일반기술

박막 전해질 및 그 제조 방법

* 구성 및 원리 본 기술은 박막 전해질 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 둘 이상의 네트워크 형성제를 갖는 박막 전해질 및 그 제조방법에 관한 것이다. 특히 Li-P-O-X-Y, 즉 5개의 원자를 함유하는 5원계 박막 전해질에 관한 것이다. 본 기술의 박막 전해질을 제조하는 방법은 Li, P, O, Si를 제공할 수 있는 타겟을 형성하고, 고진공 N2 분위기 하에서 스퍼터링을 수행하여 Li, P, O, Si 및 N의 5개의 원소를 함유하는 박막을 형성하는 순서로 이루진다. 본 발명의 전해질은 저온 공정에 의해 비정질 형태를 유지하며, 이것에 의해 높은 전하 이동체(charge carrier) 농도, 높은 베이컨시(vacancy) 또는 틈새 자리(interstitial site) 농도, 낮은 이온 이동 활성화 에너지에 의해 높은 이온 전도도를 갖는다. 본 발명의 전해질은 또한 첨가된 X 및 Y 물질이 네트워크의 구조적 안정화에 기여하여, 각 원소간의 결합력, 결합 특성, 결합의 상대적 강도, 리튬 이온과의 반응성을 향상시켜 구조적 및 화학적으로 안정한 특성을 나타낸다.* 기술적 배경 고체 고분자 전해질은 폴리에틸렌옥사이드(PEO)로 이루어진 고분자 매트릭스가 리튬 이온에 대한 전도성을 갖는다는 발견에 기초하여, 현재 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF) 및 폴리비닐클로라이드(PVC) 등과 같은 다양한 조성의 고분자 전해질이 개발 중에 있다. 그러나, 이러한 고체 고분자 전해질은 기본적으로 벌크 전지에 사용되는 것을 전제로 한 것으로서, 전체 전지의 크기가 수 ㎛에 불과한 박막 전지용 전해질로는 그 사용이 제한되어 있다. 본 기술은 이러한 이유로 개발되었다.* 적용제품 및 관련시장 본 기술의 박막 전해질은 크게 리튬전지의 전해질로 사용될 수 있으며, 리튬 전지는 주지하다시피 노트북 컴퓨터, MP3, PDA, PMP를 비롯하여 휴대폰, 카셋트 등 각종 휴대용 전자기기에 거의 모두 사용된다고 해도 과언이 아닐 정도이다. 또한 본 기술의 전해질은 리튬 이차 전지 뿐 아니라 초소형 센서 분야에도 응용이 가능할 것으로 보여 그 적용시장은 매우 넓을 것으로 보인다. * 특징 및 장점 본 기술은 다음과 같은 특징 및 장점을 갖는다. 첫째, 기존의 전해질에 비해 사이클 특성 및 안정성이 우수하고, 전극과의 반응성이 낮으며, 계속적인 충방전에도 안정하여 오랜 싸이클 수명을 갖는다. 이러한 물성으로 인하여 차세대 전지로 각광받고 있는 박막 전지 및 초소형 센서 등과 같은 여러 응용 분야에 사용될 수 있다. 둘째, 국내 유수 기업에서 축적된 박막 증착 기술을 응용하여 제조될 수 있음으로, 기존의 전해질이 해외로부터 제작 공정, 설비 및 기술을 이전해 옴으로 발생하는 외화 유출 및 기술을 종속화로부터 벗어날 수 있기 때문에 국익의 증대화 국내 산업의 발전 및 관련 기술의 발전과 세계적으로 개발되고 있는 박막 전지 등의 응용 분야 기술을 선점할 수 있다는 장점을 가지고 있다.