• 전기화학회지
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• 제21권2호
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• pp.28-38
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• 2018

복합전극의 결착특성은 리튬이차전지의 장기신뢰성 확보와 고에너지밀도 구현을 위한 중요한 물성임에도 불구하고, 측정 기술의 한계로 관련 연구가 제한적이었다. 하지만, $1{\sim}1000{\mu}m$ 두께의 코팅층을 절삭 및 박리하면서 결착특성을 측정할 수 있는 SAICAS(Surface And Interfacial Cutting Analysis System)란 장비의 출현으로 전극 결착특성 연구가 활발해지고 있다. 따라서, 본 총설에서는 SAICAS를 이용한 복합전극의 결착특성 분석 원리 및 측정 방법뿐만 아니라, Peel Test와 같은 기존 결착특성 분석 방법과 비교함으로써 SAICAS를 이용한 분석 방법의 신뢰성 검증 결과를 제시한다. 또한, 전극 설계의 최적화, 신규 바인더 도출 연구, 복합전극 내 바인더 분포 등의 연구에서 SAICAS가 적용된 사례를 소개한다. 이를 통해 SAICAS를 이용한 분석 방법이 리튬이차전지용 복합전극의 결착특성 분석에 용이하게 적용될 수 있음을 제안한다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제22권3호
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• pp.19-23
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• 2015

본 연구에서는 COG (Chip On Glass) 패키지 적용을 위해 Au 범프를 전기도금 공정을 사용하여 Al/Si wafer와 SiN/Si wafer 위에 TiW/Au 구조를 갖는 두 종류의 Au범프 시료를 제작하였다. UBM (Under Bump Metallurgy) 물질로서 TiW 박막을 스퍼터링 방법으로 증착하였으며 스퍼터링 입력 파워(500~5000 Watt)에 따른 박리 현상을 관찰하였다. 안정된 계면 접착을 나타내는 스퍼터링 파워는 1500 Watt임을 확인 할 수 있었다. 또한 SAICAS (Surface And Interfacial Cutting Analysis System) 장비를 사용하여 기판 종류에 따른 Au Bump의 접착력을 조사하였다. TiW 증착 조건은 스퍼터링 파워를 1500 Watt로 고정하였다. TiW/Au 계면의 접착력은 두 종류의 wafer (Al/Si과 SiN/Si wafers)에 관계없이 오차 범위 안에서 비슷한 접착력을 보여주었으나, TiW UBM 스퍼터링 박막 계면에서의 접착력은 하부 박막인 Al 금속과 SiN 비금속 박막에서의 접착력 차이가 약 2.2배 크게 나타났다. 즉, Al/Si wafer와 SiN/Si wafer위에 증착된 TiW의 접착력은 각각 0.475 kN/m와 0.093 kN/m 값을 나타내었다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제13권2호
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• pp.227-236
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• 2022

The microblade cutting method, so-called SAICAS, is widely used to quantify the adhesion of battery composite electrodes at different depths. However, as the electrode thickness or loading increases, the reliability of adhesion values measured by the conventional method is being called into question more frequently. Thus, herein, a few underestimated parameters, such as friction, deformation energy, side-area effect, and actual peeing area, are carefully revisited with ultrathick composite electrodes of 135 ㎛ (6 mAh cm^-2). Among them, the existence of side areas and the change in actual peeling area are found to have a significant influence on measured horizontal forces. Thus, especially for ultrahigh electrodes, we can devise a new SAICAS measurement standard: 1) the side-area should be precut and 2) the same actual peeling area must be secured for obtaining reliable adhesion at different depths. This guideline will practically help design more robust composite electrodes for high-energy-density batteries.

• 공업화학
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• 제26권6호
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• pp.674-680
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• 2015

리튬이차전지 실리콘 전극에 활용하기 위해, 유기용매에 용해성이 있는 폴리이미드(Polyimide, PI) 고분자 바인더를 두 단계 반응을 이용해 합성하였다. 두 가지 단량체(Bicyclo[2,2,2]oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic Dianhydride (BCDA)와 4,4-oxydianiline (ODA))의 개환 반응 및 축합 반응을 통해 PI 고분자 바인더를 합성하였다. 합성된 PI 고분자 바인더를 이용해 실리콘(silicon, Si) 음극 전극을 제조하였다. 또한 비교군으로써, Polyvinylidene Fluoride (PVDF)을 고분자 바인더로 사용하는 동일 조성을 가진 실리콘 전극을 제조하였다. PI 바인더를 사용한 Si 전극($2167mAh\;g^{-1}$)의 초기 쿨롱 효율은 기존 PVDF 바인더 조성의 Si 전극($1,740mAh\;g^{-1}$)과 유사했지만, 방전용량은 크게 개선되었다. 특히 수명 특성에서는 PI 바인더를 사용한 Si 전극이 우수한 특성을 나타내었는데, 이는 PI 바인더를 사용한 Si 전극접착력($0.217kN\;m^{-1}$)의 전극 접착력이 PVDF를 사용한 Si 전극($0.185kN\;m^{-1}$)보다 높아, 실리콘 부피팽창에 의한 전극 구조 열화가 적절히 제어되었기 때문이라고 판단된다. Si 전극 내의 접착력은 surface and interfacial cutting analysis system (SAICAS) 장비를 통해 검증하였다.

• 전기화학회지
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• 제21권3호
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• pp.47-54
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• 2018

동일 전극 로딩 조건(${\sim}15mg\;cm^{-2}$)에서 면적당 용량($mAh\;cm^{-2}$)을 극대화하기 위해, 고분자 바인더의 함량을 4, 2, 1 wt%로 줄인 $LiNi_{0.5}Co_{0.2}Mn_{0.3}O_2$ 전극을 제조하였다. 바인더 함량이 1 wt%로 낮춘 경우, 압연 후 펀칭 과정에서 전극 코팅층이 부분적으로 박리되는 문제가 발생하여 추가 분석은 진행되지 않았다. 전극 내 바인더 함량을 4 wt%에서 2 wt%로 줄이면, 계면 접착력은 0.4846에서 $0.2627kN\;m^{-1}$로 약 46% 감소하고, 전극 코팅층의 강도도 3.847에서 2.013 MPa로 약 48%가 떨어졌다. 그러나, 두 전극을 리튬 전극과 반쪽 전지로 구성하여 전기화학적 특성을 살펴보면, 초기 방전 용량과 충방전 효율은 유사하였다. 하지만, 단기 수명 평가에서 2 wt% 바인더 전극은 수명 특성이 떨어질 뿐만 아니라, 전지를 분해하는 과정에서 전극 코팅층이 집전체에서 박리되는 현상이 관찰되었다. 반면, 4 wt% 바인더 전극은 높은 전극 로딩조건에서도 전극 코팅층과 집전체 계면이 잘 유지되고 있음이 확인되었다.