상용 리튬이온전지는 액체전해질을 기반으로 한 이차전지이며 안전성 문제 이슈가 있어 액체전해질을 고체전해질로 대체한 전고체전지에 대한 기술개발이 활발히 진행중임. 대표적인 고체전해질로 황화물계, 산화물계, 고분자계 고체전해질을 들 수 있으며, 상대적으로 이온전도도가 높은 황화물계 고체전해질에 대한 관심이 집중되고 있음. 황화리튬은 황화물계 고체전해질의 주원료임

▪전고체전지는 누액 및 휘발 문제가 없으며 외부 충격에 의한 폭발이나 발화의 위험성이 없음

▪황화물계 고체전해질은 액체전해질 수준의 높은 이온전도도(2.2x10 -2 S/cm @ Li3.25Ge0.25P0.75S4, 25℃)를 가져 전고체전지용 고체전해질로 적합함

▪황화물계 고체전해질은 기계적 강도와 유연성이 우수하여 냉간 압축만으로도 성형이 가능하며 전극/고체전해질 계면접촉이 용이하고 이로 인해 낮은 계면 저항을 유도할 수 있음

▪황화물계 고체전해질은 용융 급냉법(melting quenching), 고상 반응법 등으로 제조되며, 고비용의 합성 공정으로 인하여 현재 12,000$/kg 수준임

황화물계 고체전해질은 결정성에 따라 결정질과 glass, glass-ceramic으로 분류할 수 있음

▪Li2S-GeS2-P2S2(LGPS)는 결정질 리튬이온전도체로써 산화수가 다른 이종원소 치환을 통해 높은 이온전도도 특성을 갖는 것으로 분석되고 있음

▪Glass 형태의 황화물계 고체전해질은 Li2S-P2S5, Li2S-SiS2-Li3N, Li2S-P2S5-LiI 등으로 결정질 형태보다 낮은 10 -3 ~ 10 -4 S/cm 이온전도도를 나타냄

▪Glass-ceramic은 기계적 밀링이나 용융 급냉법을 통해 얻은 glass 분말을 비교적 낮은 온도에서 열처리하여 합성되며, Li7P3S11의 상온에서 이온전도도는 4.2x10 -3 S/cm임

황화물계 고체전해질은 공기중에서 안정하지 않으며, 특히 수분과 반응하면 황화수소(H2S)와 같이 유해한 기체를 발생시키는 단점이 있음

고체전해질은 크게 무기계(inorganic)와 유기계(organic)로 구분되며, 무기계에는 황화물계 (sulfide)와 산화물계(oxide)가 포함되며, 유기계에는 고분자계, 하이브리드계 (inorganic + organic) 등으로 구분됨