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KR20240048605A - OXIDE-BASED SOLID ELECTROLYTE FOR A Lithium SECONDARY BATTERIES AND PREPARATION METHOD THEREOF - Google Patents

OXIDE-BASED SOLID ELECTROLYTE FOR A Lithium SECONDARY BATTERIES AND PREPARATION METHOD THEREOF Download PDF

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KR20240048605A
KR20240048605A KR1020220127815A KR20220127815A KR20240048605A KR 20240048605 A KR20240048605 A KR 20240048605A KR 1020220127815 A KR1020220127815 A KR 1020220127815A KR 20220127815 A KR20220127815 A KR 20220127815A KR 20240048605 A KR20240048605 A KR 20240048605A
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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing an oxide-based solid electrolyte for an all-solid lithium secondary battery. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing an oxide-based solid electrolyte having a stable cubic phase while using an inexpensive raw material.

Description

전고체 리튬 이차전지용 산화물계 고체전해질 제조방법{OXIDE-BASED SOLID ELECTROLYTE FOR A Lithium SECONDARY BATTERIES AND PREPARATION METHOD THEREOF}Method for manufacturing oxide-based solid electrolyte for all-solid lithium secondary battery {OXIDE-BASED SOLID ELECTROLYTE FOR A Lithium SECONDARY BATTERIES AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 전고체 리튬 이차전지용 산화물계 고체전해질 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 저가의 원료를 사용하면서도 안정적인 입방구조(cubic phase)를 갖는 산화물계 고체전해질의 제조방법에 관한 것이다The present invention relates to a method for producing an oxide-based solid electrolyte for an all-solid lithium secondary battery. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing an oxide-based solid electrolyte with a stable cubic structure while using inexpensive raw materials.

최근 리튬이차전지는 소형의 모바일 기기 전원에서 중대형의 전기자동차(EV)와 전력저장시스템(ESS)의 전원으로 그 사용이 확대되고 있다. 특히 친환경 자동차인 전기자동차에 대한 관심은 매우 높아지고 있으며, 전 세계 주요 자동차 업체들은 친환경 전기자동차를 차세대 성장 기술로 인지하여 새로운 모델들을 출시하고 있다.Recently, the use of lithium secondary batteries has expanded from power sources for small mobile devices to power sources for mid- to large-sized electric vehicles (EVs) and power storage systems (ESS). In particular, interest in electric vehicles, which are eco-friendly vehicles, is increasing, and major automobile companies around the world are recognizing eco-friendly electric vehicles as the next generation growth technology and launching new models.

전기자동차에 요구되는 전지의 사양으로 급속 충전이 가능한 높은 출력 밀도와 높은 중량/부피당 에너지밀도, 가격, 안전성 등을 고려할 수 있으며, 특히 전기 자동차의 경우 사람이 직접 탑승, 조종하는 장치로서 운행 및 사고 시 안전성 확보가 가장 중요한 요구 사항이다. 실제 대표적 전기차 회사인 미국 테슬라의 시판 모델인 모델 S의 경우, 주행 중 화재가 발생해 전소한 사건이 언론을 통해 다수 발표되어, 높은 안전성을 가지는 전지에 대한 요구가 있고 이에 따라 전고체 전지 개발이 절실히 요구되고 있다.Battery specifications required for electric vehicles include high power density capable of rapid charging, high energy density per weight/volume, price, and safety. In particular, in the case of electric vehicles, they are devices that are directly ridden and controlled by humans, which can help with driving and accidents. Ensuring city safety is the most important requirement. In fact, in the case of the Model S, a commercial model of Tesla, a representative electric vehicle company in the United States, several incidents of fires occurring and burning down while driving were announced in the media, and there was a demand for batteries with high safety, and accordingly, the development of all-solid-state batteries was promoted. It is desperately needed.

전고체 리튬이차전지는 양극과 음극뿐만 아니라 전해질도 고체상으로 구성된다. 즉, 전고체 리튬이차전지는 전지 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 기존 액체에서 고체로 대체한 배터리로 가연성 유기 용매를 사용하지 않아 내부 단락이 발생해도 화재나 폭발의 위험성이 낮고 크기도 줄일 수 있다. 게다가 제조 비용이나 생산성이 우수 할뿐만 아니라, 셀 내에서 직렬로 적층하여 고전압화를 도모할 수 있는 특징이 있다. 또한, 이러한 고체전해질에서는, Li 이온 이외에는 움직이지 않기 때문에, 음이온의 이동에 따른 부(副)반응이 생기지 않는 등, 안전성이나 내구성의 향상이 기대된다. 즉, 전고체 리튬이차전지는 액체 전해질을 사용하는 리튬이차전지에 비해 안전성을 높일 수 있는 특징이 있다. All-solid-state lithium secondary batteries consist of a solid electrolyte as well as an anode and a cathode. In other words, an all-solid lithium secondary battery is a battery in which the electrolyte between the anode and cathode of the battery has been replaced with a solid one from the existing liquid. Since it does not use flammable organic solvents, there is a low risk of fire or explosion even if an internal short circuit occurs, and the size can be reduced. . In addition, not only is it superior in manufacturing cost and productivity, but it also has the feature of being able to achieve high voltage by stacking it in series within a cell. Additionally, in this solid electrolyte, since only Li ions do not move, side reactions due to movement of anions do not occur, and improvements in safety and durability are expected. In other words, all-solid-state lithium secondary batteries have features that increase safety compared to lithium secondary batteries that use liquid electrolyte.

전고체 리튬이차전지의 고체전해질에는 황화물계, 산화물계 등이 있다. 이 중 산화물계 고체 전해질에는 LATP (Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)계, LLTO(Li3xLa2/(3-x)TiO3)계, LLZO (Li7La3Zr2O12)계 등이 널리 알려져 있으며, 그 중 LLTO계에 비해 비교적 입계 저항이 낮고, 전위창 특성이 우수한 것으로 알려진 LLZO계가 유망한 재료로 주목받고 있다.Solid electrolytes of all-solid-state lithium secondary batteries include sulfide-based and oxide-based electrolytes. Among these, oxide-based solid electrolytes include LATP (Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 ), LLTO (Li 3x La 2/(3-x) TiO 3 ), and LLZO (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) systems are widely known, and among them, the LLZO system, which is known to have a relatively low grain boundary resistance and excellent dislocation window characteristics compared to the LLTO system, is attracting attention as a promising material.

등록특허 10-2241096Registered Patent 10-2241096

LLZO(Li7La3Zr2O12, 리튬 란타늄 지르코네이트)는 원료물질의 혼합 및 소결을 통한 고체상 반응으로 제조될 수 있고 가넷 구조 또는 가넷-유사 구조로 결정화된다. 이러한 고체상 반응은 합성 경로는 간단하지만, 장시간의 혼합공정, 높은 소결 온도 및 이러한 고온에서 요구되는 긴 체류 시간으로 리튬의 기화가 발생하고, 이는 성분들의 정확한 화학양론적 함량 조절을 어렵게 만드는 단점이 있다. 또한 결정구조에 따라 이온전도도의 차이가 커서 높은 이온전도도를 제공하는 결정구조를 갖는 LLZO계 고체전해질의 제조가 필요하다.LLZO (Li 7 La 3 Zr 2 O 12, lithium lanthanum zirconate) can be prepared by solid-state reaction through mixing and sintering of raw materials and is crystallized into a garnet structure or garnet-like structure. This solid-state reaction has a simple synthetic route, but the long mixing process, high sintering temperature, and long residence time required at such high temperature cause vaporization of lithium, which has the disadvantage of making it difficult to accurately control the stoichiometric content of the components. . In addition, since there is a large difference in ionic conductivity depending on the crystal structure, it is necessary to manufacture an LLZO-based solid electrolyte with a crystal structure that provides high ionic conductivity.

이에 본 발명은 비교적 저 에너지에서 단시간에 원료물질을 잘 혼합하여 LLZO계 고체전해질을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하였다. Accordingly, the present invention sought to provide a method for producing LLZO-based solid electrolyte by mixing raw materials well in a short time at relatively low energy.

또한 본 발명의 목적은 입방구조(cubic phase)를 갖는 LLZO계 고체전해질을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing an LLZO-based solid electrolyte having a cubic phase.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited here, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명은 In order to achieve the above object, the present invention

1) 리튬 전구체, 란탄 전구체 및 지르코늄 전구체에 질산염을 첨가하여 전구체 혼합물을 얻는 단계,1) adding nitrate to the lithium precursor, lanthanum precursor, and zirconium precursor to obtain a precursor mixture,

2) 전구체 혼합물을 밀링(milling) 공정으로 혼합 및 분쇄하여 혼합분말을 얻는 단계,2) mixing and pulverizing the precursor mixture through a milling process to obtain a mixed powder;

3) 단계 2)의 혼합 분말을 복합 진동 혼합 공정을 추가 하여 혼합, 분쇄 및 분급하는 단계, 3) mixing, grinding and classifying the mixed powder of step 2) by adding a complex vibration mixing process,

4) 하소 단계,4) Calcination step,

5) 1차 분쇄 및 분급 단계,5) First crushing and classification step,

6) 소결 단계, 및6) sintering step, and

7) 2차 분쇄 및 분급 단계를 포함하는 LLZO계 산화물 고체전해질의 제조방법을 제공한다.7) A method for producing an LLZO-based oxide solid electrolyte including secondary grinding and classification steps is provided.

상기 리튬 전구체는 LiCH3COO, Li2O, Li2CO3, LiOH, LiNO3 또는 이들의 수화물일 수 있고 바람직하게는 Li2CO3이다.The lithium precursor may be LiCH 3 COO, Li 2 O, Li 2 CO 3 , LiOH, LiNO 3 or a hydrate thereof, and is preferably Li 2 CO 3 .

본 발명은 비교적 저에너지를 사용하고 단시간 내에 원료를 혼합하는 공정을 통하여 가넷 타입의 LLZO계 고체전해질을 제조함으로써 제조 시간을 단축시키고 제조 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.The present invention has the advantage of shortening the manufacturing time and lowering the manufacturing cost by manufacturing a garnet-type LLZO-based solid electrolyte through a process that uses relatively low energy and mixes raw materials in a short time.

본 발명의 제조방법으로 제조된 LLZO계 고체전해질은 높은 결정화도를 가지는 입방구조(cubic phase)이고 리튬 금속에 대한 안정성이 우수하고 이온전도성이 우수하다는 장점이 있다.The LLZO-based solid electrolyte prepared by the manufacturing method of the present invention has the advantage of having a cubic phase with high crystallinity, excellent stability against lithium metal, and excellent ionic conductivity.

도 1은 전고체 리튬 이차전지의 구성도이다.
도 2는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조한 고체전해질의 SEM 사진이다.
도 3은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조한 고체전해질의 XRD 그래프이다.
1 is a configuration diagram of an all-solid lithium secondary battery.
Figure 2 is an SEM photograph of the solid electrolyte prepared in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.
Figure 3 is an XRD graph of the solid electrolyte prepared in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on principles.

가넷형 LLZO(리튬 란타늄 지르코네이트)는 리튬, 란탄 및 지르코늄의 산화물로 이루어진 것으로 그 구조에 따라 입방정계(cubic) 및 정방정계(tetragonal) 구조로 구분될 수 있는데, 그중에서도 입방정계 구조가 정방정계에 비해 이온전도도가 약 10 내지 100배 높은 것으로 알려져 있다. 따라서 이온전도도가 높은 입방정계 구조를 갖는 LLZO 고체전해질을 제조하기 위하여 다양한 시도가 이루어지고 있다.Garnet-type LLZO (lithium lanthanum zirconate) is composed of oxides of lithium, lanthanum, and zirconium. Depending on its structure, it can be divided into cubic and tetragonal structures, among which the cubic structure is tetragonal. It is known that the ionic conductivity is about 10 to 100 times higher than that of . Therefore, various attempts are being made to produce LLZO solid electrolytes with a cubic structure with high ionic conductivity.

LLZO는 원료물질의 혼합 및 소결을 통한 고체상 반응으로 제조될 수 있고 가넷 구조 또는 가넷-유사 구조로 결정화된다. 이러한 고체상 반응은 합성 경로는 간단하지만, 장시간의 혼합공정, 높은 소결 온도 및 이러한 고온에서 요구되는 긴 체류 시간으로 리튬의 기화가 발생하고, 이는 성분들의 정확한 화학양론적 함량 조절을 어렵게 만드는 단점이 된다.LLZO can be prepared by solid-phase reaction through mixing and sintering of raw materials and crystallized into a garnet structure or garnet-like structure. Although this solid-state reaction has a simple synthetic route, the long mixing process, high sintering temperature, and long residence time required at such high temperature cause vaporization of lithium, which has the disadvantage of making it difficult to accurately control the stoichiometric content of the components. .

특히 혼합을 위하여 밀링공정(planetary 또는 ball mill)을 사용하는 경우 5시간 이상의 밀링으로 인한 에너지가 많이 소요되어 제품 단가를 상승시키는 문제가 있다. 그리고 밀링 후 밀링 포트의 벽면부에 반응물 적층으로 손실되어 전체적인 수율이 감소하고, 밀링 포트를 자주 세척하여야 하는 문제가 있다.In particular, when a milling process (planetary or ball mill) is used for mixing, a lot of energy is consumed due to milling for more than 5 hours, which raises the problem of increasing product costs. In addition, after milling, the overall yield is reduced due to loss of reactants on the wall of the milling pot, and there is a problem that the milling pot must be cleaned frequently.

이에 본 발명은 비교적 저 에너지에서 단시간에 원료물질을 잘 혼합하여 높은 결정화도를 가지는 입방정계 구조의 LLZO계 고체전해질을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 노력한 바 원료물질을 복합 진동 혼합 공정으로 혼합하는 단계를 포함하여 제조하는 방법을 개발하고 완성하였다. Accordingly, the present invention sought to provide a method for producing an LLZO-based solid electrolyte with a cubic structure having a high degree of crystallinity by mixing raw materials well in a short time at relatively low energy. The present invention includes the step of mixing the raw materials through a complex vibration mixing process. A manufacturing method including was developed and completed.

본 발명은 This invention

1) 리튬 전구체, 란탄 전구체 및 지르코늄 전구체에 질산염을 첨가하여 전구체 혼합물을 얻는 단계,1) adding nitrate to the lithium precursor, lanthanum precursor, and zirconium precursor to obtain a precursor mixture,

2) 전구체 혼합물을 밀링(milling) 공정으로 혼합 및 분쇄하여 혼합분말을 얻는 단계,2) mixing and pulverizing the precursor mixture through a milling process to obtain a mixed powder;

3) 단계 2)의 혼합 분말을 복합 진동 혼합 공정을 추가 하여 혼합, 분쇄 및 분급하는 단계, 3) mixing, grinding and classifying the mixed powder of step 2) by adding a complex vibration mixing process,

4) 하소 단계,4) Calcination step,

5) 1차 분쇄 및 분급 단계,5) First crushing and classification step,

6) 소결 단계, 및6) sintering step, and

7) 2차 분쇄 및 분급 단계를 포함하는 LLZO계 산화물 고체전해질의 제조방법을 제공한다.7) A method for producing an LLZO-based oxide solid electrolyte including secondary grinding and classification steps is provided.

본 발명은 고체상 반응으로 LLZO계 산화물 고체전해질을 제조하는 것으로, 고체전해질 원료의 전구체를 혼합하고, 분쇄, 분급하고 소결하여 제조한다.The present invention produces an LLZO-based oxide solid electrolyte through a solid phase reaction, and is manufactured by mixing, pulverizing, classifying, and sintering precursors of solid electrolyte raw materials.

이때 종래 LLZO계 산화물 고체전해질 제조방법은 원료 전구체의 혼합을 위하여 밀링(milling) 공정을 수행하는 것으로 플래니터리(planetary) 밀링 또는 볼 (ball) 밀링을 수행한다.At this time, the conventional LLZO-based oxide solid electrolyte manufacturing method involves performing a milling process to mix raw material precursors, which is planetary milling or ball milling.

그러나 본 발명자들은 원료 전구체의 혼합을 위하여 밀링 공정만을 수행하는 경우 균일한 혼합이 충분히 이루어지지 않고 장시간이 소요되는 문제가 있음을 인식하고 이를 개선하고자 노력하였다. 그 결과 본 발명자들은 밀링 공정과 함께 복합 진동 혼합 공정을 수행하는 경우 원료 전구체 혼합물의 균질한 혼합이 이루어져서 이온전도도가 높은 입방구조의 LLZO계 고체전해질이 만들어지는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.However, the present inventors recognized that when only a milling process is performed to mix raw material precursors, uniform mixing is not sufficiently achieved and a long time is required, and attempted to improve this problem. As a result, the present inventors discovered that when a complex vibration mixing process is performed along with a milling process, the raw material precursor mixture is homogeneously mixed to produce an LLZO-based solid electrolyte with a cubic structure with high ionic conductivity, and thus completed the present invention.

본 발명은 단계 1)로 리튬 전구체, 란탄 전구체 및 지르코늄 전구체에 질산염을 첨가하여 전구체 혼합물을 얻는 단계를 포함한다.The present invention includes step 1) of adding nitrate to a lithium precursor, a lanthanum precursor, and a zirconium precursor to obtain a precursor mixture.

상기 리튬(Li) 전구체로 LiCH3COO, Li2O, Li2CO3, LiOH, LiNO3 또는 이들의 수화물을 들 수 있다. The lithium (Li) precursor may include LiCH 3 COO, Li 2 O, Li 2 CO 3 , LiOH, LiNO 3 or hydrates thereof.

종래 리튬 전구체로 고가의 Li2O를 사용하는 경우 안정적인 입방정계의 LLZO를 제조할 수 있어서 고체전해질의 성능이 우수한 반면, 리튬 전구체로 저가의 Li2CO3 또는 LiNO3를 사용하는 경우 입방정계와 정방정계 구조가 혼재되어 성능이 우수한 고체전해질을 제조할 수 없었다.Conventionally, when expensive Li 2 O is used as a lithium precursor, stable cubic LLZO can be produced and the performance of the solid electrolyte is excellent. However, when low-cost Li 2 CO 3 or LiNO 3 is used as a lithium precursor, cubic and cubic LLZO can be produced. Due to the mixture of tetragonal structures, it was not possible to manufacture a solid electrolyte with excellent performance.

이에 반해 본 발명의 경우 리튬 전구체와 함께 질산염, 바람직하게는 KNO3를 추가함으로써 Li 전구체로 저가의 Li2CO3를 사용하여도 Li2O를 사용하는 경우와 동일 수준의 안정적인 LLZO (입방정계 구조) 고체전해질을 제조할 수 있다. 또한 KNO3 추가 시 복합 진동 혼합 공정을 수행함으로써 밀링 시간 단축은 물론 특히 KNO3에 의한 도가니 침식 및 Al2O3 성분 유입을 최소화 할 수 있도록 최소의 양으로도 균일한 KNO3 + LLZO 전구체 혼합물을 제조 할 수 있다. 즉, 본 발명은 저가의 원료를 사용하고 밀링 시간을 단축하더라도 이온전도도가 우수한 고체전해질을 제조할 수 있어서 원가 절감 및 제조 공정 시간 단축의 장점이 있다. 또한 소결도 증가에 따라 낮은 온도에서 소결 가능하다는 장점이 있다.On the other hand, in the case of the present invention, by adding nitrate, preferably KNO 3 , together with the lithium precursor, even when low-cost Li 2 CO 3 is used as the Li precursor, stable LLZO (cubic structure) is obtained at the same level as when using Li 2 O. ) Solid electrolyte can be manufactured. In addition, by performing a complex vibration mixing process when adding KNO 3 , the milling time is shortened, and a uniform KNO 3 + LLZO precursor mixture is created even in the minimum amount to minimize crucible erosion by KNO 3 and inflow of Al 2 O 3 components. It can be manufactured. In other words, the present invention can produce a solid electrolyte with excellent ionic conductivity even when using low-cost raw materials and shortening the milling time, which has the advantage of reducing costs and shortening the manufacturing process time. In addition, there is an advantage that sintering is possible at a lower temperature as the degree of sintering increases.

상기 란탄(La) 전구체는 란탄을 성분으로 포함하는 초산염, 질산염, 탄산염, 염화물, 수산화물 및 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물일 수 있고 바람직하게는 La2O3이다.The lanthanum (La) precursor may be one or more compounds selected from the group consisting of acetate, nitrate, carbonate, chloride, hydroxide, and oxide containing lanthanum as a component, and is preferably La 2 O 3 .

상기 지르코늄 전구체는 지르코늄(Zr)을 성분으로 포함하는 초산염, 질산염, 탄산염, 염화물, 수산화물 및 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물일 수 있고 바람직하게는 ZrO2이다.The zirconium precursor may be one or more compounds selected from the group consisting of acetate, nitrate, carbonate, chloride, hydroxide, and oxide containing zirconium (Zr) as a component, and is preferably ZrO 2 .

본 발명의 고체전해질은 이온전도도의 증가를 위하여 도펀트로 Ta, Ga, Nb, Nd, Sr, Al, Sc, Ti, V, Y 및 Ge로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소를 추가로 포함하여 제조할 수 있다. 상기 도펀트를 포함하는 고체전해질의 제조를 위하여 전구체 혼합물에 Ta, Ga, Nb, Nd, Sr, Al, Sc, Ti, V, Y 및 Ge로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소의 전구체를 추가하여 고체전해질을 제조할 수 있다. 상기 전구체는 Ta, Ga, Nb, Nd, Sr, Al, Sc, Ti, V, Y 및 Ge의 초산염, 질산염, 탄산염, 염화물, 수산화물 또는 산화물일 수 있다. 바람직하게는 산화물이다.The solid electrolyte of the present invention further contains one or more elements selected from the group consisting of Ta, Ga, Nb, Nd, Sr, Al, Sc, Ti, V, Y and Ge as a dopant to increase ionic conductivity. It can be manufactured. To prepare a solid electrolyte containing the dopant, a precursor of one or more elements selected from the group consisting of Ta, Ga, Nb, Nd, Sr, Al, Sc, Ti, V, Y and Ge is added to the precursor mixture. Solid electrolytes can be manufactured. The precursor may be an acetate, nitrate, carbonate, chloride, hydroxide or oxide of Ta, Ga, Nb, Nd, Sr, Al, Sc, Ti, V, Y and Ge. Preferably it is an oxide.

상기 리튬 전구체, 란탄 전구체, 지르코늄 전구체의 혼합비는 리튬 전구체 7당량 대비 란탄 전구체 2.5 내지 3.0당량 및 지르코늄 1.7 내지 2.0당량 이다. 이 경우 입방구조의 LLZO 산화물계 고체전해질이 제조될 수 있다. 상기 질산염은 전구체 전체에 대하여 0초과 내지 10중량%, 바람직하게는 2 내지 7중량% 사용하는 경우 이온전도도가 높고 입방구조를 갖는 LLZO 고체전해질을 제조할 수 있다. 질산염을 전구체 전체 대비 7중량% 초과로 과량 사용하는 경우 하소 시 질산에 의한 알루미나 도가니의 침식에 따른 알루미나 성분 유입의 문제가 있을 수 있다.The mixing ratio of the lithium precursor, lanthanum precursor, and zirconium precursor is 2.5 to 3.0 equivalents of lanthanum precursor and 1.7 to 2.0 equivalents of zirconium relative to 7 equivalents of lithium precursor. In this case, an LLZO oxide-based solid electrolyte with a cubic structure can be produced. When the nitrate is used in an amount greater than 0 to 10% by weight, preferably 2 to 7% by weight, based on the total precursor, an LLZO solid electrolyte with high ionic conductivity and a cubic structure can be produced. If nitrate is used in excess of 7% by weight relative to the total precursor, there may be a problem of inflow of alumina components due to erosion of the alumina crucible by nitric acid during calcination.

본 발명은 LLZO 전구체 혼합물에 질산염을 첨가함으로써 LLZO 전구체 혼합물의 녹는점을 감소시키고 소결도를 증대시켜 최종 고체전해질의 입자 크기를 증대시킨다. 그 결과 입계 저항이 감소하고 이온전도도가 증가한다.The present invention reduces the melting point of the LLZO precursor mixture and increases the degree of sintering by adding nitrate to the LLZO precursor mixture, thereby increasing the particle size of the final solid electrolyte. As a result, grain boundary resistance decreases and ionic conductivity increases.

본 발명에서 도펀트를 포함하는 경우 전구체 전체에 대하여 1 내지 10중량%, 바람직하게는 1 내지 5중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 4중량% 사용할 수 있다. 본 발명은 LLZO 전구체 혼합물에 질산염을 추가함으로써 종래 기술 대비 도펀트를 소량 첨가하여도 종래 기술과 동일한 성능 및 특성 구현이 가능하다는 장점이 있다.In the present invention, when a dopant is included, it can be used in an amount of 1 to 10% by weight, preferably 1 to 5% by weight, and more preferably 1 to 4% by weight, based on the total amount of the precursor. The present invention has the advantage of being able to achieve the same performance and characteristics as the prior art by adding nitrate to the LLZO precursor mixture, even by adding a small amount of dopant compared to the prior art.

단계 2)로 단계 1)의 혼합물을 1차적으로 밀링 공정으로 혼합, 분쇄를 하고 필요시 분급을 하는 단계를 수행한다. 상기 밀링 공정은 지르코니아 재질의 포트에 전구체 혼합물과 Φ3-Φ20의 지르코니아 재질의 볼을 넣고 250-300rpm의 속도로 0.5-3시간, 바람직하게는 0.5-2시간 동안 혼합하는 단계를 수행한다. 이후 혼합된 전구체 혼합물을 유발에서 분쇄하고 필요시 분급하는 공정을 수행한다. In step 2), the mixture from step 1) is initially mixed and pulverized through a milling process, and classification is performed if necessary. The milling process involves placing the precursor mixture and a zirconia ball of Φ3-Φ20 in a zirconia pot and mixing at a speed of 250-300 rpm for 0.5-3 hours, preferably 0.5-2 hours. Afterwards, the mixed precursor mixture is pulverized in a mortar and classified if necessary.

본 발명은 단계 3)으로 상기 혼합, 분쇄(또는 분쇄/분급)된 전구체 혼합물의 파우더에 대해 복합 진동 혼합 공정을 수행한다. 본 발명은 LLZO 제조 전구체에 충분한 양의 KNO3을 추가하는 경우 KNO3을 추가하지 않는 경우 대비 안정적인 입방정계 구조를 갖는 LLZO 고체전해질을 제조할 수 있는 한편, KNO3를 추가하고 복합 진동 혼합 공정을 수행하는 경우 적절한 양의 KNO3만 추가하여도 안정적인 입방정계 구조를 갖는 LLZO 고체전해질을 제조할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다. In the present invention, in step 3), a complex vibration mixing process is performed on the powder of the mixed and pulverized (or pulverized/classified) precursor mixture. In the present invention, when a sufficient amount of KNO 3 is added to the LLZO production precursor, an LLZO solid electrolyte with a stable cubic structure can be manufactured compared to the case where KNO 3 is not added, while adding KNO 3 and performing a complex vibration mixing process The present invention was completed by discovering that an LLZO solid electrolyte with a stable cubic structure could be produced even by adding an appropriate amount of KNO 3 .

복합 진동 혼합 공정은 분체 시료에 음향 에너지(acoustic energy)와 진동 에너지(vibration energy)를 동시에 가하는 것으로, 복합 진동 혼합 장비에 Φ3-Φ10의 지르코니아 볼을 넣고 10-100G, 바람직하게는 50-90G 조건에서 5-30분간 혼합하는 공정이다. 복합 진동 혼합 공정 시 중간에 휴지 시간을 가질 수 있다. 복합 진동 혼합 공정 시간이 지나치게 길면 과열되어 적절하지 않다.The complex vibration mixing process involves simultaneously applying acoustic energy and vibration energy to the powder sample. Zirconia balls of Φ3-Φ10 are placed in the complex vibration mixing equipment and mixed under conditions of 10-100G, preferably 50-90G. This is a mixing process for 5-30 minutes. During the complex vibration mixing process, there may be a pause in the middle. If the complex vibration mixing process time is too long, it is not suitable due to overheating.

본 발명의 복합 진동 혼합 장비는 장비 내부의 파우더 시료에 음향 에너지(acoustic energy)와 진동 에너지(vibration energy)를 동시에 가하여 회전력, 압력, 고주파를 이용하여 중력 가속도 이상의 에너지를 응용하여 수분 내지 수십분의 단시간에 원료 물질을 분쇄하고 혼합하는 것이다. 기존 플래니터리 밀링 등만을 수행하는 경우 혼합 시 5시간 이상의 밀링공정을 수행하여야 하고 물질이 밀링포트 벽면부에 적층되는 문제점이 있었으나 본 발명의 경우 플래니터리 밀링 시간을 3시간 이내로 단축시켜 벽면부 적층 최소화가 가능하다. 또한 복합 진동 혼합 공정을 추가로 수행함으로써 밀링 단독으로 혼합하는 공정 시간 대비 단시간 내에 LLZO 제조용 물질을 균질하게 분산 혼합하는 것이 가능하다.The complex vibration mixing equipment of the present invention simultaneously applies acoustic energy and vibration energy to the powder sample inside the equipment and uses rotational force, pressure, and high frequency to apply energy greater than gravitational acceleration to mix the powder in a short period of minutes to tens of minutes. The raw materials are crushed and mixed. When only planetary milling is performed, a milling process of more than 5 hours must be performed when mixing, and there is a problem in that the material is piled on the wall of the milling port. However, in the case of the present invention, the planetary milling time is shortened to less than 3 hours to form a milling process on the wall. Minimization of stacking is possible. In addition, by additionally performing a complex vibration mixing process, it is possible to homogeneously disperse and mix the materials for LLZO production in a shorter time compared to the process time of mixing by milling alone.

본 발명은 상기 밀링 공정이 수행된 전구체 혼합물에 복합 진동 혼합 공정을 추가로 수행함으로써 효과적으로 빠르게 전구체 혼합물을 혼합하여 균질도가 높은 파우더를 얻을 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of obtaining powder with high homogeneity by effectively and quickly mixing the precursor mixture by additionally performing a complex vibration mixing process on the precursor mixture on which the milling process has been performed.

복합 진동 혼합 공정 이후 전구체 혼합물을#100-#500, 바람직하게는 #150-#250의 체로 분급한다.After the complex vibration mixing process, the precursor mixture is classified through a #100-#500 sieve, preferably #150-#250.

본 발명은 단계 4)로 하소 공정을 수행한다.The present invention performs the calcination process in step 4).

상기 하소 공정은 전기로(furnace)에서 하소하는 단계이다. 구체적으로 Al2O3 도가니에 상기 혼합 후 분급 완료한 파우더를 넣고 승온 속도 5℃/분 내지 10℃/분의 속도로 400-1000℃, 바람직하게는 700-1000℃까지 승온 한 후 6시간 내지 10시간 유지하는 단계일 수 있다. 하소 단계 이후 유발 분쇄하는 공정을 진행할 수 있다.The calcination process is a step of calcination in an electric furnace. Specifically, the mixed and classified powder was placed in an Al 2 O 3 crucible and the temperature was raised to 400-1000° C., preferably 700-1000° C., at a temperature increase rate of 5° C./min to 10° C./min, and then heated for 6 hours. This may be the stage where you maintain it for 10 hours. After the calcination step, a mortar pulverization process can be performed.

상기 하소 공정 이후 하소 완료된 파우더를 플래니터리 밀링 또는 볼 밀링하는 공정을 수행한다. 상기 밀링 공정은 구체적으로 지르코니아 재질의 포트(Pot)에 구경 Φ3-Φ20의 지르코니아 재질의 볼을 넣고 250-300rpm의 속도로 3-5시간 동안 혼합하는 단계를 수행한다. 이후 분쇄 혼합된 전구체 혼합물을 유발에서 분쇄하고 필요시 분급하는 공정을 수행한다. After the calcining process, a planetary milling or ball milling process is performed on the calcined powder. The milling process specifically involves placing a zirconia ball with a diameter of Φ3-Φ20 in a zirconia pot and mixing at a speed of 250-300 rpm for 3-5 hours. Afterwards, the pulverized precursor mixture is pulverized in a mortar and classified if necessary.

유발 분쇄 후 #100-#400의 체로 분급한다.After grinding in a mortar, classify through a #100-#400 sieve.

본 발명은 단계 5)로 소결 공정을 수행한다.The present invention carries out the sintering process in step 5).

상기 소결 공정은 구체적으로 Al2O3 도가니에 상기 하소 후 분쇄/분급 완료한 파우더를 넣고 승온 속도 5℃/분 내지 10℃/분의 속도로 700-1300℃, 바람직하게는 1000-1200℃ (KNO3 첨가를 통한 기존 대비 최대 소결 온도 감소 가능)까지 승온 한 후 6시간 내지 20시간 유지하는 단계일 수 있다.The sintering process specifically involves placing the powder that has been pulverized/classified after calcination into an Al 2 O 3 crucible and heating at a temperature increase rate of 5° C./min to 10° C./min to 700-1300° C., preferably 1000-1200° C. ( This may be a step in which the temperature is raised to (the maximum sintering temperature can be reduced compared to the previous one through the addition of KNO 3 ) and then maintained for 6 to 20 hours.

본 발명은 소결 공정 이후 단계 6)으로 소결 완료한 파우더를 플래니터리 밀링 또는 볼 밀링하는 공정을 수행한다. 상기 밀링 공정은 구체적으로 지르코니아 재질의 포트(Pot)에 구경 Φ3-Φ20의 지르코니아 재질의 볼을 넣고 250-300rpm의 속도로 3-5시간 동안 혼합하는 단계를 수행한다. 이후 분쇄 혼합된 파우더를 유발에서 분쇄하고 #100-#400의 체로 분급하여 입방구조를 갖는 LLZO계 산화물계 고체전해질을 얻는다. In the present invention, in step 6), after the sintering process, a planetary milling or ball milling process is performed on the sintered powder. The milling process specifically involves placing a zirconia ball with a diameter of Φ3-Φ20 in a zirconia pot and mixing at a speed of 250-300 rpm for 3-5 hours. Afterwards, the mixed powder is pulverized in a mortar and classified through a #100-#400 sieve to obtain an LLZO-based oxide-based solid electrolyte with a cubic structure.

본 발명은 기존 LLZO 제조를 위한 전구체 조성에 질산염을 첨가하고 복합 진동 혼합 공정을 적용하여 분쇄 및 혼합함으로 안정적인 입방정계 구조의 LLZO 파우더 또는 펠렛을 제조할 수 있다.The present invention can produce LLZO powder or pellets with a stable cubic structure by adding nitrate to the existing precursor composition for producing LLZO and applying a complex vibration mixing process to grind and mix.

본 발명의 방법으로 제조된 LLZO 계 고체전해질은 하기 화학식 1로 나타낼 수 있다. The LLZO-based solid electrolyte prepared by the method of the present invention can be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LixLayZrzDwO12 Li x La y Zr z D w O 12

여기서 6=x=9, 2=y=4, 1=z=3, 0=w=4 이고Here, 6=x=9, 2=y=4, 1=z=3, 0=w=4

D는 Ta, Ga, Nb, Nd, Sr, Al, Sc, Ti, V, Y 및 Ge로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이다. D is one or more elements selected from the group consisting of Ta, Ga, Nb, Nd, Sr, Al, Sc, Ti, V, Y and Ge.

본 발명은 상기와 같은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 LLZO 고체전해질을 포함하는 전고체 리튬이차전지를 제공한다.The present invention provides an all-solid lithium secondary battery containing the LLZO solid electrolyte manufactured by the manufacturing method according to the present invention as described above.

이하, 본 발명의 일 실시예를 들어 본 발명을 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 제한되지 않으며, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to an embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited thereto, and in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to make the gist of the present invention clear.

[실시예 1] Li2CO3 및 복합 진동 혼합 공정 이용 고체전해질의 제조[Example 1] Manufacturing of solid electrolyte using Li 2 CO 3 and complex vibration mixing process

Li2CO3 분말 23.9g, La2O3 분말 46.0g, ZrO2 분말 23.1g, Ga2O3 분말 2.2g 및 KNO3 분말 4.8g을 지르코니아 재질의 포트에 지르코니아 볼(Φ3-Φ20)과 함께 넣고 250-300rpm 속도로 1시간 밀링 분쇄하였다. 이후 지르코니아 볼(Φ3-Φ10)과 함께 지르코니아 용기에 넣고 이를 복합 진동 혼합기에 넣고 50-90G에서 15분간 혼합 후 #200의 체로 분급하였다.23.9 g of Li 2 CO 3 powder, 46.0 g of La 2 O 3 powder, 23.1 g of ZrO 2 powder, 2.2 g of Ga 2 O 3 powder, and 4.8 g of KNO 3 powder were placed in a zirconia pot along with zirconia balls (Φ3-Φ20). and milled for 1 hour at a speed of 250-300 rpm. Afterwards, it was placed in a zirconia container along with zirconia balls (Φ3-Φ10), placed in a complex vibration mixer, mixed at 50-90G for 15 minutes, and then classified through a #200 sieve.

이후 알루미나 도가니에 넣고 1000℃에서 7시간 하소하였다. 하소가 완료된 뭉쳐진 파우더를 지르코니아 재질의 포트에 지르코니아 볼(Φ3-Φ20)과 함께 넣고 250-300rpm 속도로 4시간 밀링 분쇄하였다.Afterwards, it was placed in an alumina crucible and calcined at 1000°C for 7 hours. The calcined powder was placed in a pot made of zirconia along with zirconia balls (Φ3-Φ20) and milled at a speed of 250-300 rpm for 4 hours.

이 혼합 분말을 용기에 충전하고, 이것을 전기로에서 소결온도 1150℃에서 10시간 소결했다. 그 후, 지르코니아 재질의 포트에 지르코니아 볼(Φ3-Φ20)과 함께 넣고 250-300rpm 속도로 4시간 밀링 분쇄하고 #200의 체로 분급하여 LLZO계 화합물을 얻었다.This mixed powder was filled into a container, and this was sintered in an electric furnace at a sintering temperature of 1150°C for 10 hours. Afterwards, it was placed in a pot made of zirconia along with zirconia balls (Φ3-Φ20), milled and pulverized for 4 hours at a speed of 250-300 rpm, and classified through a #200 sieve to obtain an LLZO-based compound.

[비교예 1] Li2O 이용 고체전해질의 제조[Comparative Example 1] Preparation of solid electrolyte using Li 2 O

Li2CO3 대신 Li2O를 이용하고, KNO3를 추가하지 않고, 밀링 분쇄를 5시간 하고 복합 진동 혼합 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 LLZO계 화합물을 제조하였다.An LLZO-based compound was prepared in the same manner as in Example 1, except that Li 2 O was used instead of Li 2 CO 3 , KNO 3 was not added, milling was performed for 5 hours, and the complex vibration mixing process was not performed. .

[비교예 2] Li2CO3 이용 고체전해질의 제조[Comparative Example 2] Preparation of solid electrolyte using Li 2 CO 3

Li2CO3를 이용하여 KNO3를 추가하지 않고, 밀링 분쇄를 5시간 하고 복합 진동 혼합 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 LLZO계 화합물을 제조하였다.An LLZO-based compound was prepared using Li 2 CO 3 in the same manner as in Example 1, except that KNO 3 was not added, milling was performed for 5 hours, and a complex vibration mixing process was not performed.

[비교예 3] Li2CO3 이용 고체전해질의 제조[Comparative Example 3] Preparation of solid electrolyte using Li 2 CO 3

Li2CO3를 이용하여 밀링 분쇄를 5시간 하고 복합 혼합 진동 공정을 수행하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 LLZO계 화합물을 얻었다.An LLZO-based compound was obtained in the same manner as in Example 1, except that milling using Li 2 CO 3 was performed for 5 hours and the complex mixing vibration process was not performed.

[비교예 4] LiOH·H2O 이용 고체전해질의 제조[Comparative Example 4] Preparation of solid electrolyte using LiOH·H 2 O

LiOH·H2O를 이용하여 KNO3를 추가하지 않고, 밀링 분쇄를 5시간 하고 복합 진동 혼합 공정을 수행하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 LLZO계 화합물을 제조하였다.An LLZO-based compound was prepared using LiOH·H 2 O in the same manner as in Example 1, except that KNO 3 was not added, milling was performed for 5 hours, and the complex vibration mixing process was not performed.

[비교예 5] LiNO3 이용 고체전해질의 제조[Comparative Example 5] Preparation of solid electrolyte using LiNO 3

LiNO3를 이용하여 KNO3를 추가하지 않고, 밀링 분쇄를 5시간 하고 복합 진동 혼합 공정을 수행하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 LLZO계 화합물을 제조하였다.An LLZO-based compound was prepared using LiNO 3 in the same manner as in Example 1, except that KNO 3 was not added, milling was performed for 5 hours, and the complex vibration mixing process was not performed.

실험예 1.Experimental Example 1.

얻어진 고체전해질 소재의 입도 및 이온전도도를 측정하고 하기 표 1에 나타내었다.The particle size and ionic conductivity of the obtained solid electrolyte material were measured and shown in Table 1 below.

<입도측정><Particle size measurement>

입도는 입도분석기(PSA : Particle Size Analyzer)를 이용하여 측정하였다.Particle size was measured using a particle size analyzer (PSA).

입도의 분산도(SPAN)를 하기 식으로 얻었다.The particle size dispersion (SPAN) was obtained by the following formula.

SPAN = (D90-D10)/D50 SPAN = (D 90 -D 10 )/D 50

<이온전도도 측정><Measurement of ionic conductivity>

이온전도도는 하기 표 1 두께의 시료를 이용하여 50mV, 1mHz 내지 4MHz 조건에서 측정하였다.Ion conductivity was measured under the conditions of 50mV, 1mHz to 4MHz using samples with the thicknesses in Table 1 below.

Li 전구체Li precursor 입도 (㎛)Particle size (㎛) 이온전도도Ion conductivity 비고note D10 D 10 D50 D 50 D90 D 90 SPANSPAN 두께
(mm)
thickness
(mm)
저항
(kO)
resistance
(kO)
LIC/sintering
[ x 10-3S/㎝]
Sintering
LIC/sintering
[ x 10 -3 S/cm]
Sintering
실시예 1Example 1 1.9751.975 6.216.21 13.1813.18 1.801.80 2.222.22 0.2240.224 1.261.26 -8.0%-8.0% 비교예 1Comparative Example 1 3.223.22 6.676.67 12.1312.13 1.341.34 1.751.75 0.1630.163 1.371.37 RefRef 비교예 2Comparative Example 2 0.4910.491 5.935.93 30.6230.62 5.085.08 2.242.24 0.3990.399 0.770.77 -43.8%-43.8% 비교예 3Comparative Example 3 2.862.86 7.747.74 13.9413.94 1.431.43 1.981.98 0.4600.460 0.550.55 -59.9%-59.9% 비교예 4Comparative Example 4 0.4410.441 4.394.39 20.7620.76 4.634.63 2.432.43 1.7631.763 0.180.18 -86.9%-86.9% 비교예 5Comparative Example 5 0.2290.229 5.565.56 18.8118.81 3.343.34 2.242.24 1.1631.163 0.250.25 -81.8%-81.8%

상기 표 1에 의하면, 본 발명의 산화물계 고체전해질은 D50이 6.21㎛이고, 이온전도도가 1.26 mS/cm로 Li2O를 이용하여 종래 방법으로 제조한 LLZO 전해질의 D50인 6.67㎛과 이온전도도 1.37 mS/cm과 유사한 것을 알 수 있다. 이로써 본 발명의 방법을 이용하면 Li2O 가격 대비 10% 수준의 저렴한 원료인 Li2CO3 사용이 가능하며 또한 혼합 공정에서 약 50% 공정 시간 단축 및 소결 공정에서는 소결 온도 감소가 가능 하는 등 우수한 LLZO계 고체전해질을 경제적으로 제조할 수 있는 효과가 있음을 알 수 있다. According to Table 1, the oxide-based solid electrolyte of the present invention has a D 50 of 6.21 ㎛, an ionic conductivity of 1.26 mS/cm, and the D 50 of the LLZO electrolyte prepared by a conventional method using Li 2 O of 6.67 ㎛ and ions. It can be seen that the conductivity is similar to 1.37 mS/cm. As a result, using the method of the present invention, it is possible to use Li 2 CO 3 , a raw material that is 10% cheaper than the price of Li 2 O. Additionally, it is possible to shorten the process time by about 50% in the mixing process and reduce the sintering temperature in the sintering process, thereby providing excellent properties. It can be seen that there is an effect of economically manufacturing the LLZO-based solid electrolyte.

실험예 2.Experimental Example 2.

얻어진 LLZO 고체전해질의 SEM 사진을 측정하여 입자의 크기 및 형상을 관찰하였다.The size and shape of the particles were observed by measuring SEM images of the obtained LLZO solid electrolyte.

실시예 1((c)), 비교예 1((a)) 및 비교예 2((b)) 입자의 형상을 도 2에 나타내었다. 도 2에 의하면 실시예 1에서 얻어진 고체전해질은 비교적 균질하여 비교예 1의 고체전해질과 유사한 형상을 갖는 한편 비교예 2의 고체전해질보다 충분히 큰 입자를 갖는 것을 알 수 있다.The shapes of the particles of Example 1 ((c)), Comparative Example 1 ((a)), and Comparative Example 2 ((b)) are shown in Figure 2. According to Figure 2, it can be seen that the solid electrolyte obtained in Example 1 is relatively homogeneous and has a similar shape to the solid electrolyte of Comparative Example 1, while having sufficiently larger particles than the solid electrolyte of Comparative Example 2.

실험예 3.Experimental Example 3.

제조된 고체전해질의 결정상태를 XRD로 확인하고 도 3에 나타내었다.The crystalline state of the prepared solid electrolyte was confirmed by XRD and is shown in Figure 3.

도 3에 의하면 실시예 1의 LLZO 산화물계 고체전해질은 원료물질로 Li2CO3를 사용하여도 원료물질로 고가의 Li2O를 사용하고 종래방법으로 제조한 고체전해질과 유사한 입방구조의 결정화도를 갖는 것을 알 수 있다. 반면 Li2CO3를 이용하고 종래방법으로 LLZO 전해질을 제조한 경우는 La2Zr2O7 (이차상)과 같은 원하지 않는 상(“▼”에 해당)을 포함하는 것을 알 수 있다.According to Figure 3, the LLZO oxide-based solid electrolyte of Example 1 has a crystallinity of a cubic structure similar to that of the solid electrolyte manufactured by the conventional method using expensive Li 2 O as the raw material even when Li 2 CO 3 is used as the raw material. You can see what you have. On the other hand, when LLZO electrolyte is manufactured using Li 2 CO 3 using a conventional method, it can be seen that it contains undesirable phases (corresponding to “▼”) such as La 2 Zr 2 O 7 (secondary phase).

Claims (11)

1) 리튬 전구체, 란탄 전구체 및 지르코늄 전구체에 질산염을 첨가하여 전구체 혼합물을 얻는 단계,
2) 상기 전구체 혼합물을 밀링(milling) 공정으로 혼합 및 분쇄하여 혼합분말을 얻는 단계,
3) 단계 2)의 혼합 분말을 복합 진동 혼합 공정을 추가하여 혼합, 분쇄 및 분급하는 단계,
4) 하소 단계,
5) 1차 분쇄 및 분급 단계,
6) 소결 단계, 및
7) 2차 분쇄 및 분급 단계를 포함하는 LLZO계 산화물 고체전해질의 제조방법.
1) adding nitrate to the lithium precursor, lanthanum precursor, and zirconium precursor to obtain a precursor mixture,
2) mixing and pulverizing the precursor mixture through a milling process to obtain a mixed powder,
3) mixing, grinding and classifying the mixed powder of step 2) by adding a complex vibration mixing process,
4) Calcination step,
5) First crushing and classification step,
6) sintering step, and
7) Method for producing LLZO-based oxide solid electrolyte including secondary grinding and classification steps.
청구항 1에 있어서, 리튬 전구체가 LiCH3COO, Li2O, Li2CO3, LiOH, LiNO3 또는 이들의 수화물인 LLZO계 산화물 고체전해질의 제조방법.The method of claim 1, wherein the lithium precursor is LiCH 3 COO, Li 2 O, Li 2 CO 3 , LiOH, LiNO 3 or a hydrate thereof. 청구항 2에 있어서, 리튬 전구체가 Li2CO3인 LLZO계 산화물 고체전해질의 제조방법.The method of claim 2, wherein the lithium precursor is Li 2 CO 3 . 청구항 1에 있어서, 질산염이 KNO3 또는 NaNO3인 LLZO계 산화물 고체전해질의 제조방법.The method for producing an LLZO-based oxide solid electrolyte according to claim 1, wherein the nitrate is KNO 3 or NaNO 3 . 청구항 1에 있어서, 리튬 전구체, 란탄 전구체, 지르코늄 전구체의 혼합비는 리튬 전구체 7당량 대비 란탄 전구체 2.5 내지 3.0당량 및 지르코늄 1.7 내지 2.0당량인 LLZO계 산화물 고체전해질의 제조방법.The method of claim 1, wherein the mixing ratio of the lithium precursor, lanthanum precursor, and zirconium precursor is 2.5 to 3.0 equivalents of the lanthanum precursor and 1.7 to 2.0 equivalents of zirconium relative to 7 equivalents of the lithium precursor. 청구항 1에 있어서, 상기 질산염은 전구체 전체에 대하여 0초과 내지 10중량% 포함되는 것인 LLZO계 산화물 고체전해질의 제조방법.The method for producing an LLZO-based oxide solid electrolyte according to claim 1, wherein the nitrate is contained in an amount of more than 0 to 10% by weight based on the total precursor. 청구항 1에 있어서, 도펀트로 Ta, Ga, Nb, Nd, Sr, Al, Sc, Ti, V, Y 및 Ge로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소를 추가로 포함하여 제조되는 LLZO계 산화물 고체전해질의 제조방법.The LLZO-based oxide solid electrolyte of claim 1, wherein the LLZO-based oxide solid electrolyte is prepared by further comprising at least one element selected from the group consisting of Ta, Ga, Nb, Nd, Sr, Al, Sc, Ti, V, Y, and Ge as a dopant. Manufacturing method. 청구항 1에 있어서, 단계 2)의 밀링공정은 Φ3-Φ20의 지르코니아 재질의 볼을 넣고 250-300rpm의 속도로 0.5-3시간 수행하는 것인 LLZO계 산화물 고체전해질의 제조방법.The method of claim 1, wherein the milling process of step 2) is performed for 0.5-3 hours at a speed of 250-300 rpm by inserting zirconia balls of Φ3-Φ20. 청구항 1에 있어서, 복합 진동 혼합 공정은 혼합분말에 음향 에너지와 진동 에너지를 동시에 가하는 것인 LLZO계 산화물 고체전해질의 제조방법.The method of claim 1, wherein the composite vibration mixing process simultaneously applies acoustic energy and vibration energy to the mixed powder. 청구항 1에 있어서, 복합 진동 혼합 공정은 50-90G 조건에서 5-30분간 혼합하는 공정인 LLZO계 산화물 고체전해질의 제조방법.The method of claim 1, wherein the complex vibration mixing process is a process of mixing for 5-30 minutes under conditions of 50-90G. 청구항 1의 제조방법에 의해 제조된 LLZO계 산화물 고체전해질을 포함하는 전고체 리튬이차전지.
An all-solid lithium secondary battery comprising an LLZO-based oxide solid electrolyte manufactured by the manufacturing method of claim 1.
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