황화물계 고체전해질 아지로다이트(Li₆PS₅Cl) 전구체란?

1. 왜 Li₆PS₅Cl인가?

전고체 배터리에서 황화물계 고체전해질은
이온전도도와 공정성의 균형이 가장 좋은 계열입니다.

그중 Li₆PS₅Cl(아지로다이트형 구조)은

• 실온 이온전도도 10⁻³ S/cm 이상 가능

• 600℃ 이하 결정화

• 분말 가공성 우수

• 입계 저항이 낮음

이라는 이유로 가장 많이 연구·양산 검토되는 소재입니다.

즉,

“현실적인 양산 후보군”

입니다.

2. 전구체란 무엇인가?

전구체(Precursor)는
최종 Li₆PS₅Cl 결정이 되기 전의 혼합 반응 단계 물질입니다.

보통 다음 조합으로 시작합니다.

핵심은 조성 정확도와 균일성입니다.

이 단계에서 틀어지면
열처리 후에도 전도도가 나오지 않습니다.

3. 제조 방식과 현장 차이

① 고상법 (Solid-State)

• 분말 혼합 → 볼밀 → 열처리

• 공정 단순

• 설비 의존도 높음

• 혼합 균일도 관리가 핵심

→ 파일럿 및 대량 생산에 적합

② 용액법 (Solution Method)

• 용매에 원료 용해

• 건조 후 열처리

• 조성 균일성 우수

• 잔량 VOC 관리 필요

→ 미세 입자 제어에 유리

4. 전구체 단계에서 실제로 문제가 되는 것

현장에서 자주 발생하는 이슈는 다음입니다.

1. 수분 유입 → H₂S 발생

2. 잔량 VOC → 열처리 시 tar 생성

3. 황 손실 → 조성 불균형

4. 분말 응집 → 반응 불균일

특히 황화물계는 수분과 반응성이 매우 큽니다.

따라서,

• 밀폐 혼합

• 질소/아르곤 분위기 유지

• 배출 라인 캐리오버 관리

는 기본 조건입니다.

5. 열처리(소결)와의 관계

전구체는 보통 450~600℃에서 결정화됩니다.

이때 중요한 것은:

• 승온 속도

• 가스 분위기

• 체류 시간

• 황 증기 관리

과열하면:

• 황 휘발

• 2차상 생성

• 전도도 저하

가 발생합니다.

6. 장비 설계 관점에서 중요한 포인트

황화물계 전구체 열처리 장비 설계 시
다음이 반드시 고려되어야 합니다.

① 완전 밀폐 구조

외기 유입 차단 (양압 유지)

② 황 증기 대응

가스 배출부 부식 대응

③ 체류 시간 제어

결정화 시간 확보

특히 로타리킬른 적용 시:

• 분말 비산 제어

• 캐리오버 방지

• 균일 온도 존 확보

• 가스 교환 시간 계산

이 성능을 좌우합니다.

7. 왜 전구체가 중요한가?

최종 이온전도도는
소결 온도보다 전구체 균일성이 더 큰 영향을 미칩니다.

좋은 전구체는:

• 낮은 소결 온도

• 높은 결정 완성도

• 낮은 입계 저항

으로 이어집니다.

결론적으로,

전구체 단계가 전체 공정의 70%를 결정합니다.

8. 정리

Li₆PS₅Cl 전구체는
단순 혼합 분말이 아니라

• 조성 설계

• 수분 관리

• 가스 제어

• 열처리 최적화

가 동시에 고려되어야 하는 핵심 단계입니다.

전고체 배터리 공정에서
소재와 장비는 분리될 수 없습니다.