JP2002511502A - アオイノマーおよびイオン伝導性組成物 - Google Patents

アオイノマーおよびイオン伝導性組成物

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、フルオロアルキルスルホネートのペンダント基を有する官能化ポリオレフィンを含むアイオノマー、および溶媒を添加することによりそれらアイオノマーから調製されるイオン伝導性組成物を開示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (発明の分野) 本発明は、フルオロアルキルスルホネートのペンダント基を有する官能化され
たポリオレフィンを含むアイオノマー、およびそれらに溶媒を添加することによ
ってそれらから形成されるイオン伝導性組成物に関する。本発明のイオン伝導性
組成物は、バッテリー、燃料電池、電解槽、イオン交換膜、センサー、電気化学
コンデンサー、改質型電極に有用である。
【0002】 (発明の背景) 当技術分野において、イオン性ペンダント基を含む有機ポリマーから、イオン
伝導性膜およびゲルを製造することは公知である。そのようなポリマーは、アイ
オノマーとして知られている。一般に普及している商業用途において特に周知の
アイオノマー膜に、E.I.du Pont de Nemours and
Companyから入手可能なNafion(登録商標)膜がある。Nafio
n(登録商標)は、米国特許第3,282,875号に開示されているように、
テトラフルオロエチレン(TFE)と、パーフルオロ(3,6−ジオキサ−4−
メチル−7−オクテンスルホニルフルオリド)との共重合により製造される。米
国特許第4,358,545号に開示されているような、TFEと、パーフルオ
ロ(3−オキサ−4−ペンテンスルホニルフルオリド)との共重合体もまた公知
である。そのように製造された共重合体は、米国特許第3,282,875号に
開示されるように、加水分解により、典型的に適当な水性塩基に曝すことにより
アイオノマーに転換される。当技術分野では、リチウム、ナトリウムおよびカリ
ウムは全て、上記のアイオノマーに適当なカチオンとして周知である。
【0003】 上記記載のポリマーにおいて、フッ素原子は2以上の利点をもたらす。ペンダ
ント型側鎖におけるスルホニル基に近接の炭素上のフッ素基は、電気陰性度を付
与して、高イオン伝導率をもたらすようにカチオンを十分に反応活性にする。そ
れらのフッ素原子を水素に置換すると、イオン移動度がかなり低下し、その結果
伝導率が低下する。
【0004】 フッ素原子が残存すると、通常フッ素化されたポリマーに伴う化学的および熱
的安定性が上記ポリマーに付与される。これは、公知の「クロロ−アルカリ」工
程のような用途では、かなり重要であることが証明されている。しかしながら、
高い化学的および熱的安定性があまり必要とされない場合では、高度にフッ素化
されたポリマーには欠点もある。フッ素化されたモノマーは、それらに対応する
オレフィンよりも高価格であり、より高温での製造工程が必要になり、そして多
くの場合には高額な耐腐食性の製造装置を必要とする。さらに、フルオロポリマ
ーの溶液および分散液を調製するのは困難である。さらに、フルオロポリマーと
強力な接着結合を形成するのは困難である。例えば、電気化学電池に使用される
材料において、ある程度のコストでより良好な加工性を有することは化学的およ
び熱的安定性にとって有利になるであろう。したがって、非フッ素化ポリマーの
主鎖を有し、反応活性の高いカチオンを持つアイオノマーを開発する理由がここ
にある。
【0005】 ポリマー内で近位にイオン種を有するか、またはイオン性塩との組合わせであ
るポリエーテルが、多くの文献に開示されている。伝導率は、10-5S/cmお
よびそれ未満の範囲である。Le Nest等、Polymer Commun
ication 28、303(1987)には、加水分解されて、対応するリ
チウムアイオノマーになる、ホスフェート部位またはチオホスフェート部位によ
って結合されたポリエーテルグリコールオリゴマーの組成物が開示されている。
炭酸プロピレンとの組合わせでは、1〜10×10-4S/cmの範囲の伝導率が
実現された。関連技術の概説は、Fauteux等、Electrochimi
ca Acta 40、2185(1995)に記載されている。
【0006】 リチウムオキシテトラフルオロスルホネートおよび誘導体により架橋されたポ
リエーテルが、Benrabah等、Electrochimica Acta
40、2259(1995)に開示されている。非プロトン性溶媒は含まれて
いない。リチウム塩の添加により、10-4S/cm未満の伝導率が達成された。
【0007】 Armand等、米国特許第5,627,292号には、ビニルフルオロエト
キシスルホニルフルオリドまたはフルオロエトキシスルホニルフルオリド基を有
する環状エーテルと、ポリエチレンオキシド、アクリロニトリル、ピリジンおよ
び他のモノマーとから形成される共重合体が開示されている。リチウムスルホネ
ートアイオノマーが形成されている。非プロトン性溶媒は含まれていない。伝導
率は10-4S/cm未満である。
【0008】 Narang等、米国特許第5,633,098号には、官能化されたポリオ
レフィン主鎖と、テトラフルオロエトキシリチウムスルホネート基を含むペンダ
ント基とを有するアクリル酸共重合体が開示されている。スルホネート基を含む
コモノマーは、モル比50〜100%で存在する。ポリマーと、炭酸プロピレン
、炭酸エチレンおよびジメトキシエタンからなる溶媒混合物とを含む組成物が開
示されている。それら組成物のイオン伝導率は、10-4〜10-3S/cmの範囲
であった。
【0009】 Brookhart等、WO9623010A2には、エテンおよび1,1,
2,2−テトラフルオロ−2−[(1,1,2,2,3,3,4,4−オクタフ
ルオロ−9−デセニル)オキシ]エタンスホニルフルオリドから、ジイミン遷移
金属錯体の触媒反応を経由し形成される共重合体が開示されている。そのように
形成されるポリマーは、1,1,2,2−テトラフルオロ−2−[(1,1,2
,2,3,3,4,4−オクタフルオロ−(大部分は)オクタオキシ]エタンス
ホニルフルオリドおよびアルキル分岐がランダムに分布しているペンダント基を
有するポリエチレン主鎖を含んでいる。
【0010】 (発明の概要) 本発明は、主鎖およびペンダント基を含むアイオノマーを提供するものであり
、前記主鎖は本質的にメチレン単位からなり、前記ペンダント基は下記式 −Rn−Rf−CF2CF2−SO2−X−(SO2fa -+ [式中、M+は一価の金属カチオンであり;Rf基は、直鎖または分岐のパーフル
オロアルキレン基、OまたはClを含むパーフルオロアルキレン基およびパーフ
ルオロアリール基からなる群から独立に選択され;Rは、ハイドロカルビル(式
中、n=0または1)であり、;a=0〜2であり;そしてX=O、NまたはC
であり;さらに前記イオン性基は、X=Oの場合a=0であり、X=Nの場合a
=1であり、X=Cの場合a=2であると限定される]で表わされるイオン性基
を含む。
【0011】 本発明はさらに、上述の前記アイオノマーおよびその内部に吸収された液体を
含むイオン伝導性組成物を提供する。
【0012】 本発明はまた、アイオノマーを製造する方法も開示しており、方法は、主鎖お
よびペンダント基を含むポリオレフィンをアルカリ金属塩基の溶液と接触させる
工程を有し、この場合、主鎖はメチレンおよびメチン単位を本質的に含み、ペン
ダント基は下記式、 XSO2−CF2CF2−Rf−Rn− [式中で、XはFまたはClであり、Rfは直鎖または分岐のパーフルオロアル
キレン、OまたはClを含むパーフルオロアルキレンまたはパーフルオロアリー
ル基であり、そしてRは、ハイドロカルビル(式中、n=0または1)である]
で表されるイオン性基を含む、ことを特徴とする。
【0013】 さらに伝導性組成物を製造する方法であって、上記アイオノマーを液体と接触
させることを含む方法を開示している。
【0014】 本明細書では、少なくとも1つの電極活性物質、物質と混合される本明細書開
示のアイオノマー、およびアイオノマーに吸収される液体を含む電極も包含され
る。
【0015】 さらに、陽極電極、陰極電極、陽極と陰極との間に設けられるセパレーター、
および電池を外部の付加または電源に接続する手段を含み、この場合、セパレー
ター、陰極および陽極からなる群の少なくとも1つが前記アイオノマーを含むこ
とを特徴とする電気化学電池を開示している。
【0016】 (詳細な説明) 本発明のポリオレフィンアイオノマーの好ましい実施様態において、上記主鎖
は本質的にオレフィン基からなり、基の1〜20モル%は下記式 M+-SO3−CF2CF2−O−[(CFR1CF2)x−Oyn−(CH2)z− (I) [式中、M+はアルカリ金属カチオンであり、R1はパーフルオロアルキルまたは
フッ素であり、x=0、1、2、または3であり、y=0または1であり、n=
0、1、2または3であり、zは2から6の範囲の整数である]で表される基の
形態のペンダント基を有している。
【0017】 最も好ましくは、M+はリチウムカチオンであり、R1はフッ素であり、x=1
であり、y=0であり、n=1または2であり、z=4である。
【0018】 本発明のポリオレフィンアイオノマーの主鎖を形成するオレフィン基は、本発
明の好ましい実施形態における、主鎖の1〜20モル%のオレフィン基が基(I
)の形態のペンダント基を有している場合以外は、本質的に置換されない。最も
好ましい実施形態では、主鎖のオレフィン基の2〜10モル%が、基(I)の形
態のペンダント基を有する。
【0019】 当技術分野では公知のように、ポリオレフィンの分岐の程度およびタイプは、
重合時に使用されるモノマーおよび重合が達成される方法に依存する。種々の触
媒法で重合されたエチレンでは、使用する触媒および反応条件に応じて、主鎖中
のメチレン基1000個あたり1未満から約150の頻度で短鎖分岐が生じる。
そのように形成される短鎖分岐は、多くはメチルまたはエチル基である。
【0020】 重合するオレフィンモノマーがエチレンより大きい場合、それぞれのモノマー
単位には固有の少なくとも1つの側鎖があるため、分岐数はかなり増大する。
【0021】 実施においては、鎖の分岐が、本発明の伝導性組成物のイオン伝導性に大きく
影響を与えることが見出される。最大の伝導性を得るためには、本発明のアイオ
ノマーが本明細書記載の触媒ルートで合成されるポリマーから製造される場合に
、メチレン1000個当たり5〜90個のメチル分岐の分岐頻度が好ましい。ア
イオノマーが、以下に記載のグラフトポリマーのルートで製造される場合には、
より高度の分岐でも、許容され得ると考えられる。
【0022】 本発明の好ましいアイオノマーは、当技術分野で公知の方法に従い、非イオン
性ハロゲン化スルホニル前駆体を水酸化アルカリ金属の溶液と接触させ、それに
よりポリマーを加水分解してアルカリ金属塩にすることにより簡便に製造される
。本発明の実施においては、本発明のアイオノマーの酸形態は、まず最初に非イ
オン性前駆体を水酸化アルカリ金属の溶液で処理し、続いて酸水溶液でイオン交
換することにより、最も容易に製造されることが見出される。銅または銀のよう
な他の1価の金属は、当技術分野で公知のイオン交換法によりアルカリ金属イオ
ンに交換することが可能である。
【0023】 本発明の実施において好ましい前駆体ポリマーは、1以上のオレフィン、好ま
しくはエチレンと、好ましくは下記式 FSO2−CF2CF2−O−[(CFR1CF2x−Oyn−(CH2z−C
H=CH2 [式中、R1はパーフルオロアルキルまたはフッ素であり、x=0、1、2また
は3であり、y=0または1であり、n=0、1、2または3であり、zは2か
ら6の範囲の整数である]で表わされる置換オレフィンコモノマーとの共重合に
より製造することができる。最も好ましくは、R1はフッ素であり、x=1であ
り、y=0であり、n=1または2であり、z=4である。このような共重合は
、当技術分野では公知であり、Brookhart等、WO9623010A2
に記載の、および本明細書の以下に記載のような既知の触媒法を用い、容易に達
成できる。
【0024】 Brookhartにより開示され、本明細書の以下に例示されているような
ジイミン遷移金属錯体は、本発明の方法に好ましい非イオン性前駆体ポリマーの
製造にとって好ましい触媒である。そのように製造されたポリマーでは、主鎖は
本質的に、その1〜20モル%、好ましくは2〜10モル%が、1,1,2,2
−テトラフルオロ−2−[(1,1,2,2,3,3,4,4−オクタフルオロ
−(大部分は)オクトキシ]エタンスルホニルフロライドのペンダント基を有す
るオレフィン基からなり、ポリマーは、メチレン1000個当たり150個未満
、好ましくは5〜90個のアルキルであり、大部分がメチルおよびエチルの分岐
を有している。触媒構造は、分岐鎖の決定効果を有する。本発明の実施に適当な
他の触媒には、メタロセンおよびチーグラーナッタ触媒が含まれる。最も好まし
い触媒は、PMAOとの組合わせで、本明細書で後述する表2において構造Bお
よびDで表されるニッケルジイミン触媒である。これら触媒は、高いポリマー収
率とともに、良好なコモノマー取り込みの速度と、好ましい範囲の分岐レベルと
の望ましい組合わせをもたらす。
【0025】 好ましいジイミンニッケル触媒の場合、本発明の実施においては、かさ高い触
媒を使用するほど、より高程度のポリマー分岐が得られることが見出されている
。かさ高くない触媒であるほど、高いスルホニル含有置換オレフィンコモノマー
の取り込みと関わる。
【0026】 本発明の好ましいコモノマーのメタロセン触媒による共重合(例えば、Yan
g等、J.Am.Chem.Soc.116,pp.10015ff,1994
)で達成される分岐度は一般的に低く、その場合、伝導率は低い。しかしながら
、メタロセンまたはチーグラーナッタ触媒との組合わせで、ターモノマー、好ま
しくは鎖中に3以上の炭素を有するオレフィンを使用すると、得られるポリマー
における分岐度は増大し、得られるイオン伝導率はより高くなる。
【0027】 他の手段もまた、本発明のアイオノマーを製造するのに好適である。これらに
は、本質的に非置換のポリオレフィン、好ましくはポリエチレン、にグラフト化
することにより、すなわち下記式 FSO2−CF2CF2−O−[(CFR1CF2x−Oyn−(CH2z− [式中、R1はパーフルオロアルキルまたはフッ素であり、x=0、1、2また
は3であり、y=0または1であり、n=0、1、2または3であり、zは2か
ら6の範囲の整数である]で表わされる基を、ポリエチレンにグラフト化するこ
とにより、本発明のアイオノマーを製造することが含まれる。好ましくは、R1
はフッ素であり、x=1であり、y=0であり、n=1であり、z=2である。
当技術分野では、ポリオレフィンにグラフト化する多くの方法が知られている。
好適であることが見出された1つの方法を、本明細書で以降に例示する。
【0028】 他の実施形態では、本質的に下記式 XSO2−CF2CF2−Rf−Rn− [式中、XはFまたはClであり、Rfは直鎖または分岐のパーフルオロアルキ
レン、OまたはClを含むパーフルオロアルキレン、またはパーフルオロアリー
ル基であり、Rはハイドロカルビル(式中、n=0または1)である]で表わさ
れる基の形態のペンダント基を1〜20モル%有するオレフィン基からなる主鎖
を有するポリマーを、J.Fluorine Chem.,52,pp.7ff
,1991記載のDesmarteau教示の方法に従って、下記式 Rf′−SO2−N(Na)SiMe3 と反応させる。得られるポリマーは、本質的に非置換のオレフィン基の主鎖を有
しており、そのオレフィン基の1〜20モル%は、下記式
【0029】
【化1】
【0030】 [式中、RfおよびRf′基は、直鎖または分岐のパーフルオロアルキレン、Oま
たはClを含むパーフルオロアルキレン、またはパーフルオロアリール基で、全
て同じである必要はなく、そしてRはハイドロカルビル(式中、、n=0または
1)である]で表わされる基の構造のペンダント基を有している。そのナトリウ
ムイオンは、当技術分野で公知の簡単なカチオン交換の方法によって、たとえば
リチウムイオンに置換することが可能である。
【0031】 さらに他の実施形態では、本質的に下記式 XSO2−CF2CF2−Rf−Rn− [式中、XはFまたはClであり、Rfは直鎖または分岐のパーフルオロアルキ
レン、OまたはClを含むパーフルオロアルキレン、またはパーフルオロアリー
ル基であり、Rはn=0または1の場合ハイドロカルビルである]で表される基
の形態のペンダント基を1〜20モル%有するオレフィン基からなる主鎖を有す
るポリマーを、Inorg.Chem.,27,pp.2135ff,1988
記載のSeppletの方法により調製される下記式 (Rf′−SO22−C(MgBr)2 と、THF溶液中で混合し、室温において一晩中攪拌し、その後溶媒を除去し、
HCl水溶液で数時間にわたって処理することによって反応させる。次に、溶液
を濾過し、水洗の後、アルカリ金属塩基の溶液で処理する。得られるポリマーは
、本質的に非置換のオレフィン基の主鎖を有しており、そのオレフィン基の1〜
20モル%は、下記式
【0032】
【化2】
【0033】 [式中、M+はアルカリ金属であり、RfおよびRf′基は、直鎖または分岐のパ
ーフルオロアルキレン、OまたはClを含むパーフルオロアルキレン、またはパ
ーフルオロアリール基で、全て同じである必要はなく、そしてRはハイドロカル
ビル(式中、n=0または1の場合)である]で表される基の形態のペンダント
基を有している。
【0034】 本発明の実施において、コモノマーの取り込みの程度が、本発明の伝導性組成
物の伝導率に、非常に大きな非線形の影響を及ぼすことが見出された。約2モル
%未満のコモノマー濃度では、伝導率は、0から約10-5S/cmの範囲であり
、分岐の程度または使用される液体とほとんど無関係である。伝導率が10-5
/cmまたはそれ未満を示す伝導性組成物は、実用性が比較的限定されてしまう
【0035】 コモノマーを約2〜3モル%取り込んだ場合には、イオン伝導率は、かなり増
大し、分岐度および伝導性組成物の製造に使用される液体の選択に、強い依存性
を示す。約3〜10モル%の範囲では、10-5から10-2S/cmの範囲の伝導
率が達成されるが、コモノマー濃度に対して中程度の依存性がみられる。コモノ
マー濃度が、約10モル%と約6〜7モル%の対比では、付加的な利点はほとん
ど見られない。本発明者等は、この「逓減性の戻り(diminishing
returns)」効果の1つに理由が、ポリマーへのより多量のコモノマーの
取り込みを達成するのに必要な触媒が、分岐度のより低いポリマーを生成して、
それら2つの効果がある程度自己相殺するようになるためである、と考えている
。それにもかかわらず、液体として炭酸プロピレンを使用する本発明の伝導率組
成物では、ポリマー中で10モル%未満のコモノマー濃度においては、10-5
/cmよりも十分に高い伝導率が観測され、これは当技術分野の教示とは全く対
照的である。
【0036】 本発明の好ましい実施形態では、アイオノマー中に、イオン性官能基は、好ま
しくは1〜10モル%、最も好ましくは3〜7モル%の濃度で存在する。
【0037】 本発明のアイオノマーから製造される製品の形状やサイズは限定されるもので
はないが、薄いフィルムまたは膜が特に実用的である。本発明のアイオノマーは
、完全に熱可塑性でなく、アイオノマーを誘導する非イオン性前駆体ポリマーほ
ど加工性が容易ではない。したがって当技術分野で一般に知られており、本明細
書の以下に記載するような方法で、前駆体ポリマーの膜を製造するのが便利であ
ることがわかる。スクリュー押出し機およびフラットダイを用いて、フィルムを
押出すのが、とくに便利である。他の方法として、フィルムを溶融プレスするこ
ともできる。そして、さらに他の方法としては、前駆体の溶液または分散液から
基体上にキャスティングし、凝集させることにより、フィルムをキャスティング
することもできる。他の方法よりも好ましいというような方法はなく、特定の実
施者の必要性に応じて、特定の方法が選択される。
【0038】 本発明のアイオノマーは、乾燥時、約10-7〜10-6S/cmの室温でのイオ
ン伝導率を示す。しかしながら、本発明の実施では、多くの液体が本発明のアイ
オノマーに吸収されると、伝導率を何桁も増大させることがわかる。したがって
、本発明の最も有用な実施形態を達成するために、本発明のアイオノマーに液体
を吸収させた伝導性組成物を形成することは好ましいことが見出された。
【0039】 使用する液体は用途により決まる。一般的には、本発明の実施では、液体含有
アイオノマーの伝導率は、取り込み重量%の増大、液体の誘電率の増大および液
体のルイス塩基度の増大とともに大きくなり、一方で伝導率は、粘度の増大およ
び使用する液体の分子サイズの増大にともない、減少することが見出された。し
たがって低粘度で分子サイズが小さいが低誘電率である高塩基性溶媒が、より大
きく、より粘性であり、非常に高誘電率で塩基性の弱い溶媒よりも、所与の膜に
おいて優れた伝導率を付与し得る。もちろん、他の要素も効果を発揮する。たと
えば、アイオノマーの液体中への過度の溶解性は、好ましくない場合もある。あ
るいは、液体は、目的とされる用途において、電気化学的に不安定なこともある
【0040】 とくに好ましい1つの実施形態は、非プロトン性溶媒、好ましくは有機カーボ
ネート、と組み合わせたリチウムアイオノマーを含み、これはリチウム電池にお
いて有用である。
【0041】 本発明の好ましい電極は、粒子形態の1以上の電極活性物質、本発明のアイオ
ノマー、少なくとも1つの電子伝導性添加剤および少なくとも1つの有機カーボ
ネートを含む。有用なアノード活性物質の例としては、限定されるものではない
が、炭素(グラファイト性、コークスタイプ、メソカーボン(mesocarb
ons)、ポリアセンなど)およびリチウム層間挿入炭素、Li2.6Co0.4Nの
ような窒化リチウム金属、酸化スズ、ベースドガラス(based glass
es)、リチウム金属、およびリチウム合金(例えばリチウムとアルミニウム、
スズ、マグネシウム、ケイ素、スズ、マンガン、鉄および亜鉛との合金)が含ま
れる。炭素を用いたリチウム層間挿入型アノードが好ましい。有用なカソード活
性物質としては、限定されるものではないが、遷移金属酸化物および硫化物、リ
チオ化遷移金属酸化物および硫化物、ならびに有機イオウ化合物が含まれる。こ
れらの例としては、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジ
ウム、チタンおよびモリブデンおよびニオブの硫化物、リチオ化酸化物(例えば
、スピネルリチウムマンガネーゼオキシド(Spinel lithium m
anganese oxide)Li1+xMn2-x4、クロムをドープさせたス
ピネルリチウムマンガネーゼオキシドLixCryMnz4、LiCoO2、Li
NiO2、LiNixCo1-x2(式中、xは0<x<1であり、好ましくは0.
5<x<0.95である。)、LiCoVO4ならびにそれらの混合物である。
LiNixCo1-x2が好ましい。非常に好ましい電子伝導性助材は、1〜10
%の濃度範囲のカーボンブラックであり、好ましくはMMM S.A.Carb
on(ブリュッセル、ベルギー)から入手可能なスーパーPカーボンブラック(
Super P carbon black)である。好ましくは、完成した電
極中におけるリチウムアイオノマーの体積分率は、4から40%である。
【0042】 本発明の電極は、全てのポリマー性成分を通常の溶剤に溶解し、カーボンブラ
ック粒子および電極活性粒子とともに混合することにより、簡便に製造できる。
カソードの場合、好ましい電極活性物質は、LiNixCo1-x2[式中、xは
0<x<1である]であり、一方、アノードの場合、好ましい電極活性物質は、
グラファイト化メソカーボンマイクロビーズである。例えば、本発明の好ましい
リチウム電池用電極は、本発明のアイオノマーを、アセトンとジメチルホルムア
ミドとの混合物に溶解し、続いて電極活性物質の粒子およびカーボンブラックを
添加し、その後基体上にフィルムを付着させ乾燥させることにより、二次加工し
て調製することができる。得られる好ましい電極は、電極活性物質、伝導性カー
ボンブラックおよび本発明のアイオノマーを含むことになり、この場合、好まし
くは電極活性物質に対するアイオノマーの重量比率は0.05から0.8であり
、電極活性物質に対するカーボンブラックの重量比率は0.01から0.2であ
る。最も好ましくは、電極活性物質に対するアイオノマーの重量比率は、0.1
から0.25であり、電極活性物質に対するカーボンブラックの重量比率は0.
02から0.1である。次にこの電極を、溶液からガラス板または集電装置金属
箔のような好ましい支持体上にキャストし、当技術分野で公知の技術を用いてフ
ィルムに調製することができる。次に、このように調製した電極フィルムを、本
明細書で以降に記載するように積層することによって多層電気化学的電池構造体
に含ませることができる。
【0043】 本発明のセパレーター組成物に、それら成分同士の結合性を向上させるか、あ
るいはそれから二次加工される製品の構造的な完全性の向上を付与するといった
目的に有用であり得るような補助剤を含ませるのが好ましい場合もある。特に好
ましい追加物質の1つはSiO2であり、SiO2は、本明細書で上述したように
、セパレーターが形成されるのと同じ溶液にその粒子を単に分散させることによ
り含ませてもよい。好ましくは、平均粒径1.0マイクロメーター未満のシリカ
粒子であり、シリカは、混合物中に全体の重量で50%以下で存在する。
【0044】 別の方法では、電極活性物質ならびに任意のカーボンブラックおよび他の補助
剤の分散液を、最初に表面上にキャストし、続いて有機カーボネート溶液中の本
発明のアイオノマーを添加することが可能である。
【0045】 本発明を、以下の具体的な実施例でさらに説明する。
【0046】 (実施例) 本明細書以下に記載の前駆体非イオン性ポリマーI〜XIVは、エチレンと、
下記式 FSO2−CF2CF2−O−(CF2n(CH24CH=CH2 [式中、n=2または4である]で表されるコモノマーとを共重合させることに
より形成した。使用した溶媒はトルエンであったが、ポリマーXIの合成の場合
にはジクロロメタンであった。
【0047】 表1に関し、ポリマーI〜XおよびXIVは、窒素パージしたドライボックス
内のシュレンク(Schlenk)フラスコ中に、指示された触媒、コモノマー
および溶媒の指示量を混合することにより合成した。指定の触媒の構造を表2に
示す。次に混合物をドライボックスから取り出し、エチレンの1気圧下に放置し
た。混合物を、氷水バス中に浸漬することにより冷却しながら、15分間にわた
ってエチレンでパージした。次に7.1%のポリメチルアルモキサン(poly
methylalumoxane)(PMAO)のトルエン溶液2.2ml(ポ
リマーVIIおよびXIVでは4.4mL)を導入して、反応を開始させ、混合
液を指示された時間にわたって攪拌した。指示された時間の最後に、5mlのメ
タノールを、反応混合液に徐々に添加し、その後混合液を150mlのメタノー
ル中に注ぎ、続いて1.5mlの濃塩酸水溶液を添加した。得られた混合液を約
30分間攪拌した。得られる白色固形ポリマーを濾過し、メタノールの20ml
アリコートで6回洗浄し、減圧乾燥した。
【0048】 ポリマーXIは、指定された触媒、コモノマーおよびジクロロメタン溶媒の指
定量を、シュレンクフラスコ中で混合することにより合成した。室温にて1気圧
エチレン下で混合物を放置することにより、反応を開始させた。PMAOは添加
しなかった。反応を、4,260分間、攪拌下で進めた。得られたポリマーは、
油状液体であった。反応物を濾過した。濾過物に、攪拌下350mlのメタノー
ルを添加した。油状析出物を抽出し、100mlのジクロロメタンに再溶解させ
、続いて350mlのメタノールを添加した。淡黄色油状生成物を抽出し、減圧
乾燥した。このように調製した物質は、ガラス転移温度が−66℃であり、融点
は無かった。
【0049】 ポリマーXIIおよびXIIIは、指定された触媒、コモノマーおよび溶媒の
指定量を、ドライボックス内のシュレンクフラスコ中で混合することにより調製
した。混合物を、1気圧のエチレン下に放置し、15分間エチレンでパージした
。7.1%のPMAOのトルエン溶液10mlを添加して、反応を開始し、指示
された温度で指示された時間にわたって攪拌下で反応を継続した。350mlの
メタノールを反応混合物に、徐々に添加し、続いて5mlの濃HClを添加した
。白色固体ポリマーを濾過し、メタノールで洗浄し、減圧乾燥した。
【0050】 分子量を、ゲル浸透クロマトグラフィーで、ポリエチレン標準を用い、決定し
た。融点を、デュポン912型(DuPont model 912)の示差走
査熱量計を用い、−100℃まで冷却後、150℃まで10℃/分で昇温するこ
とにより、測定した。本明細書で後述する実施例では、ポリマーをローマ数字I
〜XVIIに従って命名する。使用する触媒は、表2記載の触媒と対応する文字
標記により、表1で命名する。ポリマー中のコモノマーの比率(%)は、プロト
ンおよび13C核磁気共鳴を組合わせて求めた。
【0051】
【表1】
【0052】
【表2−1】
【0053】
【表2−2】
【0054】 本明細書で後述される前駆体非イオン性ポリマーXVおよびXVIは、プロピ
レンと、下記式 FSO2−CF2CF2−O−(CF22−(CH24CH=CH2 で表されるコモノマーとを共重合することにより調製した。使用した溶媒はトル
エンであった。
【0055】 ポリマーXVは、ドライボックス内のシュレンクフラスコ中で、2.3mg(
0.0055mmol)の触媒rac−エチレンビス(インデニル)ジルコニウ
ム(IV)ジクロライド、2.72g(7.11mmol)のCH2=CH(C
24(CF22O(CF22SO2Fおよび25mLのトルエンを混合するこ
とにより合成した。これを氷水浴中で3psigのプロピレン下に放置し、10
分間プロピレンでパージした。PMAO(7.2mLの7.1重量%のトルエン
溶液)を混合物に添加した。0℃で1時間、3psigのプロピレン下で攪拌後
、メタノール(150mL)を反応混合物に、徐々に添加し、続いて5mLの濃
HClを添加した。白色固体ポリマーを濾過し、メタノールで洗浄し、減圧乾燥
した。コポリマー(1.35g)が得られた。ポリマーは、13C NMRによる
とアイソタクチックである。2.9モル%のコモノマーが取り込まれていること
が、1H NMR(TCE−d2)により示された。コポリマーでは、示差走査熱
量計による融点は133℃である。ゲル浸透クロマトグラフィー(TCB、13
5℃、ポリエチレン標準)では、Mw=23,200;Mn=11,000;M
w/Mn=2.1である。
【0056】 ポリマーXVIは、ドライボックス内のシュレンクフラスコ中で、2.3mg
(0.0055mmol)の触媒rac−エチレンビス(インデニル)ジルコニ
ウム(IV)ジクロライド、5.5g(0.0144mmol)のCH2=CH
(CH24(CF22O(CF22SO2Fおよび25mLのトルエンを混合す
ることにより合成した。これを氷水浴中で3psigのプロピレン下に放置し、
10分間プロピレンでパージした。PMAO(4.0mLの12.9重量%のト
ルエン溶液)を混合物に添加した。0℃で2時間、3psigのプロピレン下で
攪拌後、メタノール(5mL)を反応混合物に徐々に添加した。次いで、混合物
を150mLのメタノール中に注ぎ、続いて5mLの濃HClを添加した。室温
で20分間攪拌後、白色固体ポリマーを濾過し、メタノールで洗浄し、減圧乾燥
した。コポリマー(4.6g)を得た。ポリマーは、13C NMRによるとアイ
ソタクチックである。3.8モル%のコモノマーが取り込まれていることが、1
H NMR(TCE−d2)により示された。コポリマーは、示差走査熱量計に
よる融点が124℃である。ゲル浸透クロマトグラフィー(TCB、135℃、
ポリエチレン標準);Mw=39,200;Mn=20,900;Mw/Mn=
1.9である。
【0057】 本明細書で後述される前駆体非イオン性ポリマーXVIIは、高密度ポリエチ
レン上に、CH2=CH(CF22O(CF22SO2Fをグラフト化させること
により調製した。
【0058】 ポリマーXVIIは、125℃の13.03gの高密度ポリエチレン(Ald
rich、Mw=125,000)の100mlのo−ジクロロベンゼン溶液と
、10.15gのCH2=CH(CF22O(CF22SO2Fとを窒素下で混合
し、続いてtert−ブチルペルオキシドのジクロロベンゼン溶液(20mLの
o−ジクロロベンゼン中に、1.23gのtBuOOtBu)を徐々に添加するこ
とにより合成した。添加を7時間で終了した。続いて溶液を一晩中攪拌した。溶
液を500mLのメタノールに注ぎ、実験室混合機で混合後濾過した。メタノー
ル溶解、混合および濾過の工程を、トータルで4回実施した。その後、固形ポリ
マーをメタノールで3回洗浄し、真空で乾燥した。白色ポリマー(21.3g)
を得た。1H NMR測定によると、コモノマーの取り込みモル比率は5.4%
であった。NMR測定によると、分岐頻度は7Me/1000CH2であった。
GPC(TCB、135℃、PE標準)では;Mw=65,700;Mn=4,
820;P/D=15.3である。コポリマーは、DSCによると融点が118
℃である。
【0059】 本発明のF1〜F16、F19、F21〜F23と示されるフィルムを、本発
明のポリマーから作製した。
【0060】 ポリマーVIは、おそらく低分子量のためにさらなる取り扱いができないほど
非常に脆いことがわかり、支えなしで立つほどのフィルムに作製することはでき
なかった。ポリマーXIは、油状であり、室温で支えなしで立つほどのフィルム
に作製することはできなかった。
【0061】 本明細書で上述したポリマーI〜VおよびポリマーVII〜XおよびXII〜
XVIIと示した他の全てのポリマーをフィルム形状に作製した。表3で「MP
」と示した3.75cm×3.75cmから7.5cm×7.5cmのサイズの
溶融プレスしたフィルムは、約0.25〜5.0gの乾燥ポリマーを、DuPo
nt(Wilmington、DE)から入手できる2枚のKapton(登録
商標)ポリイミドフィルムの間に入れ、Omron Electronic I
nc.(Schaumburg、IL)のE5CS温度制御装置を備えた油圧機
(P218C型、Pasadena Hydlauric Industrie
s(City of Industry、CA))の定盤の間に挿入することに
より製造した。ポリマーを2分間予備加熱し、その後2分間圧縮し、続いて加圧
下で冷却した。得られたフィルムは、約63から127マイクロメーターの膜厚
の範囲であった。用いた特定の温度および圧力を、表3に示す。
【0062】 表3で「溶液」と示した溶液からのキャストフィルムは、0.25〜5.0g
のポリマーが指定した溶剤に溶解するまで加熱し溶解させ、2.5cm×2.5
cmの穴を有するガラス製キャストトレー上にキャストすることにより調製した
。溶剤を室温で蒸発させ、膜厚が約25〜127マイクロメーターの範囲のポリ
マーフィルムを得た。
【0063】
【表3】
【0064】 (実施例1〜22) 表3に記載のフィルム試料F1〜F16、F19、F21〜23の各々と、ポ
リマーXIの2つの油状のアリコートとを、LiOHの1:1の水メタノール飽
和溶液で処理し、続いて室温にて1:1の水メタノールですすぐことにより加水
分解し、その後新たに調製した1:1の水/メタノール混合液中で加熱した。そ
の後、とくに言及しない限りVWR Scientific、West Che
ster、PAから入手できる型1430真空オーブンで、約220トール圧力
下で、試料を乾燥させた。表4には、フィルムをLiOH溶液に曝す時間および
温度、室温すすぎをする時間、加熱すすぎをする温度および時間、加水分解フィ
ルムの乾燥の温度と時間を示した。
【0065】
【表4−1】
【0066】
【表4−2】
【0067】
【表4−3】
【0068】 (実施例23) 実施例XIVに記載のように調製された、重合ポリマー片のままの形態のポリ
マーXIV試料4.43gを、予め70℃に加熱した1:1の水/メタノールの
飽和LiOH溶液の過剰量に2時間浸漬することにより加水分解に供し、続いて
75℃まで加熱し、さらに2時間保持し、その後室温まで冷却し、12時間維持
し、続いて再度75℃まで加熱し、4時間維持した。得られた加水分解ポリマー
を、その後、水/メタノールの1:1混合液中で、室温にて12時間すすぎに供
し、続いて新鮮な水/メタノールの1:1混合液中で、80℃で4時間すすぎ、
ついで水/メタノールの1:1混合液中で、室温にて12時間すすぎに供した。
【0069】 その後加水分解ポリマーをTHFに溶解し、ガラス板上にキャストし、ついで
THFを蒸発させ、板からフィルムを分離することによりフィルムをキャストし
た。そのように調製した加水分解フィルムを、本明細書で以降、試験片S20と
して示す。
【0070】 (実施例24) 本明細書中上記記載のように調製した0.2817gのリチオ化ポリマー試験
片S19を、10mLのTHF中に置き、溶解するまで穏やかに暖めた。0.0
56gのCabot Cab−o−sil(登録商標)TS530を添加し、分
散するまで攪拌した。分散物を、直径50mmのTeflon(登録商標)PF
Aの円形のペトリ皿上にキャストし、溶媒を蒸発させて、本明細書で以降、試験
片S24として示される加水分解フィルムを形成した。
【0071】 (実施例25〜181) 実施例1〜24、S1〜S24の乾燥加水分解フィルムを、まだ暖かいまま密
閉した容器に移し、そして乾燥窒素で加圧にされている球状のボックスにいれ、
そこで密閉した容器から膜を取出し、室温になるまで放置した。引き続き球状の
ボックス内で、その後、膜を1.0cm×1.5cmのサイズの数個の切片に切
り分けた。典型的には、そのように調製した試験片を、真空下で、24〜48時
間にわたって100℃に加熱した。
【0072】 冷却した1.0cm×1.5cmの膜試料を、その後、密閉ガラスビン内で、
1以上の過剰の液体中で、室温にて24時間浸漬した。使用した液体は、全て市
販されており、そのままで使用した。浸漬後、膜試料を液体浴から取出し、ペー
パータオルで吸い取って過剰の液体を除き、試験した。
【0073】 イオン伝導率は、Y.Sone等、[Proton Conductivit
y of Nafion 117 As Measured by a Fou
r−Electrode AC Impendance Method」、J.
Electrochem.Soc.、143、1254(1996)という表題
の文献記載のいわゆる4点プローブ法を用い測定した。記載されている方法を、
水性電解液膜に適用した。この方法は、本明細書中で報告する非水性溶媒につい
ての測定値を得る目的のために、水への暴露を最小限にするために乾燥窒素で密
閉球状ボックスをパージしている記載の装置を設置することにより修正を加えた
。方法はまた、試験試料の全幅を横断する並行な線状プローブを、文献報告の方
法で使用された点状プローブに置き換えることによっても修正を加えた。
【0074】 1.0cm×1.5cmのフィルムを、吸い取り乾燥させ、伝導率電池中に設
置した。電池のインピーダンスを、10Hzから100,000Hzの範囲で測
定し、高周波数領域(通常500〜5000Hz)の位相角ゼロでの値を、オー
ムで示す試料のバルク抵抗値とみなした。次に元の抵抗値を、電池定数と液体で
膨潤したフィルム厚を用い、伝導率、S/cmに変換した。
【0075】 以下の略語を使用した: DEC 炭酸ジエチル DEE ジエトキシエタン DMC 炭酸ジメチル DME 1,2−ジメトキシエタン DMF N,N−ジメチルホルムアミド DMSO ジメチルスルホキシド EC 炭酸エチレン(1,3−ジオキソラン−2−オン) GBL γ−ブチロラクトン MA 酢酸メチル MeOH メタノール MG グリコール酸メチル NMF N−メチルホルムアミド NMP N−メチルピロリドン PC 炭酸プロピレン PEG ポリエチレングリコール THF テトラヒドロフラン (実施例25〜138) 実施する伝導率試験において、本発明の加水分解フィルムS1〜S24は、指
定された液体と組み合わされて、本発明の伝導性組成物を形成する。記載される
ように表5に示す組成物は、10-5S/cmを超える室温イオン伝導率を発現す
ることが見出された。
【0076】
【表5】
【0077】 本明細書で上述した実施例で使用したS15の試験片は、表5に記載の多くの
溶剤に浸漬されている間は、とくに高程度に物理的な結合性を維持することが観
察された。
【0078】 (実施例139〜140) 加水分解フィルムサンプルS2、S4、S5、S6およびS7の各々の試験片
を、表6に示したように曝す時間が2時間または54時間のいずれかである以外
は、本明細書で上述した方法に従いPCに浸漬した。
【0079】
【表6】
【0080】 (実施例141〜150) ポリマーXIの加水分解により形成した重合性油状物質を、表7に示した溶剤
と混合し、指定の温度でゲルを形成した。伝導率測定を、オリエン(Orien
)液体浸漬伝導率プローブを用い実施した。結果を表7に示す。
【0081】
【表7】
【0082】 (実施例150〜173) 表8に指定の加水分解フィルムの試験片を、本明細書で上述したように調製し
たリチオ化形態および酸形態の両方で、水性媒体中で伝導率を評価した。酸形態
の膜を、リチウム形態の膜から、膜を過剰の1.0M硝酸(試薬グレート、EM
Science、Gibbstown、NJ)に1時間にわたって浸漬し、そ
の後脱イオン水で1時間、T=80℃ですすぎ、その後、脱イオン水中で冷却す
ることにより調製した。
【0083】 次に、フィルムを脱イオン水中に浸漬し、2時間でT=80℃まで加熱し、続
いて室温まで冷却した。全ての測定を球状ボックスの外側で実施した以外は、上
記と同じ手法を用いて伝導率を測定した。
【0084】
【表8】
【0085】 (実施例174) 参照することにより本明細書に組み込まれるDesmarteau、J.Fl
ourine Chem.52、pp7ff(1991)で教示している方法に
従い、本明細書で上記に開示したように合成したポリマーIXを、CF3CF2
2NNaSi(CH33と反応させた。このように調製したポリマーを、30
%を超えるH2SO4と、室温で6時間にわたって処理し、プロトン(H+)形態
のポリマーを調製した。このように調製したプロトン形態ポリマーを、その後、
直ぐに大過剰の0.1MのLiOH50/50水メタノール溶液を用いて、室温
下で5時間にわたってイオン交換した。得られたアイオノマーは、本質的に非置
換のエチレン主鎖と、3.9モル%の下記式
【0086】
【化3】
【0087】 で表される基からなるペンダント基とを有するポリマーである。Liイミドアイ
オノマーを、NMRおよび元素分析より同定した。
【0088】 (実施例175) Seppelt、Inorg.Chem.27、pp.2135ff(198
8)の方法に従い、CH2(SO2CF2CF32およびCH3MgBrから、(C
3CF2SO22C(BrMg)2を合成した。本明細書で上記に開示したよう
に合成したポリマーIXの攪拌させたTHF溶液に、(CF3CF2SO22C(
BrMg)2を0℃で添加した。添加が終了した後、反応混合物を室温にて一晩
中攪拌した。その後、THFを汲みだし、3MのHClを添加し、溶液を数時間
攪拌し、濾過した。無機塩を除去するため得られた固体を水で洗浄し、その後、
0.1MのLiClの50/50水/MeOH溶液で、室温にて1昼夜処理した
。RfSO2C(Li)(SO2CF32を得た。
【0089】 得られたアイオノマーは、本質的に非置換のポリエチレン主鎖と、3.9モル
%の下記式
【0090】
【化4】
【0091】 で表される基からなるペンダント基を有するポリマーである。Liメチドアイオ
ノマーを、NMRおよび元素分析より同定した。
【0092】 (実施例176) 実施例23の加水分解ポリマーの乾燥試料0.5gを、12gのテトラヒドロ
フラン(THF)とともに密閉フラスコに入れ、温度65℃で4時間にわたって
400rpmで攪拌した。溶融シリカ(0.125gのTS530、Cabot
社(Boston、MA))を添加し、数分にわたり攪拌を継続して、シリカを
分散させた。懸濁液をガラスウールのプラグに通過させて濾過し、いかなるゲル
粒子をも除去し、0.05インチのゲート高を有するドクターブレードを用いて
、DuPontで販売されているMylar(登録商標)のポリエステルフィル
ム上にキャストした。THFを周囲温度で蒸発させ、厚さ32から40μのフィ
ルムを得た。そのように調製したフィルムを、本明細書で後述するバッテリー構
造体のセパレーターフィルムとして使用した。
【0093】 実施例23の加水分解ポリマーの第2の試料を、本明細書で後述するバッテリ
ーで使用される陽極電極の製造に使用した。0.2gの乾燥アイオノマーを、7
gのテトラヒドロフラン(THF)とともに密閉フラスコ中に入れ、温度70℃
で2時間、400rpmで攪拌した。カーボンブラック(0.05gのSPブラ
ック、MMM S.A.Carbon、ブリュッセル、ベルギー)およびグラフ
ァイト(0.75gのメゾフェーズカーボンミクロビーズMCMB25〜28、
大阪ガス、日本)を添加し、さらに15分間攪拌した。スラリーを、DuPon
tで販売されているシラン化Mylar(登録商標)の上にキャストし、THF
を周囲温度で蒸発させた。
【0094】 円形の12mm直径の陽極電極を、グラファイトフィルムから打ち抜き、10
0℃減圧乾燥させたところ、質量が11.6mg(8.7gのグラファイト)で
、160μの厚さの電極を得た。セパレーター(11.5mgの質量、43μの
厚さ、直径19mmの円形)を、上記のセパレーターフィルムから打ち抜いた。
これらを過剰量の無水のEC/DMCに10分間浸漬し、これらに21.8mg
の液体を吸収させた。それらは、リチウム箔陰極電極とともにサイズ2325の
コイン状電池に組み立てた。電池を、定常電流0.5mAで、電圧0.01Vま
で放電し、その時点で電流が0.05mA未満に低下するまで電圧を維持した。
最初の放電での放電容量は、2.42mAhであり、これはグラファイトの陽極
電極材料の1g当たり280mAhに相当した。電池を定格0.5mAで1.2
Vまで充電し、その後、充電電流が0.05mA未満に低下するまで、電圧は1
.2Vで一定に維持した。充電容量は、1.97mAhであり、これは最初の放
電/充電サイクルの電気化学的効率が81%であることを示している。電池を、
上記と同様な方法で放電および充電を繰り返し、14回での放電容量は1.85
mAhであった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AU,BA,BB,BG,BR ,CA,CN,CU,CZ,EE,GD,GE,HR, HU,ID,IL,IN,IS,JP,KP,KR,L C,LK,LR,LT,LV,MG,MK,MN,MX ,NO,NZ,PL,RO,SG,SI,SK,SL, TR,TT,UA,UZ,VN,YU,ZA (72)発明者 ドイル クリストファー マーク アメリカ合衆国 19711 デラウェア州 ニューアーク ブライドル ブルック レ ーン 52 (72)発明者 ロウロフズ マーク ジャーリット アメリカ合衆国 19707 デラウェア州 ホッケシン ヘムロック ドライブ 514 (72)発明者 ワン リン アメリカ合衆国 19707 デラウェア州 ホッケシン ブルック ラン 112 (72)発明者 ヤン ジェン−ユ アメリカ合衆国 19810 デラウェア州 ウィルミントン マーヒル ドライブ 2609 Fターム(参考) 4F071 AA78 AB26 AE17 AH15 BA02 BB02 BC01 4J100 AA02P AE56Q BA08Q BA57Q BB07Q BB12Q BB13Q CA04 CA31 HA31 HB39 JA43 5G301 CA08 CA16 CA17 CA30 CD01 5H050 AA07 BA18 CA02 CA07 CA08 CA09 CA11 CA29 CB01 CB02 CB07 CB08 CB12 DA10 DA13 DA19 EA10 EA24 HA01

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主鎖およびペンダント基を含むアイオノマーであって、 前記主鎖は本質的にメチレンおよびメチン単位を含み、 前記ペンダント基は下記式 −Rn−Rf−CF2CF2−SO2−X−(SO2fa -+ [式中、M+は一価の金属カチオンであり;Rf基は、直鎖または分岐のパーフル
    オロアルキレン基、OまたはClを含むパーフルオロアルキレン基およびパーフ
    ルオロアリール基からなる群から独立に選択され;Rは、ハイドロカルビルであ
    り、n=0または1であり;a=0〜2であり;X=O、NまたはCであり;さ
    らに前記イオン性基は、X=Oの場合a=0、X=Nの場合a=1、X=Cの場
    合a=2と限定される]で表されるイオン性基を含む、ことを特徴とする上記ア
    イオノマー。
  2. 【請求項2】 a=0であり;X=Oであり;Rfが下記式 −O−[(CFRf′CF2x−Oym− [式中、Rf′はパーフルオロアルキルまたはフッ素であり、x=0、1、2ま
    たは3であり、y=0または1であり、m=0、1、2または3である]で表わ
    され、Rnが下記式 −(CH2z− [式中、zは2から6の範囲の整数である]で表わされる、ことを特徴とする請
    求項1に記載のアイオノマー。
  3. 【請求項3】 M+がアルカリ金属カチオンであり、Rf′がフッ素であり、
    x=1または2であり、y=0であり、m=1または2であり、z=4であり、
    Rがエチル、プロピルまたはブチルであることを特徴とする請求項2に記載のア
    イオノマー。
  4. 【請求項4】 M+がリチウムカチオンであることを特徴とする請求項3に
    記載のアイオノマー。
  5. 【請求項5】 前記イオン性基の濃度が、1〜20モル%であることを特徴
    とする請求項1に記載のアイオノマー。
  6. 【請求項6】 前記イオン性基の濃度が、2〜10モル%であることを特徴
    とする請求項1に記載のアイオノマー。
  7. 【請求項7】 前記主鎖中に、メチレン基1000個あたり、最大150個
    の短鎖分岐をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のアイオノマー。
  8. 【請求項8】 前記主鎖中に、メチレン基1000個あたり5〜90個の短
    鎖分岐があることを特徴とする請求項1に記載のアイオノマー。
  9. 【請求項9】 フィルムまたはシートの形態であることを特徴とする請求項
    1に記載のアイオノマー。
  10. 【請求項10】 さらに無機物の粒子が混合されていることを特徴とする請
    求項1に記載のアイオノマー。
  11. 【請求項11】 前記無機物の粒子が、平均粒径1.0マイクロメーター未
    満のシリカ粒子であり、シリカが、混合物中に全体の50重量%まで存在するこ
    とを特徴とする請求項10に記載のアイオノマー。
  12. 【請求項12】 請求項1に記載のアイオノマーおよびそれに吸収された液
    体を含むことを特徴とするイオン伝導性組成物。
  13. 【請求項13】 前記液体が水またはメタノールであることを特徴とする請
    求項12に記載のイオン伝導性組成物。
  14. 【請求項14】 前記液体が非プロトン性であることを特徴とする請求項1
    2に記載のイオン伝導性組成物。
  15. 【請求項15】 前記液体が有機カーボネートおよびそれらの混合物からな
    る群から選択されることを特徴とする請求項14に記載のイオン伝導性組成物。
  16. 【請求項16】 前記液体が、炭酸エチレンと、炭酸ジメチル、炭酸メチル
    エチルおよび炭酸ジエチルからなる群から選択された少なくとも1つの液体との
    混合物であることを特徴とする請求項13に記載のイオン伝導性組成物。
  17. 【請求項17】 M+がリチウムカチオンであり、Rn=(CH24であり、
    f=(CF2xであり、X=Oであり、a=0であり、前記イオン性基の濃度
    が2〜10モル%であり、さらに前記主鎖中にメチレン単位1000個あたり最
    大150個の短鎖分岐を含み、前記液体が有機カーボネート(複数)およびそれ
    らの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項12に記載のイオ
    ン伝導性組成物。
  18. 【請求項18】 フィルム、シートおよびゲルからなる群から選択される形
    態であることを特徴とする請求項12に記載のイオン伝導性組成物。
  19. 【請求項19】 フィルム、シートおよびゲルからなる群から選択される形
    態であることを特徴とする請求項17に記載のイオン伝導性組成物。
  20. 【請求項20】 さらに微孔質の電気的絶縁性ポリマーフィルムまたはシー
    トであって、微孔質内に前記ゲルが吸収されているフィルムまたはシートを含む
    ことを特徴とする請求項18に記載のイオン伝導性組成物。
  21. 【請求項21】 さらに微孔質の電気的絶縁性ポリマーフィルムまたはシー
    トであって、その微孔質内に前記ゲルが吸収されている、フィルムまたはシート
    を含むことを特徴とする請求項19に記載のイオン伝導性組成物。
  22. 【請求項22】 主鎖およびペンダント基を含むポリオレフィンをアルカリ
    金属塩基の溶液と接触させる工程を有するアイオノマーを製造する方法であって
    、 前記主鎖は本質的にメチレンおよびメチン単位からなり、 前記ペンダント基は下記式 XSO2−CF2CF2−Rf−Rn− [式中、XはFまたはClであり、Rfは直鎖または分岐のパーフルオロアルキ
    レン、OまたはClを含むパーフルオロアルキレンまたはパーフルオロアリール
    基であり、Rは、ハイドロカルビル(式中、n=0または1)である]で表わさ
    れるイオン性基を含む、ことを特徴とするアイオノマーを製造する方法。
  23. 【請求項23】 請求項1に記載のアイオノマーを液体と接触させる工程を
    有することを特徴とする伝導性組成物を製造する方法。
  24. 【請求項24】 少なくとも1つの電極活性物質、電極活性物質と混合され
    た請求項1に記載のアイオノマーおよび電極活性物質内に吸収された液体を含む
    ことを特徴とする電極。
  25. 【請求項25】 M+がリチウムカチオンであり、Rn=(CH24であり、
    f=(CF2xであり、X=Oであり、a=0であり、前記イオン性基の濃度
    が2〜10モル%であり、さらに前記主鎖中にメチレン単位1000個あたり最
    大150個の短鎖分岐を含み、前記液体が有機カーボネートおよびそれらの混合
    物からなる群から選択されることを特徴とする請求項24に記載の電極。
  26. 【請求項26】 さらにカーボンブラックを含むことを特徴とする請求項2
    5に記載の電極。
  27. 【請求項27】 電極活性物質に対するアイオノマーの重量比率が0.05
    と0.8の間であり、電極活性物質に対するカーボンブラックの重量比率が0.
    01と0.2の間であることを特徴とする請求項26に記載の電極。
  28. 【請求項28】 陽極電極、陰極電極、陽極と陰極との間に設けたセパレー
    ター、および電池を外部の負荷または電源に接続する手段を含む電気化学電池で
    あって、 前記セパレーター、前記陰極および前記陽極からなる群の少なくとも1つが請
    求項1に記載のアイオノマーを含んでいることを特徴とする電気化学電池。
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