 Li2S와 탄소의 복합체를 참조한다. 고체전해질은 예를 들어 당해 기술 분야에서 이온 전도성 재료로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 고체전해질은 예를 들어 무기 고체 전해질이다. 고체전해질은 예를 들어 결정질 고체전해질, 비정질 고체전해질 또는 이들의 조합이다. 고체전해질은 예를 들어 황화물계 고체전해질, 산화물계 고체전해질 또는 이들의 조합이다. 황화물계 고체전해질은 예를 들어 Li, S 및 P를 포함하며, 할로겐 원소를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 황화물계 고체전해질은 고체전해질층에 사용되는 황화물계 고체전해질 중에서 선택될 수 있다. 황화물계 고체전해질은 예를 들어 상온에서 1×10-5 S/cm 이상의 이온전도도를 가질 수 있다. 산화물계 고체전해질은 예를 들어 Li, O 및 전이금속 원소를 포함하며, 다른 원소를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 산화물계 고체전해질은 예를 들어 상온에서 1×10-5 S/cm 이상의 이온전도도를 가지는 고체전해질일 수 있다. 산화물계 고체전해질은 고체전해질층에 사용되는 산화물계 고체전해질 중에서 선택될 수 있다.The composite of Li2S, carbon, and solid electrolyte includes carbon and solid electrolyte. Carbon refers to the complex of Li2S and carbon described above. The solid electrolyte can be, for example, any material used as an ion conductive material in the art. The solid electrolyte is, for example, an inorganic solid electrolyte. The solid electrolyte is, for example, a crystalline solid electrolyte, an amorphous solid electrolyte, or a combination thereof. The solid electrolyte is, for example, a sulfide-based solid electrolyte, an oxide-based solid electrolyte, or a combination thereof. The sulfide-based solid electrolyte includes, for example, Li, S, and P, and may optionally further include a halogen element. The sulfide-based solid electrolyte may be selected from sulfide-based solid electrolytes used in the solid electrolyte layer. For example, the sulfide-based solid electrolyte may have an ionic conductivity of 1×10 -5 S/cm or more at room temperature. The oxide-based solid electrolyte includes, for example, Li, O, and transition metal elements, and may optionally further include other elements. For example, the oxide-based solid electrolyte may be a solid electrolyte having an ionic conductivity of 1×10 -5 S/cm or more at room temperature. The oxide-based solid electrolyte may be selected from oxide-based solid electrolytes used in the solid electrolyte layer.
Li2S와 고체전해질의 복합체는 고체전해질을 포함한다. 고체전해질은 상술한 Li2S와 탄소와 고체전해질의 복합체를 참조한다.The complex of Li2S and solid electrolyte includes a solid electrolyte. The solid electrolyte refers to the complex of Li2S, carbon, and solid electrolyte described above.
Li2S와 탄소와 리튬염의 복합체는 Li2와 탄소와 리튬염을 포함한다. 탄소는 상술한 Li2S와 탄소의 복합체를 참조한다. 리튬염은 황(S)을 포함하지 않는 화합물이다. 리튬염은 예를 들어 리튬과 원소 주기율표 제13 족 내지 제17 족에서 선택된 1종의 원소로 이루어진 이성분 화합물일 수 있다. 이성분 화합물은 예를 들어 LiF, LiCl, LiBr, LiI, LiH, Li2S, Li2O, Li2Se, Li2Te, Li3N, Li3P, Li3As, Li3Sb, Li3Al2 및 LiB3 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 리튬염은 예를 들어 리튬과 원소 주기율표 제13 족 내지 제17 족에서 선택된 2종의 원소로 이루어진 삼성분 화합물일 수 있다. 삼성분 화합물은 예를 들어 Li3OCl, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiNO3, Li2CO3, LiBH4, Li2SO4, Li3BO3, Li3PO4, Li4NCl, Li5NCl2 및 Li3BN2 중에서 선택된 하나 이상을 포함한다. 리튬염은 특히 LiF, LiCl, LiBr, 및 LiI 중에서 선택된 하나 이상의 리튬할라이드 화합물이다. Li2S와 탄소와 리튬염의 복합체는 예를 들어 Li2와 탄소와 리튬할라이드의 복합체일 수 있다. Li2와 탄소와 리튬염의 복합체가 리튬할라이드 화합물을 포함함에 의하여 보다 향상된 이온전도도를 제공할 수 있다. Li2S와 탄소와 리튬염의 복합체는 Li2S와 탄소와 리튬염의 단순 혼합물과 구별된다. Li2S와 탄소와 리튬염의 단순 혼합물은 Li2S와 탄소와 리튬염 사이에 치밀한 계면을 유지하지 못함에 의하여 높은 계면 저항을 제공하고 결과적으로 전고체이차전지의 수명 특성을 저하시킬 수 있다.The complex of Li2S with carbon and lithium salt contains Li2 with carbon and lithium salt. Carbon refers to the complex of Li2S and carbon described above. Lithium salt is a compound that does not contain sulfur (S). For example, the lithium salt may be a binary compound consisting of lithium and one element selected from groups 13 to 17 of the periodic table of elements. Binary compounds are for example LiF, LiCl, LiBr, LiI, LiH, Li 2 S, Li 2 O, Li 2 Se, Li 2 Te, Li 3 N, Li 3 P, Li 3 As, Li 3 Sb, Li 3 It may include one or more selected from Al 2 and LiB 3 . For example, the lithium salt may be a ternary compound consisting of lithium and two types of elements selected from groups 13 to 17 of the periodic table of elements. Ternary compounds are for example Li 3 OCl, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiNO 3 , Li 2 CO 3 , LiBH 4 , Li 2 SO 4 , Li 3 It includes one or more selected from BO 3 , Li 3 PO 4 , Li 4 NCl, Li 5 NCl 2 and Li 3 BN 2 . The lithium salt is particularly one or more lithium halide compounds selected from LiF, LiCl, LiBr, and LiI. The complex of Li2S, carbon, and lithium salt may be, for example, a complex of Li2, carbon, and lithium halide. The complex of Li2, carbon, and lithium salt can provide improved ionic conductivity by including a lithium halide compound. The complex of Li2S with carbon and lithium salt is distinct from the simple mixture of Li2S with carbon and lithium salt. A simple mixture of Li2S, carbon, and lithium salt provides high interfacial resistance by failing to maintain a dense interface between Li2S, carbon, and lithium salt, and as a result, may reduce the lifespan characteristics of the all-solid-state secondary battery.
Li2S와 리튬염의 복합체는 리튬염을 포함한다. 리튬염은 상술한 Li2s와 탄소와 리튬염의 복합체에 사용되는 리튬염을 참조한다.The complex of Li2S and lithium salt includes lithium salt. Lithium salt refers to the lithium salt used in the above-mentioned Li2s and a composite of carbon and lithium salt.
Li2S와 금속카바이드의 복합체는 금속카바이드를 포함한다. 금속카바이드는 예를 들어 2차원 금속카바이드이다. 2차원 금속카바이드는 예를 들어 Mn+1CnTx (M는 전이금속이며, T는 말단기이며, T는 O, OH 및/또는 F 이며, n=1, 2, 또는 3 이며, x는 말단기의 갯수)로서 표현된다. 2차원 금속 카바이드는 예를 들어 Ti2CTx, (Ti0.5, Nb0.5)2CTx, Nb2CTx, V2CTx, Ti3C2Tx, (V0.5, Cr0.5)3C2Tx, Ti3CNTx, Ta4C3Tx, Nb4C3Tx 또는 이들의 조합이다. 2차원 금속 카바이드의 표면은 O, OH 및/또는 F로 종결된다.The complex of Li2S and metal carbide includes metal carbide. Metal carbide is, for example, a two-dimensional metal carbide. Two-dimensional metal carbides are, for example, M n+1 C n T x is the number of terminal groups). Two- dimensional metal carbides are for example Ti 2 CT x , ( Ti 0.5 , Nb 0.5 ) 2 CT 2 T x , Ti 3 CNT x , Ta 4 C 3 T x , Nb 4 C 3 T x , or a combination thereof. The surfaces of two-dimensional metal carbides are terminated with O, OH and/or F.
Li2S와 탄소와 금속카바이드의 복합체는 탄소와 금속카바이드를 포함한다. 탄소는 상술한 Li2S와 탄소의 복합체를 참조한다. 금속카바이드는 상술한 Li2S와 금속카바이드의 복합체를 참조한다.The composite of Li2S and carbon and metal carbide contains carbon and metal carbide. Carbon refers to the complex of Li2S and carbon described above. Metal carbide refers to the complex of Li2S and metal carbide described above.
Li2S와 금속나이트라이드의 복합체는 금속나이트라이드를 포함한다. 금속나이트라이드는 예를 들어 2차원 금속나이트라이드이다. 2차원 금속나이트라이드는 예를 들어 Mn+1NnTx (M는 전이금속이며, T는 말단기이며, T는 O, OH 및/또는 F 이며, n=1, 2, 또는 3 이며, x는 말단기의 갯수)로서 표현된다. 2차원 금속나이트라이드의 표면은 O, OH 및/또는 F로 종결된다.The complex of Li2S and metal nitride includes metal nitride. The metal nitride is, for example, a two-dimensional metal nitride. Two-dimensional metal nitrides are, for example, M n + 1 N n T , x is the number of terminal groups). The surface of the two-dimensional metal nitride is terminated with O, OH and/or F.
Li2S와 탄소와 금속나이트라이드의 복합체는 탄소와 금속나이트라이드를 포함한다. 탄소는 상술한 Li2S와 탄소의 복합체를 참조한다. 금속카바이드는 상술한 Li2S와 금속나이트라이드의 복합체를 참조한다.The complex of Li2S and carbon and metal nitride contains carbon and metal nitride. Carbon refers to the complex of Li2S and carbon described above. Metal carbide refers to the complex of Li2S and metal nitride described above.
양극활물질층(12)이 포함하는 황화물계 양극활물질의 함량은 예를 들어 양극활물질층(12) 전체 중량의 10 wt% 내지 90 wt%, 10 wt% 내지 80 wt%, 10 wt% 내지 70 wt%, 10 wt% 내지 60 wt%, 또는 10 wt% 내지 50 wt% 일 수 있다.The content of the sulfide-based positive electrode active material included in the positive electrode
양극활물질층(12)은 예를 들어 Li2S와 구분되는 황화물계 화합물을 추가적으로 포함할 수 있다. 황화물계 화합물은 예를 들어 Li 이외의 금속 원소 및 황 원소를 포함하는 화합물일 수 있다. 황화물계 화합물은 예를 들어 원자량 10 이상의 원소 주기율표 1족 내지 14족에 속하는 금속 원소와 황 원소를 포함하는 화합물일 수 있다. 황화물계 화합물은 예를 들어 FeS2, VS2, NaS, MnS, FeS, NiS, CuS 또는 이들의 조합일 수 있다. 양극활물질층이 황화물계 화합물을 추가적으로 포함함에 의하여 전고체 이차전지의 사이클 특성이 더욱 향상될 수 있다. 양극활물질층(12)이 포함하는 Li2S와 구분되는 황화물계 화합물의 함량은 양극활물질층(12) 전체 중량의 10 wt% 이하, 5 wt% 이하, 3 wt% 이하, 또는 1 wt% 이하일 수 있다.The positive electrode
[양극층: 고체전해질][Anode layer: solid electrolyte]
양극활물질층(12)은 예를 들어 고체전해질을 더 포함할 수 있다. 고체전해질은 예를 들어 황화물계 고체전해질일 수 있다. 양극층(10)이 포함하는 고체전해질은 고체전해질층(30)이 포함하는 고체 전해질과 동일하거나 다를 수 있다. 고체전해질 대한 자세한 내용은 고체전해질층(30) 부분을 참조한다.The positive electrode
양극활물질층(12)이 포함하는 고체전해질은 고체전해질층(30)이 포함하는 고체전해질에 비하여 D50 평균입경이 작을 수 있다. 예를 들어 양극활물질층(12)이 포함하는 고체전해질의 D50 평균 입경은, 고체전해질층(30)이 포함하는 고체전해질의 D50평균입경의 90 % 이하, 80 % 이하, 70 % 이하, 60 % 이하, 50 % 이하, 40 % 이하, 30 % 이하, 또는 20 % 이하일 수 있다. D50 평균입경은, 예를 들어 메디안 입자 직경(D50)이다. 메디안 입자 직경(D50)은 예를 들어 레이저 회절법으로 측정되는 입자의 크기 분포에서 작은 입자 크기를 가지는 입자 측으로부터 계산하여 50 % 누적 부피에 해당하는 입자의 크기이다.The solid electrolyte included in the positive electrode
양극활물질층(12)이 포함하는 고체전해질 함량은 예를 들어 양극활물질층(12) 전체 중량의 1 wt% 내지 40 wt%, 1 wt% 내지 30 wt%, 1 wt% 내지 20 wt%, 또는 1 wt% 내지 10 wt% 일 수 있다.The solid electrolyte content included in the positive electrode
[양극층: 도전재][Anode layer: conductive material]
양극활물질층(12)은 도전재를 더 포함할 수 있다. 도전재는 예를 들어 탄소계 도전재, 금속계 도전재 또는 이들의 조합일 수 있다. 탄소계 도전재는 예를 들어 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 켓젠(Ketjen) 블랙, 탄소 섬유, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 탄소계 도전재로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 금속계 도전재는 금속 분말, 금속 섬유, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 금속계 도전재로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 양극활물질층(12)이 포함하는 도전재 함량은 예를 들어 양극활물질층(12) 전체 중량의 1 wt% 내지 30 wt%, 1 wt% 내지 20 wt%, 또는 1 wt% 내지 10 wt% 일 수 있다.The positive electrode
[양극층: 바인더][Anode layer: binder]
양극활물질층(12)은 바인더를 더 포함할 수 있다. 바인더는 예를 들어 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌(polyethylene) 등이나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 양극활물질층(12)이 포함하는 바인더 함량은 예를 들어 양극활물질층(12) 전체 중량의 1 wt% 내지 10 wt% 일 수 있다. 바인더는 생략 가능하다.The positive electrode
[양극층: 기타 첨가제][Anode layer: Other additives]
양극활물질층(12)은 상술한 양극활물질, 고체전해질, 바인더, 도전재 외에 예를 들어 필러(filler), 코팅제, 분산제, 이온 전도성 보조제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.In addition to the positive electrode active material, solid electrolyte, binder, and conductive material described above, the positive electrode
양극활물질층(12)이 포함할 수 있는 필러, 코팅제, 분산제, 이온 전도성 보조제 등으로는 일반적으로 전고체 이차전지의 전극에 사용되는 공지의 재료를 사용할 수 있다.As fillers, coating agents, dispersants, ion conductive auxiliaries, etc. that the positive electrode
[양극층: 양극집전체][Anode layer: Anode current collector]
양극집전체(11)는 예를 들어 인듐(In), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 스테인레스 스틸, 티타늄(Ti), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 리튬(Li) 또는 이들의 합금으로 이루어진 판상체(plate) 또는 호일(foil) 등을 사용한다. 양극 집전체(11)는 생략 가능하다. 양극집전체(11)의 두께는 예를 들어 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 1 ㎛ 내지 50㎛, 5 ㎛ 내지 25 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 20 ㎛ 이다.The positive electrode
양극집전체(11)는 예를 들어 베이스 필름 및 상기 베이스 필름의 일면 또는 양면 상에 배치되는 금속층을 포함할 수 있다. 베이스 필름은 예를 들어 고분자를 포함할 수 있다. 고분자는 예를 들어 열가소성 고분자일 수 있다. 고분자는 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프롤필렌(PP), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리이미드(PI) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 베이스 필름은 예를 들어 절연체일 수 있다. 베이스 필름이 절연성 열가소성 고분자를 포함함에 의하여 단락 발생 시 베이스 필름이 연화 또는 액화되어 전지 작동을 차단하여 급격한 전류 증가를 억제할 수 있다. 금속층은 예를 들어 인듐(In), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 스테인레스 스틸, 티타늄(Ti), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 금속층이 전기화학적 퓨즈(electrochemical fuse)로 작용하여 과전류 시에 절단되어 단락 방지 기능을 수행할 수 있다. 금속층의 두께를 조절하여 한계 전류 및 최대 전류를 조절할 수 있다. 금속층은 베이스 필름 상에 전착되거나(plated), 증착(deposited) 될 수 있다. 금속층의 두께가 작아지면 양극집전체(11)의 한계 전류 및/또는 최대 전류가 감소하므로 단락 시의 리튬전지의 안정성이 향상될 수 있다. 금속층 상에 외부와 연결을 위하여 리드탭(lead tab)이 추가될 수 있다. 리드탭은 초음파 용접(ultrasonic welding), 레이저 용접(laser welding), 스폿 용접(spot welding) 등에 의하여 금속층 또는 금속층/베이스 필름 적층체에 용접될 수 있다. 용접 시에 베이스 필름 및/또는 금속층이 녹으면서 금속층이 리드탭에 전기적으로 연결될 수 있다. 금속층과 리드탭의 용접을 보다 견고하게 하기 위하여, 금속층과 리드탭 사이에 금속편(metal chip)이 추가될 수 있다. 금속편은 금속층의 금속과 동일한 재료의 박편일 수 있다. 금속편은 예를 들어 금속 호일, 금속 메쉬 등일 수 있다. 금속편은 예를 들어 알루미늄 호일, 구리 호일, SUS 호일 등일 수 있다. 금속층 상에 금속편을 배치한 후 리드탭과 용접함에 의하여 리드탭이 금속편/금속층 적층체 또는 금속편/금속층/베이스필름 적층체에 용접될 수 있다. 용접 시에 베이스 필름, 금속층 및/또는 금속편이 녹으면서 금속층 또는 금속층/금속편 적층체가 리드탭에 전기적으로 연결될 수 있다. 금속층 상의 일부에 금속편(metal chip) 및/또는 리드탭이 추가될 수 있다. 베이스 필름의 두께는 예를 들어 1 내지 50 ㎛, 1.5 내지 50 ㎛, 1.5 내지 40 ㎛, 또는 1 내지 30 ㎛ 일 수 있다. 베이스 필름이 이러한 범위의 두께를 가짐에 의하여 전극조립체의 무게를 보다 효과적으로 감소시킬 수 있다. 베이스 필름의 융점은 예를 들어 100 내지 300 ℃, 100 내지 250 ℃ 이하, 또는 100 내지 200 ℃ 일 수 있다. 베이스 필름이 이러한 범위의 융점을 가짐에 의하여 리드탭을 용접하는 과정에서 베이스 필름이 용융되어 리드탭에 용이하게 결합될 수 있다. 베이스 필름과 금속층의 접착력 향상을 위하여 베이스 필름 상에 코로나 처리와 같은 표면 처리가 수행될 수 있다. 금속층의 두께는 예를 들어 0.01 내지 3 ㎛, 0.1 내지 3 ㎛, 0.1 내지 2 ㎛ 또는 0.1 내지 ㎛ 일 수 있다. 금속층이 이러한 범위의 두께를 가짐에 의하여 전도성을 유지하면서 전극조립체의 안정성을 확보할 수 있다. 금속편의 두께는 예를 들어 2 내지 10 ㎛, 2 내지 7 ㎛, 또는 4 내지 6 ㎛ 일 수 있다. 금속편이 이러한 범위의 두께를 가짐에 의하여 금속층과 리드탭의 연결이 보다 용이하게 수행될 수 있다. 양극집전체(11)가 이러한 구조를 가짐에 의하여 양극의 무게를 감소시키고 결과적으로 양극 및 리튬전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.The positive electrode
[양극층: 제1 불활성 부재][Anode layer: first inert member]
도 1을 참조하면, 양극층(10)은 양극집전체(11), 양극집전체의 일면 상에 배치된 양극활물질층(12)을 포함한다. 양극층(10)의 일 측면 상에 제1 불활성 부재(inactive member, 40)가 배치된다. 제1 불활성 부재(40)는 양극활물질층(12) 및 양극집전체(11)의 일 측면 상에 배치된다. 도 2를 참조하면, 제1 불활성 부재(40)는 양극활물질층(12)의 일 측면상에 배치되며 고체전해질층(40)과 고체전해질층(40)에 대향하는 양극집전체(11)의 사이에 배치된다. 제1 불활성 부재(40)가 양극집전체(11)의 일 측면 상에 배치되지 않는다.Referring to FIG. 1, the
제1 불활성 부재(40)를 포함함에 의하여, 전고체 이차전지(1) 제조 시 및/또는 충방전 시에 고체전해질층(30)의 균열을 방지하여 결과적으로 전고체 이차전지(2)의 사이클 특성이 향상된다. 제1 불활성 부재(40)를 포함하지 않는 전고체 이차전지(1)에서는 전고체 이차전지(1)의 제조 시 및/또는 충방전 시에 양극층(10)과 접촉하는 고체전해질층(30)에 불균일한 압력이 가해짐에 의하여 고체전해지층(30)에 균열이 발생하고 이를 통한 리튬 금속의 성장에 의하여 단락이 발생할 가능성이 높아진다.By including the first
전고체 이차전지(1)에서, 제1 불활성 부재(40)의 두께(T2)는 양극활물질층(12) 두께(T1)보다 크거나 양극활물질층(12) 두께(T1)와 동일하다. 전고체 이차전지(1)에서, 제1 불활성 부재(40)의 두께(T2)는 양극층(10) 두께(T3)와 실질적으로 동일하다. 제1 불활성 부재(40)의 두께(T2)는 양극층(10) 두께(T3)와 동일함에 의하여 양극층(10)과 고체전해질층(30)사이에 균일한 압력이 가해지고 양극층(10)과 고체전해질층(30)이 충분히 밀착되어 양극층(10)과 고체전해질층(30) 사이의 계면 저항이 감소된다. 또한, 전고체 이차전지(1)의 가압 제조 과정에서 고체전해질층(30)이 충분히 소결됨에 의하여 고체전해질층(30) 및 이를 포함하는 전고체 이차전지(1)의 내부 저항이 감소한다.In the all-solid-state
제1 불활성 부재(40)는 양극층(10)의 측면을 둘러싸며 고체전해질층(30)과 접촉한다. 제1 불활성 부재(40)가 양극층(10)의 측면을 둘러싸며 고체전해질층(30)과 접촉함에 의하여 양극층(20)과 접촉하지 않는 고체전해질층(30)에서 가압(press) 과정 중의 압력 차이에 의하여 발생하는 고체전해질층(30)의 균열을 효과적으로 억제할 수 있다. 제1 불활성 부재(40)는 양극층(10)의 측면을 둘러싸며 음극층(20) 보다 구체적으로는 제1 음극활물질층(22)과 분리된다. 제1 불활성 부재(40)가 양극층(10)의 측면을 둘러싸며 고체전해질층(30)과 접촉하고, 음극층(20)과 분리된다. 따라서, 양극층(10)과 제1 음극활물질층(22)이 물리적으로 접촉함에 의하여 단락이 발생하거나 리튬의 과충전 등에 의하여 단락이 발생할 가능성이 억제된다. 예를 들어, 불활성 부재(40)가 양극활물질층(12)의 일 측면 상에 배치되고, 이와 동시에 양극집전체(11)의 일 측면 상에도 배치됨에 의하여 양극집전체(11)와 음극층(20)의 접촉에 의한 단락의 발생 가능성을 보다 효과적으로 억제한다.The first
도 1 내지 5를 참조하면, 제1 불활성 부재(40, 40a, 40b)는 양극층(30)의 일 측면으로부터 고체전해질층(30)의 말단부까지 연장된다. 제1 불활성 부재(40)가 고체전해질층(30)의 말단부까지 연장됨에 의하여 고체전해질층(30)의 말단부에서 발생하는 균열을 억제할 수 있다. 고체전해질층(30)의 말단부는 고체전해질층(30)의 측면과 접하는 최외곽 부분이다. 제1 불활성 부재(40)는 고체전해질층(30)의 측면과 접하는 최외곽 부분까지 연장된다. 제1 불활성 부재(40)는 음극층(20) 보다 구체적으로는 제1 음극활물질층(22)과 분리된다. 제1 불활성 부재(40)는 고체전해질층(30)의 말단부까지 연장되나, 음극층(20)과 접촉하지 않는다. 제1 불활성 부재(40)는 예를 들어 양극층(30)의 일 측면에서 고체전해질층(30)의 말단부까지 연장되는 공간을 충진한다.1 to 5, the first
도 1 내지 2를 참조하면, 양극층(10)의 일 측면으로부터 고체전해질층(30)의 말단부까지 연장되는 제1 불활성 부재(40)의 폭(width, W2)은 예를 들어 양극층(10)의 일 측면과 상기 일 측면에 대향하는 타 측면 사이의 폭(width, W1)의 1 내지 30%, 1 내지 25%, 1 내지 20%, 1 내지 15%, 1 내지 10% 또는 1 내지 5%이다. 제1 불활성 부재(40)의 폭(width, W2)이 지나치게 크면 전고체 이차전지(1)의 에너지 밀도가 감소된다. 제1 불활성 부재(40)의 폭(width, W2)이 지나치게 작으면 제1 불활성 부재(40)를 배치하는 효과가 미미하다.Referring to FIGS. 1 and 2, the width (W2) of the first
양극층(10)의 면적(S1)은 양극층(10)과 접촉하는 고체전해질층(30)의 면적(S3)에 비하여 작다. 난연성 불활성 부재(40)가, 양극층(10)의 측면을 둘러싸며 배치되어 양극층(10)과 상기 고체전해질층(30) 사이의 면적 차이를 보상한다. 난연성 불활성 부재(40)의 면적(S2)이 양극층(10)의 면적(S1)과 고체전해질층(30)의 면적(S3)의 차이를 보상함에 의하여, 가압(press) 과정 중의 압력 차이에 의하여 발생하는 고체전해질층(30)의 균열을 효과적으로 억제한다. 예를 들어, 양극층(10)의 면적(S1)과 불활성 부재(40)의 면적(S2)의 합은 고체전해질층(30)의 면적(S3)과 동일하다.The area S1 of the
양극층(10)의 면적(S1)은 예를 들어 고체전해질층(30)의 면적(S3)의 100 % 미만, 99 % 이하, 98 % 이하, 97 % 이하, 96 % 이하, 또는 95 % 이하이다. 양극층(10)의 면적(S1)은 예를 들어 고체전해질층(30)의 면적(S3)의 50 % 내지 100 % 미만, 50 % 내지 99 %, 55 % 내지 98 %, 60 % 내지 97 %, 70 % 내지 96 %, 80 % 내지 95 %, 또는 85 % 내지 95% 이다.The area S1 of the
양극층(10)의 면적(S1)이 고체전해질층(30)의 면적(S3)과 같거나 더 크면, 양극층(10)과 제1 음극활물질층(22)의 물리적으로 접촉하여 단락이 발생하거나 리튬의 과충전 등에 의하여 단락이 발생할 가능성이 증가한다. 양극층(10)의 면적(S1)은 예를 들어 양극활물질층(12)의 면적과 동일하다. 양극층(10)의 면적(S1)은 예를 들어 양극집전체의 면적(11)과 동일하다.If the area (S1) of the positive electrode layer (10) is equal to or larger than the area (S3) of the solid electrolyte layer (30), a short circuit occurs due to physical contact between the positive electrode layer (10) and the first negative electrode active material layer (22). Otherwise, the possibility of a short circuit occurring due to overcharging of lithium increases. The area S1 of the
제1 불활성 부재(40)의 면적(S2)은 예를 들어 양극층(10)의 면적(S1)의 50 % 이하, 40 % 이하, 30 % 이하, 20 % 이하 또는 10 % 이하이다. 제1 불활성 부재(40)의 면적(S2)은 예를 들어 양극층(10)의 면적(S1)의 1 % 내지 50 %, 5 % 내지 40 %, 5 % 내지 30 %, 5 % 내지 20 %, 또는 5 % 내지 15 % 이다.The area S2 of the first
양극층(10)의 면적(S1)은 음극집전체(21)의 면적(S4)에 비하여 작다. 양극층(10)의 면적(S1)은 예를 들어 음극집전체(21)의 면적(S4)의 100 % 미만, 99 % 이하, 98 % 이하, 97 % 이하, 96 % 이하, 또는 95 % 이하이다. 양극층(10)의 면적(S1)은 예를들어 음극집전체(21)의 면적(S4)의 50 % 내지 100 % 미만, 50 % 내지 99 %, 55 % 내지 98 %, 60 % 내지 97 %, 70 % 내지 96 %, 80 % 내지 95 %, 또는 85 % 내지 95 % 이다. 음극집전체(21)의 면적(S4)은 예를 들어, 음극층(20)의 면적과 동일하다. 음극집전체(21)의 면적(S4)은 예를 들어, 제1 음극활물질층(22)의 면적과 동일하다.The area S1 of the
본 명세서에서 "동일"한 면적, 길이, 폭, 두께 및/또는 형태는 의도적으로 면적, 길이, 폭, 두께 및/또는 형태를 서로 다르게 하는 경우를 제외하고 "실질적으로 동일"한 면적, 길이, 폭, 두께 및/또는 형태를 가지는 모든 경우를 포함한다. "동일"한 면적, 길이, 폭 및/또는 두께는 비교되는 대상들의 면적, 길이, 폭 및/또는 두께의 의도하지 않은 차이가 예를 들어 1% 미만, 0.5% 미만, 또는 0.1% 미만인 범위를 포함한다.As used herein, "same" area, length, width, thickness and/or shape means "substantially the same" area, length, width, thickness and/or shape, except where the area, length, width, thickness and/or shape are intentionally different. Includes all instances of width, thickness and/or shape. “Same” area, length, width and/or thickness refers to the extent to which the unintentional difference in area, length, width and/or thickness of the compared objects is, for example, less than 1%, less than 0.5%, or less than 0.1%. Includes.
제1 불활성 부재(40)의 두께는 예를 들어 제1 음극활물질층(22)의 두께에 비하여 더 크다. 제1 음극활물질층(22)의 두께는 예를 들어 제1 불활성 부재(40)의 두께의 50 % 이하, 40 % 이하, 30 % 이하, 20 % 이하, 또는 10 % 이하이다. 제1 음극활물질층(22)의 두께는 예를 들어 제1 불활성 부재(40)의 두께의 1 % 내지 50 %, 1 % 내지 40 %, 1 % 내지 30 %, 1 % 내지 20 %, 또는 1 % 내지 10 % 이다.For example, the thickness of the first
음극층(20)은 음극집전체(21) 및 상기 음극집전체(21)의 일면 상에 배치되는 제1 음극활물질층(22)을 포함한다. 음극집전체(21)의 일면에 대향하는 타면 상에 예를 들어 제1 음극활물질층(22)이 부재(free)이다. 예를 들어, 음극집전체(21)의 일면에만 제1 음극활물질층(22)이 배치되고 타면에는 제1 음극활물질층(22)이 배치되지 않는다.The
제1 불활성 부재(40)는 가스캣(gasket)일 수 있다. 불활성 부재(40)로서 가스캣이 사용됨에 의하여 가압(press) 과정 중의 압력 차이에 의하여 발생하는 고체전해질층(30)의 균열을 효과적으로 억제할 수 있다.The first
제1 불활성 부재(40)는 예를 들어 단층 구조를 가진다. 다르게는, 도면에 도시되지 않으나, 제1 불활성 부재(40)는 다층 구조를 가질 수 있다. 다층 구조를 가지는 제1 불활성 부재(40)에서 각각의 층은 서로 다른 조성을 가질 수 있다. 다층 구조를 가지는 제1 불활성 부재는 예를 들어 2층 구조, 3층 구조, 4층 구조 또는 5층 구조를 가질 수 있다. 다층 구조를 가지는 제1 불활성 부재(40)는 예를 들어 하나 이상의 접착층 및 하나 이상의 지지층을 포함할 수 있다. 접착층은 예를 들어 전고체 이차전지(10)의 충방전 과정에서 발생하는 양극층(10)의 부피 변화에 의한 양극층(10)과 고체전해질층(30) 사이의 이격 등을 효과적으로 방지하며, 지지층과 다른 층 사이에 결착력을 제공함에 의하여 불활성 부재(40) 필름 강도를 향상시킨다. 지지층은 제1 불활성 부재(40)에 지지력을 제공하며, 가압 과정 또는 충방전 과정에서 고체전해질층(30) 상에 가해지는 압력의 불균일성을 방지하고, 제조되는 전고체 이차전지(1)의 형태 변형을 방지한다.The first
도 3을 참조하면, 전고체 이차전지(1)는, 양극츰(10), 음극층(20) 및 이들 사이에 배치되는 고체전해질층(30)을 포함하며, 양극층(10)이 양극집전체(11) 및 양극집전체(11)의 양면 상에 배치되는 제1 양극활물질층(12a) 및 제2 양극활물질층(12b)을 각각 포함하며, 고체전해질층(30)이, 제1 양극활물질층(12a)과 접촉하는 제1 고체전해질층(30a) 및 제2 양극활물질층(12b)과 접촉하는 제2 고체전해질층(30b)을 각각 포함하며, 음극층(20)이, 제1 고체전해질층(30a)과 접촉하는 제1 음극층(20a) 및 제2 고체전해질층(30b)과 접촉하는 제2 음극층(20b)을 각각 포함하며, 제1 불활성 부재(40)가, 서로 대향하는 제1 고체전해질층(30a) 및 제2 고체전해질층(30b) 사이에서 양극층(10)의 측면을 둘러싸며 배치된다. 제1 불활성 부재(40)는 예를 들어 제1 고체전해질층(30a)과 접촉하는 제1a 불활성 부재(40a) 및 제2 고체전해질층(30b)과 접촉하는 제1b 불활성 부재(40b)를 포함한다. 따라서, 전고체 이차전지(1)가 바이셀(bi-cell) 구조를 가진다. 전고체 이차전지(1)가 이러한 바이셀(bi-cell)구조를 가짐에 의하여, 양극층(10)을 중심으로 고체전해질층(30)과 음극층(20)이 서로 대향하여 대칭적으로 배치되므로, 전고체 이차전지(1) 제조 시에 가해지는 압력에 의한 구조 변형 등이 보다 효과적으로 억제된다. 따라서, 전고체 이차전지(1)의 제조 과정 및/또는 충방전 과정에서 고체전해질층(30)의 균열이 억제되며, 이에 의한 전고체 이차전지(1)의 단락이 방지되고 결과적으로 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 더욱 향상된다. 또한, 복수의 양극활물질층(12a, 12b)에 대하여 하나의 양극집전체(11)만이 사용되므로 전고체 이차전지(1)의 에너지 밀도가 증가된다.Referring to FIG. 3, the all-solid-state
도 1 내지 5를 참조하면, 제1 불활성 부재(40)는 예를 들어 난연성 불활성 부재이다. 난연성 불활성 부재가 난연성을 제공함에 의하여 전고체 이차전지(1)의 열폭주 및 발화 가능성을 방지할 수 있다. 결과적으로, 전고체 이차전지(1)의 안전성을 더욱 향상시킨다. 난연성 불활성 부재가 전고체 이차전지(1) 내의 잔류 수분을 흡수함에 의하여 전고체 이차전지(1)의 열화를 방지하여 전고체 이차전지(1)의 수명 특성이 향상된다.1 to 5, the first
난연성 불활성 부재는 예를 들어 메트릭스 및 필러를 포함한다. 메트릭스는 예를 들어 기재 및 보강재를 포함한다. 메트릭스는 예를 들어 섬유상 기재 및 섬유상 보강재를 포함한다. 메트릭스가 기재를 포함함에 의하여 메트릭스가 탄성을 가질 수 있다. 따라서, 메트릭스가 전고체 이차전지(1)의 충방전 시의 부피 변화를 효과적으로 수용하며 다양한 위치에 배치될 수 있다. 메트릭스가 포함하는 기재는 예를 들어 제1 섬유상 재료를 포함한다. 기재가 제1 섬유상 재료를 포함함에 의하여 전고체 이차전지(1)의 충방전 과정에서 발생하는 양극층(30)의 부피 변화를 효과적으로 수용하고, 양극층(30)의 부피 변화에 의한 제1 불활성 부재(40)의 변형을 효과적으로 억제할 수 있다. 제1 섬유상 재료는 예를 들어 종횡비가 5 이상, 20 이상, 또는 50 이상인 재료이다. 제1 섬유상 재료는 예를 들어 종횡비가 5 내지 1000, 20 내지 1000, 또는 50 내지 1000인 재료이다. 제1 섬유상 재료는 예를 들어 절연성 재료이다. 제1 섬유상 재료가 절연성 재료임에 의하여 전고체 이차전지(1)의 충방전 과정에서 발생하는 리튬 덴드라이트 등에 의한 양극층(30)과 음극층(20) 사이의 단락을 효과적으로 방지할 수 있다. 제1 섬유상 재료는 예를 들어 펄프 섬유(pulp fiber), 절연성 고분자 섬유, 및 이온 전도성 고분자 섬유 중에서 선택된 하나 이상을 포함한다. 메트릭스가 보강재를 포함함에 의하여 메트릭스의 강도가 향상된다. 따라서, 메트릭스가 전고체 이차전지(1)의 충방전 시의 과도한 부피 변화를 방지하고 전고체 이차전지의 변형을 방지할 수 있다. 메트릭스가 포함하는 보강재는 예를 들어 제2 섬유상 재료를 포함한다. 보강재가 제2 섬유상 재료를 포함함에 의하여 메트릭스의 강도를 보다 균일하게 증가시킬 수 있다. 제2 섬유상 재료는 예를 들어 종횡비가 3 이상, 5 이상, 또는 10 이상인 재료이다. 제1 섬유상 재료는 예를 들어 종횡비가 3 내지 100, 5 내지 100, 또는 10 내지 100인 재료이다. 제2 섬유상 재료는 예를 들어 난연성 재료이다. 제2 섬유상 재료가 난연성 재료임에 의하여 전고체 이차전지(1)의 충방전 과정 또는 외부 충격에 발생하는 열 폭주에 의한 발화를 효과적으로 억제할 수 있다. 제2 섬유상 재료는 예를 들어 유리 섬유(glass fiber), 금속 산화물 섬유, 세라믹 섬유 등이다.Flame retardant inert members include, for example, matrices and fillers. The matrix includes, for example, a substrate and reinforcement. The matrix includes, for example, a fibrous substrate and fibrous reinforcement. By including a substrate in the matrix, the matrix can be elastic. Therefore, the matrix effectively accommodates volume changes during charging and discharging of the all-solid-state
난연성 불활성 부재는 메트릭스 외에 필러를 포함한다. 필러는 메트릭스 내부에 배치되거나, 메트릭스 표면에 배치되거나, 내부 및 표면 모두에 배치될 수 있다. 필러는 예를 들어 무기 재료이다. 난연성 불활성 부재가 포함하는 필러는 예를 들어 수분 흡착제(moisture getter)이다. 필러는 예를 들어 100℃ 미만의 온도에서 수분을 흡착함에 의하여 전고체 이차전지(1) 내에 잔류하는 수분을 제거하여 전고체 이차전지(1)의 열화를 방지한다. 또한, 필러는 전고체 이차전지(1)의 충방전 과정 또는 외부 충격에 발생하는 열 폭주에 의하여 전고체 이차전지(1)의 온도가 150℃ 이상으로 증가하면, 흡착한 수분을 방출하여 전고체 이차전지(1)의 발화를 효과적으로 억제할 수 있다. 즉, 필러는 예를 들어 난연제(flame retardant)이다. 필러는 예를 들어 예를 들어 수분 흡착성을 가지는 금속수산화물이다. 필러가 포함하는 금속수산화물은 예를 들어 Mg(OH)2, Fe(OH)3, Sb(OH)3, Sn(OH)4, TI(OH)3, Zr(OH)4, Al(OH)3 또는 이들의 조합이다. 난연성 불활성 부재가 포함하는 필러의 함량은 예를 들어 난연성 불활성 부재(4) 100 중량부에 대하여 10 내지 80 중량부, 20 내지 80 중량부, 30 내지 80 중량부, 40내지 80중량부, 50 내지 80중량부, 60 내지 80중량부, 또는 65 내지 80 중량부이다.The flame retardant inert member includes a filler in addition to the matrix. The filler may be disposed within the matrix, on the surface of the matrix, or on both the interior and the surface. Fillers are for example inorganic materials. The filler contained by the flame retardant inert member is, for example, a moisture getter. For example, the filler prevents deterioration of the all-solid-state
난연성 불활성 부재는 예를 들어 바인더를 더 포함할 수 있다. 바인더는 예를 들어 경화성 고분자 또는 비경화성 고분자를 포함할 수 있다. 경화성 고분자는 열 및/또는 압력에 의하여 경화되는 고분자이다. 경화성 고분자는 예를 들어 상온에서 고체이다. 난연성 불활성 부재(40)는 예를 들어 열가압 경화성 필름 및/또는 이의 경화 생성물을 포함한다. 열가압 경화성 고분자는 예를 들어 Toray 사의 TSA-66 이다.The flame retardant inert member may further comprise, for example, a binder. The binder may include, for example, a curable polymer or a non-curable polymer. A curable polymer is a polymer that hardens by heat and/or pressure. Curable polymers are solid, for example at room temperature. The flame retardant
난연성 불활성 부재는 상술한 기재, 보강재, 필러 및 바인더 외에 다른 재료를 추가적으로 포함할 수 있다. 난연성 불활성 부재는 예를 들어 종이(paper), 절연성 고분자, 이온전도성 고분자, 절연성 무기물, 산화물계 고체전해질, 황화물계 고체전해질 중에서 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 절연성 고분자는 예를 들어 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 등의 올레핀계 중합체일 수 있다. The flame retardant inert member may additionally include other materials in addition to the above-described substrate, reinforcing material, filler, and binder. The flame retardant inert member may further include, for example, one or more selected from among paper, insulating polymer, ion conductive polymer, insulating inorganic material, oxide-based solid electrolyte, and sulfide-based solid electrolyte. The insulating polymer may be, for example, an olefin-based polymer such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE).
난연성 불활성 부재가 포함하는 기재의 밀도 또는 보강재의 밀도는 예를 들어 양극활물질층(12)이 포함하는 양극활물질 밀도의 10% 내지 300%, 10% 내지 150%, 10% 내지 140%, 10% 내지 130%, 또는 10% 내지 120%일 수 있다.The density of the base material or the reinforcing material included in the flame-retardant inert member is, for example, 10% to 300%, 10% to 150%, 10% to 140%, and 10% of the density of the positive electrode active material included in the positive electrode
제1 불활성 부재(40)는 전기화학적 활성을 가지는 물질 예를 들어 전극활물질(electrode active material)을 포함하지 않는 부재이다. 전극활물질을 리튬을 흡장/방출하는 물질이다. 제1 불활성 부재(40)는 전극활물질 이외의 물질로서 당해 기술분야에서 사용하는 물질로 이루어진 부재이다.The first
[음극층][Cathode layer]
[음극층: 음극활물질][Cathode layer: Negative active material]
도 1 내지 5를 참조하면, 음극층(20)은 제1 음극활물질층(22)을 포함한다. 제1 음극활물질층(22)은 예를 들어 음극활물질 및 바인더를 포함한다.1 to 5, the
제1 음극활물층(22)이 포함하는 음극활물질은 예를 들어 리튬과 합금 또는 화합물을 형성할 수 있는 음극 재료이다.The negative electrode active material included in the first negative electrode
제1 음극활물질층(22)이 포함하는 음극활물질은 예를 들어 입자 형태를 가진다. 입자 형태를 가지는 음극활물질의 평균 입경은 예를 들어, 4 ㎛ 이하, 3 ㎛ 이하, 2 ㎛ 이하, 1 ㎛ 이하, 500 nm 이하, 300 nm 이하 또는 100 nm 이하이다. 입자 형태를 가지는 음극활물질의 평균 입경은 예를 들어, 10 nm 내지 4 ㎛, 10 nm 내지 3 ㎛, 10 nm 내지 2 ㎛, 10 nm 내지 1 ㎛, 10 nm 내지 500 nm, 10 nm 내지 300 nm 또는 10 nm 내지 100 nm 이다. 음극활물질이 이러한 범위의 평균 입경을 가짐에 의하여 충방전 시에 리튬의 가역적인 흡장(absorbing) 및/또는 방출(desorbing)이 더욱 용이할 수 있다. 음극활물질의 평균 입경은, 예를 들어, 레이저식 입도 분포계를 사용하여 측정한 메디안(median) 직경(D50)이다.The negative electrode active material included in the first negative electrode
제1 음극활물질층(22)이 포함하는 음극활물질은 예를 들어 탄소계 음극활물질 및 금속 또는 준금속 음극활물질 중에서 선택된 하나 이상을 포함한다.The negative electrode active material included in the first negative electrode
탄소계 음극활물질은 예를 들어 비정질 탄소(amorphous carbon), 결정성 탄소(crystalline carbon), 다공성 탄소 또는 이들의 조합을 포함한다.Carbon-based negative active materials include, for example, amorphous carbon, crystalline carbon, porous carbon, or combinations thereof.
탄소계 음극활물질은 특히 비정질 탄소(amorphous carbon)이다. 비정질 탄소는 예를 들어 카본 블랙(carbon black)(CB), 아세틸렌 블랙(acetylene black)(AB), 퍼니스 블랙(furnace black)(FB), 켓젠 블랙(ketjen black)(KB), 그래핀(graphene) 등이나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 비정질 탄소로 분류되는 것이라면 모두 가능하다. 비정질 탄소는 결정성을 가지지 않거나 결정성이 매우 낮은 탄소로서 결정성 탄소 또는 흑연계 탄소와 구분된다.The carbon-based negative electrode active material is particularly amorphous carbon. Amorphous carbon is, for example, carbon black (CB), acetylene black (AB), furnace black (FB), ketjen black (KB), and graphene. ), etc., but is not necessarily limited to these, and any carbon that is classified as amorphous carbon in the relevant technical field is possible. Amorphous carbon is carbon that does not have crystallinity or has very low crystallinity and is distinguished from crystalline carbon or graphitic carbon.
탄소계 음극활물질은 예를 들어 다공성 탄소일 수 있다. 다공성 탄소가 포함하는 기공 부피는 예를 들어 0.1 cc/g 내지 10.0 cc/g, 0.5 cc/g 내지 5 cc/g, 또는 0.1 cc/g 내지 1 cc/g 이다. 다공성 탄소가 포함하는 평균 기공 직경은 예를 들어 1 nm 내지 50 nm, 1 nm 내지 30 nm, 또는 1 nm 내지 10 nm 이다. 다공성 탄소의 BET 비표면적은 예를 들어 100 m2/g 내지 3000 m2/g 이다.The carbon-based negative active material may be, for example, porous carbon. The pore volume contained in the porous carbon is, for example, 0.1 cc/g to 10.0 cc/g, 0.5 cc/g to 5 cc/g, or 0.1 cc/g to 1 cc/g. The average pore diameter of porous carbon is, for example, 1 nm to 50 nm, 1 nm to 30 nm, or 1 nm to 10 nm. The BET specific surface area of the porous carbon is, for example, from 100 m 2 /g to 3000 m 2 /g.
금속 또는 준금속 음극활물질은 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 리튬과 합금 또는 화합물을 형성하는 금속 음극활물질 또는 준금속 음극활물질로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 니켈(Ni)은 리튬과 합금을 형성하지 않으므로 금속 음극활물질이 아니다.Metal or metalloid anode active materials include gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), silicon (Si), silver (Ag), aluminum (Al), bismuth (Bi), tin (Sn), and zinc (Zn). ), but is not necessarily limited to these, and any metal negative active material or metalloid negative electrode active material that forms an alloy or compound with lithium in the art can be used. For example, nickel (Ni) does not form an alloy with lithium, so it is not a metal anode active material.
제1 음극활물질층(22)은 이러한 음극활물질 중에서 일종의 음극활물질을 포함하거나, 복수의 서로 다른 음극활물질의 혼합물을 포함한다. 예를 들어, 제1 음극활물질층(22)은 비정질 탄소만을 포함하거나, 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함한다. 다르게는, 제1 음극활물질층(22)은 비정질 탄소와 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상과의 혼합물을 포함한다. 비정질 탄소와 금 등의 혼합물의 혼합비는 중량비로서 예를 들어 99:1 내지 1:99, 10:1 내지 1:2, 5:1 내지 1:1, 또는 4:1 내지 2:1 이나 반드시 이러한 범위로 한정되지 않으며 요구되는 전고체 이차전지(1)의 특성에 따라 선택된다. 음극활물질이 이러한 조성을 가짐에 의하여 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 더욱 향상된다.The first negative electrode
제1 음극활물질층(22)이 포함하는 음극활물질은 예를 들어 비정질 탄소로 이루어진 제1 입자 및 금속 또는 준금속으로 이루어진 제2 입자의 혼합물을 포함한다. 금속 또는 준금속은 예를 들어 예를 들어, 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 및 아연(Zn) 등을 포함한다. 준금속은 다르게는 반도체이다. 제2 입자의 함량은 혼합물의 총 중량을 기준으로 1 내지 99 중량%, 1 내지 60 중량%, 8 내지 60 중량%, 10 내지 50 중량%, 15 내지 40 중량%, 또는 20 내지 30 중량%이다. 제2 입자가 이러한 범위의 함량을 가짐에 의하여 예를 들어 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 더욱 향상된다.The negative electrode active material included in the first negative electrode
다르게는, 제1 음극활물질층(22)이 복합음극활물질을 포함한다. 복합음극활물질은 예를 들어 탄소계 지지체 및 상기 탄소계 지지체 상에 담지된 금속계 음극활물질을 포함할 수 있다. 복합음극활물질이 이러한 구조를 가짐에 의하여 제1 음극활물질층 내에서 금속계 음극활물질의 편재화가 방지되고 균일한 분포가 얻어질 수 있다. 결과적으로, 제1 음극활물질층(22)을 포함하는 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 더욱 향상된다.Alternatively, the first negative electrode
탄소계 지지체 상에 담지된 금속계 음극활물질은 예를 들어 금속, 금속 산화물, 금속과 금속 산화물의 복합체 또는 이들의 조합을 포함한다. 금속은 예를 들어 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn), 텔루륨(Te) 및 아연(Zn) 등을 포함한다. 금속 산화물은 예를 들어 금(Au) 산화물, 백금(Pt) 산화물, 팔라듐(Pd) 산화물, 실리콘(Si) 산화물, 은(Ag) 산화물, 알루미늄(Al) 산화물, 비스무스(Bi) 산화물, 주석(Sn) 산화물, 텔루륨(Te)산화물 및 아연(Zn) 산화물 등을 포함한다. 금속 산화물은 예를 들어 AuxOy (0<x≤2, 0<y≤3), PtxOy (0<x≤1, 0<y≤2), PdxOy (0<x≤1, 0<y≤1), SixOy (0<x≤1, 0<y≤2), AgxOy (0<x≤2, 0<y≤1), AlxOy (0<x≤2, 0<y≤3), BixOy (0<x≤2, 0<y≤3), SnxOy (0<x≤1, 0<y≤2), TexOy (0<x≤1, 0<y≤3), ZnxOy (0<x≤1, 0<y≤1) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 금속과 금속산화물의 복합체는 예를 들어 Au와 AuxOy (0<x≤2, 0<y≤3)의 복합체, Pt와 PtxOy (0<x≤1, 0<y≤2)의 복합체, Pd와 PdxOy (0<x≤1, 0<y≤1)의 복합체, Si와 SixOy (0<x≤1, 0<y≤2)의 복합체, Ag 와 AgxOy (0<x≤2, 0<y≤1)의 복합체, Al과 AlxOy (0<x≤2, 0<y≤3)의 복합체, Bi와 BixOy (0<x≤2, 0<y≤3)의 복합체, Sn과 SnxOy (0<x≤1, 0<y≤2)의 복합체, Te과 TexOy (0<x≤1, 0<y≤3), Zn과 ZnxOy (0<x≤1, 0<y≤1)의 복합체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The metal-based negative electrode active material supported on the carbon-based support includes, for example, a metal, a metal oxide, a complex of a metal and a metal oxide, or a combination thereof. Metals include, for example, gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), silicon (Si), silver (Ag), aluminum (Al), bismuth (Bi), tin (Sn), and tellurium (Te). and zinc (Zn). Metal oxides include, for example, gold (Au) oxide, platinum (Pt) oxide, palladium (Pd) oxide, silicon (Si) oxide, silver (Ag) oxide, aluminum (Al) oxide, bismuth (Bi) oxide, tin ( Sn) oxide, tellurium (Te) oxide, zinc (Zn) oxide, etc. Metal oxides are , for example , Au ≤1, 0<y≤1), Si x O y (0<x≤1, 0<y≤2), Ag x O y (0<x≤2, 0<y≤1), Al x O y (0<x≤2, 0<y≤3), Bi x O y (0<x≤2, 0<y≤3), Sn x O y (0<x≤1, 0<y≤2), It may include Te x O y (0<x≤1, 0<y≤3), Zn x O y (0<x≤1, 0<y≤1), or a combination thereof. Complexes of metals and metal oxides are, for example, Au and Au x O y (0<x≤2, 0<y≤3), Pt and Pt x O y (0<x≤1, 0<y≤2 ), a complex of Pd and Pd x O y (0<x≤1, 0<y≤1), a complex of Si and Si x O y (0<x≤1, 0<y≤2), Ag and Complex of Ag x O y (0<x≤2, 0<y≤1), complex of Al and Al x O y (0<x≤2, 0<y≤3), Bi and Bi x O y (0 <x≤2, 0<y≤3), complex of Sn and Sn x O y (0<x≤1, 0<y≤2), complex of Te and Te x O y (0<x≤1, 0 <y≤3), a complex of Zn and Zn x O y (0<x≤1, 0<y≤1), or a combination thereof.
탄소계 지지체는 예를 들어 비정질 탄소(amorphous carbon)이다. 비정질 탄소는 예를 들어 카본 블랙(carbon black, CB), 아세틸렌 블랙(acetylene black, AB), 퍼니스 블랙(furnace black, FB), 켓젠 블랙(ketjen black, KB), 그래핀(graphene), 활성탄(activated carbon), 탄소나노섬유(CNF), 탄소나노튜브(CNT) 등이나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 비정질 탄소로 분류되는 것이라면 모두 가능하다. 비정질 탄소는 결정성을 가지지 않거나 결정성이 매우 낮은 탄소로서 결정성 탄소 또는 흑연계 탄소와 구분된다. 탄소질 재료는 예를 들어 탄소계 음극활물질이다.The carbon-based support is, for example, amorphous carbon. Amorphous carbon is, for example, carbon black (CB), acetylene black (AB), furnace black (FB), ketjen black (KB), graphene, activated carbon ( activated carbon), carbon nanofibers (CNF), carbon nanotubes (CNT), etc., but are not necessarily limited to these and can be anything that is classified as amorphous carbon in the relevant technical field. Amorphous carbon is carbon that does not have crystallinity or has very low crystallinity and is distinguished from crystalline carbon or graphitic carbon. The carbonaceous material is, for example, a carbon-based negative electrode active material.
복합음극활물질은 예를 들어 입자 형태를 가진다. 입자 형태를 가지는 복합음극활물질의 입경은 예를 들어, 10 nm 내지 4 ㎛, 10 nm 내지 1 ㎛, 10 nm 내지 500 nm, 10 nm 내지 200 nm 또는 10 nm 내지 100nm 이다. 복합음극활물질이 이러한 범위의 입경을 가짐에 의하여 충방전 시에 리튬의 가역적인 흡장(absorbing) 및/또는 방출(desorbing)이 더욱 용이할 수 있다. 지지체 상에 담지된 금속계 음극활물질은 예를 들어 입자 형태를 가질 수 있다. 금속계 음극활물질의 입경은 예를 들어 1 nm 내지 200 nm, 1 nm 내지 150 nm, 5 nm 내지 100 nm, 또는 10 nm 내지 50 nm 일 수 있다. 탄소계 지치체는 예를 들어 입자 형태를 가질 수 있다. 탄소계 지지체의 입경은 예를 들어 10 nm 내지 2 ㎛, 10 nm 내지 1 ㎛, 10 nm 내지 500 nm, 10 nm 내지 200 nm 또는 10 nm 내지 100 nm 일 수 있다. 탄소계 지지체가 이러한 범위의 입경을 가짐에 의하여 제1 음극활물질층 내에 보다 균일하게 배치될 수 있다. 탄소계 지지체는 예를 들어 입경 500 nm 이하의 나노입자일 수 있다. 복합음극활물질의 입경, 금속계 음극활물질의 입경 및 탄소계 지지체의 입경은 예를 들어 평균 입경이다. 평균 입경은 예를 들어, 레이저식 입도 분포계를 사용하여 측정한 메디안(median) 직경(D50)이다. 다르게는, 평균 입경은 예를 들어 전자현미경 이미지 이미지로부터 소프트웨어를 사용하여 자동적으로 결정하거나 매뉴얼에 의하여 수동적으로 결정될 수 있다.The composite anode active material has a particle form, for example. The particle size of the composite anode active material having a particle shape is, for example, 10 nm to 4 ㎛, 10 nm to 1 ㎛, 10 nm to 500 nm, 10 nm to 200 nm, or 10 nm to 100 nm. Because the composite anode active material has a particle size in this range, reversible absorption and/or desorbing of lithium can be facilitated more easily during charging and discharging. The metal-based negative active material supported on the support may, for example, have a particle form. The particle size of the metal-based negative electrode active material may be, for example, 1 nm to 200 nm, 1 nm to 150 nm, 5 nm to 100 nm, or 10 nm to 50 nm. The carbon-based support may, for example, have a particle form. The particle size of the carbon-based support may be, for example, 10 nm to 2 ㎛, 10 nm to 1 ㎛, 10 nm to 500 nm, 10 nm to 200 nm, or 10 nm to 100 nm. By having the carbon-based support having a particle size within this range, it can be more uniformly disposed within the first negative electrode active material layer. The carbon-based support may be, for example, nanoparticles with a particle diameter of 500 nm or less. The particle size of the composite negative electrode active material, the particle size of the metal-based negative electrode active material, and the particle size of the carbon-based support are, for example, average particle sizes. The average particle diameter is, for example, the median diameter (D50) measured using a laser particle size distribution meter. Alternatively, the average particle size can be determined automatically using software, for example from an electron microscope image, or manually by manual means.
[음극층: 바인더][Cathode layer: binder]
제1 음극활물질층(22)이 포함하는 바인더는 예를 들어 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌(polyethylene), 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 등이나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 바인더는 단독 또는 복수의 서로 다른 바인더로 구성될 수 있다.The binder included in the first negative electrode
제1 음금활물질층(22)이 바인더를 포함함에 의하여 제1 음극활물질층(22)이 음극집전체(21) 상에 안정화된다. 또한, 충방전 과정에서 제1 음극활물질층(22)의 부피 변화 및/또는 상대적인 위치 변경에도 불구하고 제1 음극활물질층(22)의 균열이 억제된다. 예를 들어, 제1 음극활물질층(22)이 바인더를 포함하지 않는 경우, 제1 음극활물질층(22)이 음극집전체(21)로부터 쉽게 분리되는 것이 가능하다. 음극집전체(21)로부터 제1 음극활물질층(22)이 이탈함에 의하여 음극집전체(21)가 노출된 부분에서, 음극집전체(21)가 고체전해질층(30)과 접촉함에 의하여, 단락이 발생할 가능성이 증가한다. 제1 음극활물질층(22)은 예를 들어 제1 음극활물질층(22)을 구성하는 재료가 분산된 슬러리를 음극집전체(21) 상에 도포하고, 건조하여 제작된다. 바인더를 제1 음극활물질층(22)에 포함시킴에 의하여 슬러리 중에 음극활물질의 안정적인 분산이 가능하다. 예를 들어, 스크린 인쇄법으로 슬러리를 음극집전체(21) 상에 도포하는 경우, 스크린의 막힘(예를 들어, 음극 활물질의 응집체에 의한 막힘)을 억제하는 것이 가능하다.Since the first negative electrode
[음극층: 기타 첨가제][Cathode layer: Other additives]
제1 음극활물질층(22)은 종래의 전고체 이차전지(1)에 사용되는 첨가제 예를 들어 필러, 코팅제, 분산제, 이온 전도성 보조제 등을 더 포함하는 것이 가능하다.The first negative
[음극층: 고체전해질][Cathode layer: solid electrolyte]
제1 음극활물질층(22)이 고체전해질을 더 포함할 수 있다. 고체전해질은 예를 들어 고체전해질층(30)에 포함된 고체전해질 중에서 선택된 재료일 수 있다. 제1 음극활물질층(22)에 포함되는 고체전해질은, 제1 음극활물질층(22) 내에서 리튬 금속의 형성이 시작되는 반응 지점으로 작용하거나 형성된 리튬 금속이 저장되는 공간으로 작용하거나 리튬 이온을 전달하는 경로로 작용할 수 있다. 고체전해질은 생략 가능하다.The first negative electrode
제1 음극활물질층(22)에서, 고체전해질의 함량이 예를 들어 고체전해질층(30)에 인접한 영역에서 높고, 음극집전체(21)에 인접한 영역에서 낮을 수 있다. 제1 음극활물질층(22)에서 고체전해질이, 예를 들어, 고체전해질층(30)에 인접한 영역으로부터 음극집전체(21)에 인접한 영역까지 농도가 감소하는 농도 구배를 가질 수 있다.In the first negative electrode
[음극층: 제1 음극활물질층][Cathode layer: first cathode active material layer]
제1 음극활물질층(22)의 초기 충전 용량(B)과 상기 양극활물질층의 초기 충전 용량(A)의 비율(B/A)이 0.005 내지 0.45 이다. 양극활물질층(12)의 초기 충전 용량은 제1 개방 회로 전압(1st open circuit voltage)로부터 Li/Li+에 대하여 최대 충전 전압(maximum charging voltage)에서 결정된다. 제1 음극활물질층(22)의 초기 충전 용량은 제2 개방 회로 전압(2nd open circuit voltage)로부터 Li/Li+에 대하여 0.01 V에서 결정된다.The ratio (B/A) of the initial charge capacity (B) of the first negative electrode
최대 충전 전압을 양극활물질의 종류에 따라 결정된다. 최대 충전 전압은 예를 들어 1.5 V, 2.0 V, 2.5 V, 3.0 V, 3.5 V, 4.0 V, 4.2 V, 또는 4.3 V 일 수 있다. 예를 들어, Li2S 또는 Li2S 복합체의 최대 충전 전압은 Li/Li+에 대하여 2.5 V 일 수 있다. 예를 들어, Li2S 또는 Li2S 복합체의 최대 충전 전압은 Li/Li+에 대하여 3.0 V 일 수 있다. 제1 음극활물질층(22)의 초기 충전 용량(B)과 상기 양극활물질층의 초기 충전 용량(A)의 비율(B/A)은 예를 들어 0.01 내지 0.3, 0.01 내지 0.2 또는 0.05 내지 0.1 이다. The maximum charging voltage is determined by the type of cathode active material. The maximum charging voltage may be, for example, 1.5 V, 2.0 V, 2.5 V, 3.0 V, 3.5 V, 4.0 V, 4.2 V, or 4.3 V. For example, the maximum charging voltage of Li2S or Li2S composite may be 2.5 V relative to Li/Li + . For example, the maximum charging voltage of Li2S or Li2S composite may be 3.0 V for Li/Li + . The ratio (B/A) of the initial charge capacity (B) of the first negative electrode
양극활물질층(12)의 초기 충전 용량(mAh)은 양극활물질의 충전 용량 밀도(charge specific capacity)(mAh/g)에 양극활물질층(12) 중 양극활물질의 질량(g)을 곱하여 얻어진다. 양극활물질이 여러 종류 사용되는 경우, 양극활물질마다 충전 용량 밀도 × 질량 값을 계산하고, 이 값의 총합이 양극활물질층(12)의 초기 충전 용량이다. 제1 음극활물질층(22)의 초기 충전 용량도 같은 방법으로 계산된다. 제1 음극활물질층(22)의 초기 충전 용량은 음극활물질의 충전 용량 밀도(mAh/g)에 제1 음극활물질층(22) 중 음극활물질의 질량을 곱하여 얻어진다. 음극활물질이 여러 종류 사용되는 경우, 음극활물질마다 충전 용량 밀도 × 질량 값을 계산하고, 이 값의 총합이 제1 음극활물질층(22)의 초기 충전 용량이다. 양극활물질 및 음극활물질 각각의 충전 용량 밀도는 리튬 금속을 상대 전극으로 사용한 전고체 반전지(half-cell)을 이용하여 측정될 수 있다. 양극활물질층(12)과 제1 음극활물질층(22) 각각의 초기 충전 용량이 일정한 전류 밀도, 예를 들어 0.1 mA/cm2 에서 전고체 반전지(half-cell)를 이용하여 직접 측정될 수 있다. 양극에 대하여, 상기 측정은 제1 개방 회로 전압(OCV)로부터 최대 충전 전압, 예를 들어 3.0 V(vs. Li/Li+) 까지의 작동 전압(operating voltage)에 대하여 수행될 수 있다. 음극에 대하여, 상기 측정은 제2 개방 회로 전압(OCV)로부터 음극, 예를 들어 리튬 금속에 대하여 0.01 V 까지의 작동 전압에 대하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 양극활물질층을 가지는 전고체 반전지는 제1 개방 회로 전압으로부터 3.0 V 까지 0.1 mA/cm2의 정전류로 충전되며, 제1 음극활물질층을 가지는 전고체 반전지는 제2 개방 회로 전압으로부터 0.01 V 까지 0.1 mA/cm2의 정전류로 충전될 수 있다. 정전류 충전시의 전류 밀도는 예를 들어 0.2 mA/cm2, 또는 0.5 mA/cm2 일 수 있다. 양극활물질층을 가지는 전고체 반전지는 예를 들어 제1 개방 전압으로부터 2.5 V, 2.0 V, 3.5 V, 또는 4.0 V까지 충전될 수 있다. 양극활물질층의 최대 충전 전압은 일본 표준 협회의 JISC8712:2015에 따른 안전 조건을 만족하는 전지의 최대 전압에 의하여 결정될 수 있다.The initial charge capacity (mAh) of the cathode
제1 음극활물질층(22)의 초기 충전 용량이 지나치게 작으면, 제1 음극활물질층(22)의 두께가 매우 얇아지므로 반복되는 충방전 과정에서 제1 음극활물질층(22)과 음극집전체(21) 사이에 형성되는 리튬 덴드라이트가 제1 음극활물질층(22)을 붕괴시켜 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 향상되기 어렵다. 제1 음극활물질층(22)의 충전 용량이 지나치게 증가하면 전고체 이차전지(1)의 에너지 밀도가 저하되고 제1 음극활물질층(22)에 의한 전고체 이차전지(1)의 내부 저항이 증가하여 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 향상되기 어렵다.If the initial charge capacity of the first negative electrode
제1 음극활물질층(22)의 두께는 예를 들어 양극활물질층(12) 두께의 50 % 이하, 40 % 이하, 30 % 이하, 20 % 이하, 10 % 이하, 또는 5 % 이하이다. 제1 음극활물질층(22)의 두께는 예를 들어 양극활물질층(12) 두께의 1 내지 50%, 1 내지 40 %, 1 내지 30 %, 1 내지 20 %, 1 내지 10 %, 또는 1 내지 5 % 이다. 제1 음극활물질층(22)의 두께는 예를 들어 1 ㎛ 내지 20 ㎛, 2 ㎛ 내지 15㎛, 또는 3 ㎛ 내지 10 ㎛ 이다. 제1 음극활물질층(22)의 두께가 지나치게 얇으면, 제1 음극활물질층(22)과 음극집전체(21) 사이에 형성되는 리튬 덴드라이트가 제1 음극활물질층(22)을 붕괴시켜 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 향상되기 어렵다. 제1 음극활물질층(22)의 두께가 지나치게 증가하면 전고체 이차전지(1)의 에너지 밀도가 저하되고 제1 음극활물질층(22)에 의한 전고체 이차전지(1)의 내부 저항이 증가하여 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 향상되기 어렵다. 제1 음극활물질층(22)의 두께가 감소하면 예를 들어 제1 음극활물질층(22)의 초기 충전 용량도 감소한다.The thickness of the first negative electrode
[음극층: 제2 음극활물질층][Cathode layer: second cathode active material layer]
도면에 도시되지 않으나, 전고체 이차전지(1)는, 충전된 후에, 예를 들어 음극집전체(21)와 제1 음극활물질층(22) 사이에 배치되는 제2 음극활물질층을 더 포함한다. 제2 음극활물질층은 리튬 또는 리튬 합금을 포함하는 금속층이다. 금속층은 리튬 또는 리튬 합금을 포함한다. 따라서, 제2 음극활물질층은 리튬을 포함하는 금속층이므로 예를 들어 리튬 저장고(reservoir)로서 작용한다. 리튬 합금은, 예를 들어, Li-Al 합금, Li-Sn 합금, Li-In 합금, Li-Ag 합금, Li-Au 합금, Li-Zn 합금, Li-Ge 합금, Li-Si 합금 등이나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 리튬 합금으로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 제2 음극활물질층은 이러한 합금 중 하나 또는 리튬으로 이루어질 수 있거나, 여러 종류의 합금으로 이루어진다. 제2 음극활물질층은 예를 들어 석출층(plated layer)이다. 제2 음극활물질층은 예를 들어 전고체 이차전지(1)의 충전 과정에서 제1 음극활물질층(22)과 음극집전체(21) 사이에 석출된다.Although not shown in the drawing, the all-solid-state
제2 음극활물질층의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 1 ㎛ 내지 500 ㎛, 1 ㎛ 내지 200 ㎛, 1 ㎛ 내지 150 ㎛, 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 1 ㎛ 내지 50 ㎛이다. 제2 음극활물질층의 두께가 지나치게 얇으면, 제2 음극활물질층에 의한 리튬 저장고(reservoir) 역할을 수행하기 어렵다. 제2 음극활물질층의 두께가 지나치게 두꺼우면 전고체 이차전지(1)의 질량 및 부피가 증가하고 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 오히려 저하될 가능성이 있다.The thickness of the second negative electrode active material layer is not particularly limited, but is, for example, 1 μm to 500 μm, 1 μm to 200 μm, 1 μm to 150 μm, 1 μm to 100 μm, or 1 μm to 50 μm. If the thickness of the second negative electrode active material layer is too thin, it is difficult for the second negative electrode active material layer to function as a lithium reservoir. If the thickness of the second negative active material layer is too thick, the mass and volume of the all-solid-state
다르게는, 전고체 이차전지(1)에서 제2 음극활물질층은 예를 들어 전고체 이차전지(1)의 조립 전에 음극집전체(21)와 제1 음극활물질층(22) 사이에 배치될 수 있다. 전고체 이차전지(1)의 조립 전에 음극집전체(21)와 제1 음극활물질층(22) 사이에 제2 음극활물질층(23)이 배치되는 경우, 제2 음극활물질층이 리튬을 포함하는 금속층이므로 리튬 저장고(reservoir)로서 작용한다. 예를 들어, 전고체 이차전지(1)의 조립 전에 음극집전체(21)와 제1 음극활물질층(22) 사이에 리튬 호일이 배치될 수 있다.Alternatively, in the all-solid
전고체 이차전지(1)의 조립 후에 충전에 의하여 제2 음극활물질층이 석출되는 경우, 전고체 이차전지(1)의 조립 시에 제2 음극활물질층을 포함하지 않으므로 전고체 이차전지(1)의 에너지 밀도가 증가한다. 전고체 이차전지(1)의 충전시, 제1 음극활물질층(22)의 충전 용량을 초과하여 충전한다. 즉, 제1 음극활물질층(22)을 과충전한다. 충전 초기에는 제1 음극활물질층(22)에 리튬을 흡장된다. 제1 음극활물질층(22)이 포함하는 음극활물질은 양극층(10)에서 이동해온 리튬 이온과 합금 또는 화합물을 형성한다. 제1 음극활물질층(22)의 용량을 초과하여 충전을 하면, 예를 들어 제1 음극활물질층(22)의 후면, 즉 음극집전체(21)와 제1 음극활물질층(22) 사이에 리튬이 석출되고, 석출된 리튬에 의해 제2 음극활물질층에 해당하는 금속층이 형성된다. 제2 음극활물질층은 주로 리튬(즉, 금속 리튬)으로 구성되는 금속층이다. 이러한 결과는 예를 들어 제1 음극활물질층(22)에 포함되는 음극활물질이 리튬과 합금 또는 화합물을 형성하는 물질을 포함함에 의하여 얻어진다. 방전시에는 제1 음극활물질층(22) 및 제2 음극활물질층, 즉 금속층의 리튬이 이온화되어 양극층(10) 방향으로 이동한다. 따라서, 전고체 이차전지(1)에서 리튬을 음극활물질로 사용하는 것이 가능하다. 또한, 제1 음극활물질층(22)이 제2 음극활물질층을 피복하기 때문에, 제2 음극활물질층, 즉 금속층의 보호층 역할을 하는 동시에, 리튬 덴드라이트(dendrite)의 석출 성장을 억제하는 역할을 수행한다. 따라서, 전고체 이차전지(1)의 단락 및 용량 저하를 억제하고, 결과적으로 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성을 향상시킨다. 또한, 전고체 이차전지(1)의 조립 후에 충전에 의하여 제2 음극활물질층이 배치되는 경우, 음극층(20), 즉 음극집전체(21)와 제1 음극활물질층(22) 및 이들 사이의 영역은 전고체 이차전지(1)의 초기 상태 또는 완전 방전 후 상태에서 리튬(Li)을 포함하지 않는 Li-프리(free) 영역이다.If the second negative electrode active material layer is precipitated by charging after assembling the all-solid secondary battery (1), the all-solid secondary battery (1) does not include the second negative electrode active material layer when assembling the all-solid secondary battery (1). The energy density increases. When charging the all-solid-state
[음극층: 음극집전체][Cathode layer: Cathode current collector]
음극집전체(21)은 예를 들어 리튬과 반응하지 않는, 즉, 합금 및 화합물을 모두 형성하지 않는 재료로 구성된다. 음극집전체(21)를 구성하는 재료는 예를 들어 구리(Cu), 스테인리스 스틸, 티타늄(Ti), 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 등이나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 전극집전체로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 음극집전체(21)는 상술한 금속 중 1 종으로 구성되거나, 2 종 이상의 금속의 합금 또는 피복 재료로 구성될 수 있다. 음극집전체(21)는, 예를 들면, 판상 또는 박상(foil) 형태이다.The negative electrode
전고체 이차전지(1)는 예를 들어 도면에 도시되지 않으나 음극집전체(21)의 일면 상에 리튬과 합금을 형성할 수 있는 원소를 포함하는 박막(thin film)을 더 포함할 수 있다. 박막은 음극집전체(21)와 상기 제1 음극활물질층(22) 사이에 배치된다. 박막은 예를 들어 리튬과 합금을 형성할 수 있는 원소를 포함한다. 리튬과 합금을 형성할 수 있는 원소는, 예를 들어, 금, 은, 아연, 주석, 인듐, 규소, 알루미늄, 비스무스 등이나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 리튬과 합금을 형성할 수 있는 원소라면 모두 가능하다. 박막은 이들 금속 중 하나로 구성되거나, 여러 종류의 금속의 합금으로 구성된다. 박막이 음극집전체(21)의 일면 상에 배치됨에 의하여, 예를 들어 박막(24)과 제1 음극활물질층(22) 사이에 석출되는 제2 음극활물질층의 석출 형태가 더 평탄화되며, 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 더욱 향상될 수 있다.For example, although not shown in the drawing, the all-solid-state
박막의 두께는 예를 들어 1 nm 내지 800 nm, 10 nm 내지 700 nm, 50 nm 내지 600 nm, 또는 100 nm 내지 500 nm이다. 박막의 두께가 1 nm 미만이 되는 경우 박막에 의한 기능이 발휘되기 어려울 수 있다. 박막의 두께가 지나치게 두꺼우면, 박막 자신이 리튬을 흡장하여 음극에서 리튬의 석출량이 감소하여 전고체 전지의 에너지 밀도가 저하되고, 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 저하될 수 있다. 박막은 예를 들어 진공 증착법, 스퍼터링 법, 도금법 등에 의해 음극 집전체(21) 상에 배치될 수 있으나 반드시 이러한 방법으로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 박막을 형성할 수 있는 방법이라면 모두 가능하다.The thickness of the thin film is, for example, 1 nm to 800 nm, 10 nm to 700 nm, 50 nm to 600 nm, or 100 nm to 500 nm. If the thickness of the thin film is less than 1 nm, it may be difficult for the thin film to function. If the thickness of the thin film is too thick, the thin film itself may occlude lithium, thereby reducing the amount of lithium precipitated at the negative electrode, thereby lowering the energy density of the all-solid-state battery and the cycle characteristics of the all-solid-state
도면에 도시되지 않으나, 음극집전체(21)는 예를 들어 베이스 필름 및 상기 베이스 필름의 일면 또는 양면 상에 배치되는 금속층을 포함할 수 있다. 베이스 필름은 예를 들어 고분자를 포함할 수 있다. 고분자는 예를 들어 열가소성 고분자일 수 있다. 고분자는 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프롤필렌(PP), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리이미드(PI) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 고분자는 절연성 고분자일 수 있다. 베이스 필름이 절연성 열가소성 고분자를 포함함에 의하여 단락 발생 시 베이스 필름이 연화 또는 액화되어 전지 작동을 차단하여 급격한 전류 증가를 억제할 수 있다. 금속층은 예를 들어 구리(Cu), 스테인리스 스틸, 티타늄(Ti), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 음극집전체(21)는 금속편 및/또는 리드탭을 추가적으로 포함할 수 있다. 음극집전체(21)의 베이스 필름, 금속층, 금속편(metal chip) 및 리드탭에 대한 보다 구체적인 내용은 상술한 양극집전체(11)를 참조한다. 음극집전체(21)가 이러한 구조를 가짐에 의하여 음극의 무게를 감소시키고 결과적으로 음극 및 리튬전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.Although not shown in the drawing, the negative electrode
[음극층: 제2 불활성 부재][Cathode layer: second inert member]
도 6 내지 9를 참조하면, 전고체 이차전지(1)는 음극집전체(21)의 타면 상에 배치되는 제2 불활성 부재(50, 50a, 50b, 50c)를 더 포함한다.Referring to FIGS. 6 to 9 , the all-solid
제2 불활성 부재(50)는 도전재를 추가적으로 포함함에 의하여 도전성을 가진다는 점에서 제1 불활성 부재(40)와 구분된다. 제2 불활성 부재(50)는 예를 들어 전도성 난연성 불활성 부재이다.The second
도전재는 예를 들어 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 켓젠(Ketjen) 블랙, 덴카 블랙, 탄소 섬유, 탄소 나노 튜브(CNT), 그래핀(graphene), 금속 섬유, 금속 분말 등이다. 제2 불활성 부재(50)의 25℃ 전자 전도도는 예를 들어 제1 불활성 부재(40)의 25℃ 전자 전도도의 100 배 이상, 1000 배 이상 또는 10000 배 이상이다.Conductive materials include, for example, graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, Denka black, carbon fiber, carbon nanotubes (CNT), graphene, metal fiber, metal powder, etc. The 25°C electronic conductivity of the second
제2 불활성 부재(50)는 예를 들어 메트릭스, 필러 및 도전재를 포함한다. 메트릭스는 예를 들어 기재 및 보강재를 포함한다. 제2 불활성 부재(50)는 필러, 바인더 등을 더 포함할 수 있다. 제2 불활성 부재(50)가 포함하는 도전재의 함량은 예를 들어 제2 불활성 부재(50) 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부, 1 내지 20 중량부, 1 내지 15 중량부, 1 내지 10 중량부, 5 내지 40 중량부, 5 내지 30 중량부 또는 5 내지 35 중량부이다.The second
제2 불활성 부재(50)의 탄성 계수(Young's modulus)는 예를 들어 음극집전체(21)의 탄성 계수에 비하여 더 작다. 제2 불활성 부재(50)의 탄성 계수(Young's modulus)는 예를 들어 음극집전체(21)의 탄성 계수의 50 % 이하, 30 % 이하, 10 % 이하, 5 % 이하이다. 제2 불활성 부재(50)의 탄성 계수(Young's modulus)는 예를 들어 음극집전체(21)의 탄성 계수의 0.01 % 내지 50 %, 0.1 내지 30 %, 0.1 내지 10 %, 1 내지 5 % 이다. 제2 불활성 부재(50)의 탄성 계수는 예를 들어 100 MPa 이하, 50 MPa 이하, 30 MPa 이하, 10 MPa 이하, 또는 5 MPa 이하이다. 제2 불활성 부재(50)의 탄성 계수는 예를 들어 0.01 내지 100 MPa, 0.1 내지 50 MPa, 0.1 내지 30 MPa, 0.1 내지 10 MPa, 또는 1 내지 5 MPa 이다.The elastic modulus (Young's modulus) of the second
제2 불활성 부재(50, 50a, 50b)가 전도성을 가지므로 음극집전체(50)로서의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제2 불활성 부재(50, 50a, 50b)가 음극집전체(50)에 비하여 낮은 탄성 계수를 가지므로 전고체 이차전지(1)의 충방전 시에 음극층(20)의 부피 변화를 보다 효과적으로 수용할 수 있다. 결과적으로, 제2 불활성 부재(50, 50a, 50b)가 전고체 이차전지(1)의 충방전 시의 전고체 이차전지(1)의 부피 변화에 따른 내부 응력을 효과적으로 완화하여 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.Since the second
제2 불활성 부재(50)의 두께는 예를 들어 제1 음극활물질층(22)의 두께에 비하여 더 크다. 제2 불활성 부재(50)가 제1 음극활물질층(22)에 비하여 더 큰 두께를 가짐에 의하여, 충방전 시 음극층(20)의 부피 변화를 보다 효과적으로 수용할 수 있다. 제1 음극활물질층(22)의 두께가 제2 불활성 부재(50)의 두께의 50 % 이하, 40 % 이하, 30 % 이하, 20 % 이하, 또는 10 % 이하이다. 제1 음극활물질층(22)의 두께는 예를 들어 제2 불활성 부재(50)의 두께의 1 % 내지 50 %, 1 % 내지 40 %, 1 % 내지 30 %, 1 % 내지 20 %, 또는 1 % 내지 10 % 이다. 제2 불활성 부재(50)의 두께는 예를 들어 1 ㎛ 내지 300 ㎛, 10 ㎛ 내지 300 ㎛, 50 ㎛ 내지 300 ㎛, 또는 100 ㎛ 내지 200 ㎛ 이다. 제2 불활성 부재(50)의 두께가 지나치게 얇으면 의도한 효과를 제공하기 어려울 수 있으며, 제2 불활성 부재(50)의 두께가 지나치게 두꺼우면 전고체 이차전지(1)의 에너지 밀도가 저하될 수 있다. 제2 불활성 부재(50)의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 전고체 이차전지(1)의 형태에 따라 선택될 수 있다. 제2 불활성 부재(50)는 예를 들어 시트 형태, 막대 형태, 가스캣 형태일 수 있다.For example, the thickness of the second
제2 불활성 부재(50)는 예를 들어 하나의 전고체 이차전지(1)의 일면 또는 양면 상에 배치될 수 있다. 제2 불활성 부재(50)는 예를 들어 적층된 복수의 전고체 이차전지(1) 사이에 배치될 수 있다. 제2 불활성 부재(50)는 예를 들어 적층된 복수의 전고체 이차전지(1)의 각각의 사이, 최상면 및/또는 최하면에 배치될 수 있다.The second
전고체 이차전지(1)의 충전 후의 부피에 대한 전고체 이차전지(1)의 충전 전의 부피의 비율, 부피 팽창율은 예를 들어 15 % 이하, 10 % 이하, 5 % 이하일 수 있다. The ratio of the volume of the all-solid-state
전고체 이차전지(1)의 충전 시의 음극층(20)의 부피 증가가 양극층(10)의 부피 감소에 의하여 상쇄되며, 제2 불활성 부재(50)가 음극층(20)의 부피 변화를 수용함에 의하여 충전 전후의 전고체 이차전지(1)의 부피 변화가 완화된다.The increase in volume of the
전고체 이차전지(1)의 단위 부피 당 에너지 밀도는 예를 들어 500 내지 900 Wh/L, 500 내지 800 Wh/L, 또는 500 내지 700 Wh/L 일 수 있다. 전고체 이차전지(1)의 단위 중량 당 에너지 밀도는 예를 들어 350 내지 600 Wh/g, 350 내지 580 Wh/g, 350 내지 570 Wh/g, 또는 350 내지 550 Wh/g 일 수 있다. 전고체 이차전지(1)가 이러한 범위의 에너지 밀도를 가짐에 의하여 종래의 이차전지에 비하여 향상된 에너지 밀도를 제공할 수 있다.The energy density per unit volume of the all-solid-state
[고체전해질층][Solid electrolyte layer]
[고체전해질층: 고체전해질][Solid electrolyte layer: solid electrolyte]
도 1 내지 5를 참조하면, 고체전해질층(30)은 양극층(10) 및 음극층(20) 사이에 배치된 고체전해질을 포함한다.Referring to Figures 1 to 5, the
고체전해질은 예를 들어 황화물계 고체전해질, 산화물계 고체전해질, 고분자 고체전해질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The solid electrolyte may include, for example, a sulfide-based solid electrolyte, an oxide-based solid electrolyte, a polymer solid electrolyte, or a combination thereof.
고체전해질은 예를 들어 황화물계 고체전해질이다. 황화물계 고체전해질은 예를 들어 Li2S-P2S5, Li2S-P2S5-LiX, X는 할로겐 원소, Li2S-P2S5-Li2O, Li2S-P2S5-Li2O-LiI, Li2S-SiS2, Li2S-SiS2-LiI, Li2S-SiS2-LiBr, Li2S-SiS2-LiCl, Li2S-SiS2-B2S3-LiI, Li2S-SiS2-P2S5-LiI, Li2S-B2S3, Li2S-P2S5-ZmSn, m, n은 양의 수, Z는 Ge, Zn 또는 Ga 중 하나, Li2S-GeS2, Li2S-SiS2-Li3PO4, Li2S-SiS2-LipMOq, p, q는 양의 수, M은 P, Si, Ge, B, Al, Ga In 중 하나, Li7-xPS6-xClx, 0(x(2, Li7-xPS6-xBrx, 0(x(2, 및 Li7-xPS6-xIx, 0(x(2 중에서 선택된 하나 이상이다. 황화물계 고체전해질은 예를 들어 Li2S, P2S5 등의 출발 원료를 용융 급냉법이나 기계적 밀링(mechanical milling) 법 등에 의해 처리하여 제작된다. 또한, 이러한 처리 후, 열처리를 수행할 수 있다. 고체전해질은 비정질이거나, 결정질이거나, 이들이 혼합된 상태일 수 있다. 또한, 고체전해질은 예를 들어 상술한 황화물계 고체 전해질 재료 중 적어도 구성 원소로서 황(S), 인(P) 및 리튬(Li)을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 고체전해질은 Li2S-P2S5을 포함하는 재료일 수 있다. 고체전해질을 형성하는 황화물계 고체 전해질 재료로 Li2S-P2S5를 포함하는 것을 이용하는 경우, Li2S와 P2S5의 혼합 몰비는, 예를 들어, Li2S : P2S5 = 20 : 80 내지 90 : 10, 25 : 75 내지 90 : 10, 30 : 70 내지 70: 30, 40: 60 내지 60: 40 정도의 범위이다. The solid electrolyte is, for example, a sulfide-based solid electrolyte. Sulfide-based solid electrolytes are, for example, Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -LiX, X is a halogen element, Li 2 SP 2 S 5 -Li 2 O, Li 2 SP 2 S 5 -Li 2 O -LiI, Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -LiBr, Li 2 S-SiS 2 -LiCl, Li 2 S-SiS 2 -B 2 S 3 -LiI , Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI, Li 2 SB 2 S 3 , Li 2 SP 2 S 5 -Z m S n , m, n are positive numbers, Z is Ge, Zn or Ga. One, Li 2 S-GeS 2 , Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 , Li 2 S-SiS 2 -Li p MO q , p, q are positive numbers, M is P, Si, Ge, B , Al, one of Ga In, Li 7-x PS 6-x Cl x , 0(x(2, Li 7-x PS 6-x Br x , 0(x(2, and Li 7-x PS 6- x I In addition, after this treatment, heat treatment can be performed. The solid electrolyte may be amorphous, crystalline, or a mixture thereof. In addition, the solid electrolyte may be, for example, one of the above-mentioned sulfide-based solid electrolyte materials. It may contain at least sulfur (S), phosphorus (P), and lithium (Li) as constituent elements. For example, the solid electrolyte may be a material containing Li 2 SP 2 S 5. Forming a solid electrolyte When using a sulfide-based solid electrolyte material containing Li 2 SP 2 S 5 , the mixing molar ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is, for example, Li 2 S: P 2 S 5 = 20: 80 to It ranges from 90:10, 25:75 to 90:10, 30:70 to 70:30, and 40:60 to 60:40.
황화물계 고체전해질은 예를 들어 하기 화학식 1로 표시되는 아지로다이트형(Argyrodite type) 고체전해질을 포함할 수 있다:The sulfide-based solid electrolyte may include, for example, an argyrodite type solid electrolyte represented by the following formula (1):
<화학식 1><
Li+ 12-n-xAn+X2- 6-xY- x Li + 12 - nx A n +
상기 식에서, A는 P, As, Ge, Ga, Sb, Si, Sn, Al, In, Ti, V, Nb 또는 Ta이며, X는 S, Se 또는 Te이며, Y는 Cl, Br, I, F, CN, OCN, SCN, 또는 N3이며, 1(n(5, 0(x(2이다. 황화물계 고체전해질은 예를 들어 Li7-xPS6-xClx, 0≤x≤2, Li7-xPS6-xBrx, 0≤x≤2, 및 Li7-xPS6-xIx, 0≤x≤2 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 아르지로다이트-타입(Argyrodite-type)의 화합물일 수 있다. 황화물계 고체전해질은 예를 들어 Li6PS5Cl, Li6PS5Br 및 Li6PS5I 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 아르지로다이트-타입(Argyrodite-type) 화합물일 수 있다.where A is P, As, Ge, Ga, Sb, Si, Sn, Al, In, Ti, V, Nb or Ta, X is S, Se or Te, and Y is Cl, Br, I, F , CN, OCN, SCN, or N 3 , and 1(n(5, 0(x(2. The sulfide-based solid electrolyte is, for example, Li 7-x PS 6-x Cl x , 0≤x≤2, Argyrodite-type containing one or more selected from Li 7-x PS 6-x Br x , 0≤x≤2, and Li 7-x PS 6-x I x , 0≤x≤2 The sulfide-based solid electrolyte is, for example, an argyrodite-type containing one or more selected from Li 6 PS 5 Cl, Li 6 PS 5 Br, and Li 6 PS 5 I. ) may be a compound.
아르지로다이트-타입(Argyrodite-type)의 고체전해질의 밀도가 1.5 내지 2.0 g/cc일 수 있다. 아르지로다이트-타입(Argyrodite-type)의 고체전해질이 1.5g/cc 이상의 밀도를 가짐에 의하여 전고체 이차전지의 내부 저항이 감소하고, Li에 의한 고체전해질층의 관통(penetration)을 효과적으로 억제할 수 있다.The density of the argyrodite-type solid electrolyte may be 1.5 to 2.0 g/cc. Argyrodite-type solid electrolyte has a density of 1.5 g/cc or more, which reduces the internal resistance of the all-solid secondary battery and effectively suppresses penetration of the solid electrolyte layer by Li. can do.
산화물계 고체전해질은 예를 들어 Li1+x+yAlxTi2-xSiyP3-yO12 (0<x<2, 0≤y<3), BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1-xLaxZr1-y TiyO3(PLZT)(0≤x<1, 0≤y<1), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), HfO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, Na2O, MgO, NiO, CaO, BaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiO2, Li3PO4, LixTiy(PO4)3(0<x<2, 0<y<3), LixAlyTiz(PO4)3 (0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li1+x+y(Al, Ga)x(Ti, Ge)2-xSiyP3-yO12(0≤x≤1 0≤y≤1), LixLayTiO3 (0<x<2, 0<y<3), Li2O, LiOH, Li2CO3, LiAlO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2, Li3+xLa3M2O12(M = Te, Nb, 또는 Zr, 0≤x≤10), 또는 이들의 조합일 수 있다. 산화물계 고체전해질은 예를 들어 소결법 등에 의하여 제작된다.Oxide-based solid electrolytes are, for example, Li 1+x+y Al x Ti 2-x Si y P 3-y O 12 (0<x<2, 0≤y<3), BaTiO 3 , Pb(Zr,Ti ) O 3 ( PZT ), Pb 1 - x La PbTiO 3 (PMN-PT), HfO 2 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , Na 2 O, MgO, NiO, CaO, BaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , Li 3 PO 4 , Li x Ti y (PO 4 ) 3 (0<x<2, 0<y<3), Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 (0<x<2, 0 <y<1, 0<z<3), Li 1+x+y (Al, Ga) x (Ti, Ge) 2-x Si y P 3-y O 12 (0≤x≤1 0≤y≤ 1 ) , Li 2 O 5 -TiO 2 -GeO 2 , Li 3+x La 3 M 2 O 12 (M = Te, Nb, or Zr, 0≤x≤10), or a combination thereof. Oxide-based solid electrolytes are manufactured by, for example, a sintering method.
산화물계 고체전해질은 예를 들어 Li7La3Zr2O12(LLZO) 및 Li3+xLa3Zr2-aMaO12(M doped LLZO, M=Ga, W, Nb, Ta, 또는 Al, 0<a<2, 0≤x≤10) 중에서 선택된 가넷계(Garnet-type) 고체전해질이다.Oxide-based solid electrolytes are, for example, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO) and Li 3+x La 3 Zr 2-a M a O 12 (M doped LLZO, M=Ga, W, Nb, Ta, or It is a garnet-type solid electrolyte selected from Al, 0<a<2, 0≤x≤10).
고분자 고체전해질은 예를 들어 건조(dry) 고분자 전해질, 겔(gel) 고분자 전해질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The polymer solid electrolyte may include, for example, a dry polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, or a combination thereof.
건조(dry) 고분자 전해질은 예를 들어 리튬염과 고분자의 혼합물인 전해질이다. 건조 고분자 전해질은 예를 들어 액체 전해질을 포함하지 않는 고분자 전해질이다. 건조 고분자 전해질이 포함하는 고분자는 예를 들어 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (PVDF-HFP), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리(스티렌-b-에틸렌옥사이드) 블록 공중합체(PS-PEO), 폴리(스티렌-부타디엔), 폴리(스티렌-이소프렌-스티렌), 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 블록 공중합체, 폴리(스티렌-에틸렌옥사이드-스티렌) 블록 공중합체, 또는 이들의 조합일 수 있다.A dry polymer electrolyte is an electrolyte that is, for example, a mixture of a lithium salt and a polymer. A dry polyelectrolyte is, for example, a polyelectrolyte that does not contain a liquid electrolyte. Polymers contained in the dry polymer electrolyte are, for example, polyethylene oxide (PEO), polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-HFP), polyethylene oxide (PEO), and poly(styrene). -b-ethylene oxide) block copolymer (PS-PEO), poly(styrene-butadiene), poly(styrene-isoprene-styrene), poly(styrene-b-divinylbenzene) block copolymer, poly(styrene-ethylene) oxide-styrene) block copolymer, or a combination thereof.
겔(gel) 고분자 전해질은 액체 전해질과 고분자를 포함하는 전해질이다. 액체 전해질은 예를 들어 리튬염과 유기 용매의 혼합물이다. 겔 고분자 전해질이 포함하는 고분자는 건조 고분자 전해질이 포함하는 고분자 중에서 선택될 수 있다.A gel polymer electrolyte is an electrolyte that contains a liquid electrolyte and a polymer. Liquid electrolytes are, for example, mixtures of lithium salts and organic solvents. The polymer contained in the gel polymer electrolyte may be selected from polymers contained in the dry polymer electrolyte.
고체전해질층(30)은 리튬폴리설파이드(lithium polysulfide)에 대하여 불침투성(impermeable)일 수 있다. 따라서, 황화물계 양극활물질의 충방전 시에 생성되는 리튬폴리설파이드와 음극층과의 부반응을 차단할 수 있다. 따라서, 고체전해질층(30)을 포함하는 전고체 이차전지(1)의 사이클 특성이 향상될 수 있다.The
[고체전해질층: 바인더][Solid electrolyte layer: binder]
고체전해질층(30)은 예를 들어 바인더를 포함할 수 있다. 고체전해질층(30)에 포함되는 바인더는, 예를 들면, 스티렌부타디엔 고무(SBR), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌 (polyethylene) 등이나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 고체전해질층(30)의 바인더는 양극활물질층(12)과 음극활물질층(22)이 포함하는 바인더와 같거나 다를 수 있다. 바인더는 생략 가능하다.The
고체전해질층(30)이 포함하는 바인더 함량은 고체전해질층(30) 전체 중량에 대하여 0.1 내지 10 wt%, 0.1 내지 5 wt%, 0.1 내지 3 wt%, 0.1 내지 1 wt%, 0 내지 0.5 wt%, 또는 0 내지 0.1 wt%이다.The binder content included in the
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 창의적 사상이 보다 구체적으로 설명한다. 단, 실시예는 본 창의적 사상을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 창의적 사상의 범위가 한정되는 것이 아니다.This creative idea is explained in more detail through the following examples and comparative examples. However, the examples are intended to illustrate the creative idea, and the scope of the creative idea is not limited to these alone.
실시예 1: 모노셀(mono-cell) 전고체 이차전지, 황화물계 양극활물질(LiExample 1: Mono-cell all-solid-state secondary battery, sulfide-based cathode active material (Li 22 S-CNF 복합체), 난연성 제1 불활성 부재(member)S-CNF composite), flame retardant first inert member
(음극층 제조)(Cathode layer manufacturing)
음극 집전체로서 두께 10㎛의 SUS 박을 준비하였다. 또한, 음극 활물질로 일차 입경이 30 nm 정도인 카본 블랙(CB) 및 평균 입자 직경은 약 60 nm인 실버(Ag) 입자를 준비하였다.SUS foil with a thickness of 10 μm was prepared as a negative electrode current collector. Additionally, carbon black (CB) particles with a primary particle diameter of approximately 30 nm and silver (Ag) particles with an average particle diameter of approximately 60 nm were prepared as negative electrode active materials.
카본 블랙(CB)과 실버(Ag) 입자를 3:1의 중량비로 혼합한 혼합 분말 4g을 용기에 넣고, 여기에 PVDF 바인더(쿠레하 사의 # 9300)가 7중량%를 포함된 NMP 용액을 4g을 추가하여 혼합 용액을 준비하였다. 이어서, 이 혼합 용액에 NMP를 조금씩 첨가하면서 혼합 용액을 교반하여 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 SUS 시트에 바 코터(bar coater)를 이용하여 도포하고, 공기 중에서 80℃에서 10분간 건조시켰다. 이에 따라 얻어진 적층체를 40℃에서 10 시간 진공 건조하였다. 건조된 적층체를 5 ton·f/cm2의 압력으로 5m/sec의 속도로 냉간 롤 프레스(cold roll press)하여 적층체의 제1 음극활물질층 표면을 평탄화시켰다. 이상의 공정에 의해 음극층을 제작하였다. 음극층이 포함하는 제1 음극활물질층의 두께는 약 15 ㎛이었다. 제1 음극활물질층과 음극 집전체의 면적은 동일하였다.4 g of mixed powder of carbon black (CB) and silver (Ag) particles mixed at a weight ratio of 3:1 was placed in a container, and 4 g of NMP solution containing 7% by weight of PVDF binder (# 9300 from Kureha) was added to it. A mixed solution was prepared by addition. Next, NMP was added little by little to the mixed solution while stirring the mixed solution to prepare a slurry. The prepared slurry was applied to a SUS sheet using a bar coater and dried in air at 80°C for 10 minutes. The laminate thus obtained was vacuum dried at 40°C for 10 hours. The dried laminate was cold roll pressed at a pressure of 5 ton·f/cm 2 at a speed of 5 m/sec to flatten the surface of the first negative electrode active material layer of the laminate. A cathode layer was produced through the above process. The thickness of the first negative electrode active material layer included in the negative electrode layer was about 15 ㎛. The areas of the first negative electrode active material layer and the negative electrode current collector were the same.
(양극층 제조)(Anode layer manufacturing)
양극활물질로서 Li2S-CNF 복합체를 준비하였다. Li2S-CNF 복합체는 VGCF(vapor grown carbon fiber)를 CNF(carbon nanofiber)로 변경한 것을 제외하고는 Electrochimica Acta 230 (2017) 279-284에 개시된 방법에 따라 제조하였다. 고체전해질로서 아르지로다이트(Argyrodite)형 결정체인 Li6PS5Cl을 (D50=3.0um, 결정질)준비하였다. 도전제로서 케첸 블랙(Ketjen black)을 준비하였다. 이러한 재료를 양극활물질 : 고체전해질 : 도전제 = 40 : 50 : 10의 중량비로 혼합하여 양극 합제를 준비하였다. 양극 합제는 볼밀을 사용하여 건식 혼합함에 의하여 얻어졌다. 볼밀링에 의하여 얻어지는 양극 합제는 이온 전도성 및 전자 전도성 네크웍을 형성하였다.Li2S-CNF composite was prepared as a positive electrode active material. The Li2S-CNF composite was prepared according to the method disclosed in Electrochimica Acta 230 (2017) 279-284, except that vapor grown carbon fiber (VGCF) was changed to carbon nanofiber (CNF). Li 6 PS 5 Cl (D50=3.0um, crystalline), an argyrodite type crystal, was prepared as a solid electrolyte. Ketjen black was prepared as a challenge. A positive electrode mixture was prepared by mixing these materials in a weight ratio of positive electrode active material: solid electrolyte: conductive agent = 40:50:10. The positive electrode mixture was obtained by dry mixing using a ball mill. The positive electrode mixture obtained by ball milling formed an ionic and electronic conductive network.
양극 합제를 일면에 카본 코팅된 알루미늄 호일 혹은 SUS로 이루어진 양극집전체의 일면 상에 배치하고 200 MPa의 압력으로 10 분간 평판 프레스(plate press)하여 양극층을 제조하였다. 양극층의 두께는 약 120 ㎛ 이었다. 양극활물질층의 두께는 약 100 ㎛ 이었고, 카본 코팅된 알루미늄 호일의 두께는 약 20 ㎛ 이었다. 양극활물질층과 양극집전체의 면적은 동일하였다.The positive electrode mixture was placed on one side of a positive electrode current collector made of aluminum foil or SUS coated with carbon on one side, and a positive electrode layer was manufactured by plate pressing at a pressure of 200 MPa for 10 minutes. The thickness of the anode layer was about 120 μm. The thickness of the positive electrode active material layer was about 100 ㎛, and the thickness of the carbon-coated aluminum foil was about 20 ㎛. The areas of the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector were the same.
(고체전해질층의 제조)(Manufacture of solid electrolyte layer)
아지로다이트(Argyrodite)형 결정체인 Li6PS5Cl 고체 전해질 (D50=3.0 (m, 결정질)에, 고체 전해질의 98.5 중량부에 대하여 1.5 중량부의 아크릴계 바인더를 추가하여 혼합물을 준비하였다. 준비된 혼합물에 옥틸 아세테이트 (Octyl acetate)을 첨가하면서 교반하여 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 75 (m 두께의 PET 기재 상에 놓여 있는 15 (m 두께의 부직포 위에 바 코터(bar coater)를 이용하여 도포하고, 공기 중에서 80 ℃ 온도로 10 분간 건조시켜 적층체를 얻었다. 얻어진 적층체를 80℃에서 2 시간 진공 건조하였다. 이상의 공정에 의해 고체전해질층을 제조하였다.A mixture was prepared by adding 1.5 parts by weight of an acrylic binder based on 98.5 parts by weight of the solid electrolyte to Li 6 PS 5 Cl solid electrolyte (D 50 = 3.0 (m, crystalline), which is an argyrodite type crystal. Octyl acetate was added to the prepared mixture and stirred to prepare a slurry. The prepared slurry was applied using a bar coater on a 15 (m) thick nonwoven fabric placed on a 75 (m) thick PET substrate. A laminate was obtained by applying and drying in air for 10 minutes at 80° C. The obtained laminate was vacuum dried for 2 hours at 80° C. A solid electrolyte layer was manufactured through the above process.
(난연성 불활성 부재)(Inert flame retardant member)
펄프 섬유(cellulose fiber), 유리 섬유(glass fiber), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 아크릴계 바인더 및 용매를 혼합한 슬러리를 가스캣 형태로 성형한 후 용매를 제거하여 난연성 불활성 부재를 제조하였다.A slurry containing pulp fiber, glass fiber, aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), an acrylic binder, and a solvent was molded into a gas cat shape and the solvent was removed to prepare a flame-retardant inert member. .
펄프 섬유(cellulose fiber), 유리 섬유(glass fiber), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 아크릴계 바인더의 중량비는 20:8:70:2 이었다. 불활성 부재의 두께는 120 ㎛ 이었다. The weight ratio of pulp fiber, glass fiber, aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), and acrylic binder was 20:8:70:2. The thickness of the inert member was 120 μm.
제조된 난연성 불활성 부재를 고체전해질층 상에 배치하기 전에 80 ℃ 에서 5시간 동안 진공 열처리하여 난연성 불활성 부재의 수분 등을 제거하였다.Before placing the prepared flame-retardant inert member on the solid electrolyte layer, it was subjected to vacuum heat treatment at 80° C. for 5 hours to remove moisture, etc. from the flame-retardant inert member.
(전고체 이차전지의 제조)(Manufacture of all-solid-state secondary batteries)
도 1을 참조하면, 음극층 상에 제1 음극활물질층이 고체전해질층과 접촉하도록 고체전해질층을 배치하고, 고체전해질층 상에 양극층을 배치하였다. 양극층 주위에 양극층을 둘러싸며 고체전해질층과 접촉하는 가스캣을 배치하여 적층체를 준비하였다. 가스캣의 두께는 약 120 ㎛ 이었다. 가스캣으로서 상기 난연성 불활성 부재를 사용하였다. 가스캣이 양극층의 측면 및 고체전해질층과 접촉하도록 배치되었다. 양극층은 고체전해질층의 중심부에 배치되며, 가스캣이 양극층을 둘러싸며 고체전해질층의 말단부까지 연장되어 배치되었다. 양극층의 면적은 고체전해질층 면적의 약 90 %이었고, 양극층이 배치되지 않은 고체전해질층의 나머지 10 %의 면적 전체에 가스캣이 배치되었다.Referring to FIG. 1, a solid electrolyte layer was placed on the negative electrode layer so that the first negative electrode active material layer was in contact with the solid electrolyte layer, and a positive electrode layer was placed on the solid electrolyte layer. A laminate was prepared by placing a gas cat around the anode layer and in contact with the solid electrolyte layer. The thickness of the gas cat was about 120 ㎛. The above flame retardant inert member was used as a gas cat. A gas cat was placed in contact with the side of the anode layer and the solid electrolyte layer. The anode layer was placed in the center of the solid electrolyte layer, and the gas cat surrounded the anode layer and extended to the end of the solid electrolyte layer. The area of the anode layer was about 90% of the area of the solid electrolyte layer, and a gas cat was placed over the remaining 10% of the area of the solid electrolyte layer where the anode layer was not placed.
준비된 적층체를 85oC에서 500 MPa의 압력으로 30 min 동안 평판 가압 (plate press) 처리하였다. 이러한 가압 처리에 의하여 고체전해질층이 소결되어 전지 특성이 향상된다. 소결된 고체전해질층의 두께는 약 45 ㎛ 이었다. 소결된 고체전해질층이 포함하는 아지로다이트(Argyrodite)형 결정체인 Li6PS5Cl 고체 전해질의 밀도는 1.6 g/cc 이었다. 고체전해질층의 면적은 음극층의 면적과 동일하였다.The prepared laminate was plate pressed at 85 o C and a pressure of 500 MPa for 30 min. Through this pressure treatment, the solid electrolyte layer is sintered and battery characteristics are improved. The thickness of the sintered solid electrolyte layer was about 45 ㎛. The density of Li 6 PS 5 Cl solid electrolyte, which is an argyrodite type crystal, included in the sintered solid electrolyte layer was 1.6 g/cc. The area of the solid electrolyte layer was the same as the area of the cathode layer.
가압된 적층체를 파우치에 넣고 진공 밀봉하여 전고체 이차전지를 제조하였다. 양극집전체와 음극집전체의 일부를 밀봉된 전지 외부로 연장시켜 양극층 단자 및 음극층 단자로 사용하였다.The pressurized laminate was placed in a pouch and vacuum sealed to produce an all-solid-state secondary battery. Parts of the positive electrode current collector and negative electrode current collector were extended outside the sealed battery and used as the positive electrode layer terminal and the negative electrode layer terminal.
실시예 2: 황화물계 양극활물질(LiExample 2: Sulfide-based positive electrode active material (Li 22 S-CNF 복합체), 난연성 제1 불활성 부재, 전도성 난연성 제2 불활성 부재S-CNF composite), flame retardant first inert member, conductive flame retardant second inert member
가압된 적층체를 파우치에 넣기 전에 가압된 적층체의 음극집전체 상에 적층체와 동일한 면적 및 형태를 가지는 시트 형태의 전도성 난연성 부재를 추가적으로 배치하고, 진공 밀봉하여 전고체 이차전지를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전고체 이차전지를 제조하였다. 전도성 난연성 불활성 부재 시트는 하기 방법으로 준비하였다. 전도성 난연성 불활성 부재 시트는 탄성 시트로 작용할 수 있다.Before putting the pressurized laminate in a pouch, a conductive flame retardant member in the form of a sheet having the same area and shape as the laminate was additionally placed on the negative electrode current collector of the pressurized laminate and vacuum sealed to manufacture an all-solid-state secondary battery. An all-solid-state secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that. The conductive flame retardant inert member sheet was prepared by the following method. The conductive flame retardant inert member sheet can act as an elastic sheet.
(전도성 난연성 불활성 부재)(conductive flame retardant inert member)
펄프 섬유(cellulose fiber), 유리 섬유(glass fiber), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 아크릴계 바인더, 도전재(Denka black) 및 용매를 혼합한 슬러리를 시트(sheet) 형태로 성형한 후 건조시켜 난연성 불활성 부재를 제조하였다. 펄프 섬유(cellulose fiber), 유리 섬유(glass fiber), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 아크릴계 바인더, 및 도전재의 중량비는 20:8:50:2:20 이었다. 전도성 난연성 불활성 부재의 두께는 120 ㎛ 이었다. 제조된 전도성 난연성 불활성 부재는 음극집전체 상에 배치하기 전에 80 ℃ 에서 5시간 동안 진공 열처리하여 전도성 난연성 불활성 부재의 수분 등을 제거하였다.A slurry mixed with pulp fiber, glass fiber, aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), acrylic binder, conductive material (Denka black), and solvent is formed into a sheet and then dried. A flame retardant inert member was manufactured. The weight ratio of pulp fiber, glass fiber, aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), acrylic binder, and conductive material was 20:8:50:2:20. The thickness of the conductive flame retardant inert member was 120 μm. The manufactured conductive flame retardant inert member was vacuum heat treated at 80° C. for 5 hours before being placed on the negative electrode current collector to remove moisture, etc. from the conductive flame retardant inert member.
실시예 3: 황화물계 양극활물질(LiExample 3: Sulfide-based positive electrode active material (Li 22 S-CNF 복합체), 비난연성 제1 불활성 부재S-CNF composite), non-flammable first inert member
난연성 불활성 부재를 비난연성 불활성 부재로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전고체 이차전지를 제조하였다.An all-solid-state secondary battery was manufactured in the same manner as Example 1, except that the flame-retardant inert member was changed to a non-flammable inert member.
비난연성 불활성 부재는 펄프 섬유 및 아크릴계 바인더를 98:2의 중량비로 포함하며, 유리섬유 및 Al(OH)3를 포함하지 않았다. 비난연성 불활성 부재의 두께는 120 ㎛ 이었다.The non-flammable inert member contained pulp fibers and an acrylic binder at a weight ratio of 98:2, and did not contain glass fibers or Al(OH) 3 . The thickness of the non-flammable inert member was 120 μm.
실시예 4: 황화물계 양극활물질(LiExample 4: Sulfide-based positive electrode active material (Li 22 S-C-LiS-C-Li 66 PSP.S. 55 Cl 복합체), 난연성 제1 불활성 부재Cl complex), flame retardant first inert member
양극활물질로서 Li2S-VGCF 복합체 대신 Li2S-C-Li6PS5Cl 복합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전고체 이차전지를 제조하였다.An all-solid-state secondary battery was manufactured in the same manner as Example 1, except that Li 2 SC-Li 6 PS 5 Cl composite was used as the positive electrode active material instead of Li2S-VGCF composite.
Li2S-C-Li6PS5Cl 복합체는 Nano Lett. 2016, 16, 7, 4521??4527에 개시된 방법에 따라 제조하였다.The Li 2 SC-Li 6 PS 5 Cl complex was manufactured by Nano Lett. It was prepared according to the method disclosed in 2016, 16, 7, 4521??4527.
실시예 5: 황화물계 양극활물질(LiExample 5: Sulfide-based positive electrode active material (Li 22 S-C 복합체), 제1 음극활물질층(Ag 담지 카본), 난연성 제1 불활성 부재, 전도성 난연성 제2 불활성 부재S-C composite), first negative electrode active material layer (Ag-supported carbon), flame retardant first inert member, conductive flame retardant second inert member
음극활물질로서 카본 블랙과 실버 입자의 혼합물 대신 하기의 실버 입자 담지된 카본 블랙을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 전고체 이차전지를 제조하였다.An all-solid-state secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 2, except that carbon black supported with silver particles below was used as the negative electrode active material instead of a mixture of carbon black and silver particles.
(실버 입자 담지된 카본 블랙의 제조)(Production of silver particle-supported carbon black)
카본 블랙을 황산 1.0 M 용액에 분산시킨 후 2시간 동안 교반한 후, 여과 및 건조시켜 산 처리된 카본 블랙을 준비하였다.Carbon black was dispersed in a 1.0 M sulfuric acid solution and stirred for 2 hours, then filtered and dried to prepare acid-treated carbon black.
증류수 1500 g, 에탄올 1500 g 및 글리세롤 30 g 의 혼합 용매에 산처리된 카본 블랙 10 g을 투입하고 교반한 후, AgNO3 2 g을 투입하고 교반하여 혼합 용액을 준비하였다. 카본 블랙의 입경은 80 nm 이었다. 혼합 용액에 환원제를 투입하여 실버이온을 카본 블랙 상에 환원시켜 담지하였다. 실버 함유 입자가 담지된 카본 블랙을 여과, 세척 및 건조하여 복합음극활물질을 준비하였다. 주사 전자 현미경 및 XPS 측정 결과 카본 블랙 입자 상에 복수의 실버 함유 입자가 담지됨을 확인하였다. 실버 함유 입자는 실버 입자, 산화은(Ag2O) 입자, 및 실버(Ag)와 산화은(Ag2O)의 복합체 입자였다. 복합음극활물질이 포함하는 실버 함유 입자의 함량은 5 wt% 이었다. 실버 입자의 평균 입경은 10 nm 이었다.10 g of acid-treated carbon black was added to a mixed solvent of 1500 g of distilled water, 1500 g of ethanol, and 30 g of glycerol and stirred. Then, 2 g of AgNO 3 was added and stirred to prepare a mixed solution. The particle size of carbon black was 80 nm. A reducing agent was added to the mixed solution, and silver ions were reduced and supported on carbon black. Carbon black carrying silver-containing particles was filtered, washed, and dried to prepare a composite anode active material. As a result of scanning electron microscopy and XPS measurement, it was confirmed that a plurality of silver-containing particles were supported on the carbon black particles. The silver-containing particles were silver particles, silver oxide (Ag 2 O) particles, and composite particles of silver (Ag) and silver oxide (Ag 2 O). The content of silver-containing particles contained in the composite anode active material was 5 wt%. The average particle diameter of the silver particles was 10 nm.
실시예 6: 황화물계 양극활물질(LiExample 6: Sulfide-based positive electrode active material (Li 22 S-C-LiI 복합체), 난연성 제1 불활성 부재S-C-LiI complex), flame retardant first inert member
양극활물질로서 Li2S-VGCF 복합체 대신 Li2S-C-LiI 복합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전고체 이차전지를 제조하였다.An all-solid-state secondary battery was manufactured in the same manner as Example 1, except that Li 2 SC-LiI composite was used instead of Li 2 S-VGCF composite as the positive electrode active material.
Li2S-C-LiI 복합체는 Li6PS5Cl 를 LiI로 변경한 것을 제외하고는 Nano Lett. 2016, 16, 7, 4521??4527에 개시된 방법에 따라 제조하였다.Li 2 SC-LiI complex is Nano Lett, except that Li 6 PS 5 Cl is changed to LiI. It was prepared according to the method disclosed in 2016, 16, 7, 4521??4527.
비교예 1: 황화물계 양극활물질, 불활성 부재 미사용(free)Comparative Example 1: Sulfide-based positive electrode active material, no inert member used (free)
전고체이차전지 제조시에 난연성 불활성 부재(즉, 가스켓)을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전고체 이차전지를 제조하였다.An all-solid-state secondary battery was manufactured in the same manner as Example 1, except that a flame-retardant inert member (i.e., gasket) was not used when manufacturing the all-solid-state secondary battery.
비교예 2: 산화물계 양극활물질, 난연성 제1 불활성 부재Comparative Example 2: Oxide-based positive electrode active material, flame retardant first inert member
Li2S 양극활물질을 포함하는 양극 대신 리튬전이금속산화물을 포함하는 양극을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전고체 이차전지를 제조하였다.An all-solid-state secondary battery was manufactured in the same manner as Example 1, except that a positive electrode containing lithium transition metal oxide was used instead of a positive electrode containing Li2S positive electrode active material.
리튬전이금속산화물을 포함하는 양극은 하기 방법으로 준비되었다.A positive electrode containing lithium transition metal oxide was prepared by the following method.
(양극층 제조)(Anode layer manufacturing)
양극활물질로서 Li2O-ZrO2 (LZO) 코팅된 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA)를 준비하였다. LZO 코팅된 양극활물질은 대한민국공개특허 10-2016-0064942에 개시된 방법에 따라 제조하였다. 고체 전해질로서 아르지로다이트(Argyrodite)형 결정체인 Li6PS5Cl을 (D50=0.5um, 결정질)준비하였다. 바인더로서 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 바인더(듀폰 사의 테프론 바인더)를 준비하였다. 도전제로서 탄소나노섬유(CNF)를 준비하였다. 이러한 재료를 양극활물질 : 고체전해질 : 도전제 : 바인더 = 84 : 11.5 : 3 : 1.5의 중량비로 자일렌(xylene) 용매와 혼합한 혼합물을 시트 형태로 성형한 후, 40℃에서 8 시간 동안 진공 건조시켜 양극 시트를 제조하였다. 양극 시트를 일면에 카본 코팅된 알루미늄 호일로 이루어진 양극집전체의 일면 상에 배치하고 200 MPa의 압력으로 10 분간 평판 프레스(plate press)하여 양극층을 제조하였다. 양극층의 두께는 약 120 ㎛ 이었다. 양극활물질층의 두께는 약 100 ㎛ 이었고, 카본 코팅된 알루미늄 호일의 두께는 약 20 ㎛ 이었다. 양극활물질층과 양극집전체의 면적은 동일하였다.LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (NCA) coated with Li 2 O-ZrO 2 (LZO) was prepared as a positive electrode active material. The LZO-coated positive electrode active material was manufactured according to the method disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2016-0064942. Li 6 PS 5 Cl (D50=0.5um, crystalline), an argyrodite type crystal, was prepared as a solid electrolyte. A polytetrafluoroethylene (PTFE) binder (Teflon binder from DuPont) was prepared as a binder. Carbon nanofibers (CNF) were prepared as a conductive agent. These materials were mixed with xylene solvent in a weight ratio of cathode active material: solid electrolyte: conductive agent: binder = 84:11.5:3:1.5. The mixture was molded into a sheet and vacuum dried at 40°C for 8 hours. A positive electrode sheet was manufactured. The positive electrode sheet was placed on one side of a positive electrode current collector made of aluminum foil coated with carbon on one side, and the positive electrode layer was manufactured by plate pressing at a pressure of 200 MPa for 10 minutes. The thickness of the anode layer was about 120 μm. The thickness of the positive electrode active material layer was about 100 ㎛, and the thickness of the carbon-coated aluminum foil was about 20 ㎛. The areas of the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector were the same.
실시예 7: 바이셀(bi-cell) 전고체 이차전지 1개, 황화물계 양극활물질(LiExample 7: One bi-cell all-solid-state secondary battery, sulfide-based cathode active material (Li 22 S-CNF 복합체), 난연성 제1 불활성 부재S-CNF composite), flame retardant first inert member
(바이셀(bi-cell) 전고체 이차전지의 제조)(Manufacture of bi-cell all-solid-state secondary battery)
양극층은 양극집전체의 양면 상에 양극활물질층이 배치되도록 준비한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극층을 준비하였다. The positive electrode layer was prepared in the same manner as Example 1, except that the positive electrode active material layer was prepared on both sides of the positive electrode current collector.
양극층의 전체 두께는 약 220 ㎛ 이었다. 양극활물질층의 두께는 각각 약 100 ㎛ 이었고, 카본 코팅된 알루미늄 호일의 두께는 약 20 ㎛ 이었다.The total thickness of the anode layer was about 220 μm. The thickness of the positive electrode active material layer was about 100 ㎛, and the thickness of the carbon-coated aluminum foil was about 20 ㎛.
음극층, 고체전해질층, 난연성 불활성 부재는 실시예 1과 동일한 방법으로 각각 2개 준비하였다.Two cathode layers, solid electrolyte layers, and flame retardant inert members were prepared in the same manner as in Example 1.
도 3을 참조하면, 음극층 상에 제1 음극활물질층이 고체전해질층과 접촉하도록 고체전해질층을 배치하고, 고체전해질층 상에 양극층을 배치하였다. 양극층은 양극집전체의 양면 상에 각각 양극활물질층이 배치된 구조를 가졌다. 양극층 주위에 양극층을 둘러싸며 고체전해질층과 접촉하는 가스캣을 배치하였다. 가스캣의 두께는 약 220 ㎛ 이었다. 가스켓은 예를 들어 두께 110 ㎛ 가스캣 2매가 적층된 구조이거나 두께 220 ㎛ 1 매 일 수 있다. 가스캣으로서 상기 난연성 불활성 부재를 사용하였다.Referring to FIG. 3, a solid electrolyte layer was placed on the negative electrode layer so that the first negative electrode active material layer was in contact with the solid electrolyte layer, and a positive electrode layer was placed on the solid electrolyte layer. The positive electrode layer had a structure in which a positive electrode active material layer was disposed on both sides of the positive electrode current collector. A gas cat was placed around the anode layer, surrounding the anode layer and in contact with the solid electrolyte layer. The thickness of the gas cat was approximately 220 ㎛. For example, the gasket may have a structure in which two gaskets with a thickness of 110 ㎛ are stacked, or a gasket with a thickness of 220 ㎛ may be one sheet. The above flame retardant inert member was used as a gas cat.
가스캣이 양극층의 측면 및 고체전해질층과 접촉하도록 배치되었다. 양극층은 고체전해질층의 중심부에 배치되며, 가스캣이 양극층을 둘러싸며 고체전해질층의 말단부까지 연장되어 배치되었다. 양극층의 면적은 고체전해질층 면적의 약 90%이었고, 양극층이 배치되지 않은 고체전해질층의 나머지 10%의 면적 전체에 가스캣이 배치되었다. 양극층 및 가스캣 상에 고체전해질층을 배치하고, 고체전해질층 상에 음극층을 배치하여 적층체를 준비하였다.A gas cat was placed in contact with the side of the anode layer and the solid electrolyte layer. The anode layer was placed in the center of the solid electrolyte layer, and the gas cat surrounded the anode layer and extended to the end of the solid electrolyte layer. The area of the anode layer was about 90% of the area of the solid electrolyte layer, and a gas cat was placed on the entire remaining 10% of the area of the solid electrolyte layer where the anode layer was not placed. A laminate was prepared by placing a solid electrolyte layer on the anode layer and the gas cat, and placing a cathode layer on the solid electrolyte layer.
준비된 적층체를 85oC에서 500 MPa의 압력으로 30 min 동안 평판 가압 (plate press) 처리하였다. 이러한 가압 처리에 의하여 고체전해질층이 소결되어 전지 특성이 향상된다. 소결된 하나의 고체전해질층의 두께는 약 45 ㎛ 이었다. 소결된 고체전해질층이 포함하는 아지로다이트(Argyrodite)형 결정체인 Li6PS5Cl 고체 전해질의 밀도는 1.6 g/cc 이었다. 고체전해질층의 면적은 음극층의 면적과 동일하였다.The prepared laminate was plate pressed at 85 o C and a pressure of 500 MPa for 30 min. Through this pressure treatment, the solid electrolyte layer is sintered and battery characteristics are improved. The thickness of one sintered solid electrolyte layer was about 45 ㎛. The density of Li 6 PS 5 Cl solid electrolyte, which is an argyrodite type crystal, included in the sintered solid electrolyte layer was 1.6 g/cc. The area of the solid electrolyte layer was the same as the area of the cathode layer.
가압된 적층체를 파우치에 넣고 진공 밀봉하여 전고체 이차전지를 제조하였다. 양극집전체와 음극집전체의 일부를 밀봉된 전지 외부로 연장시켜 양극층 단자 및 음극층 단자로 사용하였다.The pressurized laminate was placed in a pouch and vacuum sealed to produce an all-solid-state secondary battery. Parts of the positive electrode current collector and negative electrode current collector were extended outside the sealed battery and used as the positive electrode layer terminal and the negative electrode layer terminal.
실시예 8: 황화물계 양극활물질(LiExample 8: Sulfide-based positive electrode active material (Li 22 S-CNF 복합체), 난연성 제1 불활성 부재, 전도성 난연성 제2 불활성 부재S-CNF composite), flame retardant first inert member, conductive flame retardant second inert member
가압된 적층체를 파우치에 넣기 전에 가압된 적층체의 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면 상에 적층체와 동일한 면적 및 형태를 가지는 시트 형태의 전도성 난연성 불활성 부재를 추가적으로 배치하고, 진공 밀봉하여 전고체 이차전지를 제조한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 전고체 이차전지를 제조하였다. 전도성 난연성 불활성 부재는 실시예 2와 동일한 방법으로 준비하였다.Before putting the pressurized laminate in a pouch, a conductive flame-retardant inert member in the form of a sheet having the same area and shape as the laminate is additionally placed on one side of the pressurized laminate and the other side opposite to the one side, and vacuum-sealed to form an all-solid form. An all-solid-state secondary battery was manufactured in the same manner as Example 7, except that the secondary battery was manufactured. The conductive flame retardant inert member was prepared in the same manner as Example 2.
평가예 1: 전고체 이차전지의 충전 시 부피 변화율 계산Evaluation Example 1: Calculation of volume change rate when charging an all-solid-state secondary battery
[Al 집전체(10 ㎛)/ LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA) 양극활물질층(100 ㎛)/ Li6PS5Cl 고체전해질층(32 ㎛)/제1 음극활물질층(7 ㎛)/SUS 집전체(10 ㎛)] 구조의 제1 전고체이차전지의 초기 제1 부피와, 충전에 의하여 제1 음극활물질층과 SUS 집전체 사이에 두께 30 ㎛ 리튬 금속층이 석출된 제1 전고체이차전지의 충전 후 제2 부피로부터, 충전 시의 제1 전고체이차전지의 부피 변화를 계산하여 하기 표 1에 나타내었다. 충전 전후의 NCA 양극활물질층의 두께 변화는 없는 것으로 가정하였다.[Al current collector (10 ㎛) / LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (NCA) positive electrode active material layer (100 ㎛) / Li 6 PS 5 Cl solid electrolyte layer (32 ㎛) / first negative electrode active material layer (7 ㎛) /SUS current collector (10 ㎛)] The initial first volume of the first all-solid secondary battery of the structure, and the first all-solid lithium metal layer with a thickness of 30 ㎛ deposited between the first negative electrode active material layer and the SUS current collector by charging. From the second volume after charging of the secondary battery, the change in volume of the first all-solid-state secondary battery during charging was calculated and shown in Table 1 below. It was assumed that there was no change in the thickness of the NCA cathode active material layer before and after charging.
[Al 집전체(10 ㎛)/ Li2S (60wt%)-탄소(40wt%) 양극활물질층 (50 ㎛)/ Li6PS5Cl 고체전해질층(32 ㎛)/제1 음극활물질층(7 ㎛)/SUS 집전체(10 ㎛)] 구조의 제2 전고체이차전지의 초기 제1 부피와, 충전에 의하여 제1 음극활물질층과 SUS 집전체 사이에 두께 30 ㎛ 리튬 금속층이 석출된 제2 전고체이차전지의 충전 후 제2 부피로부터, 충전 시의 제2 전고체이차전지의 부피 변화를 계산하여 하기 표 1에 나타내었다. 충전 후의 Li2S (60wt%)-탄소(40wt%)의 두께가 50 ㎛ 로부터 35 ㎛ 까지 15 ㎛ 감소한 것으로 가정하였다. Li2S가 포함하는 모든 리튬이 음극으로 이동하는 것으로 가정하였다. 제2 전고체이차전지의 양극활물질층은 Li2S와 탄소로만 이루어진 것으로 가정하였다. 제1 전고체이차전지의 양극활물질층은 NCA로 이루어진 것으로 가정하였다.[Al current collector (10 ㎛)/Li2S (60wt%)-carbon (40wt%) positive electrode active material layer (50 ㎛)/Li 6 PS 5 Cl solid electrolyte layer (32 ㎛)/first negative electrode active material layer (7 ㎛) /SUS current collector (10 ㎛)] The initial first volume of the second all-solid secondary battery of the structure, and the second all-solid material in which a 30 ㎛ thick lithium metal layer is deposited between the first negative electrode active material layer and the SUS current collector by charging. From the second volume after charging of the secondary battery, the change in volume of the second all-solid-state secondary battery during charging was calculated and shown in Table 1 below. It was assumed that the thickness of Li2S (60wt%)-carbon (40wt%) after charging decreased by 15 ㎛ from 50 ㎛ to 35 ㎛. It was assumed that all lithium contained in Li2S moves to the cathode. It was assumed that the positive electrode active material layer of the second all-solid-state secondary battery consisted only of Li2S and carbon. It was assumed that the positive electrode active material layer of the first all-solid-state secondary battery was made of NCA.
[㎛]Initial cell thickness
[㎛]
[㎛]thickness change
[㎛]
[%]Volume expansion rate
[%]
(NCA 양극)1st all-solid-state secondary battery
(NCA anode)
(Li2S 양극)2nd all-solid secondary battery
(Li2S anode)
표 1에서 보여지는 바와 같이, Li2S를 포함하는 양극활물질층을 구비한 제2 전고체 이차전지는 리튬 금속층의 석출에 의하여 음극층의 부피가 증가하나, 양극활물질층의 부피가 감소함에 의하여 전고체 이차전지의 전체적인 부피 증가가 억제되었다. 이에 반해, 리튬전이금속산화물을 포함하는 양극활물질층을 구비한 제1 전고체 이차전지는 양극활물질층의 부피 변화가 미미하므로, 리튬 금속층의 석출에 의한 전고체 이차전지의 전체적인 부피 증가가 현저하였다.As shown in Table 1, in the second all-solid-state secondary battery having a positive electrode active material layer containing Li2S, the volume of the negative electrode layer increases due to precipitation of the lithium metal layer, but the volume of the positive electrode active material layer decreases, resulting in an all-solid secondary battery. The overall volume increase of the secondary battery was suppressed. On the other hand, in the first all-solid-state secondary battery equipped with a cathode active material layer containing lithium transition metal oxide, the volume change of the cathode active material layer was minimal, so the overall volume of the all-solid-state secondary battery due to precipitation of the lithium metal layer was significant. .
따라서, 제2 전고체이차전지는 제1 전고체이차전지에 의하여 전고체이차전지의 충방전 시에 발생하는 부피 변화가 완화됨에 의하여 전고체이차전지의 균열 등의 열화를 효과적으로 방지할 수 있음을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the second all-solid-state secondary battery can effectively prevent deterioration, such as cracks, of the all-solid-state secondary battery by mitigating the volume change that occurs during charging and discharging of the all-solid-state secondary battery by the first all-solid-state secondary battery. did.
평가예 2: 충방전 시험Evaluation Example 2: Charge/discharge test
실시예 1 내지 8 및 비교예 1에서 제조된 전고체 이차전지의 충방전 특성을 다음의 충방전 시험에 의해 평가하였다. 충방전 시험은 전고체 이차 전지를 45℃의 항온조에 넣어서 수행하였다.The charge/discharge characteristics of the all-solid-state secondary batteries prepared in Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 were evaluated by the following charge/discharge test. The charge/discharge test was performed by placing the all-solid-state secondary battery in a constant temperature bath at 45°C.
제1 사이클은 전지 전압이 2.5 V 내지 2.8 V가 될 때까지 0.1C의 정전류로 12.5 시간 동안 충전하였다. 이어서, 전지 전압이 0.5V가 될 때까지 0.1C의 정전류로 12.5 시간 동안 방전을 실시하였다.The first cycle was charging for 12.5 hours at a constant current of 0.1C until the battery voltage reached 2.5 V to 2.8 V. Subsequently, discharge was performed for 12.5 hours at a constant current of 0.1C until the battery voltage reached 0.5V.
제2 사이클은 전지 전압이 2.5 V 내지 2.8 V 가 될 때까지 0.33C의 정전류로 12.5 시간 동안 충전하였다. 이어서, 전지 전압이 0.5V가 될 때까지 0.33C의 정전류로 12.5 시간 동안 방전을 실시하였다.The second cycle was charging for 12.5 hours at a constant current of 0.33C until the battery voltage reached 2.5 V to 2.8 V. Subsequently, discharge was performed for 12.5 hours at a constant current of 0.33C until the battery voltage reached 0.5V.
제 3 사이클은 전지 전압이 2.5 V 내지 2.8 V 가 될 때까지 1.0C의 정전류로 12.5 시간 동안 충전하였다. 이어서, 전지 전압이 0.5V가 될 때까지 1.0C의 정전류로 12.5 시간 동안 방전을 실시하였다.The third cycle was charging for 12.5 hours at a constant current of 1.0C until the battery voltage reached 2.5 V to 2.8 V. Subsequently, discharge was performed for 12.5 hours at a constant current of 1.0C until the battery voltage reached 0.5V.
비교예 2에서 제조된 전고체 이차전지의 충방전 특성을 다음의 충방전 시험에 의해 평가하였다. 충방전 시험은 전고체 이차 전지를 45℃의 항온조에 넣어서 수행하였다.The charge/discharge characteristics of the all-solid-state secondary battery prepared in Comparative Example 2 were evaluated by the following charge/discharge test. The charge/discharge test was performed by placing the all-solid-state secondary battery in a constant temperature bath at 45°C.
제1 사이클은 전지 전압이 3.9V 내지 4.25V가 될 때까지 0.1C의 정전류로 12.5 시간 동안 충전하였다. 이어서, 전지 전압이 2.5V가 될 때까지 0.1C의 정전류로 12.5 시간 동안 방전을 실시하였다.The first cycle was charging for 12.5 hours at a constant current of 0.1C until the battery voltage reached 3.9V to 4.25V. Subsequently, discharge was performed for 12.5 hours at a constant current of 0.1C until the battery voltage reached 2.5V.
제2 사이클은 전지 전압이 3.9V 내지 4.25V가 될 때까지 0.33C의 정전류로 12.5 시간 동안 충전하였다. 이어서, 전지 전압이 2.5V가 될 때까지 0.33C의 정전류로 12.5 시간 동안 방전을 실시하였다.The second cycle was charging for 12.5 hours at a constant current of 0.33C until the battery voltage was 3.9V to 4.25V. Subsequently, discharge was performed for 12.5 hours at a constant current of 0.33C until the battery voltage reached 2.5V.
제 3 사이클은 전지 전압이 3.9V 내지 4.25V가 될 때까지 1.0C의 정전류로 12.5 시간 동안 충전하였다. 이어서, 전지 전압이 2.5V가 될 때까지 1.0C의 정전류로 12.5 시간 동안 방전을 실시하였다.The third cycle was charging for 12.5 hours at a constant current of 1.0C until the battery voltage reached 3.9V to 4.25V. Subsequently, discharge was performed for 12.5 hours at a constant current of 1.0C until the battery voltage reached 2.5V.
제3 사이클까지의 충방전 과정에서 단락 여부, 초기 방전 용량 및 고율 특성을 하기 표 2에 나타내었다.The presence of a short circuit, initial discharge capacity, and high rate characteristics during the charge/discharge process up to the third cycle are shown in Table 2 below.
단락 여부는 제1 사이클이 완료되기 전에 단락이 발생하는 경우에는 ○, 제2 사이클 에서 단락이 발생하는 경우에는 △, 제3 사이클이 완료되는 시점까지 단락이 발생하지 않는 경우에는 ×이다.Whether or not a short circuit occurs is ○ if the short circuit occurs before the first cycle is completed, △ if the short circuit occurs in the second cycle, and × if the short circuit does not occur until the third cycle is completed.
상기 표 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 1 내지 8의 전고체 이차전지는 비교예 1의 전고체 이차전지에 비하여 향상된 사이클 특성을 보여주었다.As shown in Table 2, the all-solid-state secondary batteries of Examples 1 to 8 showed improved cycle characteristics compared to the all-solid-state secondary battery of Comparative Example 1.
평가예 3: 고온 수명 특성 시험Evaluation Example 3: High temperature lifespan characteristics test
실시예 1 내지 8 및 비교예 1에서 제조된 전고체 이차전지의 충방전 특성을 다음의 충방전 시험에 의해 평가하였다. 충방전 시험은 전고체 이차 전지를 45℃의 항온조에 넣어서 수행하였다.The charge/discharge characteristics of the all-solid-state secondary batteries prepared in Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 were evaluated by the following charge/discharge test. The charge/discharge test was performed by placing the all-solid-state secondary battery in a constant temperature bath at 45°C.
제1 사이클은 전지 전압이 2.5 V 내지 2.8 V가 될 때까지 0.6 mA/cm2의 정전류로 12.5 시간 동안 충전하였다. 이어서, 전지 전압이 0.5V가 될 때까지 0.6 mA/cm2의 정전류로 12.5 시간 동안 방전을 실시하였다. The first cycle was charging for 12.5 hours at a constant current of 0.6 mA/cm 2 until the battery voltage was 2.5 V to 2.8 V. Subsequently, discharge was performed for 12.5 hours at a constant current of 0.6 mA/cm 2 until the battery voltage reached 0.5V.
비교예 2에서 제조된 전고체 이차전지의 충방전 특성을 다음의 충방전 시험에 의해 평가하였다. 충방전 시험은 전고체 이차 전지를 45℃의 항온조에 넣어서 수행하였다.The charge/discharge characteristics of the all-solid-state secondary battery prepared in Comparative Example 2 were evaluated by the following charge/discharge test. The charge/discharge test was performed by placing the all-solid-state secondary battery in a constant temperature bath at 45°C.
제1 사이클은 전지 전압이 3.9V 내지 4.25V가 될 때까지 0.6 mA/cm2의 정전류로 12.5 시간 동안 충전하였다. 이어서, 전지 전압이 2.5V가 될 때까지 0.6 mA/cm2의 정전류로 12.5 시간 동안 방전을 실시하였다. The first cycle was charging for 12.5 hours at a constant current of 0.6 mA/cm 2 until the battery voltage was 3.9V to 4.25V. Subsequently, discharge was performed for 12.5 hours at a constant current of 0.6 mA/cm 2 until the battery voltage reached 2.5V.
제1 사이클의 방전 용량을 표준 용량으로 하였다. 제2 사이클 이후로는 제1 사이클과 동일한 조건으로 충전 및 방전을 150 사이클까지 실시하였다. 측정 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The discharge capacity of the first cycle was taken as the standard capacity. After the second cycle, charging and discharging were performed up to 150 cycles under the same conditions as the first cycle. The measurement results are shown in Table 3 below.
제2 사이클 이후에 방전 용량이 표준 용량의 95% 에 감소하는데 필요한 사이클 횟수가 증가할수록 우수한 수명 특성을 가지는 것으로 간주하였다.It was considered to have superior lifespan characteristics as the number of cycles required for the discharge capacity to decrease to 95% of the standard capacity after the second cycle increased.
비교예 1의 전고체 이차전지는 제1 사이클이 완료되기 전에 단락이 발생하여 수명 특성 측정이 불가하였다.In the all-solid-state secondary battery of Comparative Example 1, a short circuit occurred before the first cycle was completed, making it impossible to measure lifespan characteristics.
[회]number of cycles
[episode]
표 3에 보여지는 바와 같이, 실시예 1 내지 8의 전고체이차전지는 비교예 2의 전고체 이차전지에 비하여 수명 특성이 향상되었다.As shown in Table 3, the lifespan characteristics of the all-solid-state secondary batteries of Examples 1 to 8 were improved compared to the all-solid-state secondary batteries of Comparative Example 2.
실시예 6의 전고체이차전지는 Li2S-C-LiI 복합체를 양극활물질로서 포함함에 의하여 Li2S-C 복합체를 포함하는 실시예 1 및 Li2S-C-Li6PS5Cl 복합체를 포함하는 실시예 4에 비하여 수명 특성이 더욱 향상되었다.The all-solid-state secondary battery of Example 6 contained Li2S-C-LiI complex as a positive electrode active material, and thus had better lifespan characteristics compared to Example 1 containing Li2S-C complex and Example 4 containing Li2S-C-Li6PS5Cl complex. improved.
Li2S를 포함하는 실시예 1 내지 6의 전고체이차전지는 산화물계 양극활물질을 포함하는 비교예 2의 전고체이차전지에 비하여 충방전 시의 부피 변화가 완화되어 향상된 수명 특성을 가지는 것으로 판단되었다.The all-solid-state secondary batteries of Examples 1 to 6 containing Li2S were determined to have improved lifespan characteristics due to reduced volume changes during charging and discharging compared to the all-solid-state secondary batteries of Comparative Example 2 containing an oxide-based positive electrode active material.
실시예 7 및 8의 전고체 이차전지는 구성 요소들이 대칭적으로 배치되는 바이셀 구조를 가짐에 의하여 모노셀 구조를 가지는 실시예 1 내지 4의 전고체이차전지에 비하여 충방전 시의 부피 변화를 효과적으로 완화하여 향상된 수명 특성을 가지는 것으로 판단되었다.The all-solid-state secondary batteries of Examples 7 and 8 have a bi-cell structure in which the components are arranged symmetrically, thereby reducing the volume change during charge and discharge compared to the all-solid-state secondary batteries of Examples 1 to 4, which have a monocell structure. It was judged to have improved lifespan characteristics through effective mitigation.
실시예 1, 2 및 4의 전고체 이차전지는 난연성 불활성 부재를 포함함에 의하여 비난연성 불활성 부재를 포함하는 실시예 3에 비하여 향상된 수명 특성을 가지는 것으로 판단되었다.The all-solid-state secondary batteries of Examples 1, 2, and 4 were determined to have improved lifespan characteristics by including a flame-retardant inert member compared to Example 3, which included a non-flammable inert member.
실시예 8의 전고체 이차전지는 제2 불활성 부재가 음극집전체 상에 추가적으로 배치됨에 의하여, 부피 변화가 집중되는 음극층의 응력을 효과적으로 완화하므로 실시예 7의 전고체 이차전지에 비하여 향상된 수명 특성을 가지는 것으로 판단되었다. 실시예 2의 전고체 이차전지도 동일한 이유로 실시예 1, 3 및 4에 비하여 향상된 수명 특성을 가지는 것으로 판단되었다. 실시예 5의 전고체 이차전지는 실버 입자 담지된 카본을 사용함에 의하여 실버 입자와 카본 입자의 단순 혼합물인 실시예 2에 비하여 향상된 수명 특성을 가지는 것으로 판단되었다.The all-solid-state secondary battery of Example 8 has improved lifespan characteristics compared to the all-solid-state secondary battery of Example 7 because the second inert member is additionally disposed on the negative electrode current collector, effectively relieving the stress of the negative electrode layer where volume changes are concentrated. It was judged to have. The all-solid-state secondary battery of Example 2 was also judged to have improved lifespan characteristics compared to Examples 1, 3, and 4 for the same reason. The all-solid-state secondary battery of Example 5 was judged to have improved lifespan characteristics compared to Example 2, which was a simple mixture of silver particles and carbon particles, by using carbon loaded with silver particles.
상기에서 설명한 것과 같이, 본 실시예에 관련되는 전고체 이차전지는, 여러 가지의 휴대 기기나 차량 등에 적용될 수 있다.As described above, the all-solid-state secondary battery according to this embodiment can be applied to various portable devices, vehicles, etc.
이상 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 일구현예에 대해 상세하게 설명하였으나, 본 창의적 사상은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 창의적 사상이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범위 내에서 각종 변경예 또는 수정예를 도출할 수 있음은 자명하며, 이것들도 당연히 본 창의적 사상의 기술적 범위에 속하는 것이다.Although an exemplary embodiment has been described in detail with reference to the attached drawings, the creative idea is not limited to this example. It is obvious that anyone with ordinary knowledge in the technical field to which this creative idea belongs can derive various examples of changes or modifications within the scope of the technical idea described in the patent claims, and these are naturally within the technical scope of this creative idea. belongs to
1 전고체 이차전지
10 양극층
11 양극집전체
12 양극활물질층
20 음극층
21 음극집전체
22 제1 음극활물질층
30 고체전해질층
40 제1 불활성 부재
50 제2 불활성 부재1 All-solid-state
11 Positive electrode
20
22 First negative electrode
40 First inert member
50 Second inert member
Claims (20)
상기 양극층이 양극집전체 및 상기 양극집전체의 일면 또는 양면 상에 배치된 양극활물질층을 포함하며,
상기 양극활물질층이 리튬 함유 황화물계 양극활물질을 포함하며, 상기 리튬 함유 황화물계 양극활물질이 Li2S, Li2S 함유 복합체 또는 이들의 조합을 포함하며,
상기 양극층의 일 측면 상에 배치된 제1 불활성 부재(inactive member)를 포함하며,
상기 음극층이 음극집전체 및 상기 음극집전체의 일면 상에 배치된 제1 음극활물질층을 포함하며,
상기 제1 음극활물질층의 초기 충전 용량(B)과 상기 양극활물질층의 초기 충전 용량(A)의 비율(B/A)이 0.005 내지 0.45 이며,
상기 양극활물질층의 초기 충전 용량은 제1 개방 회로 전압(1st open circuit voltage)로부터 Li/Li+에 대하여 최대 충전 전압(maximum charging voltage)에서 결정되며,
상기 제1 음극활물질층의 초기 충전 용량은 제2 개방 회로 전압(2nd open circuit voltage)로부터 Li/Li+에 대하여 0.01 V에서 결정되는, 전고체 이차전지.anode layer; cathode layer; And a solid electrolyte layer disposed between the anode layer and the cathode layer,
The positive electrode layer includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on one or both sides of the positive electrode current collector,
The positive electrode active material layer includes a lithium-containing sulfide-based positive electrode active material, and the lithium-containing sulfide-based positive electrode active material includes Li 2 S, Li 2 S-containing composite, or a combination thereof,
comprising a first inactive member disposed on one side of the anode layer,
The negative electrode layer includes a negative electrode current collector and a first negative electrode active material layer disposed on one surface of the negative electrode current collector,
The ratio (B/A) of the initial charge capacity (B) of the first negative electrode active material layer and the initial charge capacity (A) of the positive electrode active material layer is 0.005 to 0.45,
The initial charging capacity of the positive electrode active material layer is determined from the maximum charging voltage for Li/Li + from the first open circuit voltage (1 st open circuit voltage),
The initial charge capacity of the first negative active material layer is determined at 0.01 V for Li/Li + from the 2nd open circuit voltage.
상기 고체전해질이 황화물계 고체전해질을 포함하며, 상기 도전재가 탄소계 도전재를 포함하는, 전고체이차전지.The method of claim 1, wherein the positive electrode active material layer further includes one or more selected from a solid electrolyte, a conductive material, and a binder,
An all-solid-state secondary battery, wherein the solid electrolyte includes a sulfide-based solid electrolyte, and the conductive material includes a carbon-based conductive material.
상기 제1 불활성 부재가 상기 양극층의 일 측면으로부터 상기 고체전해질층의 표면을 따라 고체전해질층의 말단부까지 연장되며,
상기 양극활의 면적이 상기 양극층과 접촉하는 상기 고체전해질층의 면적보다 작으며,
상기 제1 불활성 부재가, 상기 양극층의 측면을 둘러싸며 배치되어 상기 양극층과 상기 고체전해질층 사이의 면적 차이를 보상하는, 전고체 이차전지.The method of claim 1, wherein the first inert member surrounds a side of the anode layer and is in contact with the solid electrolyte layer,
The first inert member extends from one side of the positive electrode layer along the surface of the solid electrolyte layer to the distal end of the solid electrolyte layer,
The area of the positive electrode active is smaller than the area of the solid electrolyte layer in contact with the positive electrode layer,
An all-solid-state secondary battery, wherein the first inert member is disposed surrounding a side of the positive electrode layer to compensate for an area difference between the positive electrode layer and the solid electrolyte layer.
상기 제1 음극활물질층의 두께가 상기 제1 불활성 부재의 두께의 50 % 이하이며,
상기 음극집전체의 타면 상에 음극활물질층이 부재(free)인, 전고체 이차전지.The method of claim 1, wherein the thickness of the first inert member is greater than the thickness of the first negative electrode active material layer,
The thickness of the first negative electrode active material layer is 50% or less of the thickness of the first inert member,
An all-solid-state secondary battery in which a negative electrode active material layer is absent on the other side of the negative electrode current collector.
상기 고체전해질층이, 상기 제1 양극활물질층 및 제2 양극활물질층과 각각 접촉하는 제1 고체전해질층 및 제2 고체전해질층을 포함하며,
상기 음극층이, 상기 제1 고체전해질층 및 제2 고체전해질층과 각각 접촉하는 제1 음극층 및 제2 음극층을 포함하며,
상기 불활성 부재가, 서로 대향하는 상기 제1 고체전해질층 및 제2 고체전해질층 사이에서 상기 양극층의 측면을 둘러싸며 배치되는, 전고체 이차전지.The method of claim 1, wherein the positive electrode layer includes a positive electrode current collector and a first positive electrode active material layer and a second positive electrode active material layer respectively disposed on both sides of the positive electrode current collector,
The solid electrolyte layer includes a first solid electrolyte layer and a second solid electrolyte layer in contact with the first positive electrode active material layer and the second positive electrode active material layer, respectively,
The cathode layer includes a first cathode layer and a second cathode layer in contact with the first solid electrolyte layer and the second solid electrolyte layer, respectively,
An all-solid-state secondary battery, wherein the inert member is disposed between the first and second solid electrolyte layers opposing each other and surrounding a side of the positive electrode layer.
상기 기재가 제1 섬유상 재료를 포함하며, 상기 제1 섬유상 재료가 절연성 재료이며, 상기 제1 섬유상 재료가 펄프 섬유, 절연성 고분자 섬유, 및 이온 전도성 고분자 섬유 중에서 선택된 하나 이상을 포함하며,
상기 보강재가 제2 섬유상 재료를 포함하며, 상기 제2 섬유상 재료가 난연성 재료이며, 상기 제2 섬유상 재료가 유리 섬유, 및 세라믹 섬유 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 전고체 이차전지.
상기 필러가 수분 흡착제(moisture getter)이며, 상기 필러가 금속수산화물을 포함하며,
상기 금속수산화물이 Mg(OH)2, Fe(OH)3, Sb(OH)3, Sn(OH)4, TI(OH)3, Zr(OH)4, 및 Al(OH)3 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 전고체 이차전지.9. The method of claim 8, wherein the matrix includes a substrate and reinforcement,
The substrate includes a first fibrous material, the first fibrous material is an insulating material, and the first fibrous material includes one or more selected from pulp fibers, insulating polymer fibers, and ion conductive polymer fibers,
An all-solid-state secondary battery, wherein the reinforcing material includes a second fibrous material, the second fibrous material is a flame retardant material, and the second fibrous material includes one or more selected from glass fiber and ceramic fiber.
The filler is a moisture getter, and the filler contains a metal hydroxide,
The metal hydroxide is one or more selected from Mg(OH) 2 , Fe(OH) 3 , Sb(OH) 3 , Sn(OH) 4 , TI(OH) 3 , Zr(OH) 4 , and Al(OH) 3 . An all-solid secondary battery including.
상기 음극활물질이 입자 형태를 가지며, 상기 음극활물질의 평균 입경이 4 ㎛ 이하인, 전고체 이차전지.The method of claim 1, wherein the first negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and a binder,
An all-solid-state secondary battery in which the negative electrode active material has a particle form and an average particle diameter of the negative electrode active material is 4 ㎛ or less.
상기 탄소계 음극활물질은 비정질 탄소(amorphous carbon), 결정성 탄소(crystalline carbon), 다공성 탄소 또는 이들의 조합을 포함하며,
상기 금속 또는 준금속 음극활물질이 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 주석(Sn), 아연(Zn) 또는 이들의 조합을 포함하는, 전고체 이차전지.The method of claim 10, wherein the negative electrode active material includes at least one selected from carbon-based negative electrode active materials and metal or metalloid negative electrode active materials,
The carbon-based negative electrode active material includes amorphous carbon, crystalline carbon, porous carbon, or a combination thereof,
The metal or metalloid negative electrode active material is gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), silicon (Si), silver (Ag), aluminum (Al), bismuth (Bi), tin (Sn), zinc ( Zn) or a combination thereof, an all-solid secondary battery.
상기 제2 입자의 함량은 상기 혼합물의 총 중량을 기준으로 1 내지 60 wt%인, 전고체 이차전지.The method of claim 10, wherein the negative electrode active material includes a mixture of first particles made of amorphous carbon and second particles made of metal or metalloid,
The all-solid-state secondary battery wherein the content of the second particles is 1 to 60 wt% based on the total weight of the mixture.
상기 금속계 음극활물질이 금속, 금속 산화물, 금속과 금속 산화물의 복합체 또는 이들의 조합을 포함하며,
상기 금속계 음극활물질이 입자 형태를 가지며, 상기 금속계 음극활물질의 입경이 1 nm 내지 200 nm 이며,
상기 탄소계 지지체가 입자 형태를 가지며, 상기 탄소질 재료의 입경이 10 nm 내지 2 ㎛ 이며, 상기 전고체전지가 충전된 후에, 상기 음극집전체와 상기 제1 음극활물질층 사이에 배치된 제2 음극활물질층을 더 포함하고,
상기 제2 음극활물질층은 금속층이며, 상기 금속층이 리튬 또는 리튬 합금을 포함하는, 전고체 이차전지.The method of claim 1, wherein the negative electrode active material includes: a carbon-based support; and a gold-based negative electrode active material supported on the carbon-based support,
The metal-based negative electrode active material includes metal, metal oxide, a complex of metal and metal oxide, or a combination thereof,
The metal-based negative electrode active material has a particle shape, and the particle size of the metal-based negative electrode active material is 1 nm to 200 nm,
The carbon-based support has a particle shape, the particle size of the carbonaceous material is 10 nm to 2 ㎛, and after the all-solid-state battery is charged, the second negative electrode current collector is disposed between the negative electrode current collector and the first negative electrode active material layer. Further comprising a negative electrode active material layer,
The second negative electrode active material layer is a metal layer, and the metal layer includes lithium or a lithium alloy.
상기 제2 불활성 부재가 전도성 난연성 불활성 부재를 포함하는, 전고체 이차전지.The method of claim 1, further comprising a second inert member disposed on the other side of the negative electrode current collector,
An all-solid-state secondary battery, wherein the second inert member includes a conductive flame retardant inert member.
상기 제2 불활성 부재의 탄성 계수(Young's modulus)가 상기 음극집전체의 탄성 계수에 비하여 더 작으며,
상기 제2 불활성 부재의 탄성 계수가 100 MPa 이하이며,
상기 제2 불활성 부재의 두께가 상기 제1 음극활물질층의 두께에 비하여 더 크며,
상기 제1 음극활물질층의 두께가 상기 제2 불활성 부재의 두께의 50 % 이하인, 전고체 이차전지.According to claim 15,
The elastic modulus (Young's modulus) of the second inert member is smaller than the elastic modulus of the negative electrode current collector,
The elastic modulus of the second inert member is 100 MPa or less,
The thickness of the second inert member is greater than the thickness of the first negative electrode active material layer,
An all-solid-state secondary battery, wherein the thickness of the first negative electrode active material layer is 50% or less of the thickness of the second inert member.
전고체 이차전지의 에너지 밀도가 500 내지 900 Wh/L 또는 350 내지 600 Wh/kg 인, 전고체 이차전지.The method of claim 1, wherein the volume expansion rate of the all-solid-state secondary battery after charging is 15% or less,
An all-solid-state secondary battery having an energy density of 500 to 900 Wh/L or 350 to 600 Wh/kg.
상기 고분자 고체전해질이 건조(dry) 고분자 전해질, 겔(gel) 고분자 전해질 또는 이들의 조합을 포함하며,
상기 고체전해질층이 리튬폴리설파이드(lithium polysulfide)에 대하여 불침투성(impermeable)인, 전고체 이차전지.The method of claim 1, wherein the solid electrolyte layer includes a sulfide-based solid electrolyte, an oxide-based solid electrolyte, a polymer solid electrolyte, or a combination thereof,
The polymer solid electrolyte includes a dry polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, or a combination thereof,
An all-solid secondary battery in which the solid electrolyte layer is impermeable to lithium polysulfide.
상기 황화물계 고체전해질이 Li6PS5Cl, Li6PS5Br 및 Li6PS5I 중에서 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 아르지로다이트-타입(Argyrodite-type) 고체전해질이며,
상기 아지로다이트-타입(Argyrodite-type) 고체전해질의 밀도가 1.5 내지 2.0 g/cc 인, 전고체 이차전지.The method of claim 1, wherein the sulfide - based solid electrolyte is Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -LiX, -Li 2 O-LiI, Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -LiBr, Li 2 S-SiS 2 -LiCl, Li 2 S-SiS 2 -B 2 S 3 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI, Li 2 SB 2 S 3 , Li 2 SP 2 S 5 -Z m S n , m, n are positive numbers, Z is Ge, either Zn or Ga, Li 2 S-GeS 2 , Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 , Li 2 S-SiS 2 -Li p MO q , p, q are positive numbers, M is P, Si , one of Ge, B, Al, Ga In, Li 7-x PS 6-x Cl x , 0≤x≤2, Li 7-x PS 6-x Br x , 0≤x≤2, and Li 7- x PS 6-x I x , 0≤x≤2, one or more selected from
The sulfide-based solid electrolyte is an argyrodite-type solid electrolyte containing at least one selected from Li 6 PS 5 Cl, Li 6 PS 5 Br and Li 6 PS 5 I,
An all-solid-state secondary battery wherein the argyrodite-type solid electrolyte has a density of 1.5 to 2.0 g/cc.
상기 베이스 필름이 고분자를 포함하며, 상기 고분자가 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프롤필렌(PP), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리이미드(PI) 또는 이들의 조합을 포함하며,
상기 금속층이 인듐(In), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 스테인레스 스틸, 티타늄(Ti), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 리튬(Li) 또는 이들의 합금을 포함하는, 전고체 이차전지.The method of claim 1, wherein at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector includes a base film and a metal layer disposed on one or both sides of the base film,
The base film includes a polymer, and the polymer is polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polybutylene terephthalate (PBT), polyimide (PI), or a combination thereof. Includes,
The metal layer is made of indium (In), copper (Cu), magnesium (Mg), stainless steel, titanium (Ti), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), and aluminum (Al). , an all-solid-state secondary battery containing germanium (Ge), lithium (Li), or alloys thereof.
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