KR20190041737A - 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법 및 이를 포함하는 전고체 전지용 양극의 제조 방법 - Google Patents

양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법 및 이를 포함하는 전고체 전지용 양극의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법 및 이를 포함하는 전고체 전지용 양극의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코어로 양극 활물질, 쉘로 고체 전해질을 갖는 고체 전해질 복합체의 제조 방법 및 이를 포함하는 전고체 전지용 양극의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법 및 이를 포함하는 전고체 전지용 양극의 제조 방법{THE FABRICATION METHOD OF COMPOSITE MATERIAL BASED ON CATHODE ACTIVE MATERIAL AND SOLID ELECTROLYTE, AND THE FABRICATION METHOD OF CATHODE FOR SOLID CELL INCLUDING THE SAME}
본 발명은 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법 및 이를 포함하는 전고체 전지용 양극의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코어로 양극 활물질, 쉘로 고체 전해질을 갖는 고체 전해질 복합체의 제조 방법 및 이를 포함하는 전고체 전지용 양극의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 충방전 효율을 높일 수 있는 전고체 전지에 대한 관심이 증대하고 있다. 전고체 전지 중, 리튬황 전고체 전지에서는, Li2S 양극 활물질과 고체 전해질 사이의 리튬이온 통로를 효율적으로 형성하는 복합양극을 제조하는 것이 전지 효율에 중요하다. 다만 단순 혼합공정에 의해서는 양극 활물질과 고체전해질의 입자 크기 및 형상이 제각각이므로 불균일하게 혼합되고, 양극 활물질과 고체전해질 간의 계면이 일정하게 형성되지 않아 전지의 성능이 저하되는 문제점이 발생하고 있다.
한국공개공보 제10-2015-0142832호에는 양극의 도전재 내부에 황을 함침하여 리튬황 전지용 양극을 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 이는 선형 도전재에만 선택적으로 적용할 수 있는 방법이다.
한국공개공보 제10-2015-0142832호
본 발명의 목적은 양극 활물질과 고체 전해질의 계면을 일정하게 형성하여, 전지의 성능을 유지할 수 있고, 양극 활물질과 고체 전해질의 접촉 면적을 향상시켜, 전지의 충방전 용량을 향상시킬 수 있고, 양극의 단위 면적 대비 양극 활물질의 함량을 늘릴 수 있는 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 양극 활물질과 고체 전해질의 계면을 일정하게 형성하여, 전지의 성능을 유지할 수 있고, 양극 활물질과 고체 전해질의 접촉 면적을 향상시켜, 전지의 충방전 용량을 향상시킬 수 있고, 양극의 단위 면적 대비 양극 활물질의 함량을 늘릴 수 있는 전고체 전지용 양극의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법은 극성 용매에 Li2S, 및 P2S5을 제공하여, 상기 극성 용매에 상기 P2S5가 선택적으로 용해된 혼합 용액을 형성하는 단계, 상기 혼합 용액을 건조하여, 상기 Li2S의 표면에 상기 Li2S, 및 상기P2S5를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계, 및 상기 코팅층이 형성된 상기 Li2S를 200 내지 600℃에서 열처리하여, 코어로 상기 Li2S, 쉘로 Li7P3S11, Li3PS4, 및 Li4P2S6 중 적어도 하나를 포함하는 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 혼합 용액을 형성하는 단계에서, 상기 극성 용매는 1-프로판올(1-Propanol)인 것일 수 있다.
상기 혼합 용액을 형성하는 단계에서, 상기 Li2S 및 상기 P2S5의 중량% 비율은 90:10 내지 99:1인 것일 수 있다.
상기 혼합 용액을 형성하는 단계는 30 내지 60℃에서 5 내지 24시간 동안 상기 극성 용매, 상기 Li2S, 및 상기 P2S5를 교반하는 것일 수 있다.
상기 혼합 용액을 형성하는 단계는 LiCl을 더 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 극성 용매는 상기 P2S5 및 상기 LiCl을 선택적으로 용해하는 것일 수 있다.
상기 코팅층을 형성하는 단계는 상기 Li2S의 표면에 상기 Li2S, 상기 P2S5 및 상기 LiCl을 포함하는 코팅층을 형성한다. 상기 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 형성하는 단계는 코어로 상기 Li2S, 쉘로 상기 Li7P3S11, 상기 Li3PS4, 상기 Li4P2S6 및 Li6PS5Cl중 적어도 하나를 포함하는 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 양극의 제조 방법은 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 제공하는 단계, 및 상기 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체에 도전재를 1 내지 2: 0.3 중량% 비율로 혼합하는 단계를 포함한다. 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 제공하는 단계는 극성 용매에 Li2S, 및 P2S5을 제공하여, 상기 극성 용매에 상기 P2S5가 선택적으로 용해된 혼합 용액을 형성하는 단계, 상기 혼합 용액을 건조하여, 상기 Li2S의 표면에 상기 Li2S, 및 상기P2S5를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계, 및 상기 코팅층이 형성된 상기 Li2S를 200 내지 600℃에서 열처리하여, 코어로 상기 Li2S, 쉘로 Li7P3S11, Li3PS4, 및 Li4P2S6 중 적어도 하나를 포함하는 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법에 의하면, 양극 활물질과 고체 전해질의 계면을 일정하게 형성하여, 전지의 성능을 유지할 수 있고, 양극 활물질과 고체 전해질의 접촉 면적을 향상시켜, 전지의 충방전 용량을 향상시킬 수 있고, 양극의 단위 면적 대비 양극 활물질의 함량을 늘릴 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 양극의 제조 방법에 의하면, 양극 활물질과 고체 전해질의 계면을 일정하게 형성하여, 전지의 성능을 유지할 수 있고, 양극 활물질과 고체 전해질의 접촉 면적을 향상시켜, 전지의 충방전 용량을 향상시킬 수 있고, 양극의 단위 면적 대비 양극 활물질의 함량을 늘릴 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 양극의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 3a는 실시예 1과 비교예 1 각각의 충방전 횟수와 커패시티의 관계, 충방전 횟수와 콜롱 효율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3b는 실시예 1과 비교예 1 각각의 충방전 조건에 따른 충방전 횟수와 커패시티의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3c는 실시예 1, 1-2, 1-3, 1-4 및 1-5의 커패시티 값을 나타낸 그래프이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 양극의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 양극의 제조 방법은 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 제공하는 단계(S10) 및 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체에 도전재를 1 내지 2: 0.3 중량% 비율로 혼합하는 단계(S20)를 포함한다. 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 제공하는 단계(S10)에 대해서는 보다 구체적으로 후술한다.
도전재는 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어 탄소를 포함할 수 있다. 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체와 도전재의 중량% 비율이 1: 0.3 미만이면, 복합체의 양이 적어, 양극 활물질과 고체 전해질 사이의 리튬 이온 경로를 충분히 확보하기 어렵고, 2:0.3 초과이면, 도전재가 적어, 양극으로서의 기능이 떨어질 수 있다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 제공하는 단계(S10)는 극성 용매에 Li2S, 및 P2S5을 제공하여, 극성 용매에 P2S5가 선택적으로 용해된 혼합 용액을 형성하는 단계(S100), 혼합 용액을 건조하여, Li2S의 표면에 Li2S, 및 상기P2S5를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계(S200), 및 코팅층이 형성된 Li2S를 200 내지 600℃에서 열처리하여, 코어로 Li2S, 쉘로 Li7P3S11, Li3PS4, 및 Li4P2S6 중 적어도 하나를 포함하는 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 형성하는 단계(S300)를 포함한다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 1b 및 도 2a를 참조하면, 극성 용매에 Li2S, 및 P2S5을 제공하여, 극성 용매에 P2S5가 선택적으로 용해된 혼합 용액을 형성한다(S100). 극성 용매에는 Li2S가 용해되지 않는다. 도 2a에서는 Li2S가 구형인 것을 한정하여 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니고, Li2S는 선형, 구형, 침상형 등 다양한 형상을 갖는 것일 수 있다.
혼합 용액을 형성하는 단계(S100)에서, 극성 용매는 예를 들어, 1-프로판올(1-Propanol)인 것일 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 극성 용매는 Li2S, 및 P2S5 중 P2S5만을 선택적으로 용해하는 것이라면 특별히 종류를 한정하지 않는다.
혼합 용액을 형성하는 단계(S100)는 30 내지 60℃에서 5 내지 24시간 동안 극성 용매, Li2S, 및 P2S5를 교반하는 것일 수 있다. 상기 범위 미만이면, 극성 용매에 P2S5가 충분히 용해되지 않을 수 있고, 상기 범위 초과이면, 제공되는 에너지 대비 혼합 용액을 얻는 효율이 높지 않다.
혼합 용액을 형성하는 단계(S100)에서, Li2S 및 P2S5의 중량% 비율은 90:10 내지 99:1인 것일 수 있다. Li2S 및 P2S5의 중량% 비율이 90:10 미만이면, Li2S의 양이 적어, 후술하는 단계에서 복합체를 충분히 형성하기 어렵고, Li2S 및 P2S5의 중량% 비율이 99:1 초과이면, 코어로 사용되는 Li2S 대비 P2S5의 양이 적어, 복합체 형성을 위한 코팅층이 충분히 형성되지 않을 수 있다.
혼합 용액을 형성하는 단계(S100)는 LiCl을 더 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 극성 용매는 P2S5 및 LiCl을 선택적으로 용해하는 것일 수 있다. 극성 용매에는 Li2S가 용해되지 않는다.
도 1b 및 도 2b를 참조하면, 혼합 용액을 건조하여, Li2S의 표면에 Li2S, 및 상기 P2S5를 포함하는 코팅층을 형성한다(S200). 이 때 혼합 용액은 60 내지 80℃에서 12 내지 24시간 동안 건조하는 것일 수 있다. 상기 범위 미만이면, 극성 용매(도 2a의 10)가 충분히 제거되지 않고, 상기 범위 초과이면, 제공되는 에너지 대비 극성 용매(도 2a의 10)가 제거되는 효율이 높지 않다. 또한 건조시 온도가 상기 범위에 속해야 상전이가 일어나지 않고, 건조 시간이 상기 범위에 속해야 잔존하는 유기물이 최대한 제거될 수 있다. 유기물이 잔존하면 불순물로 작용하기 때문에 양극 활물질의 특성이 발현하기 어려울 수 있다.
본 발명은 용액 합성법을 통해 Li2S의 표면에 코팅층을 형성하는 것이다. 이 때 코팅층은 Li2S와 P2S5가 Li2S의 표면에 층을 형성하는 것으로, Li2S와 P2S5가 서로 결합한 상태는 아닌 것일 수 있다.
혼합 용액을 형성하는 단계(S100)에서, LiCl을 더 제공하면, 코팅층을 형성하는 단계(S200)는 Li2S의 표면에 Li2S, P2S5 및 LiCl을 포함하는 코팅층을 형성하는 것일 수 있다. 이 때 코팅층은 Li2S, P2S5 및 LiCl가 Li2S의 표면에 층을 형성하는 것으로, Li2S, P2S5 및 LiCl가 서로 결합한 상태는 아닌 것일 수 있다.
도 1b 및 도 2c를 참조하면, 코팅층이 형성된 Li2S를 200 내지 600℃에서 열처리하여, 코어로 Li2S, 쉘로 Li7P3S11, Li3PS4, 및 Li4P2S6 중 적어도 하나를 포함하는 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 형성한다(S300). 코어는 양극 활물질인 것일 수 있다. 즉, Li2S는 양극 활물질로 기능할 수 있다.
이 때 쉘은 Li2S와 P2S5가 서로 결합하여 형성된 Li7P3S11, Li3PS4, 및 Li4P2S6 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 쉘은 고체 전해질인 것일 수 있다. 즉, Li2S와 P2S5가 서로 결합하여 형성된 Li7P3S11, Li3PS4, 및 Li4P2S6 중 적어도 하나의 화합물은 고체 전해질로 기능할 수 있다.
혼합 용액을 형성하는 단계(S100)에서, LiCl을 더 제공하면, 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 형성하는 단계(S300)는 코어로 Li2S, 쉘로 Li7P3S11, Li3PS4, Li4P2S6 및 Li6PS5Cl중 적어도 하나를 포함하는 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법 및 이를 포함하는 전고체 전지용 양극이 제조 방법에 따르면, 양극 활물질과 고체 전해질의 계면을 일정하게 형성하여, 전지의 성능을 유지할 수 있다. 또한 양극 활물질과 고체 전해질의 접촉 면적을 향상시켜, 전지의 충방전 용량을 향상시킬 수 있다. 또한 양극의 단위 면적 대비 양극 활물질의 함량을 늘릴 수 있다. 또한, 양극 활물질의 형상이 특정 형상이 아닌, 어떠한 형상을 갖더라도, 용액 합성법을 통해 코어-쉘 구조를 갖는 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 간소화된 공정으로 제조할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 7
양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조
1-프로판올(1-propanol)을 극성 용매로 하여, 극성 용매에 Li2S와 P2S5를 투입하였다. Li2S와 P2S5의 중량% 비는 95:5로 하였다. 교반을 통해 P2S5를 선택적으로 용해시킨 후 건조공정을 통해, Li2S 입자 표면에 미량의 Li2S 및 P2S5가 코팅층을 형성하였다. 하기 표 1에 표시된 온도에서 열처리를 하여 코어-쉘 구조를 갖는 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 형성하였다. 쉘을 구성하는 화합물은 하기 표 1과 같았다.
양극 분말의 제조
제조된 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체와 도전재를 30분간 혼합하였다. 이때 복합체와 도전재의 중량% 비율은 3:0.3으로 하였다.
전고체 전지의 제조
양극 분말을 충분히 혼합한 뒤, 이를 사용하여 양극을 제조하였고, 고체 전해질층으로 Li6PS5Cl, 음극으로 리튬-인듐(Li-In)을 사용하여 전고체 전지를 형성하였다.
비교예 1
1-프로판올(1-propanol) 대신 에틸 아세테이트(Ethyl acetate)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 전고체 전지를 제조하였다. 비교예 1은 Li2S 표면에 코팅층이 형성되지 않아, 코어-쉘 구조를 갖지 않았다.
비교예 2
1-프로판올(1-propanol) 대신 아세토니트릴(Acetonitrile)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 전고체 전지를 제조하였다. 비교예 2는 Li2S 표면에 코팅층이 형성되지 않아, 코어-쉘 구조를 갖지 않았다.
열처리 온도(oC) 전해질 조성
실시예 1 260 Li7P3S11
실시예 2 200 Li3PS4
실시예 3 220 Li7P3S11 + Li4P2S6
실시예 4 240 Li7P3S11
실시예 5 260 Li7P3S11
실시예 6 280 Li7P3S11 + Li4P2S6
실시예 7 300 Li7P3S11 + Li4P2S6
물성 평가
1. 방전 용량 평가
하기 표 2는 실시예 1 내지 7, 비교예 1, 및 비교예 2의 초기 방전 용량을 나타낸 것이다. 하기 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 7이 비교예 1 및 비교예 2보다 초기 방전용량이 높은 것을 확인할 수 있었다.
초기 방전용량
(mAh/g)
실시예 1 601.56
실시예 2 481.51
실시예 3 520.36
실시예 4 568.68
실시예 5 601.56
실시예 6 510.32
실시예 7 502.54
비교예 1 130.58
비교예 2 105.48
2. 셀 성능 평가
도 3a는 실시예 1과 비교예 1 각각의 충방전 횟수와 커패시티의 관계, 충방전 횟수와 콜롱 효율의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 3a를 참조하면, 충방전 횟수에 따라 비교예 1은 커패시티와 콜롱 효율이 떨어지지만, 실시예 1은 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
도 3b는 실시예 1과 비교예 1 각각의 충방전 조건에 따른 충방전 횟수와 커패시티의 관계를 나타낸 그래프이다. 실시예 1은 각기 다른 충방전 조건에서, 충방전 횟수에 따른 커패시티 값이 비교예 1보다 높은 것을 확인할 수 있었다.
실시예 1-2 내지 1-5
양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 제조함에 있어서, Li2S와 P2S5의 중량% 비를 하기의 표 3과 같이 다르게 한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일한 방법으로 전고체 전지를 제조하였다. 각 전고체 전지에 대한 커패시티를 측정하였고, 그 결과를 도 3c에 도시하였다.
Li2S 및 P2S5의 중량%
실시예 1 Li2S : 95, P2S5 : 5
실시예 1-2 Li2S : 99, P2S5 : 1
실시예 1-3 Li2S : 97, P2S5 : 3
실시예 1-4 Li2S : 93, P2S5 : 7
실시예 1-5 Li2S : 91, P2S5 : 9
일반적으로, 커패시티 값이 400 mAh/g 이상이면 우수한 충방전 용량을 갖는 것을 의미한다. 도 3c를 참조하면, 실시예 1 내지 1-5에 따른 전고체 전지는 모두 커패시티 값이 400 mAh/g이상으로, 우수한 충방전 용량을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (7)

  1. 극성 용매에 Li2S, 및 P2S5을 제공하여, 상기 극성 용매에 상기 P2S5가 선택적으로 용해된 혼합 용액을 형성하는 단계;
    상기 혼합 용액을 건조하여, 상기 Li2S의 표면에 상기 Li2S, 및 상기 P2S5를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 코팅층이 형성된 상기 Li2S를 200 내지 600℃에서 열처리하여, 코어로 상기 Li2S, 쉘로 Li7P3S11, Li3PS4, 및 Li4P2S6 중 적어도 하나를 포함하는 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 형성하는 단계;를 포함하는 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 용액을 형성하는 단계에서,
    상기 극성 용매는 1-프로판올(1-Propanol)인 것인 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 용액을 형성하는 단계에서,
    상기 Li2S 및 상기 P2S5의 중량% 비율은 90:10 내지 99:1인 것인 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 용액을 형성하는 단계는
    30 내지 60℃에서 5 내지 24시간 동안 상기 극성 용매, 상기 Li2S, 및 상기 P2S5를 교반하는 것인 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 용액을 형성하는 단계는 LiCl을 더 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 극성 용매는 상기 P2S5 및 상기 LiCl을 선택적으로 용해하는 것인 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코팅층을 형성하는 단계는
    상기 Li2S의 표면에 상기 Li2S, 상기 P2S5 및 상기 LiCl을 포함하는 코팅층을 형성하고,
    상기 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 형성하는 단계는
    코어로 상기 Li2S, 쉘로 상기 Li7P3S11, 상기 Li3PS4, 상기 Li4P2S6 및 Li6PS5Cl중 적어도 하나를 포함하는 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 형성하는 것인 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체의 제조 방법.
  7. 제1항의 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체를 제공하는 단계; 및
    상기 양극 활물질 및 고체 전해질 복합체에 도전재를 1 내지 2: 0.3 중량% 비율로 혼합하는 단계;를 포함하는 전고체 전지용 양극의 제조 방법.
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