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Title Page 2

Contents 5

Abstract 8

1. Introduction 9

2. Experimental 14

2.1. Materials 14

2.2. Synthesis of Polyamic Acid (PAmA) and Lithium-Substituted Polyamic Acid (Li-PAmA) 14

2.3. BMI Crosslinking of Polyamic Acid 15

2.4. Preparation of the Electrode Using PI binder 16

2.5. Thermal Imidization of PAmA to Polyimide (PI) 16

2.6. Fabrication of the Lithium Half Coin Cell 17

2.7. Electrochemical measurements 17

3. Results and Discussion 18

3.1. Effect of Thermal Treatment Temperature on Polyimide and Electrode Performance 18

3.2. Effect of Dianhydride Structure on Polyimide Properties 30

3.3. Effect of BMI Crosslinking on Polyimide Network and Electrode Integrity 37

4. Conclusion 44

5. References 46

국문요약 52

List of Tables 7

[Table 1] Summary of characteristic FT-IR absorption bands for functional groups... 21

[Table 2] Initial coulombic efficiency (ICE) of polyimide binders synthesized with... 43

List of Figures 6

[Figure 1] (a) Comparison of key properties between graphite and silicon as anode... 10

[Figure 2] Schematic illustration of polyimide binder structures before and after BMI... 13

[Figure 3] Synthesis route of lithium-substituted polyamic acid (Li-PAmA) and its thermal... 20

[Figure 4] FT-IR spectra of (a) PAmA and (b) Li-PAmA samples synthesized using PMDA... 21

[Figure 5] Imidization degree (ID) of PAmA and Li-PAmA samples determined from FT-IR... 22

[Figure 6] ¹H NMR spectra of Li-substituted PAmA and thermally treated samples (140-... 23

[Figure 7] DSC thermograms of polyimide samples thermally treated at 140°C, 200°C,... 25

[Figure 8] STA curves of polyimide samples with (bottom) and without (top) lithium salt... 25

[Figure 9] Load-displacement curves obtained from nanoindentation of polyimide... 27

[Figure 10] Electrochemical performance of polyimide electrodes prepared at various... 29

[Figure 11] Chemical structures of the dianhydrides and diamine used for polyamic acid... 33

[Figure 12] Load-displacement curves obtained from nanoindentation testing of... 34

[Figure 13] Schematic of the 180° peel test configuration (top) and corresponding peel... 35

[Figure 14] (a) Cycling performance with different dianhydrides. (b) Rate capability of... 37

[Figure 15] Schematic of BMI crosslinking with PAmA and the formation of a crosslinked... 39

[Figure 16] (a) Peel strength profiles of BMI-crosslinked polyimide binders synthesized... 40

[Figure 17] Cycling performance and coulombic efficiency of BMI-crosslinked polyimide... 42

초록보기

 이 연구는 실리콘 음극용 폴리이미드(PI) 바인더의 최적화를 위해 열처리 온도, 다이안하이드라이드의 화학 구조, 그리고 비스말레이미드(BMI)에 의한 가교 효과를 체계적으로 분석하였다. 중간 수준의 열처리는 충분한 이미드화와 분자 배열을 유도하였으며, 특히 200 ℃ 에서의 경화는 열적, 기계적, 전기화학적 특성 간의 균형이 가장 우수하였다. 다이안하이드라이드의 화학 구조는 PI 의 성능을 결정짓는 주요 인자로 작용하였으며, BPDA 와 같은 강성이고 대칭적인 골격을 가진 모노머로 합성된 바인더는 기계적 강도와 전극 계면 접착력에서 뛰어난 성능을 보였다. 또한, BMI 가교 구조를 도입하여 구조적 안정성을 강화하였고, 적절한 양의 BMI 는 전극 내구성과 사이클 유지력을 향상시켰다. 그러나 BMI 가 과도하게 도입될 경우, 리튬 이온의 확산을 방해하고 전기화학적 효율을 저하시켰다. 본 연구 결과는 차세대 리튬이온전지의 안정적인 전극 성능을 위해 바인더의 화학적 설계와 가공 조건을 동시에 최적화하는 것이 중요함을 보여준다.