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As lithium-ion batteries continue to evolve toward higher energy and power densities, the mechanical stability of electrode binders under electrolyte environments has become increasingly important for ensuring electrode structural reliability. This study quantitatively investigated the mechanical property changes of a thermoplastic polyurethane (TPU) monolayer film before and after exposure to a carbonate-based electrolyte using an instrumented indentation test. A TPU monolayer film formed on a slide glass substrate was employed as a model system to evaluate the intrinsic mechanical response of TPU while eliminating the structural variables of composite electrodes. After immersion in the electrolyte for 3-4 h, the Wet specimens exhibited reductions of approximately 72-82% in hardness and approximately 85% in indentation modulus compared with the Dry specimens. In addition, changes in maximum indentation depth, elastic recovery, and creep behavior indicated that electrolyte exposure significantly affected the viscoelastic deformation behavior of TPU. We propose a quantitative Wet-Dry evaluation method based on instrumented indentation testing for assessing the mechanical stability of TPU binders under electrolyte environments prior to electrode-level validation. The proposed method provides fundamental data and practical criteria for designing and selecting thermoplastic binders with improved electrolyte resistance.

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리튬이온전지의 고에너지, 고밀도화에 따라 전극 바인더의 전해액 환경에서의 기계적 안정성 확보가 전극 구조의 신뢰성 향상을 위한 중요한 요소로 주목받고 있다. 본 연구에서는 이차전지 전극 바인더용 Thermoplastic Polyurethane(TPU) 단층막을 대상으로 탄산염계 전해액 침지 전·후의 기계적 물성 변화를 계장화 압입시험을 통해 정량적으로 분석하였다. 슬라이드 글라스 상에 형성한 TPU 단층 필름을 모델 시편으로 사용하여 복합 전극의 구조적 변수를 배제하고 TPU 자체의 전해액 노출 민감도를 평가하였다. 전해액에 3-4시간 침지된 Wet 시편은 Dry 시편 대비 복합경도 및 소성경도가 약 72-82%, 탄성계수는 약 85% 감소하였으며, 최대 압입 깊이와 탄성율 및 크립 특성의 변화는 전해액 노출이 TPU의 점탄성 거동에 영향을 미침을 확인하였다. 본 연구에서 우리는 계장화 압입시험 기반의 Wet-Dry 비교를 통해 전극 수준 검증 이전 단계에서 TPU 바인더의 전해액 환경 기계적 안정성을 정량적으로 평가할 수 있는 방법을 제안하였다. 본 연구 결과는 전해액 저항성을 고려한 열가소성 바인더의 설계 및 소재 선정에 활용될 수 있는 기초 자료와 정량적 평가 기준을 제공할 것으로 기대된다.

저자

• 신성환 [ Seong-Whan Shinn ]

참고문헌

발행기관

간행물

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• 간행물명

  The Journal of the Convergence on Culture Technology (JCCT) [문화기술의 융합]

• 간기

  격월간

• pISSN

  2384-0358

• eISSN

  2384-0366

• 수록기간

  2015~2026

• 등재여부

  KCI 등재

• 십진분류

  KDC 600 DDC 700