상온용 나트륨할라이드계 고체전해질의 제조방법 및 이에 따라 제조된 고체전해질

무열처리 볼밀 합성으로 Na2 사이트를 형성한 사방정계 NaAlCl4 고체전해질

본 기술은 염화나트륨(NaCl)과 염화알루미늄(AlCl3)을 볼밀 공정으로 혼합해 사방정계 결정구조의 NaAlCl4 화합물을 만들고, 새로운 나트륨 사이트(Na2)를 형성시켜 이온 전도도와 전기화학적 안정성을 높이는 기술입니다.

기존 나트륨 고체전해질은 가격이 높고 상온 이온 전도도가 낮은 문제가 있었습니다. 또한 3~4V 이상의 고전압에서 구동하면 심각한 분해 반응이 일어나고 양극과 전해질 사이 계면이 불안정해지는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 열처리 없이 600~650rpm, 10~11시간의 볼밀 공정만으로 결정 내 Na2 사이트를 인위적으로 생성한 NaAlCl4 고체전해질을 합성하고, 이를 양극, 음극 또는 전해질층에 투입해 3~4V 이상에서 구동하는 전고체전지를 구현하도록 구성됩니다. 이 기술은 리튬 수급 부담을 덜어야 하는 대규모 나트륨 기반 ESS와 저가형 전고체 셀에 적용될 수 있어, 값싼 염화물 원료와 단일 분쇄 공정만으로 고전압 대응 전해질을 공급할 수 있습니다.

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Key Features:

• 고체전해질 원료인 염화나트륨(NaCl)과 염화알루미늄(AlCl3)을 1 : 1의 몰비로 혼합하는 단계
• 혼합물을 아르곤 가스 하에서 직경 10 내지 13 mm 볼로 600 내지 650 rpm, 10 내지 11시간 볼밀하는 단계
• 사방정계 결정구조의 NaAlCl4 화합물을 포함하여 30 ℃ 이온 전도도가 3.0 X 10-6 내지 9.0 X 10-5 S/cm인 상온용 고체전해질
• 양극층, 음극층 및 그 사이의 고체전해질층 중 적어도 하나에 NaAlCl4 고체전해질을 포함하는 상온 작동 전고체전지

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본 발명은 기획재정부의 전지설계기반 600Wh/L급 EV용 대면적 전고체 전지 브릿지 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.

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