리튬 금속 전고체 배터리용 초박형 리튬 실리사이드 중간막, 이를 포함하는 전고체 배터리 및 이의 제조방법
Ultra-thin lithium silicide interlayer for lithium metal all-solid-state battery, all-solid-state battery including the same, and manufacturing method thereof
특허 요약
본 발명은 리튬 금속 전고체 전지용 초박형 리튬 실리사이드 중간막, 이를 포함하는 전고체 전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 고체 전해질과 리튬 음극 사이 계면에서 3D 구조체의 역할을 하며 동시에 초기 리튬 원자핵의 형성 및 이온과 전자의 장거리 수송 역할을 하여 리튬 증착 및 박리를 안정적으로 조절하는 리튬 금속 전고체 전지용 초박형 리튬 실리사이드 중간막, 이를 포함하는 전고체 전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
청구항
번호청구항
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제 7항에 있어서,상기 리튬 금속 전고체 배터리는,4 내지 6 C-rate에서 72 내지 80 %의 충방전률을 나타내는 것을 특징으로 하는, 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 리튬 금속 전고체 배터리.

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제 7항에 있어서,상기 고체 전해질은,황화물계 고체 전해질 및 산화물계 고체 전해질로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 리튬 금속 전고체 배터리.

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제 7항에 있어서,상기 리튬 금속 전고체 배터리는, 195 내지 215 mAh/g의 높은 초기 비용량을 나타내는 것을 특징으로 하는, 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 리튬 금속 전고체 배터리.

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제 7항에 있어서,상기 리튬 금속 전고체 배터리는,90 내지 99 %의 초기 쿨롱 효울 및 85 내지 95 %의 용량 유지율을 나타내는 것을 특징으로 하는, 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 리튬 금속 전고체 배터리.

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리튬 실리사이드(Li3.75Si); 및 탄소나노튜브(carbon nanotube);를 포함하는 나노 다공성 혼합 이온 전자 전도체이며,3차원(3D) 개방 다공성 구조인, 리튬 금속 전고체 배터리용 초박형 리튬 실리사이드 중간막.

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삭제

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제 1항에 있어서,상기 리튬 실리사이드 중간막은,상기 중간막 100 중량부 대비 상기 리튬 실리사이드 70 내지 99.9 중량부 및 상기 탄소나노튜브 0.1 내지 30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 리튬 금속 전고체 배터리용 초박형 리튬 실리사이드 중간막.

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제 1항에 있어서,상기 리튬 실리사이드 중간막은,두께가 0.1 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는, 리튬 금속 전고체 배터리용 초박형 리튬 실리사이드 중간막.

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제 1항에 있어서,상기 리튬 실리사이드 중간막은,내부 기공 크기가 0.1 내지 10,000 nm인 것을 특징으로 하는, 리튬 금속 전고체 배터리용 초박형 리튬 실리사이드 중간막.

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제 1항에 있어서,상기 리튬 실리사이드 중간막은,중간막 부피 100 % 대비 기공도가 1 내지 50 %인 것을 특징으로 하는, 리튬 금속 전고체 배터리용 초박형 리튬 실리사이드 중간막.

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양극층;리튬 음극재를 포함하는 음극층; 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 중간층; 및고체 전해질;을 포함하며,상기 중간층는,기 음극층과 상기 고체 전해질 사이에 위치하는 것이며,상기 중간막은,리튬 실리사이드(Li3.75Si); 및 탄소나노튜브(carbon nanotube);를 포함하는 나노 다공성 혼합 이온 전자 전도체이며,3차원(3D) 개방 다공성 구조인 것인, 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 리튬 금속 전고체 배터리.

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제 7항에 있어서,상기 양극층은,LiNiwCoxMnyOz를 포함하며,상기 w 값은 0.6 내지 1.0이며,상기 x 값은 0.05 내지 0.2이며,상기 z 값은 1.5 내지 2.5인 것을 특징으로 하는, 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 리튬 금속 전고체 배터리.

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극판 상에 리튬 실리사이드(Li3.75Si); 및 탄소나노튜브(carbon nanotube);를 포함하는 나노 다공성 혼합 이온 전자 전도체이며, 3차원(3D) 개방 다공성 구조인 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 제조하는 단계;고체 전해질을 1차 가압하는 단계;상기 가압된 고체 전해질의 단면에 상기 제조된 중간막을 맞닿게 위치시키는 단계;상기 고체 전해질의 상기 단면의 반대면에 양극재를 분포시키는 단계;상기 중간막 및 상기 양극재가 분포된 상기 고체 전해질을 2차 가압하는 단계;상기 2차 가압된 중간막의 집전체를 제거하는 단계;상기 집전체가 제거된 중간막 상에 리튬 음극재를 삽입한 후 3차 가압하는 단계;를 포함하는, 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 리튬 금속 전고체 배터리 제조방법.

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제 13항에 있어서,상기 리튬 실리사이드 중간막을 제조하는 단계는,리튬 실리사이드 및 탄소나노튜브를 증류수와 함께 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계;상기 슬러리를 극판 상에 0.1 내지 50 ㎛ 두께로 분포시키는 단계; 및상기 슬러리가 분포된 극판을 90 내지 130 ℃에서 5 내지 8시간 동안 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 리튬 금속 전고체 배터리 제조방법.

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제 14항에 있어서,상기 슬러리를 제조하는 단계는,상기 슬러리 100 중량부 대비 상기 리튬 실리사이드 70 내지 99.9 중량부 및 상기 탄소나노튜브 0.1 내지 30 중량부를 증류수와 함께 혼합하는 것을 특징으로 하는, 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 리튬 금속 전고체 배터리 제조방법.

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제 13항에 있어서,상기 1차 가압하는 단계는,10 내지 250 MPa로 가압하는 것을 특징으로 하는, 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 리튬 금속 전고체 배터리 제조방법.

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제 13항에 있어서,상기 양극재는,상기 양극재 100 중량부 대비 양극재 활물질 60 내지 90 중량부 및 도전제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 혼합 양극재인 것을 특징으로 하는, 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 리튬 금속 전고체 배터리 제조방법.

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제 13항에 있어서,상기 2차 가압하는 단계는,10 내지 800 MPa로 가압하는 것을 특징으로 하는, 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 리튬 금속 전고체 배터리 제조방법.

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제 13항에 있어서,상기 3차 가압하는 단계는,10 내지 250 MPa로 가압하는 것을 특징으로 하는, 초박형 리튬 실리사이드 중간막을 포함하는 리튬 금속 전고체 배터리 제조방법.