JP2015522681A - Composite material and manufacturing method thereof - Google Patents

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コックス,ゲルハルト
ヴォルフ,ハンネス
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Abstract

a)少なくとも1つの(半)メタリック相と、b)少なくとも1つの有機ポリマー相とを含む複合材料を製造するプロセスであって、少なくとも1つのアリールオキシ(半)メタレート、及び/またはオキソ酸を形成する非金属であって、炭素および窒素とは異なる非金属のアリールオキシエステル(化合物I)の、少なくとも1つのケトン、ホルムアルデヒドおよび/またはホルムアルデヒド等価物(化合物II)との、アリールオキシ(半)メタレートではない少なくとも1つの(半)金属化合物(化合物III)の存在下での共重合を含み、化合物III中の(半)金属の重量は、化合物Iの重量に基づいて、少なくとも5重量%である、プロセス。A process for making a composite material comprising a) at least one (semi) metallic phase and b) at least one organic polymer phase, forming at least one aryloxy (semi) metalate and / or oxo acid An aryloxy (semi) metalate of a nonmetallic aryloxyester (compound I) different from carbon and nitrogen with at least one ketone, formaldehyde and / or formaldehyde equivalent (compound II) A copolymer in the presence of at least one (semi) metal compound (compound III), wherein the weight of the (semi) metal in compound III is at least 5% by weight, based on the weight of compound I ,process.

Description

本発明は、無機(半)メタリック相、およびポリマー相または炭素質相を含む複合材料の分野に関するものである。このタイプの複合材料は、通常、反応性ツイン重合(reactive twin polymerization)によって得られる。このような複合材料は、充電式バッテリの製造およびエネルギー貯蔵に用いられ得る。本発明はさらに、電極および電気化学セルにおける新規な複合材料の使用に関する。   The present invention relates to the field of composite materials comprising an inorganic (semi) metallic phase and a polymer or carbonaceous phase. This type of composite material is usually obtained by reactive twin polymerization. Such composite materials can be used in the manufacture of rechargeable batteries and energy storage. The invention further relates to the use of the novel composite material in electrodes and electrochemical cells.

特許文献1は、炭素相および少なくとも1つのMO相(Mは金属または半金属である)を含むエレクトロアクティブ材料を開示している。これらの相は、共連続相ドメイン(co−continuous phase domain)を形成し、ツイン重合(後にか焼工程が続く)によって製造される。この文献に従えば、Mは、B、Al、Si、Ti、Zr、Sn、Sb、またはこれらの混合物から選択されてよい。Siは、Mの総量に基づいて、最大90mol%であってよい。 Patent Document 1, carbon phase and at least one MO x phase (M is a metal or a semimetal) discloses the electro-active material comprising a. These phases form a co-continuous phase domain and are produced by twin polymerization (followed by a calcination step). According to this document, M may be selected from B, Al, Si, Ti, Zr, Sn, Sb, or mixtures thereof. Si may be up to 90 mol% based on the total amount of M.

特許文献2は、少なくとも1つの無機相またはオルガノメタリック相、および有機ポリマー相を有するナノ複合材料を、ツイン重合によって製造するプロセスを挙げている。加えて記載されるのが、炭素相、および半金属/金属オキシドまたは半金属/金属ニトリドの少なくとも1つの無機相を有するナノ複合材料である。開示されるナノ複合材料は、共連続相ドメインを有する。金属または半金属は、Siの、少なくとも1つのさらなる金属原子、特にTiまたはSnとの組合せであってよいことが開示されている。   Patent Document 2 lists a process for producing a nanocomposite material having at least one inorganic or organometallic phase and an organic polymer phase by twin polymerization. In addition, nanocomposites having a carbon phase and at least one inorganic phase of a metalloid / metal oxide or metalloid / metal nitride are described. The disclosed nanocomposites have co-continuous phase domains. It is disclosed that the metal or metalloid can be a combination of Si with at least one further metal atom, in particular Ti or Sn.

特許文献3は、少なくとも1つのオキサイド相、および1つの有機ポリマー相を有する複合材料を製造するプロセスを記載しており、これは、アリールオキシ(半)メタレート(metallate)またはオキソ酸を形成する非金属のアリールオキシエステルの、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド等価物との共重合によって達成される。コポリマーのか焼により、半金属/金属の無機相および炭素相を含む電気活性(electroactive)ナノ複合材料がもたらされ、相は共連続相ドメイン中に生じる。   U.S. Patent No. 6,057,031 describes a process for producing a composite material having at least one oxide phase and one organic polymer phase, which forms an aryloxy (semi) metallate or oxo acid. This is accomplished by copolymerization of metal aryloxyesters with formaldehyde or formaldehyde equivalents. Calcination of the copolymer results in an electroactive nanocomposite comprising a semi-metal / metal inorganic phase and a carbon phase, the phase occurring in the co-continuous phase domain.

特許文献4は、ツイン重合によるスズ含有モノマーの反応に基づくプロセスを記載している。開示される複合材料は、少なくとも1つの酸化スズ相、および有機ポリマー相を有し、これらの相は、共連続相ドメイン中に存在し得る。この複合材料は、特許文献4に記載されるように、スズ−炭素複合材料の製造に利用されてもよい。   U.S. Patent No. 6,099,056 describes a process based on the reaction of tin-containing monomers by twin polymerization. The disclosed composite material has at least one tin oxide phase and an organic polymer phase, which may be present in the co-continuous phase domain. This composite material may be used for the production of a tin-carbon composite material as described in US Pat.

特許文献5は、炭素相、および少なくとも1つのSnO相(xは、0から2までの数である)を含む電気活性材料を開示している(ノボラックの、スズ塩との反応による)。 Patent Document 5, carbon phase, and (is x, is a number from 0 to 2) at least one SnO x phase discloses an electroactive material comprising (a novolak, by reaction with the tin salt).

国際公開第2010/112580号パンフレットInternational Publication No. 2010/112580 Pamphlet 国際公開第2010/112581号パンフレットInternational Publication No. 2010/112581 Pamphlet 国際出願PCT/EP2012/050690号明細書International Application PCT / EP2012 / 050690 Specification 欧州特許出願公開第11181795.3号明細書European Patent Application No. 11181795.3 欧州特許出願公開第11178160.5号明細書European Patent Application No. 11178160.5

ナノスケール炭素含有相および(半)金属含有相を有する複合材料に基づくアノード材料を産業スケールで製造できるような、簡単、再生可能かつ安価な製造方法が必要とされている。このことは、それに必要な反応物にも当てはまる。また、合成される複合材料の性質、特に(半)金属含有量の調節が、プロセス条件の、および/または出発材料の変更を調節することによって、可能となるべきである。   There is a need for a simple, reproducible and inexpensive manufacturing method that enables anode materials based on composite materials having nanoscale carbon-containing phases and (semi) metal-containing phases to be manufactured on an industrial scale. This is also true for the reactants required for it. Also, adjustment of the properties of the composite material to be synthesized, in particular the (semi) metal content, should be possible by adjusting the process conditions and / or changes in the starting materials.

本発明の目的は、リチウムイオンバッテリ用のアノード材料として適した複合材料を提供することであった。また、その製造方法(プロセス)によれば、複合材料は、簡単に、再生可能な品質で、そして産業スケールで製造され得ることが分かった。そして、信頼でき、かつ安価に、そして容易に入手可能な出発材料で製造を行うことが可能であることが分かった。別の目的は、(半)金属含有量が、非常に幅広い限度範囲内で調整可能であることであった。   The object of the present invention was to provide a composite material suitable as an anode material for lithium ion batteries. Also, according to the manufacturing method (process), it has been found that the composite material can be easily manufactured with reproducible quality and on an industrial scale. It has been found that it is possible to manufacture with starting materials that are reliable, inexpensive and readily available. Another objective was that the (semi) metal content could be adjusted within a very wide range of limits.

本アノード材料で製造された電気化学セルは、容量、サイクル安定性、効率および信頼性が高く、機械的安定性が良好であり、そしてインピーダンスが低かった。また、プロセスは、様々な(半)金属の多くの組合せに使用可能であり、(半)金属はフレキシブルな比率で使用可能であった。   The electrochemical cell made with this anode material had high capacity, cycle stability, efficiency and reliability, good mechanical stability, and low impedance. The process could also be used for many combinations of various (semi) metals, and (semi) metals could be used in a flexible ratio.

この目的は、
a)少なくとも1つの(半)メタリック相と、
b)少なくとも1つの有機ポリマー相と
を含む複合材料を製造するプロセスであって、
少なくとも1つのアリールオキシ(半)メタレート、及び/またはオキソ酸を形成する非金属であって、炭素および窒素とは異なる非金属のアリールオキシエステル(化合物I)の、
少なくとも1つのケトン、ホルムアルデヒドおよび/またはホルムアルデヒド等価物(化合物II)との、
アリールオキシ(半)メタレートではない少なくとも1つの(半)金属化合物(化合物III)の存在下での共重合を含み、
化合物III中の(半)金属の重量は、化合物Iの重量に基づいて、少なくとも5重量%である、プロセスによって達成される。
This purpose is
a) at least one (semi) metallic phase;
b) a process for producing a composite material comprising at least one organic polymer phase,
At least one aryloxy (semi) metallate and / or non-metal forming an oxoacid, wherein the non-metallic aryloxy ester (compound I) is different from carbon and nitrogen,
With at least one ketone, formaldehyde and / or formaldehyde equivalent (compound II),
Copolymerization in the presence of at least one (semi) metal compound (compound III) that is not an aryloxy (semi) metalate;
The weight of the (semi) metal in compound III is achieved by the process being at least 5% by weight, based on the weight of compound I.

本発明はさらに、
a)少なくとも1つの(半)メタリック相と、
b)少なくとも1つの有機ポリマー相と
を含む複合材料であって、
少なくとも1つの(半)メタリック相は、少なくとも2つの異なる(半)金属を含み、複合材料中の各(半)金属の重量は、複合材料中の炭素の重量に基づいて、少なくとも2重量%であり、少なくとも1つの有機ポリマー相は、相ドメインを、少なくとも1つの(半)メタリック相と形成し、同一の相の2つの隣接するドメイン間の平均距離(距離の算術平均)は、小角X線散乱を用いて判定されて、本質的に200nm以下である、複合材料を提供する。
The present invention further includes
a) at least one (semi) metallic phase;
b) a composite material comprising at least one organic polymer phase,
The at least one (semi) metallic phase comprises at least two different (semi) metals, and the weight of each (semi) metal in the composite material is at least 2% by weight, based on the weight of carbon in the composite material And at least one organic polymer phase forms a phase domain with at least one (semi) metallic phase, and the average distance (arithmetic mean of distance) between two adjacent domains of the same phase is a small angle X-ray A composite material is provided that is determined using scattering and is essentially 200 nm or less.

本発明は、同様に、
a)少なくとも1つの炭素相と、
b)少なくとも2つの異なる(半)金属を含む、少なくとも1つのオキシディック相および/または(半)メタリック相と
を含む複合材料(以下、「電気活性材料」とも呼ばれる)であって、
複合材料中の各(半)金属の重量は、複合材料中の炭素の重量に基づいて、少なくとも2重量%であり、少なくとも1つのオキシディック相および/もしくは(半)メタリック相、ならびに少なくとも1つの炭素相は、相ドメインを形成し、同一の相の2つの隣接するドメイン間の平均距離(距離の算術平均)は、小角X線散乱を用いて判定されて、本質的に10nm以下であり、そして/またはオキシディックおよび/もしくは(半)メタリック相は、小角X線散乱を用いて判定されて、本質的に、平均直径(直径の算術平均)が20μm以下である相ドメインを形成する、複合材料を提供する。
The present invention is similarly
a) at least one carbon phase;
b) a composite material (hereinafter also referred to as “electroactive material”) comprising at least one oxidic phase and / or (semi) metallic phase comprising at least two different (semi) metals,
The weight of each (semi) metal in the composite material is at least 2% by weight, based on the weight of carbon in the composite material, at least one oxidic phase and / or (semi) metallic phase, and at least one The carbon phase forms a phase domain, and the average distance between two adjacent domains of the same phase (arithmetic mean of distance) is essentially 10 nm or less, as determined using small angle X-ray scattering, And / or the oxidic and / or (semi) metallic phase is determined using small angle X-ray scattering and essentially forms a phase domain with an average diameter (arithmetic mean of diameter) of 20 μm or less. Provide material.

本発明のさらなる実施形態は、電気化学セルにおける電極としての、本発明の電気活性材料の使用、および本発明の電気活性材料を含む、電気化学セル用の電極である。また、本発明は、本発明の電気活性材料を含む電極を含む電気化学セル、その、リチウムイオンバッテリおよびデバイス(装置)における使用、ならびに本発明の電気化学セルを含むデバイスおよびリチウムイオンバッテリを提供する。   A further embodiment of the present invention is an electrode for an electrochemical cell comprising the use of the electroactive material of the present invention as an electrode in an electrochemical cell and the electroactive material of the present invention. The present invention also provides an electrochemical cell comprising an electrode comprising the electroactive material of the invention, its use in a lithium ion battery and device (apparatus), and a device and lithium ion battery comprising the electrochemical cell of the invention. To do.

本発明に従うプロセスは、いくつかの利点を伴う。特に重要なものとして、出発材料が容易に入手可能であること、種々の反応物が使用可能であること、そしてフレキシビリティのある複合材料が製造可能であることが挙げられる。例えば、有機ポリマー相の性質は、アリールオキシ基の性質が異なる様々な化合物Iを共重合することによって、変更され得る。同様にして、(半)メタリック相の性質の調節は、異なる(半)金属または非金属を含む化合物Iを、1つ以上の(半)金属を含む少なくとも1つの化合物IIIと組み合わせて併用することによって、可能である。   The process according to the present invention has several advantages. Of particular importance are the readily available starting materials, the availability of various reactants, and the ability to produce flexible composite materials. For example, the nature of the organic polymer phase can be altered by copolymerizing various compounds I that differ in the nature of the aryloxy group. Similarly, the adjustment of the properties of the (semi) metallic phase can be achieved by using compound I containing different (semi) metals or nonmetals in combination with at least one compound III containing one or more (semi) metals. Is possible.

得られた電気活性材料サンプルのTEM画像である。It is a TEM image of the obtained electroactive material sample. 特徴的な部位を示すTEM画像である。It is a TEM image which shows a characteristic site | part. 2つのセルの40サイクルにわたる放電容量を示す図である。It is a figure which shows the discharge capacity over 40 cycles of two cells. 電圧に対する差動容量のプロットを示す図である。It is a figure which shows the plot of the differential capacity | capacitance with respect to a voltage.

用語「相」の定義について、書籍A.D.McNaught and A.Wilkinson:IUPAC Compendium of Chemical Terminology,2nd Edition,Blackwell Scientific Publications,Oxford,Version 2.3.1(2012)1062を参照する。また、用語「相ドメイン」、ならびに「共連続」、「不連続」、および「連続相ドメイン」も用いられる。その正確な記載は、W.J.Work et al.,Definitions of Terms Related to Polymer Blends,Composites and Multiphase Polymeric Materials(IUPAC Recommendations 2004),Pure Appl.Chem.,76(2004)1985−2007において見ることができる。例えば、2成分混合物の共連続配置とは、2つの相または成分の相分離配置であって、各相の1ドメイン内で、相ドメイン境界の全ての領域が、連続する経路によって互いに接続され得るが、経路は何れの相境界とも交わらない相分離配置を意味すると理解される。   For the definition of the term “phase”, see Book A. D. McNought and A.M. See Wilkinson: IUPAC Compendium of Chemical Terminology, 2nd Edition, Blackwell Scientific Publications, Oxford, Version 2.3.1 (2012) 1062. The terms “phase domain” and “co-continuous”, “discontinuous”, and “continuous phase domain” are also used. Its exact description can be found in W.W. J. et al. Work et al. , Definitions of Terms Related to Polymer Blends, Composites and Multiphase Polymeric Materials (IUPAC Recommendations 2004), Pure Appl. Chem. 76 (2004) 1985-2007. For example, a co-continuous arrangement of a two-component mixture is a phase-separated arrangement of two phases or components in which all regions of the phase domain boundary can be connected to each other by a continuous path within one domain of each phase. However, a path is understood to mean a phase separation arrangement that does not intersect any phase boundary.

本発明の文脈における省略表記「(半)金属((semi)metal)」は、「金属および/または半金属」を表す;類似して、「(半)メタリック((semi)metallic)」は、「メタリックかつ/または半メタリック」を表す。「オキシディック(oxidic)」は、(半)金属および酸素を含む化学ユニットを表す。様々な結合形態、例えば、オキシド、ヒドロキシドまたは混合した形態が可能である。そして、化学量論もまた、幅広い限度範囲内で変動し得る。例えば、酸素含有量が低い(例えば、複合材料の重量に基づいて、10重量%未満、7重量%未満、または5重量%未満)形態が可能である。定義された化合物(SnOまたはFe O等)の化学量論的組成におおよそ対応する形態、および酸素含有量が高い(例えば、複合材料の重量に基づいて、15重量%超、20重量%超、または25重量%超)形態も可能である。 The abbreviation “(semi) metal” in the context of the present invention represents “metal and / or metalloid”; similarly, “(semi) metal” is Represents “metallic and / or semi-metallic”. “Oxidic” refers to a chemical unit containing (semi) metal and oxygen. Various binding forms are possible, for example oxides, hydroxides or mixed forms. And stoichiometry can also vary within wide limits. For example, forms with low oxygen content (eg, less than 10%, less than 7%, or less than 5% by weight based on the weight of the composite) are possible. Forms roughly corresponding to the stoichiometric composition of defined compounds (such as SnO or Fe 2 O 3 * H 2 O), and high oxygen content (eg, greater than 15% by weight based on the weight of the composite) , More than 20 wt%, or more than 25 wt%) forms are also possible.

用語「アルキル」、「アルケニル」、「シクロアルキル」、「アルコキシ」、「シクロアルコキシ」および「アリール」は、一価の有機ラジカルの総称であり、これらの定義はその慣習的なものである。ラジカル中の炭素原子の可能な数は、一般的に、接頭語C−Cによって特定され、fが最小の、gが最大の炭素原子数である。 The terms “alkyl”, “alkenyl”, “cycloalkyl”, “alkoxy”, “cycloalkoxy” and “aryl” are generic names for monovalent organic radicals, and their definitions are conventional. Possible number of carbon atoms in the radical are generally identified by the prefix C f -C g, f has a minimum, g is the maximum number of carbon atoms.

アルキルは、飽和した、線状の、または分岐したヒドロカルビルラジカル(ヒドロカルビル基)であり、一般的に1から20、多くの場合1から10、特に1から4つの炭素原子を有し、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、2−ペンチル、3−ペンチル、2−メチルブチル、3−メチルブチル、3−メチルブタ−2−イル、2−メチルブタ−2−イル、2,2−ジメチルプロピル、n−ヘキシル、2−ヘキシル、3−ヘキシル、2−メチルペンチル、2−メチルペンタ−3−イル、2−メチルペンタ−2−イル、2−メチルペンタ−4−イル、3−メチルペンタ−2−イル、3−メチルペンタ−3−イル、3−メチルペンチル、2,2−ジメチルブチル、2,2−ジメチルブタ−3−イル、2,3−ジメチル−ブタ−2−イル、2,3−ジメチルブチル、n−ヘプチル、2−メチルヘキシル、2−メチルヘキサ−2−イル、2−メチル−ヘキサ−3−イル、2−メチルヘキサ−5−イル、3−メチルヘキサ−2−イル、3−メチルヘキシル、3−メチルヘキサ−3−イル、3−メチルヘキサ−4−イル、2−メチルヘキサ−4−イル、2,2−ジメチルペンチル、2,2−ジメチルペンタ−3−イル、2,2−ジメチルペンタ−4−イル、2,3−ジメチルペンタ−2−イル、2,3−ジメチルペンタ−3−イル、2,3−ジメチルペンタ−4−イル、2,3−ジメチルペンタ−5−イル、2,4−ジメチルペンチル、2,4−ジメチルペンタ−2−イル、2,4−ジメチルペンタ−3−イル、2,4−ジメチルペンタ−4−イル、2,4−ジメチルペンタ−5−イル、3,3−ジメチルペンチル、3,3−ジメチルペンタ−2−イル、3−エチルペンチル、3−エチルペンタ−2−イル、3−エチルペンタ−3−イル、2,2,3−トリメチルブチル、2,2,3−トリメチルブタ−3−イル、2,2,3−トリメチルブタ−4−イル、n−オクチル、2−メチルヘプチル、2−メチルヘプタ−2−イル、2−メチルヘプタ−3−イル、2−メチルヘプタ−4−イル、2−メチルヘプタ−5−イル、2−メチルヘプタ−6−イル、2−メチルヘプタ−7−イル、3−メチルヘプチル、3−メチルヘプタ−2−イル、3−メチルヘプタ−3−イル、3−メチルヘプタ−4−イル、3−メチルヘプタ−5−イル、3−メチルヘプタ−6−イル、3−メチルヘプタ−7−イル、4−メチルヘプチル、4−メチルヘプタ−2−イル、4−メチルヘプタ−3−イル、4−メチルヘプタ−4−イル、2,2−ジメチルヘキシル、2,2−ジメチルヘキサ−3−イル、2,2−ジメチルヘキサ−4−イル、2,2−ジメチルヘキサ−5−イル、2,2−ジメチルヘキサ−6−イル、2,3−ジメチルヘキシル、2,3−ジメチルヘキサ−3−イル、2,3−ジメチルヘキサ−4−イル、2,3−ジメチルヘキサ−5−イル、2,3−ジメチルヘキサ−6−イル、2,4−ジメチルヘキシル、2,4−ジメチルヘキサ−3−イル、2,4−ジメチルヘキサ−4−イル、2,4−ジメチルヘキサ−5−イル、2,4−ジメチルヘキサ−6−イル、2,5−ジメチルヘキシル、2,5−ジメチルヘキサ−3−イル、2,5−ジメチルヘキサ−4−イル、2,5−ジメチルヘキサ−5−イル、2,5−ジメチルヘキサ−6−イル、3,3−ジメチルヘキシル、3,3−ジメチルヘキサ−2−イル、3,3−ジメチルヘキサ−4−イル、3,3−ジメチルヘキサ−5−イル、3,3−ジメチルヘキサ−6−イル、3,4−ジメチルヘキシル、3,4−ジメチルヘキサ−2−イル、3,4−ジメチルヘキサ−4−イル、3,4−ジメチルヘキサ−3−イル、3−エチルヘキシル、3−エチルヘキサ−2−イル、3−エチルヘキサ−3−イル、3−エチルヘキサ−4−イル、3−エチルヘキサ−5−イル、3−エチル−ヘキサ−6−イル、2,2,3−トリメチルペンチル、2,2,3−トリメチルペンタ−3−イル、2,2,3−トリメチルペンタ−4−イル、2,2,3−トリメチルペンタ−5−イル、2,2,4−トリメチルペンチル、2,2,4−トリメチルペンタ−3−イル、2,2,4−トリメチルペンタ−4−イル、2,2,4−トリメチルペンタ−5−イル、2,3,3−トリメチルペンチル、2,3,3−トリメチルペンタ−2−イル、2,3,3−トリメチルペンタ−4−イル、2,3,3−トリメチルペンタ−5−イル、2,3,4−トリメチルペンチル、2,3,4−トリメチルペンタ−3−イル、2,3,4−トリメチルペンタ−2−イル、3−エチル−2−メチルペンチル、3−エチル−2−メチルペンタ−2−イル、3−エチル−2−メチルペンタ−3−イル、3−エチル−2−メチルペンタ−4−イル、3−エチル−2−メチルペンタ−5−イル、3−エチル−3−メチルペンチル、3−エチル−3−メチルペンタ−2−イル、2,2,3,3−テトラメチルブチル、n−ノニル、2−メチルノニルまたはn−デシル、3−プロピルヘプチルである。   Alkyl is a saturated, linear or branched hydrocarbyl radical (hydrocarbyl group), generally having 1 to 20, often 1 to 10, especially 1 to 4 carbon atoms, for example methyl , Ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, isobutyl, tert-butyl, n-pentyl, 2-pentyl, 3-pentyl, 2-methylbutyl, 3-methylbutyl, 3-methylbut-2-yl 2-methylbut-2-yl, 2,2-dimethylpropyl, n-hexyl, 2-hexyl, 3-hexyl, 2-methylpentyl, 2-methylpent-3-yl, 2-methylpent-2-yl, 2 -Methylpent-4-yl, 3-methylpent-2-yl, 3-methylpent-3-yl, 3-methylpentyl, 2,2-di Butyl, 2,2-dimethylbut-3-yl, 2,3-dimethyl-but-2-yl, 2,3-dimethylbutyl, n-heptyl, 2-methylhexyl, 2-methylhex-2-yl, 2 -Methyl-hex-3-yl, 2-methylhex-5-yl, 3-methylhex-2-yl, 3-methylhexyl, 3-methylhex-3-yl, 3-methylhex-4-yl, 2-methylhexa- 4-yl, 2,2-dimethylpentyl, 2,2-dimethylpent-3-yl, 2,2-dimethylpent-4-yl, 2,3-dimethylpent-2-yl, 2,3-dimethylpenta -3-yl, 2,3-dimethylpent-4-yl, 2,3-dimethylpent-5-yl, 2,4-dimethylpentyl, 2,4-dimethylpent-2-yl, 2,4-dimethyl pen -3-yl, 2,4-dimethylpent-4-yl, 2,4-dimethylpent-5-yl, 3,3-dimethylpentyl, 3,3-dimethylpent-2-yl, 3-ethylpentyl, 3-ethylpent-2-yl, 3-ethylpent-3-yl, 2,2,3-trimethylbutyl, 2,2,3-trimethylbut-3-yl, 2,2,3-trimethylbut-4-yl N-octyl, 2-methylheptyl, 2-methylhept-2-yl, 2-methylhept-3-yl, 2-methylhept-4-yl, 2-methylhept-5-yl, 2-methylhept-6-yl, 2-methylhept-7-yl, 3-methylheptyl, 3-methylhept-2-yl, 3-methylhept-3-yl, 3-methylhept-4-yl, 3-methylhept-5-yl, 3-methyl Hept-6-yl, 3-methylhept-7-yl, 4-methylheptyl, 4-methylhept-2-yl, 4-methylhept-3-yl, 4-methylhept-4-yl, 2,2-dimethylhexyl, 2,2-dimethylhex-3-yl, 2,2-dimethylhex-4-yl, 2,2-dimethylhex-5-yl, 2,2-dimethylhex-6-yl, 2,3-dimethylhexyl 2,3-dimethylhex-3-yl, 2,3-dimethylhex-4-yl, 2,3-dimethylhex-5-yl, 2,3-dimethylhex-6-yl, 2,4-dimethyl Hexyl, 2,4-dimethylhex-3-yl, 2,4-dimethylhex-4-yl, 2,4-dimethylhex-5-yl, 2,4-dimethylhex-6-yl, 2,5- Dimethyl hexyl, 2, -Dimethylhex-3-yl, 2,5-dimethylhex-4-yl, 2,5-dimethylhex-5-yl, 2,5-dimethylhex-6-yl, 3,3-dimethylhexyl, 3, 3-dimethylhex-2-yl, 3,3-dimethylhex-4-yl, 3,3-dimethylhex-5-yl, 3,3-dimethylhex-6-yl, 3,4-dimethylhexyl, 3, , 4-Dimethylhex-2-yl, 3,4-dimethylhex-4-yl, 3,4-dimethylhex-3-yl, 3-ethylhexyl, 3-ethylhex-2-yl, 3-ethylhex-3- Yl, 3-ethylhex-4-yl, 3-ethylhex-5-yl, 3-ethyl-hex-6-yl, 2,2,3-trimethylpentyl, 2,2,3-trimethylpent-3-yl, 2,2,3 Trimethylpent-4-yl, 2,2,3-trimethylpent-5-yl, 2,2,4-trimethylpentyl, 2,2,4-trimethylpent-3-yl, 2,2,4-trimethylpenta -4-yl, 2,2,4-trimethylpent-5-yl, 2,3,3-trimethylpentyl, 2,3,3-trimethylpent-2-yl, 2,3,3-trimethylpenta-4 -Yl, 2,3,3-trimethylpent-5-yl, 2,3,4-trimethylpentyl, 2,3,4-trimethylpent-3-yl, 2,3,4-trimethylpent-2-yl 3-ethyl-2-methylpentyl, 3-ethyl-2-methylpent-2-yl, 3-ethyl-2-methylpent-3-yl, 3-ethyl-2-methylpent-4-yl, 3-ethyl- 2-methylpenta- 5-yl, 3-ethyl-3-methylpentyl, 3-ethyl-3-methylpent-2-yl, 2,2,3,3-tetramethylbutyl, n-nonyl, 2-methylnonyl or n-decyl, 3 -Propylheptyl.

アルケニルは、オレフィン的に不飽和な、線状の、または分岐したヒドロカルビルラジカル(ヒロドカルビル基)であり、一般的に2から20、多くの場合2から10、特に2から6つの炭素原子を有し、例えば、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、2−メチル−1−プロペニル、2−メチル−2−プロペニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、2−メチル−1−ブテニル、3−メチル−1−ブテニル、1−メチル−2−ブテニル、2−メチル−2−ブテニル、3−メチル−2−ブテニル、1−ヘキセニル、2−ヘキセニル、3−ヘキセニル、2−メチル−1−ペンテニル、3−メチル−1−ペンテニル、4−メチル−1−ペンテニル、2−メチル−2−ペンテニル、3−メチル−2−ペンテニル、4−メチル−2−ペンテニル、2−メチル−3−ペンテニル、3−メチル−3−ペンテニル、4−メチル−1−ペンテニル、2−メチル−1−ペンテニル、3,3−ジメチル−2−ブテニル、2,3−ジメチル−1−ブテニル、2,3−ジメチル−2−ブテニル、3,3−ジメチル−1−ブテニル、2−エチル−1−ブテニル、2−エチル−2−ブテニル、1−ヘプテニル、2−ヘプテニル、3−ヘプテニル、1−オクチル、2−オクチル、3−オクチル、4−オクチル、1−ノネニル、2−ノネニル、3−ノネニル、4−ノネニル、1−デセニル、2−デセニル、3−デセニル、4−デセニルまたは5−デセニルである。   Alkenyl is an olefinically unsaturated, linear or branched hydrocarbyl radical (hydrocarbyl group), generally having 2 to 20, often 2 to 10, especially 2 to 6 carbon atoms. For example, vinyl, 1-propenyl, 2-propenyl, 2-methyl-1-propenyl, 2-methyl-2-propenyl, 1-pentenyl, 2-pentenyl, 2-methyl-1-butenyl, 3-methyl-1 -Butenyl, 1-methyl-2-butenyl, 2-methyl-2-butenyl, 3-methyl-2-butenyl, 1-hexenyl, 2-hexenyl, 3-hexenyl, 2-methyl-1-pentenyl, 3-methyl -1-pentenyl, 4-methyl-1-pentenyl, 2-methyl-2-pentenyl, 3-methyl-2-pentenyl, 4-methyl-2-pentenyl, -Methyl-3-pentenyl, 3-methyl-3-pentenyl, 4-methyl-1-pentenyl, 2-methyl-1-pentenyl, 3,3-dimethyl-2-butenyl, 2,3-dimethyl-1-butenyl 2,3-dimethyl-2-butenyl, 3,3-dimethyl-1-butenyl, 2-ethyl-1-butenyl, 2-ethyl-2-butenyl, 1-heptenyl, 2-heptenyl, 3-heptenyl, 1 -Octyl, 2-octyl, 3-octyl, 4-octyl, 1-nonenyl, 2-nonenyl, 3-nonenyl, 4-nonenyl, 1-decenyl, 2-decenyl, 3-decenyl, 4-decenyl or 5-decenyl It is.

アルコキシは、酸素原子を介して結合される、上で定義されたようなアルキルラジカル(アルキル基)であり、一般的に1から20、多くの場合1から10、特に1から4つの炭素原子を有し、例えば、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、イソプロポキシ、n−ブトキシ、sec−ブトキシ、イソブトキシ、tert−ブトキシ、n−ペンチルオキシ、2−メチルブチルオキシ、3−メチルブチルオキシ、n−ヘキシルオキシ、n−ヘプチルオキシ、n−オクチルオキシ、1−メチルヘプチルオキシ、2−メチルヘプチルオキシ、2−エチルヘキシルオキシ、n−ノニルオキシ、1−メチルノニルオキシ、n−デシルオキシまたは3−プロピルヘプチルオキシである。   Alkoxy is an alkyl radical (alkyl group), as defined above, bonded through an oxygen atom, generally containing 1 to 20, often 1 to 10, especially 1 to 4 carbon atoms. For example, methoxy, ethoxy, n-propoxy, isopropoxy, n-butoxy, sec-butoxy, isobutoxy, tert-butoxy, n-pentyloxy, 2-methylbutyloxy, 3-methylbutyloxy, n-hexyl Oxy, n-heptyloxy, n-octyloxy, 1-methylheptyloxy, 2-methylheptyloxy, 2-ethylhexyloxy, n-nonyloxy, 1-methylnonyloxy, n-decyloxy or 3-propylheptyloxy .

シクロアルキルは、単環、二環または三環の飽和脂環式ラジカル(飽和脂環式基)であり、一般的に3から20、多くの場合3から10、特に5または6つの炭素原子を有し、例えば、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−1−イル、ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル、ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−7−イル、ビシクロ[2.2.2]オクタン−1−イル、ビシクロ[2.2.2]オクタン−2−イル、1−アダマンチルまたは2−アダマンチルである。   Cycloalkyl is a monocyclic, bicyclic or tricyclic saturated alicyclic radical (saturated alicyclic group), generally containing 3 to 20, often 3 to 10, especially 5 or 6 carbon atoms. For example, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, bicyclo [2.2.1] hept-1-yl, bicyclo [2.2.1] hept-2-yl, bicyclo [ 2.2.1] hepta-7-yl, bicyclo [2.2.2] octan-1-yl, bicyclo [2.2.2] octan-2-yl, 1-adamantyl or 2-adamantyl.

シクロアルキルオキシは、酸素原子を介して結合される、単環、二環または三環の飽和脂環式ラジカル(飽和脂環式基)であり、一般的に3から20、多くの場合3から10、特に5または6つの炭素原子を有し、例えば、シクロプロピルオキシ、シクロブチルオキシ、シクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシ、シクロヘプチルオキシ、シクロオクチルオキシ、ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−1−イルオキシ、ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イルオキシ、ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−7−イルオキシ、ビシクロ[2.2.2]オクタン−1−イルオキシ、ビシクロ[2.2.2]オクタン−2−イルオキシ、1−アダマンチルオキシまたは2−アダマンチルオキシである。   Cycloalkyloxy is a monocyclic, bicyclic or tricyclic saturated alicyclic radical (saturated alicyclic group) bonded through an oxygen atom, generally from 3 to 20, often from 3 10, especially 5 or 6 carbon atoms, for example cyclopropyloxy, cyclobutyloxy, cyclopentyloxy, cyclohexyloxy, cycloheptyloxy, cyclooctyloxy, bicyclo [2.2.1] hept-1-yloxy , Bicyclo [2.2.1] hept-2-yloxy, bicyclo [2.2.1] hept-7-yloxy, bicyclo [2.2.2] octan-1-yloxy, bicyclo [2.2.2 ] Octan-2-yloxy, 1-adamantyloxy or 2-adamantyloxy.

アリールは、芳香族ヒドロカルビルラジカル(芳香族ヒドロカルビル基)である。その芳香族ヒドロカルビル基は、置換基を有してよい。これは、好ましくは置換されていない。アリールは、例えば、フェニル、1−ナフチルまたは2−ナフチルである。   Aryl is an aromatic hydrocarbyl radical (aromatic hydrocarbyl group). The aromatic hydrocarbyl group may have a substituent. This is preferably not substituted. Aryl is, for example, phenyl, 1-naphthyl or 2-naphthyl.

アリールオキシ基は、マイナスに帯電する酸素原子を含み、これは、芳香族モノヒドロキシ芳香族化合物(例えば、下記のもの)のヒドロキシル基の脱プロトンによって得られる。   The aryloxy group contains a negatively charged oxygen atom, which is obtained by deprotonation of the hydroxyl group of an aromatic monohydroxy aromatic compound (eg, those described below).

本発明に従うプロセスは、化合物Iの、化合物IIとの化合物IIIの存在下での共重合を含む。本発明に従えば、化合物Iは、少なくとも1つのアリールオキシ(半)メタレートおよび/またはオキソ酸を形成する非金属のアリールオキシエステルであり、非金属は炭素および窒素とは異なる。「アリールオキシ(半)メタレート」および「アリールオキシエステル」は、形式的に(formally)1つ以上の、特に1、2、3、4、5または6つのアリールオキシ基、および金属、半金属または非金属(オキソ酸を形成する)を有する化合物を意味すると理解される。   The process according to the invention comprises the copolymerization of compound I with compound II in the presence of compound III. In accordance with the present invention, Compound I is a non-metallic aryloxy ester that forms at least one aryloxy (semi) metalate and / or oxo acid, which is different from carbon and nitrogen. “Aryloxy (semi) metalates” and “aryloxyesters” are formally one or more, in particular 1, 2, 3, 4, 5 or 6 aryloxy groups, and metals, metalloids or It is understood to mean a compound having a nonmetal (forms an oxoacid).

本発明に従えば、非金属は炭素および窒素とは異なる。各アリールオキシ基は、金属、半金属または非金属(オキソ酸を形成し、炭素および窒素とは異なる)に、脱プロトン酸素原子を介して結合される。これらの金属、半金属または非金属原子(オキソ酸を形成し、CおよびNとは異なる)は、以下、中心原子とも呼ばれる。1又は複数のアリールオキシラジカル(アリールオキシ基)と同様に、さらなる基(例えば、1、2または3つの有機ラジカル(例えばアルキル、アルケニル、シクロアルキルおよびアリールから選択される))が、1又は複数の中心原子、または1つもしくは2つの酸素原子に結合されてよい。   According to the present invention, the nonmetal is different from carbon and nitrogen. Each aryloxy group is bonded to a metal, metalloid or nonmetal (forms an oxoacid, different from carbon and nitrogen) via a deprotonated oxygen atom. These metal, metalloid or nonmetal atoms (which form oxoacids and differ from C and N) are also referred to below as central atoms. Similar to one or more aryloxy radicals (aryloxy groups), one or more further groups (eg one, two or three organic radicals (eg selected from alkyl, alkenyl, cycloalkyl and aryl)) Or may be bonded to one or two oxygen atoms.

化合物Iは、単一の中心原子または複数の中心原子を有してよく、中心原子が複数の場合、線状の、分岐した、単環式の、または多環式の構造を有してよい。適切なモノヒドロキシ芳香族化合物は、特に、フェノール、α−ナフトールおよびβ−ナフトールであり、これらは置換されていない、すなわち、ヒドロキシル基は別として、水素以外の任意の他の原子がベンゼン環またはナフタレン環に結合してもいないし、水素以外の単一または複数の(例えば1、2、3または4つの)置換基を有してもいない。これらの置換基は、特に、アルキル、シクロアルキル、アルコキシ、シクロアルコキシおよびNR(RおよびRは、それぞれ独立して水素原子またはアルキルもしくはシクロアルキルラジカル(基)である)基である。 Compound I may have a single central atom or multiple central atoms, and when there are multiple central atoms, it may have a linear, branched, monocyclic or polycyclic structure . Suitable monohydroxyaromatic compounds are in particular phenol, α-naphthol and β-naphthol, which are unsubstituted, ie, apart from the hydroxyl group, any other atom other than hydrogen is a benzene ring or It is neither bonded to the naphthalene ring nor has a single or multiple (eg, 1, 2, 3 or 4) substituents other than hydrogen. These substituents are in particular alkyl, cycloalkyl, alkoxy, cycloalkoxy and NR a R b where R a and R b are each independently a hydrogen atom or an alkyl or cycloalkyl radical (group)) group. is there.

結合される基の総数は、一般的に、中心原子の、すなわち金属、半金属または非金属(これらの基が結合される)の原子価によって決定される。   The total number of groups attached is generally determined by the valence of the central atom, ie, metal, metalloid or nonmetal, to which these groups are attached.

一般的に、化合物Iの中心原子は、炭素および窒素以外の、周期表の以下の族由来の元素である(本発明の全体について、2011年のIUPAC規則が用いられる):
第1族(ここから特にLi、NaまたはK)、第2族(ここから特にMg、Ca、SrまたはBa)、第4族(ここから特にTiまたはZr)、第5族(ここから特にV)、第6族(ここから特にCr、MoまたはW)、第7族(ここから特にMn)、第13族(ここから特にB、Al、GaまたはIn)、第14族(ここから特にSi、Ge、SnまたはPb)、第15族(ここから特にP、AsまたはSb)および第16族(ここから特にS、SeまたはTe)。化合物Iの好ましい中心原子は、炭素および窒素以外の、周期表の第4、13、14または15族由来の元素であり、これらの中で特に第2、3および4周期由来のものである。中心原子は、より好ましくは、B、Al、Si、Sn、TiおよびPから選択される。
In general, the central atom of Compound I is an element from the following group of the periodic table other than carbon and nitrogen (for the purposes of the present invention, the 2011 IUPAC rules are used):
Group 1 (particularly from here Li, Na or K), Group 2 (particularly from here Mg, Ca, Sr or Ba), Group 4 (particularly from here Ti or Zr), Group 5 (particularly from here especially V ), Group 6 (here especially Cr, Mo or W), Group 7 (here especially Mn), Group 13 (here especially B, Al, Ga or In), Group 14 (here especially Si) , Ge, Sn or Pb), Group 15 (here especially P, As or Sb) and Group 16 (here especially S, Se or Te). Preferred central atoms of Compound I are elements derived from Group 4, 13, 14 or 15 of the periodic table other than carbon and nitrogen, and among these, those derived from the second, third and fourth periods in particular. The central atom is more preferably selected from B, Al, Si, Sn, Ti and P.

本発明の一実施形態において、1つ以上のアリールオキシ半メタレートは、化合物I、すなわち半金属(BまたはSi等)の化合物として用いられる。本発明の特定の実施形態において、化合物Iは、アリールオキシ半メタレートであって、半金属は、半金属原子の総量に基づいて、少なくとも90mol%程度のシリコンであるアリールオキシ半メタレートを含む。   In one embodiment of the present invention, one or more aryloxy semimetalates are used as compounds I, ie compounds of semimetals (such as B or Si). In certain embodiments of the invention, compound I comprises an aryloxy half-metalate, wherein the half-metal comprises an aryloxy half-metalate that is at least as much as 90 mol% silicon, based on the total amount of half-metal atoms.

本発明に従う適切な化合物Iは、特に、以下の式Iによって記載され得る:
[(AryO)MO]q (I)
式中、
Mは、炭素および窒素以外の、オキソ酸を形成する非金属または(半)金属であり;
mは、整数であり、1、2、3、4、5または6であり、
nは、整数であり、0、1または2であり、
pは、整数であり、0、1、2または3であり、
qは、1から20までの整数であり、特に3から6までの整数であり、
m+2n+pは、整数であり、1、2、3、4、5または6であり、Mの原子価に対応し、
Aryは、フェニルまたはナフチルであり、フェニル環またはナフチル環は、置換されておらず、またはアルキル、シクロアルキル、アルコキシ、シクロアルコキシおよびNRから選択される1つ以上の、例えば1、2もしくは3つの置換基を有してよく、
およびRは、それぞれ独立して水素、アルキルまたはシクロアルキルであり;
Rは、水素、アルキル、アルケニル、シクロアルキルまたはアリールであり、アリールは、置換されておらず、または1つ以上の、アルキル、シクロアルキル、アルコキシ、シクロアルコキシおよびNRから選択される置換基を有してよく、
およびRは、それぞれ、上で定義されたものである。
Suitable compounds I according to the invention may in particular be described by the following formula I:
[(AryO) m MO n R p ] q (I)
Where
M is a non-metal or (semi) metal that forms an oxoacid other than carbon and nitrogen;
m is an integer and is 1, 2, 3, 4, 5 or 6;
n is an integer, 0, 1 or 2;
p is an integer and is 0, 1, 2 or 3;
q is an integer from 1 to 20, in particular an integer from 3 to 6,
m + 2n + p is an integer, 1, 2, 3, 4, 5 or 6, corresponding to the valence of M;
Ary is phenyl or naphthyl, wherein the phenyl ring or naphthyl ring is unsubstituted or one or more selected from alkyl, cycloalkyl, alkoxy, cycloalkoxy and NR a R b , for example 1, 2 Or it may have three substituents,
R a and R b are each independently hydrogen, alkyl or cycloalkyl;
R is hydrogen, alkyl, alkenyl, cycloalkyl or aryl, where aryl is unsubstituted or substituted selected from one or more of alkyl, cycloalkyl, alkoxy, cycloalkoxy and NR a R b May have a group,
R a and R b are each as defined above.

式I中のmが2、3、4、5または6である場合、Aryラジカル(Ary基)は、同じであっても異なってもよく、この場合、異なるAryは、芳香族環の性質および/または置換パターンの性質が、異なってよい。式I中のpが2または3である場合、Rラジカル(R基)は、同じであっても異なってもよい。   When m in formula I is 2, 3, 4, 5 or 6, the Ary radicals (Ary groups) may be the same or different, in which case the different Ary is the nature of the aromatic ring and The nature of the substitution pattern may be different. When p in formula I is 2 or 3, the R radicals (R groups) may be the same or different.

式Iは、実験式として理解されるべきである;これは、化合物Iに特徴的な構造ユニットのタイプおよび数、すなわち、中心原子M、および中心原子に結合される基(すなわち、アリールオキシ基AryO、酸素原子Oおよび炭素結合Rラジカル(R基))、ならびにこれらのユニットの数を示している。[(AryO)MO]ユニットは、qが1よりも大きい場合、単環もしくは多環の、または線状の構造を形成し得る。式Iにおいて、Mは、炭素および窒素以外の、オキソ酸を形成する非金属、金属又は半金属であり、金属、半金属および非金属は通常、炭素および窒素以外の、周期表の以下の族由来の元素から選択される:
第1族(ここから特にLi、NaまたはK)、第2族(ここから特にMg、Ca、SrまたはBa)、第4族(ここから特にTiまたはZr)、第5族(ここから特にV)、第6族(ここから特にCr、MoまたはW)、第7族(ここから特にMn)、第13族(ここから特にB、Al、GaまたはIn)、第14族(ここから特にSi、Ge、SnまたはPb)、第15族(ここから特にP、AsまたはSb)および第16族(ここから特にS、SeまたはTe)。Mは、好ましくは、炭素および窒素以外の、周期表の第4、13、14および15族由来の元素から選択される元素であり、特に第2、3および4周期の元素である。Mは、B、Al、Si、Sn、TiおよびPが特に好ましい。本発明の特に非常に好ましい実施形態において、Mは、BまたはSiであり、特にSiである。
Formula I should be understood as an empirical formula; this is the type and number of structural units characteristic of Compound I, ie, the central atom M, and the group attached to the central atom (ie, an aryloxy group) AryO, oxygen atom O and carbon-bonded R radical (R group)), and the number of these units are shown. [(AryO) m MO n R p] unit, if q is greater than 1, may form a monocyclic or polycyclic or linear structure. In Formula I, M is a nonmetal, metal or metalloid that forms an oxoacid other than carbon and nitrogen, and the metal, metalloid and nonmetal are usually the following groups of the periodic table other than carbon and nitrogen: Selected from elements of origin:
Group 1 (particularly from here Li, Na or K), Group 2 (particularly from here Mg, Ca, Sr or Ba), Group 4 (particularly from here Ti or Zr), Group 5 (particularly from here especially V ), Group 6 (here especially Cr, Mo or W), Group 7 (here especially Mn), Group 13 (here especially B, Al, Ga or In), Group 14 (here especially Si) , Ge, Sn or Pb), Group 15 (here especially P, As or Sb) and Group 16 (here especially S, Se or Te). M is preferably an element selected from elements derived from Groups 4, 13, 14 and 15 of the periodic table, other than carbon and nitrogen, and in particular, elements of the second, third and fourth periods. M is particularly preferably B, Al, Si, Sn, Ti and P. In a particularly highly preferred embodiment of the invention, M is B or Si, in particular Si.

本発明の好ましい実施形態において、式I中のpは0である、すなわち、原子Mは如何なるRラジカル(R基)も有していない。本発明のさらに好ましい実施形態において、式I中のpは1または2である、すなわち、原子Mは少なくとも1つのRラジカル(R基)を有する。   In a preferred embodiment of the invention, p in formula I is 0, ie the atom M does not have any R radicals (R groups). In a further preferred embodiment of the invention, p in formula I is 1 or 2, ie the atom M has at least one R radical (R group).

本発明に従えば、プロセスは、化合物Iの、化合物IIとの、化合物IIIの存在下での共重合を含む、すなわち、2つ以上のアリールオキシ(半)メタレート、ならびに/またはオキソ酸を形成する非金属であって、炭素および窒素とは異なる非金属のアリールオキシエステルを用いることも可能である。好ましいプロセスは、少なくとも2つのアリールオキシ(半)メタレート、ならびに/またはオキソ酸を形成する非金属であって、炭素および窒素とは異なる非金属のアリールオキシエステルを用いることを含む。例えば、式Iに対応し、M、Aryおよび/もしくはRによって、ならびに/または変数m、n、pおよび/もしくはqによって異なる2つ以上の化合物を用いることが可能である。例えば、式Iの化合物の少なくとも1つにおいて、変数p=0、そして式Iの少なくとも1つのさらなる化合物において、変数pは1以上であってよい。好ましくは、式Iの1つの化合物は、Mとして、B、Si、Sn、TiまたはP、特にB、SiまたはSnを含み、mは1、2、3または4であり、nは0または1、特に0であり、pは0であり、qは0、1、3または4である。式Iの第2化合物は、SiまたはSnをMとして有し、mは2であり、nは0であり、qは0であり、pは1または2である。式Iのこれら2つの化合物におけるAryは、同じであっても異なってもよく、Aryは、前述の定義、特に、好ましいように特定された定義を有し、そして特に、置換されていない、またはアルキル、特にC−Cアルキル、およびアルコキシ、特にC−Cアルコキシから選択される1、2もしくは3つの置換基を有してよいフェニルである。Rは、好ましくはC−Cアルキル、C−C10シクロアルキルまたはフェニル、特にC−Cアルキル、C−Cシクロアルキルまたはフェニルである。本発明のさらなる特定の実施形態において、式Iの2つの化合物の1つは、SiをMとして含み、mは2または4であり、nは0であり、pは0であり、qは1、3または4である。式Iを有する2つの化合物の2番目は、SiをMとして有し、mは2であり、nは0であり、pは1または2である。式Iの2つの化合物におけるAryは、同じであっても異なってもよく、Aryは、前述の定義、特に、好ましいように特定された定義を有し、そして特に、置換されていない、またはアルキル、特にC−Cアルキル、およびアルコキシ、特にC−Cアルコキシから選択される1、2もしくは3つの置換基を有してよいフェニルである。Rは、好ましくはC−Cアルキル、C−C10シクロアルキルまたはフェニル、特にC−Cアルキル、C−Cシクロアルキルまたはフェニルである。 In accordance with the present invention, the process involves copolymerization of Compound I with Compound II in the presence of Compound III, ie, forming two or more aryloxy (semi) metalates, and / or oxo acids. It is also possible to use non-metallic aryloxy esters which are non-metallic and different from carbon and nitrogen. A preferred process involves the use of at least two aryloxy (semi) metalates and / or non-metallic aryloxy esters that form oxo acids that are different from carbon and nitrogen. For example, it is possible to use two or more compounds corresponding to formula I, differing by M, Ary and / or R and / or by the variables m, n, p and / or q. For example, in at least one of the compounds of formula I, the variable p = 0, and in at least one further compound of formula I, the variable p may be 1 or more. Preferably, one compound of formula I comprises as M, B, Si, Sn, Ti or P, in particular B, Si or Sn, m is 1, 2, 3 or 4 and n is 0 or 1 , In particular 0, p is 0 and q is 0, 1, 3 or 4. The second compound of formula I has Si or Sn as M, m is 2, n is 0, q is 0 and p is 1 or 2. Ary in these two compounds of formula I may be the same or different and Ary has the aforementioned definition, in particular the definition specified as preferred, and in particular unsubstituted, or Phenyl which may have 1, 2 or 3 substituents selected from alkyl, in particular C 1 -C 4 alkyl, and alkoxy, in particular C 1 -C 4 alkoxy. R is preferably a C 1 -C 6 alkyl, C 3 -C 10 cycloalkyl or phenyl, especially C 1 -C 4 alkyl, C 5 -C 6 cycloalkyl or phenyl. In a further particular embodiment of the invention, one of the two compounds of formula I comprises Si as M, m is 2 or 4, n is 0, p is 0 and q is 1 3 or 4. The second of the two compounds having formula I has Si as M, m is 2, n is 0 and p is 1 or 2. Ary in the two compounds of formula I may be the same or different, Ary having the above-mentioned definition, in particular the definition specified as preferred, and in particular unsubstituted or alkyl , In particular C 1 -C 4 alkyl, and alkoxy, in particular phenyl having 1, 2 or 3 substituents selected from C 1 -C 4 alkoxy. R is preferably a C 1 -C 6 alkyl, C 3 -C 10 cycloalkyl or phenyl, especially C 1 -C 4 alkyl, C 5 -C 6 cycloalkyl or phenyl.

式Iにおける変数m、n、p、AryおよびRは、単独で、または組み合わせて、特に、Mの好ましい、特に好ましい定義の1つと組み合わせて、以下のように好ましくは定義される:
mは、整数であり、2、3または4であり;
nは、整数であり、0または1であり;
pは、整数であり、0、1または2であり;
Aryは、置換されていない、またはアルキル、好ましくはC−Cアルキル、より好ましくはメチル、シクロアルキル、特にC−C10シクロアルキル、アルコキシ、好ましくはC−Cアルコキシ、より好ましくはメトキシ、シクロアルコキシ、特にC−C10シクロアルコキシ、およびNRから選択される1、2もしくは3つの置換基を有してよいフェニルであり、RおよびRは、それぞれ独立して、水素、アルキル、特にC−Cアルキル、好ましくはメチル、またはシクロアルキル、特にC−C10シクロアルキルであり;
Rは、C−Cアルキル、C−Cアルケニル、C−C10シクロアルキルまたはフェニル、特にC−Cアルキル、C−Cシクロアルキルまたはフェニルである。
The variables m, n, p, Ary and R in formula I are preferably defined as follows, alone or in combination, in particular in combination with one of the preferred and particularly preferred definitions of M:
m is an integer and is 2, 3 or 4;
n is an integer, 0 or 1;
p is an integer and is 0, 1 or 2;
Ary is unsubstituted, or alkyl, preferably C 1 -C 4 alkyl, more preferably methyl, cycloalkyl, especially C 3 -C 10 cycloalkyl, alkoxy, preferably C 1 -C 4 alkoxy, more preferably Is phenyl which may have one, two or three substituents selected from methoxy, cycloalkoxy, in particular C 3 -C 10 cycloalkoxy, and NR a R b , R a and R b are each independently and hydrogen, alkyl, especially C 1 -C 4 alkyl, preferably methyl or cycloalkyl, in particular C 3 -C 10 cycloalkyl,;
R is a C 1 -C 6 alkyl, C 2 -C 6 alkenyl, C 3 -C 10 cycloalkyl or phenyl, especially C 1 -C 4 alkyl, C 5 -C 6 cycloalkyl or phenyl.

より詳細には、式Iにおける変数m、n、p、AryおよびRは、単独で、または組み合わせて、特に、Mの好ましい、特に好ましい定義の1つと組み合わせて、以下のように好ましくは定義される:
mは、整数であり、2、3または4であり;
nは、整数であり、0であり;
pは、整数であり、0、1または2であり;
Aryは、置換されていない、またはアルキル、特にC−Cアルキル、およびアルコキシ、特にC−Cアルコキシから選択される1、2もしくは3つの置換基を有してよいフェニルである。
More particularly, the variables m, n, p, Ary and R in formula I are preferably defined as follows, alone or in combination, in particular in combination with one of the preferred and particularly preferred definitions of M: R:
m is an integer and is 2, 3 or 4;
n is an integer, 0;
p is an integer and is 0, 1 or 2;
Ary is unsubstituted or alkyl, especially C 1 -C 4 alkyl, and alkoxy, or phenyl which in particular a C 1 -C 4 1, 2 or 3 substituents selected from alkoxy.

化合物Iの好ましい実施形態として、qの数が1である式Iの化合物のものがある。このような化合物は、中心原子Mのペアレントオキソ酸のオルトエステルとみなされ得る。この化合物において、変数m、n、p、M、AryおよびRはそれぞれ、上で定義されたようなものであり、特に単独で、または組み合わせて、具体的には組み合わせて、好ましい、または特に好ましい定義の1つを有する。   Preferred embodiments of compound I include those of formula I wherein q is 1. Such compounds can be regarded as orthoesters of a parent oxo acid with a central atom M. In this compound, the variables m, n, p, M, Ary and R are each as defined above, particularly singly or in combination, specifically in combination, preferred or particularly preferred. Has one of the definitions.

化合物Iは、好ましくは、MがAl、B、Si、Sn、TiまたはPであり、mが3または4であり、nが0または1であり、pが0、1または2であり、qが1である式Iの化合物であってよい。その中でAryは、前述の定義、特に、好ましいように特定された定義を有し、そして特に、置換されていない、またはアルキル、特にC−Cアルキル、およびアルコキシ、特にC−Cアルコキシから選択される1、2もしくは3つの置換基を有してよいフェニルである。 Compound I is preferably such that M is Al, B, Si, Sn, Ti or P, m is 3 or 4, n is 0 or 1, p is 0, 1 or 2, q It may be a compound of formula I wherein is 1. Ary In it, the above definition, in particular, have the definitions specified as preferred, and in particular, unsubstituted or alkyl, especially C 1 -C 4 alkyl, and alkoxy, especially C 1 -C It is phenyl optionally having 1, 2 or 3 substituents selected from 4 alkoxy.

化合物Iの特に非常に好ましい実施形態として、MがB、SiまたはTiであり、mが3または4であり、nが0であり、pが0、1または2であり、qが1である式Iの化合物のものがある。その中でAryは、前述の定義、特に、好ましいように特定された定義を有し、そして特に、置換されていない、またはアルキル、特にC−Cアルキル、およびアルコキシ、特にC−Cアルコキシから選択される1、2もしくは3つの置換基を有してよいフェニルである。 In a particularly highly preferred embodiment of Compound I, M is B, Si or Ti, m is 3 or 4, n is 0, p is 0, 1 or 2, and q is 1. Some of the compounds of formula I. Ary In it, the above definition, in particular, have the definitions specified as preferred, and in particular, unsubstituted or alkyl, especially C 1 -C 4 alkyl, and alkoxy, especially C 1 -C It is phenyl optionally having 1, 2 or 3 substituents selected from 4 alkoxy.

化合物Iの特定の実施形態として、MがSiであり、mが4であり、nが0であり、pが0、1または2である式Iの化合物がある。その中でAryは、前述の定義、特に、好ましいように特定された定義を有し、そして特に、置換されていない、またはアルキル、特にC−Cアルキル、およびアルコキシ、特にC−Cアルコキシから選択される1、2もしくは3つの置換基を有してよいフェニルである。 A particular embodiment of compound I is a compound of formula I wherein M is Si, m is 4, n is 0 and p is 0, 1 or 2. Ary In it, the above definition, in particular, have the definitions specified as preferred, and in particular, unsubstituted or alkyl, especially C 1 -C 4 alkyl, and alkoxy, especially C 1 -C It is phenyl optionally having 1, 2 or 3 substituents selected from 4 alkoxy.

q=1である、本発明に従う好ましい式Iの化合物の例として、テトラフェノキシシラン、テトラ(4−メチルフェノキシ)シラン、トリフェニルボレート、トリフェニルホスフェート、テトラフェニルチタネート、テトラクレジルチタネート、テトラフェニルスタンネートおよびトリフェニルアルミネートがある。   Examples of preferred compounds of formula I according to the invention in which q = 1 are tetraphenoxysilane, tetra (4-methylphenoxy) silane, triphenylborate, triphenylphosphate, tetraphenyl titanate, tetracresyl titanate, tetraphenyl There are stannates and triphenylaluminates.

化合物Iのさらなる実施形態として、Aryラジカル(Ary基)が異なる式Iの化合物がある。結果として、化合物Iの融点が概して下がり、重合における利点が与えられ得る。Aryが異なる、本発明に従う好ましい式Iの化合物の例として、トリフェノキシ(4−メチルフェノキシ)シラン、ジフェノキシビス(4−メチルフェノキシ)シラン、トリフェノキシ(4−メチルフェノキシ)シラン、ジフェノキシジ(4−メチルフェノキシ)シラン、ジフェニル4−メチルフェニルボレート、トリフェニル4−メチルフェニルチタネート、およびジフェニルビス(4−メチルフェニル)チタネート、ならびにこれらの混合物がある。   Further embodiments of compound I include compounds of formula I wherein the Ary radical (Ary group) is different. As a result, the melting point of Compound I is generally reduced, which can provide advantages in polymerization. Examples of preferred compounds of formula I according to the invention that differ in Ary include triphenoxy (4-methylphenoxy) silane, diphenoxybis (4-methylphenoxy) silane, triphenoxy (4-methylphenoxy) silane, diphenoxydi (4 -Methylphenoxy) silane, diphenyl 4-methylphenyl borate, triphenyl 4-methylphenyl titanate, and diphenylbis (4-methylphenyl) titanate, and mixtures thereof.

化合物Iのさらなる特定の実施形態として、MがSiであり、mが1、2または3であり、nが0であり、pが、4−mである式Iの化合物のものがある。その中でAryは、前述の定義、特に、好ましいように特定された定義を有し、そして特に、置換されていない、またはアルキル、特にC−Cアルキル、およびアルコキシ、特にC−Cアルコキシから選択される1、2もしくは3つの置換基を有してよいフェニルである。これらの化合物において、Rは、式Iに関して記載された定義を有する;より詳細には、Rは、水素、メチル、エチル、フェニル、ビニルまたはアリルである。本実施形態の好ましい化合物Iの例として、ジフェノキシシラン、ジフェノキシメチルシラン、トリフェノキシシラン、メチル(トリフェノキシ)シラン、ジメチル(ジフェノキシ)シラン、トリメチル(フェノキシ)シラン、フェニル(トリフェノキシ)シランおよびジフェニル(ジフェノキシ)シランがある。 Further specific embodiments of compound I include those of compounds of formula I wherein M is Si, m is 1, 2 or 3, n is 0 and p is 4-m. Ary In it, the above definition, in particular, have the definitions specified as preferred, and in particular, unsubstituted or alkyl, especially C 1 -C 4 alkyl, and alkoxy, especially C 1 -C It is phenyl optionally having 1, 2 or 3 substituents selected from 4 alkoxy. In these compounds, R has the definition described for formula I; more particularly R is hydrogen, methyl, ethyl, phenyl, vinyl or allyl. Examples of preferred compounds I of this embodiment include diphenoxy silane, diphenoxymethyl silane, triphenoxy silane, methyl (triphenoxy) silane, dimethyl (diphenoxy) silane, trimethyl (phenoxy) silane, phenyl (triphenoxy) silane and There is diphenyl (diphenoxy) silane.

適切な化合物Iはまた、q=1である式Iの化合物の「縮合物」である。これらの化合物は、通常、qが1よりも大きい整数、例えば2から20までの範囲の、特に3、4、5または6の整数である式Iを有する。このような化合物は、q=1である式Iの化合物の縮合を介してホルマール的に(in a formal sense)派生する。2つのAryOユニットの場合には、ホルマール除去(formal removal)により、Ary−O−Ary分子およびM(OAry)m−2(O)+1Rユニットが形成される。したがって、これらは本質的に、以下の式(Ia)の構成要素から形成される:
−[−O−A−]− (Ia)
式中、
−A−は、M(AryO)m−2(O)(R)基であり、M、AryおよびRはそれぞれ、上で定義されたものであり、
mは、整数であり、3または4であり、
nは、整数であり、0または1、特に0であり、
pは、整数であり、0、1または2であり、
m+2n+pは、整数であり、3、4、5または6であり、Mの原子価に対応する。
Suitable compounds I are also “condensates” of compounds of formula I where q = 1. These compounds usually have the formula I, where q is an integer greater than 1, for example an integer ranging from 2 to 20, in particular 3, 4, 5 or 6. Such compounds are derived formally through the condensation of compounds of formula I where q = 1. In the case of two AryO units, formal removal forms Ary-O-Ary molecules and M (OAry) m-2 (O) n + 1R p units. They are therefore essentially formed from the components of the following formula (Ia):
-[-OA-]-(Ia)
Where
-A- is a M (AryO) m-2 (O) n (R) p group, and M, Ary and R are each as defined above;
m is an integer, 3 or 4,
n is an integer, 0 or 1, in particular 0,
p is an integer, 0, 1 or 2;
m + 2n + p is an integer, 3, 4, 5 or 6, corresponding to the valence of M.

好ましくは、式IにおけるMは、Si、Sn、BおよびPである。   Preferably, M in formula I is Si, Sn, B and P.

好ましい実施形態において、縮合物は環状であり、qは3、4または5である。このような化合物は特に、以下の構造によって記載され得る:

Figure 2015522681
In preferred embodiments, the condensate is cyclic and q is 3, 4 or 5. Such compounds can in particular be described by the following structure:
Figure 2015522681

kは、1、2または3であり、−A−は、M(AryO)m−2(O)(R)基である。M、AryおよびRはそれぞれ、式Iについて上で与えられた定義を有し、m、nおよびpは、式Iに関して上で与えられた条件を満たす。 k is 1, 2 or 3, and -A- is a M (AryO) m-2 (O) n (R) p group. M, Ary and R each have the definition given above for formula I, and m, n and p satisfy the conditions given above for formula I.

さらに好ましい実施形態において、縮合物は線状であり、AryOユニットが両端にあることによって満たされる。すなわち、このような化合物は、以下の構造Icによって記載され得る:
Ary−[−O−A−]−OAry (Ic)
In a more preferred embodiment, the condensate is linear and is filled by having AryO units at both ends. That is, such compounds can be described by the following structure Ic:
Ary-[-OAA] q -OAry (Ic)

qは、2から20までの範囲の整数であり、−A−は、M(AryO)m−2(O)(R)基であり、M、AryおよびRはそれぞれ、式Iについて上で定義されたものであり、m、nおよびpはそれぞれ、式Iに関して上で定義されたものである。本実施形態は、化合物が、繰返しユニット数に関する分布を有する、すなわち種々のqを有する場合、特に好ましい。例えば、混合物であって、化合物Iの質量に基づいて、少なくとも99重量%、少なくとも90重量%、少なくとも80重量%、または少なくとも60重量%が、オリゴマー混合物として存在し、q=2から6、q=4から9、q=6から15、またはq=12から20である混合物が存在してよい。 q is an integer ranging from 2 to 20, -A- is a M (AryO) m-2 (O) n (R) p group, and M, Ary, and R are each as described above for Formula I. Where m, n and p are each as defined above for Formula I. This embodiment is particularly preferred when the compound has a distribution with respect to the number of repeating units, ie has a different q. For example, a mixture wherein at least 99%, at least 90%, at least 80%, or at least 60% by weight based on the mass of Compound I is present as an oligomer mixture, q = 2 to 6, q There may be mixtures where = 4 to 9, q = 6 to 15, or q = 12 to 20.

このような縮合物の例として、トリフェニルメタボレート、ヘキサフェノキシシクロトリシロキサン、オクタフェノキシシクロテトラシロキサン、トリフェノキシシクロトリシロキサン、またはテトラフェノキシシクロテトラシロキサンがある。   Examples of such condensates are triphenyl metaborate, hexaphenoxycyclotrisiloxane, octaphenoxycyclotetrasiloxane, triphenoxycyclotrisiloxane, or tetraphenoxycyclotetrasiloxane.

化合物Iは、既知である、またはフェノキシドの調製のための既知の方法と同様にして調製され得る;例えば、独国特許出願公告第1816241号明細書、Z.Anorg.Allg.Chem.551(1987)61−66、Z.Chem.5(1965)122−130およびHouben−Weyl,volume VI−2 35−41参照。   Compound I is known or can be prepared analogously to known methods for the preparation of phenoxides; see, for example, German Patent Application Publication No. 1816241, Z. Anorg. Allg. Chem. 551 (1987) 61-66, Z.M. Chem. 5 (1965) 122-130 and Houben-Weyl, volume VI-2 35-41.

本発明に従えば、プロセスは、少なくとも1つの化合物Iの、少なくとも1つの化合物IIとの共重合を含む。   According to the present invention, the process comprises copolymerization of at least one compound I with at least one compound II.

化合物IIは、少なくとも1つのケトン(アセトン等)、アルデヒド(フルフラール等)、またはアルデヒド等価物(トリオキサン等)である。これらの化合物は、概して、ポリマー構造をフェノールと縮合下で形成することができる。好ましい実施形態において、化合物IIは、ホルムアルデヒドもしくはホルムアルデヒド等価物、またはこれらの混合物である。勿論、種々のホルムアルデヒド等価物の化合物を共重合することも可能である。重合は、好ましくは、化合物II(以下、ホルムアルデヒド源とも呼ばれる)を用いて行われる。化合物IIは、少なくとも1つの気体ホルムアルデヒド、トリオキサンおよび/またはパラホルムアルデヒドから選択される。化合物IIは、特にトリオキサンである。   Compound II is at least one ketone (such as acetone), aldehyde (such as furfural), or an aldehyde equivalent (such as trioxane). These compounds can generally form polymer structures under condensation with phenol. In a preferred embodiment, compound II is formaldehyde or formaldehyde equivalent, or a mixture thereof. Of course, various formaldehyde equivalent compounds can be copolymerized. The polymerization is preferably carried out using compound II (hereinafter also referred to as formaldehyde source). Compound II is selected from at least one gaseous formaldehyde, trioxane and / or paraformaldehyde. Compound II is in particular trioxane.

化合物Iおよびホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド等価物(化合物II)を、化合物II中ホルムアルデヒドのモル比、すなわち、用いられるモノマーホルムアルデヒドの量、またはホルムアルデヒド等価物が用いられる場合のホルムアルデヒド等価物中に存在するホルムアルデヒドの量が、化合物I中に存在するアリールオキシ基AryOに対して、少なくとも0.7:1、より良好には0.9:1、好ましくは少なくとも1:1、特に少なくとも1.01:1、より好ましくは少なくとも1.05:1、とりわけ少なくとも1.1:1である量で用いるのが好ましい。これを越えるホルムアルデヒドの過剰量は通常、クリティカルではないが不必要であり、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド等価物は一般的に、ホルムアルデヒドのモル比、またはホルムアルデヒド等価物中に存在するホルムアルデヒドのモル比が、化合物I中に存在するアリールオキシ基AryOに対して、10:1、好ましくは5:1、特に2:1の値を越えない量で用いられる。ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド等価物を、ホルムアルデヒドのモル比、またはホルムアルデヒド等価物中に存在するホルムアルデヒドのモル比が、化合物I中に存在するアリールオキシ基AryOに対して、1:1から10:1までの範囲、特に1.01:1から5:1までの範囲、とりわけ1.05:1から5:1または1.1:1から2:1までの範囲にあるような量で用いるのが好ましい。   Compound I and formaldehyde or formaldehyde equivalent (compound II) are converted to the molar ratio of formaldehyde in compound II, ie, the amount of monomeric formaldehyde used, or the amount of formaldehyde present in the formaldehyde equivalent when formaldehyde equivalent is used. Is at least 0.7: 1, better 0.9: 1, preferably at least 1: 1, in particular at least 1.01: 1, more preferably relative to the aryloxy group AryO present in compound I Is preferably used in an amount of at least 1.05: 1, in particular at least 1.1: 1. Excessive formaldehyde in excess of this is usually not critical but unnecessary, and formaldehyde or formaldehyde equivalents generally have a molar ratio of formaldehyde, or a molar ratio of formaldehyde present in the formaldehyde equivalent, of compound I It is used in an amount not exceeding a value of 10: 1, preferably 5: 1, in particular 2: 1, relative to the aryloxy group AryO present therein. The molar ratio of formaldehyde or formaldehyde equivalents, or the molar ratio of formaldehyde present in the formaldehyde equivalents, ranges from 1: 1 to 10: 1 with respect to the aryloxy group AryO present in Compound I. In particular in the range from 1.01: 1 to 5: 1, in particular in the range from 1.05: 1 to 5: 1 or 1.1: 1 to 2: 1.

ホルムアルデヒド等価物とは、重合条件下でホルムアルデヒドを放出する化合物を意味すると理解される。ホルムアルデヒド等価物は、好ましくは、ホルムアルデヒドのオリゴマーまたはポリマー、すなわち実験式(CHO)(xは重合の程度を示す)である物質である。これらとして特に、トリオキサン(3つのホルムアルデヒドユニット)およびパラホルムアルデヒド(一般的に8から100のホルムアルデヒドユニットを含む)が挙げられる。 Formaldehyde equivalent is understood to mean a compound that releases formaldehyde under polymerization conditions. Formaldehyde equivalents are preferably formaldehyde oligomers or polymers, ie substances of the empirical formula (CH 2 O) x, where x indicates the degree of polymerization. These include in particular trioxane (three formaldehyde units) and paraformaldehyde (generally comprising 8 to 100 formaldehyde units).

化合物IIIは、アリールオキシ(半)メタレートではない少なくとも1つの(半)金属化合物である。少なくとも1つの(半)金属化合物は、本質的に純粋に無機であってもよいし(例えば(半)金属のハライド、サルフェート、ニトレートまたはホスフェート)、または本質的に共有結合性であってもよい(例えば(半)金属のアルカノエートまたはアルコキシド)。   Compound III is at least one (semi) metal compound that is not an aryloxy (semi) metalate. The at least one (semi) metal compound may be essentially purely inorganic (eg, (semi) metal halide, sulfate, nitrate or phosphate), or may be essentially covalent. (Eg (semi) metal alkanoates or alkoxides).

化合物III中に存在する(半)金属は、特に、周期表の第1族(好ましくは特にNa、K)、第2族(好ましくは特にCa、Mg)、第3族(好ましくは特にSc)、第4族(好ましくは特にTi、Zr)、第5族(好ましくは特にV)、第6族(好ましくは特にCr、Mo、W)、第7族(好ましくは特にMn)、第8族(好ましくは特にFe、Ru、Os)、第9族(好ましくは特にCo、Rh、Ir)、第10族(好ましくは特にNi、Pd、Pt)、第11族(好ましくは特にCu、Ag、Au)、第12族(好ましくは特にZn、Cd)、第13族(好ましくは特にB、Al、Ga、In)、第14族(好ましくは特にSi、Sn)、および第15族(好ましくは特にAs、Sb、Bi)の元素である。(半)金属Ti、V、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、B、Siおよび/またはSnが好ましく、特に(半)金属Ti、Fe、Co、Cu、Siおよび/またはSnが好ましい。   The (semi) metals present in compound III are in particular Group 1 (preferably Na, K), Group 2 (preferably Ca, Mg), Group 3 (preferably particularly Sc) of the periodic table. , Group 4 (preferably particularly Ti, Zr), Group 5 (preferably particularly V), Group 6 (preferably particularly Cr, Mo, W), Group 7 (preferably particularly Mn), Group 8 (Preferably Fe, Ru, Os), Group 9 (preferably particularly Co, Rh, Ir), Group 10 (preferably particularly Ni, Pd, Pt), Group 11 (preferably particularly Cu, Ag, Au), Group 12 (preferably particularly Zn, Cd), Group 13 (preferably particularly B, Al, Ga, In), Group 14 (preferably particularly Si, Sn), and Group 15 (preferably In particular, As, Sb, Bi). (Semi) metal Ti, V, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, B, Si and / or Sn are preferred, especially (semi) metal Ti, Fe, Co, Cu, Si And / or Sn is preferred.

無機(半)金属化合物は、(半)金属ハライドを含み、ハライドは、フルオリド、クロリド、ブロミド、ヨージドおよびアスタチン、ならびにこれらの混合物および水和物から選択されてよい。用いられるのに好ましい(半)金属ハライドは、TiCl、CrCl、MnCl、FeCl、FeCl、CoCl、NiCl、ZnCl、CuCl、SnClおよび/またはSnCl、特にTiCl、FeCl、CoCl、CuCl、SnClおよび/またはSnClである。さらなる実施形態は、(半)金属サルフェート、ニトレート、ホスフェートまたはカーボネートである。ここで「サルフェート」は、通常、硫黄のオキソ陰イオン(例えばSO 2−、SO 2−、S 2−)、「ニトレート」は窒素のオキソ陰イオン(例えばNO、NO )、「ホスフェート」はリンのオキソ陰イオン、そして「カーボネート」は炭素のオキソ陰イオンを表す。(半)金属サルフェートまたはニトレート、特にCr(SO、MnSO、FeSO、Fe(NO、Co(NO、NiSO、Cu(NO、ZnSOおよび/またはSn(NOが好ましい。 Inorganic (semi) metal compounds include (semi) metal halides, which may be selected from fluoride, chloride, bromide, iodide and astatine, and mixtures and hydrates thereof. Preferred (semi) metal halides to be used are TiCl 4 , CrCl 3 , MnCl 2 , FeCl 2 , FeCl 3 , CoCl 2 , NiCl 2 , ZnCl 2 , CuCl 2 , SnCl 2 and / or SnCl 4 , especially TiCl 4. FeCl 3 , CoCl 2 , CuCl 2 , SnCl 2 and / or SnCl 4 . Further embodiments are (semi) metal sulfates, nitrates, phosphates or carbonates. Here, “sulfate” is usually a sulfur oxo anion (eg, SO 4 2− , SO 3 2− , S 2 O 3 2− ), and “nitrate” is a nitrogen oxo anion (eg, NO 3 , NO 2). - ), "Phosphate" represents the oxoanion of phosphorus, and "carbonate" represents the oxoanion of carbon. (Semi) metal sulfate or nitrate, in particular Cr 2 (SO 4 ) 3 , MnSO 4 , FeSO 4 , Fe (NO 3 ) 3 , Co (NO 3 ) 2 , NiSO 4 , Cu (NO 3 ) 2 , ZnSO 4 and / Or Sn (NO 3 ) 2 is preferred.

化合物IIIがオルガノ(半)メタリック化合物を含む場合、オルガノ(半)メタリック化合物中に存在する陰イオンは、例えば、カルボキシレート(好ましくは特にアセテート、ブタノエート、プロパノエート、パルミテート、シトレート、オキサレート、アクリレート)、アルコキシレート(上で既に記載されたように、好ましくは特にメトキシレート、エトキシレート、n−プロポキシレート、イソプロポキシレート、n−ブトキシレート、sec−ブトキシレート、イソブトキシレートおよびtert−ブトキシレート)およびチオレート(特にメタンチオレート、エタンチオレート、プロパンチオレート、ブタンチオレート)である。特にカルボキシレートおよびアルコキシレートが用いられ、好ましくはアセテート、メトキシレートまたはエトキシレートである。用いられるのに好ましいオルガノ(半)メタリック化合物は、Fe(CHCOO)、Zn(CHCOO)、Cu(CHCOO)、Si(OCH、特にFe(CHCOO)またはSi(OCHである。 When compound III comprises an organo (semi) metallic compound, the anion present in the organo (semi) metallic compound is, for example, a carboxylate (preferably acetate, butanoate, propanoate, palmitate, citrate, oxalate, acrylate), Alkoxylates (as already described above, preferably methoxylate, ethoxylate, n-propoxylate, isopropoxylate, n-butoxylate, sec-butoxylate, isobutoxylate and tert-butoxylate) and Thiolates (especially methanethiolate, ethanethiolate, propanethiolate, butanethiolate). In particular, carboxylates and alkoxylates are used, preferably acetate, methoxylate or ethoxylate. Preferred organo (semi) metallic compounds to be used are Fe (CH 3 COO) 2 , Zn (CH 3 COO) 2 , Cu (CH 3 COO) 2 , Si (OCH 3 ) 4 , especially Fe (CH 3 COO ) 2 or Si (OCH 3 ) 4 .

化合物IIIに用いられるのに好ましい化合物は、Fe(CHCOO)、CoCl、CuCl、SnCl、FeCl、Si(OCH、TiClおよび/またはSnClである。 Preferred compounds for use in compound III are Fe (CH 3 COO) 2 , CoCl 2 , CuCl 2 , SnCl 2 , FeCl 3 , Si (OCH 3 ) 4 , TiCl 4 and / or SnCl 4 .

本発明に従うプロセスにおいて、化合物IIIは、化合物III中の(半)金属の重量が、化合物Iの重量に基づいて、少なくとも5重量%、通常5重量%超、特に少なくとも10重量%、好ましくは少なくとも15重量%、より好ましくは少なくとも20重量%であるような量で用いられる。   In the process according to the invention, compound III has a weight of (semi) metal in compound III based on the weight of compound I of at least 5% by weight, usually more than 5% by weight, in particular at least 10% by weight, preferably at least It is used in an amount such that it is 15% by weight, more preferably at least 20% by weight.

本発明に従うプロセスの一実施形態において、化合物Iは、ホルムアルデヒド源、化合物IIと、触媒量の酸の存在下で重合されてよい。一般的に、酸は、化合物Iの重量に基づいて、0.1から10重量%、特に0.2から5重量%、例えば最大4、3、2または1重量%の量で用いられる。好ましい酸は、ブレンステッド酸、例えば有機カルボン酸(トリフルオロ酢酸、シュウ酸および乳酸等)および有機スルホン酸である。後者は、特に、C−C20アルカンスルホン酸(メタンスルホン酸、オクタンスルホン酸、デカンスルホン酸およびドデカンスルホン酸等)、およびハロアルカンスルホン酸(トリフルオロメタンスルホン酸等)である。ベンゼンスルホン酸またはC−C20アルキルベンゼンスルホン酸(トルエンスルホン酸、ノニルベンゼンスルホン酸、およびドデシルベンゼンスルホン酸等)を用いることも可能である。同様に、適しているのは、無機ブレンステッド酸(HCl、HSOまたはHClO等)である。用いられるルイス酸は、好ましくは特にBF、BCl、SnCl、TiClおよびAlClであってよい。錯体結合(complex−bound)ルイス酸またはイオン性液体中に溶解するルイス酸を用いることも可能である。 In one embodiment of the process according to the invention, Compound I may be polymerized in the presence of a formaldehyde source, Compound II and a catalytic amount of acid. In general, the acid is used in an amount of from 0.1 to 10% by weight, in particular from 0.2 to 5% by weight, for example up to 4, 3, 2 or 1% by weight, based on the weight of compound I. Preferred acids are Bronsted acids such as organic carboxylic acids (such as trifluoroacetic acid, oxalic acid and lactic acid) and organic sulfonic acids. The latter are in particular C 1 -C 20 alkanesulfonic acids (such as methanesulfonic acid, octanesulfonic acid, decanesulfonic acid and dodecanesulfonic acid) and haloalkanesulfonic acids (such as trifluoromethanesulfonic acid). Benzene sulfonic acid or C 1 -C 20 alkyl benzene sulfonic acid (toluene sulfonic acid, nonyl benzene sulfonic acid, dodecyl benzene sulfonic acid, etc.) can also be used. Likewise suitable are inorganic Bronsted acids (such as HCl, H 2 SO 4 or HClO 4 ). The Lewis acid used may preferably be BF 3 , BCl 3 , SnCl 4 , TiCl 4 and AlCl 3 in particular. It is also possible to use complex-bound Lewis acids or Lewis acids that dissolve in ionic liquids.

重合は、塩基によって触媒されてもよい。例えば、アルカリ金属および/もしくはアルカリ土金属の、そしてまた、アンモニアならびに/もしくは一級、二級および/もしくは三級アミンの、または他にこれらの混合物の、アルコキシド、ヒドロキシド、ホスフェート、カーボネートおよび/またはヒドロジェンカーボネートを用いることが可能である。塩基の例として、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムtert−ブトキシドまたはマグネシウムエトキシド、NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)、Ba(OH)、NaPO、NaCO、KCO、LiCO、(CHN、(CN、モルホリン、ジメチルアニリンおよびピペリジンがある。一般的に、塩基は、化合物Iの重量に基づいて、0.1から10重量%、特に0.2から5重量%、例えば最大4、3、2または1重量%の量で用いられる。 The polymerization may be catalyzed by a base. For example, alkoxides, hydroxides, phosphates, carbonates and / or of alkali metals and / or alkaline earth metals and also of ammonia and / or of primary, secondary and / or tertiary amines or else mixtures thereof It is possible to use hydrogen carbonate. Examples of bases include sodium methoxide, sodium ethoxide, potassium tert-butoxide or magnesium ethoxide, NaOH, KOH, LiOH, Ca (OH) 2 , Ba (OH) 2 , Na 3 PO 4 , Na 2 CO 3 , There are K 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , (CH 3 ) 3 N, (C 2 H 5 ) 3 N, morpholine, dimethylaniline and piperidine. In general, the base is used in an amount of 0.1 to 10% by weight, in particular 0.2 to 5% by weight, for example up to 4, 3, 2 or 1% by weight, based on the weight of compound I.

経済的な理由で、触媒は、触媒反応に必要とされる量しか用いられず、一般的に、化合物Iの重量に基づいて、10重量%以下、例えば4、3、2または1重量%以下である。(半)金属含有酸および塩基が、化合物IIIとして用いられてもよい。この場合、これらは、化合物IIIについて特定される量で用いられる。   For economic reasons, the catalyst is used only in the amount required for the catalytic reaction and is generally less than 10% by weight, for example less than 4, 3, 2 or 1% by weight, based on the weight of Compound I. It is. (Semi) metal-containing acids and bases may be used as compound III. In this case, they are used in the amounts specified for compound III.

重合は熱的に開始されてもよく、このことは、この場合の重合が、好ましくは、触媒量の酸または塩基を添加せずとも、化合物Iおよび化合物IIの混合物を、化合物IIIの存在下で加熱することによって行われることを意味する。重合に必要な温度は、一般的に50から250℃までの範囲、特に80から200℃までの範囲である。酸または塩基触媒の重合の場合、重合温度は、一般的に50から200℃までの範囲、特に80から150℃までの範囲である。熱的に開始される重合の場合、重合温度は、一般的に120から250℃までの範囲、特に150から200℃までの範囲である。   The polymerization may be initiated thermally, in which case the polymerization is preferably carried out in the presence of compound III in the presence of compound III without adding a catalytic amount of acid or base. It means that it is carried out by heating with. The temperature required for the polymerization is generally in the range from 50 to 250 ° C., in particular in the range from 80 to 200 ° C. In the case of acid or base catalyzed polymerization, the polymerization temperature is generally in the range from 50 to 200 ° C., in particular in the range from 80 to 150 ° C. In the case of thermally initiated polymerization, the polymerization temperature is generally in the range from 120 to 250 ° C., in particular from 150 to 200 ° C.

本発明の重合は、標準的な圧力と比較して引き下げられた圧力下、例えば真空中、標準的な圧力下、または加圧下、例えば圧力オートクレーブ内で概ね実行されてよい。一般に、重合は、0.01から100バールまでの範囲、好ましくは0.1から10バールまでの範囲、特に0.5から5バールまでの範囲、より好ましくは0.7から2バールまでの範囲の圧力にて実行される。   The polymerization of the present invention may be generally carried out under reduced pressure compared to standard pressure, such as in vacuum, standard pressure, or under pressure, such as in a pressure autoclave. In general, the polymerization is in the range from 0.01 to 100 bar, preferably in the range from 0.1 to 10 bar, in particular in the range from 0.5 to 5 bar, more preferably in the range from 0.7 to 2 bar. At a pressure of

重合は、バッチ式および/または添加的プロセス(addition process)で概ね実行されてよい。バッチ式プロセスを実行する場合、化合物I、化合物IIおよび化合物IIIが、最初に反応ベッセル内に所望量チャージされ、そして重合に必要な条件がもたらされる。添加的プロセスでは、化合物Iおよび化合物IIの少なくとも1つが、少なくとも部分的に重合中に、化合物Iの、化合物IIに対する所望の比率が達成されるまで供給される。この場合、化合物IIIは最初にチャージされてよく、そして/または重合中に添加されてよい。添加の後、継続的な反応相が続いてよい。   The polymerization may be carried out generally in a batch and / or addition process. When carrying out a batch process, Compound I, Compound II and Compound III are initially charged in the desired amount in the reaction vessel and result in the conditions necessary for the polymerization. In the additive process, at least one of Compound I and Compound II is fed at least partially during polymerization until the desired ratio of Compound I to Compound II is achieved. In this case, compound III may be charged first and / or added during the polymerization. The addition may be followed by a continuous reaction phase.

好ましいのは、バッチ式プロセスを実行することである。1ステージで重合を実行することが有利であることが分かった。これは、重合が、化合物I、化合物IIおよび化合物IIIの全体量によるバッチとして行われることを意味する。そうでなければ、添加プロセスであって、化合物Iおよび化合物IIの全体量が反応ベッセルに加えられるまで、化合物Iおよび化合物IIが、重合条件が中断されないように加えられる添加プロセスが採用される。化合物IIIは、最初にチャージされてよく、そして/または重合中に供給されてよい。   Preference is given to performing a batch process. It has proved advantageous to carry out the polymerization in one stage. This means that the polymerization is carried out as a batch with the total amount of Compound I, Compound II and Compound III. Otherwise, an addition process is employed in which compound I and compound II are added such that the polymerization conditions are not interrupted until the total amount of compound I and compound II is added to the reaction vessel. Compound III may be charged first and / or supplied during the polymerization.

化合物Iおよび化合物IIの、化合物IIIの存在下での重合は、任意かつ所望のやり方で概ね実行されてよいが、成分が互いに反応し得ることが確実である場合に限る。したがって、反応は、まとめて(in bulk)、例えば溶融させて(in a melt)、または反応媒体、特に溶媒の存在下で、実行されてよい。   Polymerization of Compound I and Compound II in the presence of Compound III may be generally carried out in any and desired manner, but only if it is certain that the components can react with each other. Thus, the reaction may be carried out in bulk, eg in a melt, or in the presence of a reaction medium, in particular a solvent.

有用な溶媒として、概ね、化合物IIIが少なくとも部分的に溶解した形態となる全ての溶媒が挙げられる。このことは、重合条件下での溶媒中の化合物IIIの溶解度が、少なくとも50g/l、特に少なくとも100g/lであることを意味すると理解される。一般に、溶媒は、化合物IIIの、標準的な圧力および20℃での溶解度が50g/l、特に少なくとも100g/lであるように選択される。より詳細には、溶媒は、化合物IIIが実質的に、または完全に溶解するように選択される。すなわち、溶媒の、化合物IIIに対する比率は、重合条件下で、化合物IIIの重量、または用いた化合物IIIの完全量に基づいて、少なくとも80重量%、特に少なくとも90重量%が溶解した形態となるように、選択される。   Useful solvents generally include all solvents in which Compound III is in an at least partially dissolved form. This is understood to mean that the solubility of compound III in the solvent under the polymerization conditions is at least 50 g / l, in particular at least 100 g / l. In general, the solvent is selected such that the solubility of compound III at standard pressure and 20 ° C. is 50 g / l, in particular at least 100 g / l. More particularly, the solvent is selected such that Compound III is substantially or completely dissolved. That is, the ratio of solvent to compound III is such that, under polymerization conditions, at least 80% by weight, in particular at least 90% by weight, based on the weight of compound III or the total amount of compound III used, is in dissolved form. Is selected.

好ましい変形において、重合は、溶媒中で実行される。この場合、化合物I、化合物IIおよび化合物IIIの総量の少なくとも60重量%、好ましくは少なくとも75重量%、より好ましくは少なくとも90重量%、最も好ましくは少なくとも95重量%が、溶解した形態である。   In a preferred variant, the polymerization is carried out in a solvent. In this case, at least 60%, preferably at least 75%, more preferably at least 90%, most preferably at least 95% by weight of the total amount of Compound I, Compound II and Compound III is in dissolved form.

好ましい溶媒は、アルコール、エーテルおよびケトン、特に1から8つの炭素原子を有するアルコール、エーテルおよびケトンである。適切なアルコールの例として、メタノール、エタノール、n−およびイソプロパノール、n−、sec−、イソ−およびtert−ブタノール、ペンタノールならびにヘキサノールである。また適切なのは、環状エーテル(好ましくは特にジオキサン、テトラヒドロフラン)および非環状エーテル(メチルエチルエーテル、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルtert−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテルおよびジ−n−ブチルエーテル等)の双方である。適切な環状ケトンまたは非環状ケトンの例として、アセトン、ブタノンまたはシクロヘキサノンがある。特に好ましい溶媒は、THFおよびエタノールである。   Preferred solvents are alcohols, ethers and ketones, especially alcohols having 1 to 8 carbon atoms, ethers and ketones. Examples of suitable alcohols are methanol, ethanol, n- and isopropanol, n-, sec-, iso- and tert-butanol, pentanol and hexanol. Also suitable are both cyclic ethers (preferably especially dioxane, tetrahydrofuran) and acyclic ethers (such as methyl ethyl ether, dimethyl ether, diethyl ether, methyl tert-butyl ether, diisopropyl ether and di-n-butyl ether). Examples of suitable cyclic or acyclic ketones are acetone, butanone or cyclohexanone. Particularly preferred solvents are THF and ethanol.

化合物Iおよび化合物IIの重合を、化合物IIIの存在下で、水が実質的にない状態で実行することが好ましい。このことは、重合開始時の水の濃度が、化合物I、化合物IIおよび化合物IIIの総重量に基づいて、1重量%未満、好ましくは0.5重量%未満、より好ましくは0.1重量%未満であることを意味する。重合は、より好ましくは、水を除外して、すなわち無水条件下で行われる。   It is preferred that the polymerization of Compound I and Compound II is carried out in the presence of Compound III and substantially free of water. This means that the concentration of water at the start of the polymerization is less than 1% by weight, preferably less than 0.5% by weight, more preferably 0.1% by weight, based on the total weight of Compound I, Compound II and Compound III. Means less than. The polymerization is more preferably carried out with the exclusion of water, ie under anhydrous conditions.

粒状の複合材料の製造には、化合物Iの、化合物IIとの反応を、化合物IIIの存在下で、不活性希釈剤中で実行するのが有用であることが分かった。好ましい不活性希釈剤は、炭化水素、芳香族炭化水素(モノ−またはポリC−Cアルキル置換ベンゼンまたはナフタレン、好ましくは特にトルエン、キシレン、クメンもしくはメシチレン、またはC−Cアルキル−ナフタレン等)、そしてまた、脂肪族炭化水素および脂環式炭化水素(ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、シクロヘプタン、オクタンおよびそのアイソマー、ノナンおよびそのアイソマー、デカンおよびそのアイソマー等)ならびにこれらの混合物の、希釈剤の総量に基づいて、少なくとも80容量%程度、特に少なくとも90容量%程度、とりわけ少なくとも99容量%または100容量%程度からなるものである。 For the production of particulate composites, it has been found useful to carry out the reaction of Compound I with Compound II in the presence of Compound III in an inert diluent. Preferred inert diluents are hydrocarbons, aromatic hydrocarbons (mono- or poly C 1 -C 4 alkyl-substituted benzene or naphthalene, preferably toluene, xylene, cumene or mesitylene, or C 1 -C 4 alkyl-naphthalene. Etc.), and also diluents of aliphatic and cycloaliphatic hydrocarbons (hexane, cyclohexane, heptane, cycloheptane, octane and its isomers, nonane and its isomers, decane and its isomers, etc.) and mixtures thereof Of at least about 80% by volume, in particular at least about 90% by volume, especially at least about 99% by volume or 100% by volume.

化合物Iの、化合物IIとの、化合物IIIの存在下での重合の後は、精製工程および任意で乾燥工程が続いてよい。一プロセス変形において、無機相の組成が変えられる。例えば、化合物IIIに由来する陰イオンの含有量を、洗浄工程および/または精製工程によって引き下げることが可能である。この目的のために、有利には、塩基、例えば、アルカリ金属および/もしくはアルカリ土金属の、そしてまた、アンモニアならびに/もしくは一級、二級および/もしくは三級アミンの、または他にこれらの混合物の、アルコキシド、ヒドロキシド、ホスフェート、カーボネートおよび/またはヒドロジェンカーボネートを用いることが可能である。塩基の例として、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムtert−ブトキシドまたはマグネシウムエトキシド、NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)、Ba(OH)、NaPO、NaCO、KCO、LiCO、NaHCO、KHCO、(CHN、(CN、モルホリン、ジメチルアニリンおよびピペリジンがある。これらの塩基は、溶媒(水、アルコールもしくはエーテル、またはこれらの混合物等)中で(例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、ジエチルエーテルまたはTHF中で)用いられてもよい。 Polymerization of Compound I with Compound II in the presence of Compound III may be followed by a purification step and optionally a drying step. In one process variant, the composition of the inorganic phase is changed. For example, the content of anions derived from compound III can be reduced by a washing step and / or a purification step. For this purpose, it is advantageous to use bases such as alkali metals and / or alkaline earth metals, and also ammonia and / or primary, secondary and / or tertiary amines, or else mixtures thereof. , Alkoxides, hydroxides, phosphates, carbonates and / or hydrogen carbonates can be used. Examples of bases include sodium methoxide, sodium ethoxide, potassium tert-butoxide or magnesium ethoxide, NaOH, KOH, LiOH, Ca (OH) 2 , Ba (OH) 2 , Na 3 PO 4 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3, Li 2 CO 3, NaHCO 3, KHCO 3, (CH 3) 3 N, there is a (C 2 H 5) 3 N , morpholine, dimethylaniline and piperidine. These bases may be used in a solvent (such as water, alcohol or ether, or mixtures thereof) (eg in methanol, ethanol, isopropanol, diethyl ether or THF).

また、本発明に従うプロセスによって得られる複合材料は、加熱されてよい。これは、通常、200から2000℃までの範囲、好ましくは300から1600℃までの範囲、より好ましくは400から1100℃までの範囲、最も好ましくは500から900℃までの範囲の温度で実行される。   The composite material obtained by the process according to the invention may also be heated. This is usually carried out at a temperature in the range from 200 to 2000 ° C, preferably in the range from 300 to 1600 ° C, more preferably in the range from 400 to 1100 ° C, most preferably in the range from 500 to 900 ° C. .

一実施形態において、炭化が、より低い範囲、例えば600℃未満、500℃未満、例えば380から400℃の温度にて行われる。この手順によって、広い面積の共連続構造を得ることが可能である。さらなる実施形態において、炭化が、より高い範囲、例えば700℃超、800℃超、例えば950から1050℃の温度にて行われる。この手順によって、広い面積の炭素マトリックスの単離金属ドメインを製造することが可能であり、この場合、有利には、還元ガスを用いることが可能である。   In one embodiment, the carbonization is performed at a lower range, such as less than 600 ° C, less than 500 ° C, such as 380 to 400 ° C. This procedure makes it possible to obtain a co-continuous structure with a large area. In a further embodiment, the carbonization is performed at a higher range, for example at a temperature above 700 ° C., above 800 ° C., eg 950-1050 ° C. This procedure makes it possible to produce large area carbon matrix isolated metal domains, in which case it is possible advantageously to use a reducing gas.

加熱の期間は、可変であり、加熱が行われる温度を含む要因によって決まる。期間は、例えば、0.5から50時間、好ましくは1から24時間、特に2から12時間である。   The heating period is variable and depends on factors including the temperature at which the heating is performed. The period is, for example, 0.5 to 50 hours, preferably 1 to 24 hours, in particular 2 to 12 hours.

加熱は、1つ以上のステージ、例えば1つまたは2つのステージで実行されてよい。多くの場合、加熱は、所望の温度まで、1℃から10℃/分、好ましくは2℃から6℃/分、すなわち例えば2℃、3℃または4℃/分の速度で行われる。冷却は、この温度への到達後直ちに始まってもよいし、この温度が10分間から10時間維持されてもよい。この保持時間は、例えば、0.5時間、1時間、2時間、3時間、4時間または5時間続いてよい。炭化プロセスの前に、熱処理工程を挟むことも可能である。これは、100℃から400℃まで、好ましくは150℃から300℃までの温度範囲内で温度を、熱処理工程が完了するまで、すなわち例えば1時間または2時間、一定に保つ(例えばおよそ200℃またはおよそ250℃)ことによって、行われ得る。加えて、加熱速度を、100℃から400℃まで、好ましくは150℃から300℃までの温度範囲内で、例えば加熱の開始時に選択された加熱速度の2分の1または3分の1にまで下げることが可能である。   Heating may be performed in one or more stages, such as one or two stages. In many cases, the heating is carried out to the desired temperature at a rate of 1 ° C. to 10 ° C./min, preferably 2 ° C. to 6 ° C./min, for example 2 ° C., 3 ° C. or 4 ° C./min. Cooling may begin immediately after reaching this temperature, or this temperature may be maintained for 10 minutes to 10 hours. This holding time may last for example 0.5 hours, 1 hour, 2 hours, 3 hours, 4 hours or 5 hours. It is also possible to sandwich a heat treatment step before the carbonization process. This is to keep the temperature constant within the temperature range from 100 ° C. to 400 ° C., preferably from 150 ° C. to 300 ° C. until the heat treatment step is completed, ie for example 1 hour or 2 hours (eg approximately 200 ° C. or Approximately 250 ° C.). In addition, the heating rate is in the temperature range from 100 ° C. to 400 ° C., preferably from 150 ° C. to 300 ° C., for example to one half or one third of the heating rate selected at the start of heating. It is possible to lower.

加熱は、酸素を実質的に、または完全に除外して、好ましくは不活性ガスおよび/または還元ガス(反応ガス)の存在下で、実行されてよい。この場合、重合において形成される有機ポリマー材料は、炭化されて炭素相が与えられ、そして電気活性材料が形成される。本発明に従うプロセスの好ましい実施形態において、重合は、1ステージで、実質的に、または完全に、好ましくは完全に酸素を除外して、標準的な圧力にて実行される。この文脈での酸素の完全な除外とは、重合が行われるガススペースにおいて、このガススペースに基づいて、0.5容量%以下、好ましくは0.05容量%未満、特に0.01容量%未満の酸素しか存在しないことを意味する。マルチステージの加熱プロセスにおいて、工程は、種々のガスの存在下で、および/または種々の温度にて実行されてよい。例えば、最初に、例えば第1工程において、不活性ガス(アルゴンまたは窒素等)の存在下で加熱してから、例えば第2工程において、還元ガス(反応ガス)(Ar、N、H、NH、COおよびC、ならびにこれらの混合物(例えば、合成ガス(CO/H)および形成ガス(N/Hおよび/またはAr/H))等)の存在下で加熱することが可能である。 Heating may be carried out with substantial or complete exclusion of oxygen, preferably in the presence of an inert gas and / or a reducing gas (reactive gas). In this case, the organic polymeric material formed in the polymerization is carbonized to provide a carbon phase and an electroactive material is formed. In a preferred embodiment of the process according to the invention, the polymerization is carried out in one stage, at a standard pressure, substantially or completely, preferably completely excluding oxygen. The complete exclusion of oxygen in this context means that in the gas space in which the polymerization takes place, based on this gas space, not more than 0.5% by volume, preferably less than 0.05% by volume, in particular less than 0.01% by volume. Means that only oxygen is present. In a multi-stage heating process, the steps may be performed in the presence of various gases and / or at various temperatures. For example, first, for example, in the first step, heating is performed in the presence of an inert gas (such as argon or nitrogen), and then, for example, in the second step, a reducing gas (reactive gas) (Ar, N 2 , H 2 , Heating in the presence of NH 3 , CO and C 2 H 2 , and mixtures thereof (eg, synthesis gas (CO / H 2 ) and forming gas (N 2 / H 2 and / or Ar / H 2 )), etc. Is possible.

化合物Iの、化合物IIとの、化合物IIIの存在下での重合の後は、有機ポリマー相の酸化除去が続いてもよく、有機構成素の重合において形成される有機ポリマー材料が酸化されて、ナノ多孔性のオキシディック材料が得られる。この場合、加熱は、好ましい形態の酸素下で、不活性ガスの存在下で実行される。マルチステージの加熱プロセスにおいて、例えば、工程を、種々のガスの存在下で、および/または他に種々の温度にて実行することが可能である。例えば、最初に、例えば第1工程において、不活性ガス(アルゴンまたは窒素等)の存在下で加熱してから、例えば第2工程において、酸化ガス(O等)およびこの混合物(例えば空気または合成空気)の存在下で加熱することが可能である。 Polymerization of Compound I with Compound II in the presence of Compound III may be followed by oxidative removal of the organic polymer phase, wherein the organic polymer material formed in the polymerization of the organic constituents is oxidized, A nanoporous oxidic material is obtained. In this case, the heating is carried out in the presence of an inert gas under the preferred form of oxygen. In a multi-stage heating process, for example, the steps can be performed in the presence of various gases and / or at various other temperatures. For example, first, in the first step, for example, in the presence of an inert gas (such as argon or nitrogen), and then in the second step, for example, an oxidizing gas (such as O 2 ) and a mixture thereof (such as air or synthesis). It is possible to heat in the presence of air.

重合によって得られた複合材料の加熱は、減圧下、例えば真空中、標準的な圧力下、または加圧下、例えば圧力オートクレーブ内で概ね実行されてよい。一般に、加熱は、0.01から100バールまでの範囲、好ましくは0.1から10バールまでの範囲、特に0.5から5バールまたは0.7から2バールまでの範囲の圧力にて実行される。加熱は、閉鎖系において、または、形成される揮発性の構成素が、好ましくは少なくとも1つの不活性ガスおよび/または還元ガスを含むガス流中に除去される開放系において、行われてよい。   Heating of the composite material obtained by polymerization may be carried out generally under reduced pressure, for example in a vacuum, under standard pressure, or under pressure, for example in a pressure autoclave. In general, the heating is carried out at a pressure in the range from 0.01 to 100 bar, preferably in the range from 0.1 to 10 bar, in particular in the range from 0.5 to 5 bar or from 0.7 to 2 bar. The Heating may take place in a closed system or in an open system in which the volatile constituents formed are removed, preferably in a gas stream comprising at least one inert gas and / or reducing gas.

より詳細には、本発明に従うプロセスは、電気活性材料を連続および/またはバッチモードで製造するのに適している。バッチモードにおいて、このことは、バッチサイズが10kgを越える、好ましくは100kgよりも大きい、特に好ましくは1000kgよりも大きい、または5000kgよりも大きいことを意味する。連続モードにおいて、このことは、製造量が100kg/日を越える、好ましくは1000kg/日を越える、より好ましくは10t/日を越える、または100t/日を越えることを意味する。   More particularly, the process according to the invention is suitable for producing electroactive materials in continuous and / or batch mode. In batch mode, this means that the batch size is greater than 10 kg, preferably greater than 100 kg, particularly preferably greater than 1000 kg or greater than 5000 kg. In continuous mode, this means that the production rate exceeds 100 kg / day, preferably more than 1000 kg / day, more preferably more than 10 t / day, or more than 100 t / day.

加えて、本明細書中で開示されるのは、複合材料(K1)であって、例えば、本発明に従うプロセスによって製造され得、そして
a)少なくとも1つの(半)メタリック相と、
b)少なくとも1つの有機ポリマー相と
を含む複合材料(K1)であり、
複合材料(K1)中の各(半)金属の含有量は、複合材料(K1)の炭素含有量に基づいて、少なくとも2重量%であり、少なくとも1つの有機ポリマー相は、相ドメインを、少なくとも1つの(半)メタリック相と形成し、同一の相の2つの隣接するドメイン間の平均距離(距離の算術平均)は、小角X線散乱を用いて判定されて、本質的に200nm以下である。好ましい実施形態において、少なくとも1つの(半)メタリック相は、少なくとも2つの異なる(半)金属を含む。
In addition, disclosed herein is a composite material (K1), which can be produced, for example, by a process according to the invention, and a) at least one (semi) metallic phase;
b) a composite material (K1) comprising at least one organic polymer phase;
The content of each (semi) metal in the composite material (K1) is at least 2% by weight, based on the carbon content of the composite material (K1), and the at least one organic polymer phase has at least a phase domain, The average distance (arithmetic mean of distance) between two adjacent domains of the same phase, formed with one (semi) metallic phase, is essentially less than 200 nm as determined using small angle X-ray scattering . In a preferred embodiment, the at least one (semi) metallic phase comprises at least two different (semi) metals.

「同一の相」は、第1に専ら有機ポリマー相、そして第2に専ら(半)メタリック相を意味する。同一の相の隣接する相ドメインとは、他の相の1つの相ドメインによって分けられる同一の相の2つの相ドメイン、好ましくは特に、有機ポリマー相の1つの相ドメインによって分けられる(半)メタリック相の2つの相ドメイン、または(半)メタリック相の1つの相ドメインによって分けられるポリマー相の2つの相ドメインを意味すると理解される。   “Identical phase” means firstly an organic polymer phase and secondly exclusively (semi) metallic phase. Adjacent phase domains of the same phase are two phase domains of the same phase separated by one phase domain of the other phase, preferably in particular a (semi) metallic that is separated by one phase domain of the organic polymer phase It is understood to mean two phase domains of a polymer phase separated by two phase domains of a phase or one phase domain of a (semi) metallic phase.

同一の相の隣接する相ドメイン間の平均距離は、一般的に200nm以下、多くの場合100nm以下または50nm以下、特に10nm以下または5nm以下である。隣接する同一の相のドメイン間の平均距離は、小角X線散乱(SAXS)によって、散乱ベクトルq(20℃での透過、単色化(monochromatized)CuK放射、2Dディテクタ(画像プレート)、スリットコリメーションでの測定)を介して判定されてよい。相領域のサイズ、したがって隣接する相境界間の距離および相の配置は、透過電子顕微鏡法(TEM)によって、特にHAADF−STEM(高角環状暗視野走査電子顕微鏡法)方法論によって判定されてもよい。   The average distance between adjacent phase domains of the same phase is generally 200 nm or less, often 100 nm or less or 50 nm or less, in particular 10 nm or less or 5 nm or less. The average distance between adjacent identical phase domains is determined by small angle X-ray scattering (SAXS), with scattering vector q (transmission at 20 ° C., monochromated CuK radiation, 2D detector (image plate), slit collimation) Determination). The size of the phase region, and thus the distance between adjacent phase boundaries and the phase arrangement may be determined by transmission electron microscopy (TEM), in particular by HAADF-STEM (high angle annular dark field scanning electron microscopy) methodology.

(半)メタリック相は概ね、オキシディック構造を形成する任意の元素を含み得る。(半)金属のオキシドが好ましく、特に、周期表の第1族(好ましくは特にNa、K)、第2族(好ましくは特にCa、Mg)、第3族(好ましくは特にSc)、第4族(好ましくは特にTi、Zr)、第5族(好ましくは特にV)、第6族(好ましくは特にCr、Mo、W)、第7族(好ましくは特にMn)、第8族(好ましくは特にFe、Ru、Os)、第9族(好ましくは特にCo、Rh、Ir)、第10族(好ましくは特にNi、Pd、Pt)、第11族(好ましくは特にCu、Ag、Au)、第12族(好ましくは特にZn、Cd)、第13族(好ましくは特にB、Al、Ga、In)、第14族(好ましくは特にSi、Sn)、および第15族(好ましくは特にAs、Sb、Bi)の元素が好ましい。これらの中で、(半)金属Ti、V、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、B、SiおよびSnが好ましく、特に(半)金属Ti、Fe、Co、Cu、SiおよびSnが好ましい。   The (semi) metallic phase can generally include any element that forms an oxidic structure. (Semi) metal oxides are preferred, in particular the first group of the periodic table (preferably especially Na, K), the second group (preferably especially Ca, Mg), the third group (preferably especially Sc), the fourth Group (preferably Ti, Zr), Group 5 (preferably V), Group 6 (preferably especially Cr, Mo, W), Group 7 (preferably particularly Mn), Group 8 (preferably Especially Fe, Ru, Os), Group 9 (preferably Co, Rh, Ir), Group 10 (preferably particularly Ni, Pd, Pt), Group 11 (preferably especially Cu, Ag, Au), Group 12 (preferably especially Zn, Cd), Group 13 (preferably especially B, Al, Ga, In), Group 14 (preferably especially Si, Sn), and Group 15 (preferably especially As, Sb, Bi) elements are preferred. Among these, (semi) metal Ti, V, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, B, Si and Sn are preferable, and in particular, (semi) metal Ti, Fe, Co, Cu, Si and Sn are preferred.

本発明の複合材料(K1)中の各(半)金属の含有量は、複合材料の炭素含有量に基づいて、少なくとも2重量%、好ましくは少なくとも3重量%、より好ましくは少なくとも5重量%である。   The content of each (semi) metal in the composite material (K1) of the present invention is at least 2% by weight, preferably at least 3% by weight, more preferably at least 5% by weight, based on the carbon content of the composite material. is there.

本発明の複合材料(K1)において、共連続相ドメインが生ずる領域は、複合材料の、好ましくは少なくとも10容量%、より好ましくは少なくとも30容量%、さらにより好ましくは少なくとも50容量%、非常に好ましくは少なくとも70容量%、特に少なくとも80容量%から最大100容量%を占める。   In the composite material (K1) of the present invention, the region where the co-continuous phase domain occurs is preferably at least 10% by volume of the composite material, more preferably at least 30% by volume, even more preferably at least 50% by volume, very preferably Occupies at least 70% by volume, in particular at least 80% by volume up to 100% by volume.

本発明の複合材料(K1)は、容易に加工されて、さらに本発明の電気活性材料が与えられ得る。これは特に、電気化学セルの電極に用いられ得る。本発明は、同様に、複合材料(電気活性材料)であって、
a)少なくとも1つの炭素相と、
b)少なくとも1つのオキシディックおよび/または(半)メタリック相と
を含む複合材料を提供し、
電気活性材料中の各(半)金属の重量は、電気活性材料中の炭素の重量に基づいて、少なくとも2重量%であり、少なくとも1つのオキシディックおよび/もしくは(半)メタリック相、ならびに少なくとも1つの炭素相は、相ドメインを形成し、同一の相の2つの隣接するドメイン間の平均距離(距離の算術平均)は、小角X線散乱を用いて判定されて、本質的に10nm以下であり、そして/または少なくとも1つのオキシディックおよび/もしくは(半)メタリック相は、小角X線散乱を用いて判定されて、平均直径(直径の算術平均)が20μm以下である相ドメインを形成する。好ましい実施形態において、少なくとも1つのオキシディックおよび/または(半)メタリック相は、少なくとも2つの異なる(半)金属を含む。
The composite material (K1) of the present invention can be easily processed to further provide the electroactive material of the present invention. This can be used in particular for electrodes of electrochemical cells. The present invention is also a composite material (electroactive material),
a) at least one carbon phase;
b) providing a composite material comprising at least one oxidic and / or (semi) metallic phase;
The weight of each (semi) metal in the electroactive material is at least 2% by weight, based on the weight of carbon in the electroactive material, at least one oxidic and / or (semi) metallic phase, and at least 1 Two carbon phases form a phase domain, and the average distance between two adjacent domains of the same phase (arithmetic mean of distance) is essentially less than 10 nm as determined using small angle X-ray scattering. And / or at least one oxidic and / or (semi) metallic phase, as determined using small angle X-ray scattering, forms a phase domain with an average diameter (arithmetic mean of diameter) of 20 μm or less. In a preferred embodiment, the at least one oxidic and / or (semi) metallic phase comprises at least two different (semi) metals.

「同一の相」は、第1に専ら炭素相、そして第2に専らオキシディックおよび/または(半)メタリック相を意味する。同一の相の隣接する相ドメインとは、他の相の1つの相ドメインによって分けられる同一の相の2つの相ドメイン、好ましくは特に、オキシディックおよび/もしくは(半)メタリック相の1つの相ドメインによって分けられる炭素相の2つの相ドメイン、または炭素相の1つの相ドメインによって分けられるオキシディックおよび/もしくは(半)メタリック相の2つの相ドメインを意味すると理解される。同一の相の隣接する相ドメイン間の平均距離は、一般的に10nm以下、多くの場合7nm以下、特に5nm以下、好ましくは3nm以下である。オキシディックおよび/または(半)メタリック相ドメインは、一般的に、平均直径が20μm以下、好ましくは2μm以下、さらにより好ましくは500nm以下、特に100nm以下である。   “Identical phase” means firstly exclusively the carbon phase and secondly exclusively the oxidic and / or (semi) metallic phase. Adjacent phase domains of the same phase are two phase domains of the same phase separated by one phase domain of the other phase, preferably in particular one phase domain of the oxidic and / or (semi) metallic phase It is understood to mean two phase domains of the carbon phase separated by, or two phase domains of the oxidic and / or (semi) metallic phase separated by one phase domain of the carbon phase. The average distance between adjacent phase domains of the same phase is generally 10 nm or less, often 7 nm or less, in particular 5 nm or less, preferably 3 nm or less. Oxidic and / or (semi) metallic phase domains generally have an average diameter of 20 μm or less, preferably 2 μm or less, even more preferably 500 nm or less, in particular 100 nm or less.

隣接する同一の相のドメイン間の平均距離、ならびに少なくとも1つのオキシディックおよび/または(半)メタリック相の平均直径は、HAADF−STEMによって、または小角X線散乱(SAXS)によって、散乱ベクトルq(20℃での透過、単色化CuK放射、2Dディテクタ(画像プレート)、スリットコリメーションでの測定)を介して判定されてよい。   The average distance between adjacent identical phase domains and the average diameter of at least one oxidic and / or (semi) metallic phase is determined by the scattering vector q (by HAADF-STEM or by small angle X-ray scattering (SAXS). Determination via transmission at 20 ° C., monochromated CuK radiation, 2D detector (image plate), slit collimation).

本発明の電気活性材料において、共連続相ドメインが生ずる範囲は、電気活性材料の総容量に基づいて、好ましくは少なくとも10容量%、より好ましくは少なくとも30容量%、さらにより好ましくは少なくとも50容量%、非常に好ましくは少なくとも70容量%、特に少なくとも80容量%から100容量%を占める。   In the electroactive material of the present invention, the range in which co-continuous phase domains occur is preferably at least 10% by volume, more preferably at least 30% by volume, even more preferably at least 50% by volume, based on the total capacity of the electroactive material. Very preferably at least 70% by volume, in particular at least 80% to 100% by volume.

少なくとも1つのオキシディックおよび/または(半)メタリック相は、概ね、オキシディック相のために、オキシドを形成する任意の元素を含んでよい。少なくとも1つのオキシディックおよび/または(半)メタリック相にとって、好ましいのは、(半)金属のオキシドおよび/または(半)金属、より好ましくは、周期表の第1族(好ましくは特にNa、K)、第2族(好ましくは特にCa、Mg)、第3族(好ましくは特にSc)、第4族(好ましくは特にTi、Zr)、第5族(好ましくは特にV)、第6族(好ましくは特にCr、Mo、W)、第7族(好ましくは特にMn)、第8族(好ましくは特にFe、Ru、Os)、第9族(好ましくは特にCo、Rh、Ir)、第10族(好ましくは特にNi、Pd、Pt)、第11族(好ましくは特にCu、Ag、Au)、第12族(好ましくは特にZn、Cd)、第13族(好ましくは特にB、Al、Ga、In)、第14族(好ましくは特にSi、Sn)、および第15族(好ましくは特にAs、Sb、Bi)の元素の(半)金属のオキシドおよび/または(半)金属である。これらの中で、(半)金属Ti、V、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、B、SiおよびSnが好ましく、特に(半)金属Ti、Fe、Co、Cu、SiおよびSnが好ましい。   The at least one oxidic and / or (semi) metallic phase may generally comprise any element that forms an oxide for the oxidic phase. For at least one oxidic and / or (semi) metallic phase, preference is given to (semi) metal oxides and / or (semi) metals, more preferably group 1 of the periodic table (preferably especially Na, K). ), Group 2 (preferably Ca, Mg in particular), Group 3 (preferably in particular Sc), Group 4 (preferably in particular Ti, Zr), Group 5 (preferably in particular V), Group 6 ( Preferably, especially Cr, Mo, W), Group 7 (preferably Mn), Group 8 (preferably especially Fe, Ru, Os), Group 9 (preferably particularly Co, Rh, Ir), Group 10 Group (preferably Ni, Pd, Pt), Group 11 (preferably Cu, Ag, Au), Group 12 (preferably especially Zn, Cd), Group 13 (preferably particularly B, Al, Ga) , In), Group 14 (preferably In particular Si, Sn), and Group 15 (preferably in particular As, Sb, elements of Bi) (semi) metal oxide and / or (semi) metal. Among these, (semi) metal Ti, V, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, B, Si and Sn are preferable, and in particular, (semi) metal Ti, Fe, Co, Cu, Si and Sn are preferred.

少なくとも1つの炭素相において、炭素は本質的に元素の形態で存在する、すなわち、相中の非炭素原子、例えばN、O、S、Pおよび/またはHの割合は、相中の炭素の総量に基づいて、10重量%未満、特に5重量%未満である。相中の非炭素原子の含有量は、X線光電子分光法(X線PES)によって判定されてよい。炭素と同様に、炭素相は、調製の結果として、特に、少量のN、Oおよび/またはHしか含み得ない。H対Cのモル比は通常、1:2の値、特に1:3の値、とりわけ1:4の値を越えない。値は、0または実質的に0、例えば0.1以下であってもよい。   In at least one carbon phase, the carbon is essentially present in elemental form, i.e. the proportion of non-carbon atoms in the phase, e.g. N, O, S, P and / or H, is the total amount of carbon in the phase. Is less than 10% by weight, in particular less than 5% by weight. The content of non-carbon atoms in the phase may be determined by X-ray photoelectron spectroscopy (X-ray PES). Similar to carbon, the carbon phase can contain only small amounts of N, O and / or H, in particular as a result of the preparation. The molar ratio of H to C usually does not exceed a value of 1: 2, in particular a value of 1: 3, in particular a value of 1: 4. The value may be 0 or substantially 0, for example 0.1 or less.

炭素相において、炭素はおそらく、主にアモルファスまたはグラファイトの形態で存在しており、このことは、X線PES研究から、特徴的な結合エネルギー(284.5eV)および特徴的な非対称信号形状に基づいて結論され得る。グラファイト形態の炭素とは、炭素が少なくとも部分的に、グラファイト独特の六方晶の層配置で存在し、層は、湾曲も剥離もし得ることを意味すると理解される。   In the carbon phase, carbon is probably present mainly in the form of amorphous or graphite, which is based on X-ray PES studies based on a characteristic binding energy (284.5 eV) and a characteristic asymmetric signal shape. Can be concluded. Carbon in the form of graphite is understood to mean that the carbon is at least partly present in a unique hexagonal layer arrangement of graphite and the layer can be curved or exfoliated.

少なくとも1つの炭素相を含む本発明の電気活性材料中の各(半)金属の含有量は、複合材料中の炭素の重量に基づいて、少なくとも2重量%、好ましくは少なくとも3重量%、より好ましくは少なくとも5重量%である。   The content of each (semi) metal in the electroactive material according to the invention comprising at least one carbon phase is at least 2% by weight, preferably at least 3% by weight, more preferably based on the weight of carbon in the composite material Is at least 5% by weight.

本発明の複合材料(K1)および本発明の電気活性材料は双方とも、簡単に、再生可能な品質で、そして産業スケールで製造され得、信頼でき、かつ安価に、そして容易に入手可能な出発材料で製造を行うことが可能であるという利点を有する。   Both the composite material (K1) of the present invention and the electroactive material of the present invention are simple, reproducible quality, and can be manufactured on an industrial scale, are reliable, inexpensive and readily available It has the advantage that it can be manufactured with materials.

本発明はさらに、電気化学セル用の電極の一部としての、本発明の電気活性材料の使用、そして本発明の電気活性材料を含む、電気化学セル用の電極(以下、アノードとも呼ばれる)を提供する。   The present invention further includes the use of an electroactive material of the present invention as part of an electrode for an electrochemical cell, and an electrode for an electrochemical cell (hereinafter also referred to as an anode) comprising the electroactive material of the present invention. provide.

少なくとも1つの炭素相(a)、ならびに少なくとも1つのオキシディックおよび/または(半)メタリック相(b)の組成および特有の配置のために、本発明の電気活性材料は、リチウムイオンセル、特にリチウムイオン二次セルまたはバッテリにおけるアノード用の材料として、特に適している。特に、リチウムイオンセル、特にリチウムイオン二次セルのアノードにおける使用の場合、高い容量および良好なサイクル安定性が顕著であり、そしてセルにおける低いインピーダンスが確実となる。また、おそらく特有の相配置のために、機械的安定性が高い。さらに、簡単に、再生可能な品質で、容易に入手可能な出発材料から製造され得る。   Due to the composition and unique arrangement of at least one carbon phase (a) and at least one oxidic and / or (semi) metallic phase (b), the electroactive material of the present invention is a lithium ion cell, in particular a lithium ion cell. It is particularly suitable as a material for the anode in an ion secondary cell or battery. In particular, when used in the anode of a lithium ion cell, especially a lithium ion secondary cell, high capacity and good cycle stability are prominent and low impedance in the cell is ensured. It is also mechanically stable, probably due to the unique phase arrangement. Furthermore, it can be manufactured from easily available starting materials with simple, renewable quality.

本発明の電気活性材料に加えて、アノードは通常、本発明の電気活性材料のコンソリデーションに適した少なくとも1つの結合剤、および任意でさらなる電気伝導性または電気活性構成素を含む。また、アノードは通常、電荷の供給および除去のための電気的接点を有する。本発明の電気活性材料の、アノード材料の総質量に基づく量(任意の電流コレクタおよび電気的接点を引いている)は、通常少なくとも40重量%、多くの場合少なくとも50重量%、特に少なくとも60重量%である。   In addition to the electroactive material of the present invention, the anode typically comprises at least one binder suitable for consolidation of the electroactive material of the present invention, and optionally further electrically conductive or electroactive constituents. Also, the anode typically has electrical contacts for supplying and removing charge. The amount of the electroactive material according to the invention, based on the total mass of the anode material (minus any current collector and electrical contacts), is usually at least 40% by weight, often at least 50% by weight, in particular at least 60% by weight. %.

本発明のアノードにおいて有用なさらなる電気伝導性または電気活性構成素として、カーボンブラック(伝導性ブラック)、グラファイト、カーボン繊維、カーボンナノ繊維、カーボンナノチューブまたは電気伝導性ポリマーが挙げられる。一般的に、約2.5から40重量%の伝導性材料が、50から97.5重量%、多くの場合60から95重量%の本発明の電気活性材料(任意の電流コレクタおよび電気的接点を引いている)と共に、アノードにおいて用いられる(重量パーセントの数字は、アノード材料の総質量に基づく)。   Additional electrically conductive or electroactive constituents useful in the anode of the present invention include carbon black (conductive black), graphite, carbon fiber, carbon nanofiber, carbon nanotube or electrically conductive polymer. Generally, about 2.5 to 40% by weight of the conductive material is 50 to 97.5% by weight, often 60 to 95% by weight of the electroactive material of the present invention (optional current collectors and electrical contacts). (Weight percent figures are based on the total mass of the anode material).

本発明の電気活性材料を用いるアノードの製造に有用な結合剤として、特に、以下のポリマー材料が挙げられる:
ポリエチレンオキシド、セルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル−メチルメタクリレートコポリマー、スチレン−ブタジエンコポリマー、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレンコポリマー、パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー、エチレン−クロロフルオロエチレンコポリマー、エチレン−アクリル酸コポリマー(任意で、少なくとも部分的に、アルカリ金属塩またはアンモニアで中和されている)、エチレンメタクリル酸コポリマー(任意で、少なくとも部分的に、アルカリ金属塩またはアンモニアで中和されている)、エチレン−(メタ)アクリル酸エステルコポリマー、ポリイミド、および/またはポリイソブテン、ならびにこれらの混合物。
Binders useful in the manufacture of anodes using the electroactive materials of the present invention include, among others, the following polymeric materials:
Polyethylene oxide, cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile-methyl methacrylate copolymer, styrene-butadiene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-hexa Fluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-chlorofluoroethylene copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer (optional) And at least in part, Neutralized with Lucari metal salt or ammonia), ethylene methacrylic acid copolymer (optionally at least partially neutralized with alkali metal salt or ammonia), ethylene- (meth) acrylic acid ester copolymer, polyimide , And / or polyisobutene, and mixtures thereof.

結合剤の選択は、多くの場合、製造に用いられる任意の溶媒の性質を考慮してなされる。例えば、N−エチル−2−ピロリドンが溶媒として用いられる場合、ポリフッ化ビニリデンが適している。結合剤は通常、アノード材料の総質量に基づいて、1から10重量%の量で用いられる。2から8重量%、特に3から7重量%用いることが好ましい。   The choice of binder is often made taking into account the nature of any solvent used in the production. For example, when N-ethyl-2-pyrrolidone is used as a solvent, polyvinylidene fluoride is suitable. The binder is usually used in an amount of 1 to 10% by weight, based on the total mass of the anode material. It is preferable to use 2 to 8% by weight, particularly 3 to 7% by weight.

本発明の電気活性材料を含む本発明の電極は、上でアノードとも呼ばれ、通常、電荷の供給および除去のための電気的接点、例えば出力コンダクタを備え、金属ワイヤ、金属グリッド、金属メッシュ、展延金属、金属箔および/または金属シートの形態で構成されてよい。適切な金属箔として、特に銅箔がある。   The electrode of the present invention comprising the electroactive material of the present invention, also referred to above as an anode, usually comprises electrical contacts for supplying and removing charges, such as output conductors, metal wires, metal grids, metal meshes, It may be configured in the form of a spread metal, metal foil and / or metal sheet. Suitable metal foils include in particular copper foil.

本発明の一実施形態において、アノードは、厚さ(出力コンダクタを除いた厚さに基づく)が、15から200μmまで、好ましくは30から100μmまでの範囲にある。   In one embodiment of the invention, the anode has a thickness (based on the thickness excluding the output conductor) in the range of 15 to 200 μm, preferably 30 to 100 μm.

アノードは、慣習的にそれ自体が、関連するモノグラフで知られているような標準的な方法によって製造され得る。例えば、アノードは、本発明の電気活性材料を、任意で有機溶媒(例えばN−メチルピロリジノン、N−エチル−2−ピロリドンまたは炭化水素溶媒)を用いて、任意のさらなる構成素であるアノード材料(電気伝導性構成素および/または有機結合剤)と混合し、そして任意でこれを成形プロセスにさらす、またはこれを不活性金属箔(例えばCu箔)に塗布することによって製造され得る。この後に、任意で乾燥が続く。これは、例えば、80から150℃の温度を用いてなされる。乾燥操作は、減圧下で行われてもよく、通常3から48時間続く。任意で、成形のために溶融または焼結プロセスを用いることも可能である。   The anode can be manufactured by standard methods, as is customarily known per se in the relevant monograph. For example, the anode is an anode material (any additional constituent) of the electroactive material of the present invention, optionally using an organic solvent (eg, N-methylpyrrolidinone, N-ethyl-2-pyrrolidone or hydrocarbon solvent). Can be produced by mixing with an electrically conductive component and / or organic binder) and optionally subjecting it to a molding process or applying it to an inert metal foil (eg Cu foil). This is optionally followed by drying. This is done, for example, using a temperature of 80 to 150 ° C. The drying operation may be performed under reduced pressure and usually lasts 3 to 48 hours. Optionally, a melting or sintering process can be used for shaping.

本発明はさらに、電気化学セル、特にリチウムイオン二次セルであって、先に述べたように、電極材料から、または電極材料を用いて製造された少なくとも1つの電極を含むセルを提供する。   The present invention further provides an electrochemical cell, in particular a lithium ion secondary cell, comprising at least one electrode made of or using an electrode material as described above.

このようなセルは通常、少なくとも1つの本発明のアノード、カソード、特にリチウムイオンセルに適したカソード、電解質および任意でセパレータを有する。   Such cells typically have at least one anode, cathode of the present invention, in particular a cathode suitable for lithium ion cells, an electrolyte and optionally a separator.

適切なカソード材料、適切な電解質、適切なセパレータ、および可能な配置に関して、関連する先行技術を参照する(例えば、Wakihara et al.:Lithium Ion Batteries,1st edition,Wiley VCH,Weinheim(1998);David Linden:Handbook of Batteries,3rd edition,McGraw−Hill Professional,New York(2008);J.O.Besenhard:Handbook of Battery Materials,Wiley−VCH(1998)参照)。   With regard to suitable cathode materials, suitable electrolytes, suitable separators, and possible arrangements, reference is made to relevant prior art (eg, Wakihara et al .: Lithium Ion Batteries, 1st edition, Wiley VCH, Weinheim (1998); David; Linden: Handbook of Batteries, 3rd edition, McGraw-Hill Professional, New York (2008); J. O. Besenhard: Handbook of Battery Materials, Wiley 98 (Wiley 98) (19).

有用なカソードとして、特に、カソード材料がリチウム遷移金属オキシド、例えばリチウムコバルトオキシド、リチウムニッケルオキシド、リチウムコバルトニッケルオキシド、リチウムマンガンオキシド(スピネル)、リチウムニッケルコバルトアルミニウムオキシド、リチウムニッケルコバルトマンガンオキシド、もしくはリチウムバナジウムオキシド、またはリチウム遷移金属ホスフェート(リン酸鉄リチウム等)を含むカソードが挙げられる。しかしながら、硫黄、およびポリスルフィド橋を含むポリマーを含むカソード材料を用いることを意図する場合、アノードがLiでチャージされてから、このような電気化学セルが放電および再充電され得ることが確実とされなければならない。 As a useful cathode, in particular, the cathode material is a lithium transition metal oxide such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium cobalt nickel oxide, lithium manganese oxide (spinel), lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, or lithium Examples include cathodes containing vanadium oxide or lithium transition metal phosphates (such as lithium iron phosphate). However, if it is intended to use a cathode material containing a polymer comprising sulfur and a polysulfide bridge, from the anode is charged with Li 0, it is the ensure that such electrochemical cells can be discharged and recharged There must be.

2本の電極、すなわちアノードおよびカソードは、液体または他に固体の電解質を用いて、互いに接続している。有用な液体電解質として、特に、リチウム塩および溶融Li塩の非水性溶液(概して20ppm未満の水含有量)、例えば、リチウムヘキサフルオロホスフェート、リチウムパークロレート、リチウムヘキサフルオロアルセネート、リチウムトリフルオロメチルスルホネート、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドまたはリチウムテトラフルオロボレート、特にリチウムヘキサフルオロホスフェートまたはリチウムテトラフルオロボレートの溶液(適切な非プロトン溶媒(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、およびこれらの、1つ以上の以下の溶媒:ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメトキシエタン、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、ブチロラクトン、アセトニトリル、酢酸エチル、酢酸メチル、トルエンおよびキシレンとの混合物、特にエチレンカーボネートおよびジエチルカーボネートの混合物等)中のもの)が挙げられる。用いられる固体電解質は、例えば、イオン伝導性ポリマーであってよい。   The two electrodes, the anode and the cathode, are connected to each other using a liquid or other solid electrolyte. Useful liquid electrolytes include in particular non-aqueous solutions of lithium and molten Li salts (generally with a water content of less than 20 ppm), such as lithium hexafluorophosphate, lithium perchlorate, lithium hexafluoroarsenate, lithium trifluoromethylsulfonate A solution of lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide or lithium tetrafluoroborate, in particular lithium hexafluorophosphate or lithium tetrafluoroborate (suitable aprotic solvents (ethylene carbonate, propylene carbonate, and one or more of these Solvents: dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, dimethoxyethane, methyl propionate, ethyl propionate, butyrolac Down, acetonitrile, ethyl acetate, methyl acetate, a mixture of toluene and xylene, in particular ethylene carbonate and a mixture of diethyl carbonate, etc.), those in) and the like. The solid electrolyte used may be, for example, an ion conductive polymer.

液体電解質を含浸させたセパレータが、電極間に配置されてよい。セパレータの例として、特にガラス繊維不織布および多孔性の有機ポリマーフィルム(ポリエチレン、ポリプロピレンその他の多孔性フィルム等)がある。   A separator impregnated with a liquid electrolyte may be disposed between the electrodes. Examples of separators include in particular glass fiber nonwovens and porous organic polymer films (polyethylene, polypropylene and other porous films).

特に適切なセパレータ用材料として、ポリオレフィン、特に多孔性のポリエチレンフィルムおよび多孔性のポリプロピレンフィルムがある。   Particularly suitable separator materials include polyolefins, particularly porous polyethylene films and porous polypropylene films.

ポリオレフィンセパレータ、特にポリエチレンまたはポリプロピレンで構成されるものは、多孔度が35から45%までの範囲であるのがよい。適切な孔径は、例えば、30から500nmまでの範囲である。   Polyolefin separators, especially those composed of polyethylene or polypropylene, should have a porosity in the range of 35 to 45%. Suitable pore sizes are, for example, in the range from 30 to 500 nm.

本発明の別の実施形態において、無機粒子で満たされるポリエチレンテレフタレート不織布で構成されるセパレータがあってよい。このようなセパレータは、多孔度が40から55%までの範囲であるのがよい。適切な孔径は、例えば、80から750nmまでの範囲である。   In another embodiment of the present invention, there may be a separator composed of a polyethylene terephthalate nonwoven filled with inorganic particles. Such separators should have a porosity ranging from 40 to 55%. Suitable pore sizes are, for example, in the range from 80 to 750 nm.

本発明の電気化学セルはさらに、ハウジングを含み、これは、任意の形状、例えば立方体またはシリンダー形状であってよい。別の実施形態において、本発明の電気化学セルは、プリズムの形状を有する。一変形において、用いられるハウジングは、ポーチとして精巧に作り上げた金属−プラスチック複合フィルムである。   The electrochemical cell of the present invention further includes a housing, which may be of any shape, such as a cube or cylinder shape. In another embodiment, the electrochemical cell of the present invention has the shape of a prism. In one variant, the housing used is a metal-plastic composite film elaborately made as a pouch.

セルは、例えば、プリズム状の薄フィルム構造であって、固体の薄フィルム電解質が、アノードを構成するフィルムとカソードを構成するフィルムとの間に配置される薄フィルム構造を有してよい。中心カソード出力コンダクタが、各カソードフィルム間に配置されて、両面セル構成が形成される。別の実施形態において、片面セル構成が用いられてよく、単一のカソード出力コンダクタが、単一のアノード/セパレータ/カソード要素の組合せに割り当てられている。この構成の場合、一般的に、絶縁フィルムが、個々のアノード/セパレータ/カソード/出力コンダクタ要素の組合せ間に配置される。   The cell may have, for example, a prismatic thin film structure, and a thin film structure in which a solid thin film electrolyte is disposed between a film constituting an anode and a film constituting a cathode. A central cathode output conductor is disposed between each cathode film to form a double-sided cell configuration. In another embodiment, a single-sided cell configuration may be used, with a single cathode output conductor assigned to a single anode / separator / cathode element combination. In this configuration, an insulating film is typically disposed between the individual anode / separator / cathode / output conductor element combinations.

本発明の電気化学セルは、容量、サイクル安定性、効率および信頼性が高く、機械的安定性が良好であり、そしてインピーダンスが低い。   The electrochemical cell of the present invention has high capacity, cycle stability, efficiency and reliability, good mechanical stability, and low impedance.

本発明の電気化学セルは、リチウムイオンバッテリを形成するために組み合わされてよい。   The electrochemical cells of the present invention may be combined to form a lithium ion battery.

したがって、本発明はさらに、リチウムイオンバッテリにおける先に述べたような本発明の電気化学セルの使用も提供する。   Thus, the present invention further provides the use of the electrochemical cell of the present invention as described above in a lithium ion battery.

本発明はさらに、先に述べたような少なくとも1つの本発明の電気化学セルを含むリチウムイオンバッテリを提供する。本発明の電気化学セルは、本発明のリチウムイオンバッテリにおいて、互いに、例えば直列接続で、または並列接続で、組み合わされてよい。直列接続が好ましい。   The present invention further provides a lithium ion battery comprising at least one electrochemical cell of the present invention as described above. The electrochemical cells of the present invention may be combined in the lithium ion battery of the present invention with each other, for example in series connection or in parallel connection. A series connection is preferred.

本発明の電気化学セルは、容量が特に高く、度重なる充電後であっても電力が高く、そしてセル切れがかなり遅いことが顕著である。本発明の電気化学セルは、デバイスにおける使用に非常に適している。デバイスにおける本発明の電気化学セルの使用はまた、本発明の主題の一部を形成する。デバイスは、静止型デバイスであっても移動型デバイスであってもよい。移動型デバイスとして乗物があり、例えば、陸地(好ましくは特に自動車および自転車/三輪車)、空中(好ましくは特に航空機)、および水(好ましくは特に船およびボート)において用いられる。また、移動型デバイスとして、移動機器、例えば携帯電話、ラップトップ、デジタルカメラ、インプラント医療機器および電力ツール、特に建築分野から、例えばドリル、バッテリ式ドライバおよびバッテリ式タッカもある。静止型デバイスとして、例えば、静止型エネルギー貯蔵(例えば風力およびソーラーエネルギー用)、および静止型電気デバイスがある。このような使用は、本発明の主題のさらなる部分を形成する。   The electrochemical cell of the present invention is particularly high in capacity, high in power even after repeated charging, and notably slowing down the cell. The electrochemical cell of the present invention is very suitable for use in devices. The use of the electrochemical cell of the present invention in a device also forms part of the subject matter of the present invention. The device may be a stationary device or a mobile device. There are vehicles as mobile devices, for example used on land (preferably cars and bicycles / tricycles), in the air (preferably especially aircraft) and in water (preferably ships and boats in particular). Mobile devices also include mobile devices such as mobile phones, laptops, digital cameras, implantable medical devices and power tools, especially from the field of architecture such as drills, battery-operated drivers and battery-powered tackers. Stationary devices include, for example, stationary energy storage (eg, for wind and solar energy) and stationary electrical devices. Such use forms a further part of the subject matter of the present invention.

デバイス、例えば機器における本発明のリチウムイオンバッテリの使用により、再充電前のランタイムがより長くなり、そして、延長されたランタイムの間の容量ロスがより小さくなるという利点がもたらされる。電気化学セルによって等しいランタイムが達成されなければならない場合、エネルギー密度が低いほど、受け入れられる電気化学セルの重量は高くならざるを得ない。さらに、本発明のリチウムイオンバッテリは、小型軽量バッテリとして用いられ得る。本発明のリチウムイオンバッテリはまた、高い容量およびサイクル安定性が顕著であり、そして温度感受性および自己放電速度が低い結果として、信頼性および効率が高い。また、リチウムイオンバッテリは安全に用いられ、かつ安価に製造され得る。さらに、本発明のリチウムイオンバッテリは、有利な動電学的性質を示し、これは、電気駆動車(vehicle)およびハイブリッド車の場合に、特に有益である。   Use of the lithium ion battery of the present invention in a device, such as an appliance, provides the advantage of a longer runtime before recharging and less capacity loss during extended runtime. If an equal runtime must be achieved by the electrochemical cell, the lower the energy density, the higher the weight of the electrochemical cell that can be accepted. Furthermore, the lithium ion battery of the present invention can be used as a small and light battery. The lithium ion battery of the present invention is also highly reliable and efficient as a result of high capacity and cycle stability and low temperature sensitivity and self-discharge rate. Further, the lithium ion battery can be used safely and can be manufactured at low cost. Furthermore, the lithium ion battery of the present invention exhibits advantageous electrokinetic properties, which is particularly beneficial in the case of electrically powered vehicles and hybrid vehicles.

本発明は、続く実施例によって具体的に説明されるが、これは本発明を制限するものではない。   The present invention is specifically illustrated by the following examples, which do not limit the invention.

[製造例1]
1a)複合材料の製造(K1.1)
50gのテトラフェノキシシランおよび16.5gのトリオキサンを最初にチャージし、70℃で溶融させた。続いて、28.5gのSnClを70mlのTHF中に溶解させ、溶融物と均質化させた。この溶液を、200mlのキシレンおよび2.5gのメタンスルホン酸(100℃)の混合物に滴加した。白い固体が析出し、これを集めてトルエンおよびヘキサンで洗浄した。乾燥後、40gの白い粉末が得られた。これを炭酸水素ナトリウム溶液、水およびメタノールで処理してから、乾燥させた。
最終重量:35.3g
[Production Example 1]
1a) Manufacture of composite materials (K1.1)
50 g tetraphenoxysilane and 16.5 g trioxane were initially charged and melted at 70 ° C. Subsequently, 28.5 g of SnCl 2 was dissolved in 70 ml of THF and homogenized with the melt. This solution was added dropwise to a mixture of 200 ml xylene and 2.5 g methanesulfonic acid (100 ° C.). A white solid precipitated out and was collected and washed with toluene and hexane. After drying, 40 g of white powder was obtained. This was treated with sodium bicarbonate solution, water and methanol and then dried.
Final weight: 35.3g

Figure 2015522681
Figure 2015522681

1b)電気活性材料の製造(より高い温度)
6gの複合材料(K1.1)を、石英ガラスチューブを備えた管状炉内で、2から3l/時間の流量の水素下で加熱した。オーブンを3から4℃/分にて800℃にまで加熱し、800℃で2時間保持した。1から2l/時間の窒素流下で一晩冷却した。
1b) Production of electroactive material (higher temperature)
6 g of composite material (K1.1) was heated under a hydrogen flow rate of 2 to 3 l / h in a tubular furnace equipped with a quartz glass tube. The oven was heated from 3 to 4 ° C./min to 800 ° C. and held at 800 ° C. for 2 hours. Cooled overnight under a nitrogen flow of 1 to 2 l / h.

これにより、3.6gの微細な黒色粉末が与えられた。   This gave 3.6 g of fine black powder.

Figure 2015522681
Figure 2015522681

得られた電気活性材料のサンプルを、TEMで分析した(図1参照):TEM研究は、Tecnai F20透過型電子顕微鏡によるHAADF−STEMとして行い、作動電圧を200kVとし、極薄層方法論(サンプルを合成樹脂中に包埋し、マトリックスとした)を用いた。明るい色の部位は、より重い元素(ここではSnおよびSi−(半)メタリック相)であり、暗い色の部位は炭素に富む元素(炭素相)であり、ここから、ドメイン間隔が数nm(10nm以下)辺りであることが明らかである。   The resulting electroactive material sample was analyzed by TEM (see FIG. 1): The TEM study was performed as a HAADF-STEM with a Tecnai F20 transmission electron microscope, the operating voltage was 200 kV, and the ultrathin layer methodology (sample was Embedded in a synthetic resin and used as a matrix). The lighter colored sites are heavier elements (here Sn and Si- (semi) metallic phases) and the darker colored sites are carbon rich elements (carbon phase) from which the domain spacing is several nm ( It is clear that it is around 10 nm or less.

1c)電気活性材料の製造(より低い温度)
6.2gの複合材料(K1.1)を、石英ガラスチューブを備えた管状炉内で、2から3l/時間の流量の水素下で加熱した。オーブンを3から4℃/分にて650℃にまで加熱し、650℃で2時間保持した。1から2l/時間の窒素流下で一晩冷却した。
1c) Production of electroactive materials (lower temperature)
6.2 g of composite material (K1.1) was heated under a hydrogen flow rate of 2 to 3 l / h in a tubular furnace equipped with a quartz glass tube. The oven was heated from 3 to 4 ° C./min to 650 ° C. and held at 650 ° C. for 2 hours. Cooled overnight under a nitrogen flow of 1 to 2 l / h.

これにより、3.7gの微細な黒色粉末が与えられた。   This gave 3.7 g of fine black powder.

Figure 2015522681
Figure 2015522681

TEM画像を図2に示す。矢印は、特徴的な部位を示す。   A TEM image is shown in FIG. Arrows indicate characteristic sites.

1d)電極の製造
続いて、1b)において得られた電気活性材料を、伝導性ブラック(TimcalのSuper P Li)および結合剤(ポリフッ化ビニリデンKYNAR FLEX(登録商標)2801)と混合し、溶媒としてのN−エチル−2−ピロリドン中、87重量%の1b)で得られた電気活性材料、6重量%の伝導性ブラック、および7重量%の結合剤からなる粘性コーティング材料が得られた。用いた溶媒量は、用いた固体含有量の125重量%であった。より良好な均質化のために、コーティング材料を16時間撹拌した。続いて、コーティング材料を、厚さ20μmの銅フィルム(純度99.9%)に、コーティングバーを用いて塗布し、120℃の減圧下で乾燥させた。乾燥後、生じた電極(幅8cm)を、9N/mmの線圧力によりカレンダー仕上げし、その後アルゴン雰囲気(水含有量<1ppm、酸素含有量<10ppm)中に導入した。セルを構築する前に、電極を再度、5mバール120℃にて一晩乾燥させた。電気化学試験セル(ボタンセルに類似した2つの電極試験配置)を構築するために、直径20mmの円形ピースを打ち出した。リチウム箔を対向電極として用いた。用いた電解質は、エチレンカーボネートおよびエチルメチルカーボネートの1:1の混合物中1M LiPFであった。電気化学的な特徴付けのために、セルを、Maccor Series 4000バッテリサイクルユニットに接続した。Li/Liに対して10mVから2Vの間で、活性材料1グラムあたり30mAの特定の電流にて、セルをサイクルさせた。10mVに達した後、電圧を30分間一定に保った。
1d) Manufacture of electrodes The electroactive material obtained in 1b) is then mixed with conductive black (Timcal's Super P Li) and a binder (polyvinylidene fluoride KYNAR FLEX® 2801) as solvent. A viscous coating material was obtained consisting of 87% by weight of electroactive material obtained in 1b), 6% by weight of conductive black, and 7% by weight of binder in N-ethyl-2-pyrrolidone. The amount of solvent used was 125% by weight of the solid content used. The coating material was stirred for 16 hours for better homogenization. Subsequently, the coating material was applied to a copper film having a thickness of 20 μm (purity: 99.9%) using a coating bar and dried under reduced pressure at 120 ° C. After drying, the resulting electrode (width 8 cm) was calendered with a line pressure of 9 N / mm and then introduced into an argon atmosphere (water content <1 ppm, oxygen content <10 ppm). Prior to cell construction, the electrodes were again dried overnight at 5 mbar 120 ° C. To build an electrochemical test cell (two electrode test arrangement similar to a button cell), a 20 mm diameter circular piece was punched out. Lithium foil was used as the counter electrode. The electrolyte used was 1M LiPF 6 in a 1: 1 mixture of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate. The cell was connected to a Maccor Series 4000 battery cycle unit for electrochemical characterization. The cell was cycled at a specific current of 30 mA per gram of active material between 10 mV and 2 V for Li / Li + . After reaching 10 mV, the voltage was held constant for 30 minutes.

図3は、2つのセルの40サイクルにわたる放電容量を示す。達成された容量は、グラファイトについて達成可能な値を越えている。2つのセルのカーブプロフィールが実質的に同一であることから、1d)由来の電極の再現性が良好であることが明らかである。   FIG. 3 shows the discharge capacity over 40 cycles of two cells. The achieved capacity is above the achievable value for graphite. From the fact that the curve profiles of the two cells are substantially identical, it is clear that the reproducibility of the electrode from 1d) is good.

図4は、電圧に対する差動容量のプロットを示す。示す値は、クロノアンペロメトリ分析から測定したデータから計算した。クロノアンペロメトリにおいて、一定の電流を定めて、電圧の変化を記録する。電圧に対する生じた差動容量のプロットから、特徴的な電気化学プロセス、例えばリチウムの組合せもしくは放電、または電解質の分解についての記述が可能である。スズの0.4Vでの電気化学活性についての特徴的なピーク(リチウムとスズとの組合せまたは合金形成:負のy軸)は、0.6から0.8ボルトの間のもの(リチウム−スズ合金からのリチウム引抜き(extraction)についての3ピーク:正のy軸)とは歴然としている。   FIG. 4 shows a plot of differential capacitance against voltage. The values shown were calculated from data measured from chronoamperometry analysis. In chronoamperometry, a constant current is determined and the change in voltage is recorded. From the resulting differential capacitance versus voltage plot, it is possible to describe characteristic electrochemical processes such as lithium combinations or discharges or electrolyte decomposition. The characteristic peak for tin electrochemical activity at 0.4V (lithium and tin combination or alloy formation: negative y-axis) is between 0.6 and 0.8 volts (lithium-tin The 3 peaks for lithium extraction from the alloy (positive y-axis) are evident.

図4:1d)由来の電極の、0から2Vの電圧での差動容量。   FIG. 4: Differential capacitance of electrodes from 1d) at a voltage of 0 to 2V.

[製造例2]複合材料の製造(K1.2)
50gのテトラフェノキシシランおよび16.5gのトリオキサンを最初にチャージし、70℃で溶融させた。続いて、13.45gのCuClを100mlのエタノール中に溶解させ、溶融物と均質化させた。この溶液を、500mlのトルエンおよび2.5gのメタンスルホン酸(100℃)の混合物に滴加した。紫色の固体が析出し、これを集めてトルエンおよびヘキサンで洗浄した。乾燥後、40gの白い粉末が得られた。粉末を炭酸水素ナトリウム溶液と撹拌し、吸引濾過し、水およびメタノールで洗浄してから、乾燥させた。
[Production Example 2] Production of composite material (K1.2)
50 g tetraphenoxysilane and 16.5 g trioxane were initially charged and melted at 70 ° C. Subsequently, 13.45 g of CuCl 2 was dissolved in 100 ml of ethanol and homogenized with the melt. This solution was added dropwise to a mixture of 500 ml of toluene and 2.5 g of methanesulfonic acid (100 ° C.). A purple solid precipitated and was collected and washed with toluene and hexane. After drying, 40 g of white powder was obtained. The powder was stirred with sodium hydrogen carbonate solution, filtered with suction, washed with water and methanol and then dried.

最終重量:46.7g   Final weight: 46.7g

Figure 2015522681
Figure 2015522681

[製造例3]
3a)複合材料の製造(K1.3)
25gのテトラフェノキシシラン、8.25gのトリオキサンおよび13gのテトラエトキシシランを溶融させた。この溶液を、250mlのキシレンおよび2.5gのメタンスルホン酸(100℃)の混合物に滴加した。ピンク色の固体が析出し、これを集めてトルエンおよびヘキサンで洗浄してから、乾燥させた。
[Production Example 3]
3a) Manufacture of composite materials (K1.3)
25 g of tetraphenoxysilane, 8.25 g of trioxane and 13 g of tetraethoxysilane were melted. This solution was added dropwise to a mixture of 250 ml xylene and 2.5 g methanesulfonic acid (100 ° C.). A pink solid precipitated out and was collected and washed with toluene and hexane and then dried.

最終重量:28g   Final weight: 28g

Figure 2015522681
Figure 2015522681

3b)電気活性材料の製造(より低い温度)
3.9gの複合材料(K1.3)を、石英ガラスチューブを備えた管状オーブン内で、2から3l/時間の流量の水素下で加熱した。オーブンを3から4℃/分にて800℃にまで加熱し、800℃で2時間保持した。1から2l/時間の窒素流下で一晩冷却した。
3b) Production of electroactive materials (lower temperature)
3.9 g of composite material (K1.3) was heated under a hydrogen flow rate of 2 to 3 l / hr in a tubular oven equipped with a quartz glass tube. The oven was heated from 3 to 4 ° C./min to 800 ° C. and held at 800 ° C. for 2 hours. Cooled overnight under a nitrogen flow of 1 to 2 l / h.

これにより、2.2gの微細な黒色粉末が与えられた。   This gave 2.2 g of fine black powder.

Figure 2015522681
Figure 2015522681

3c)電気活性材料の製造(より高い温度)
3.8gの複合材料(K1.3)を、石英ガラスチューブを備えた管状オーブン内で、2から3l/時間の流量の水素下で加熱した。オーブンを3から4℃/分にて980℃にまで加熱し、980℃で2時間保持した。1から2l/時間の窒素流下で一晩冷却した。
3c) Production of electroactive material (higher temperature)
3.8 g of composite material (K1.3) was heated in a tubular oven equipped with a quartz glass tube under hydrogen at a flow rate of 2 to 3 l / hour. The oven was heated from 3 to 4 ° C./min to 980 ° C. and held at 980 ° C. for 2 hours. Cooled overnight under a nitrogen flow of 1 to 2 l / h.

これにより、2.1gの微細な黒色粉末が与えられた。   This gave 2.1 g of fine black powder.

Figure 2015522681
Figure 2015522681

Claims (17)

a)少なくとも1つの(半)メタリック相と、
b)少なくとも1つの有機ポリマー相と
を含む複合材料を製造する方法であって、
少なくとも1つのアリールオキシ(半)メタレート、及び/またはオキソ酸を形成する非金属であって、炭素および窒素とは異なる非金属のアリールオキシエステル(化合物I)を、
少なくとも1つのケトン、ホルムアルデヒドおよび/またはホルムアルデヒド等価物(化合物II)と、
アリールオキシ(半)メタレートではない少なくとも1つの(半)金属化合物(化合物III)の存在下で共重合させる工程を含み、
化合物III中の(半)金属の重量は、化合物Iの重量に基づいて、少なくとも5重量%である、製造方法。
a) at least one (semi) metallic phase;
b) a method for producing a composite material comprising at least one organic polymer phase,
A non-metallic aryloxy ester (compound I) that forms at least one aryloxy (semi) metalate and / or oxoacid that is different from carbon and nitrogen,
At least one ketone, formaldehyde and / or formaldehyde equivalent (compound II);
Copolymerizing in the presence of at least one (semi) metal compound (compound III) that is not an aryloxy (semi) metalate;
The process for producing, wherein the weight of the (semi) metal in compound III is at least 5% by weight, based on the weight of compound I.
化合物IIIは、反応媒体中に溶解している、請求項1に記載の製造方法。   The process according to claim 1, wherein compound III is dissolved in the reaction medium. 化合物IIIは、化合物Iおよび化合物IIの溶融物に加えられる、請求項1または請求項2に記載の製造方法。   3. A process according to claim 1 or claim 2 wherein compound III is added to the melt of compound I and compound II. 化合物IIIは、前記(半)金属として、Ti、Fe、Co、Cu、Siおよび/またはSnを含む、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の製造方法。   Compound III is a manufacturing method as described in any one of Claims 1-3 which contains Ti, Fe, Co, Cu, Si, and / or Sn as said (semi) metal. 化合物IIIは、Fe(CHCOO)、CoCl、CuCl、SnCl、FeCl、Si(OCH、TiClおよび/またはSnClである、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の製造方法。 Compound III, Fe (CH 3 COO) 2 , CoCl 2, CuCl 2, SnCl 2, FeCl 3, Si (OCH 3) 4, a TiCl 4 and / or SnCl 4, any of claims 1 to 4 The manufacturing method according to claim 1. 前記化合物Iは、式Iによって表され:
[(AryO)MO]q (I)
式中、
Mは、炭素および窒素以外の、オキソ酸を形成する非金属又は(半)金属であり;
mは、1、2、3、4、5または6の整数であり、
nは、0、1または2の整数であり、
pは、0、1、2または3の整数であり、
qは、1から20までの整数であり、
m+2n+pは、1、2、3、4、5または6の整数であり、Mの原子価に対応し、
Aryは、フェニルまたはナフチルであり、フェニル環またはナフチル環は、置換されておらず、またはアルキル、シクロアルキル、アルコキシ、シクロアルコキシおよびNRから選択される1つ以上の置換基を有してもよく、
およびRは、互いに独立して水素、アルキルまたはシクロアルキルであり;
Rは、水素、アルキル、アルケニル、シクロアルキルまたはアリールであり、アリールは、置換されておらず、またはアルキル、シクロアルキル、アルコキシ、シクロアルコキシおよびNRからなる群より選択される1つ以上の置換基を有してもよく、
およびRは、それぞれ、上述したものである、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の製造方法。
Said compound I is represented by formula I:
[(AryO) m MO n R p ] q (I)
Where
M is a nonmetal or (semi) metal that forms an oxoacid other than carbon and nitrogen;
m is an integer of 1, 2, 3, 4, 5 or 6;
n is an integer of 0, 1 or 2;
p is an integer of 0, 1, 2 or 3;
q is an integer from 1 to 20,
m + 2n + p is an integer of 1, 2, 3, 4, 5 or 6 and corresponds to the valence of M;
Ary is phenyl or naphthyl, the phenyl ring or naphthyl ring is unsubstituted or has one or more substituents selected from alkyl, cycloalkyl, alkoxy, cycloalkoxy and NR a R b You can,
R a and R b are independently of each other hydrogen, alkyl or cycloalkyl;
R is hydrogen, alkyl, alkenyl, cycloalkyl or aryl, where aryl is one or more selected from the group consisting of unsubstituted, alkyl, cycloalkyl, alkoxy, cycloalkoxy and NR a R b May have a substituent of
Ra and Rb are the manufacturing methods as described in any one of Claims 1-5 which are respectively what was mentioned above.
得られた前記コポリマーを加熱する、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の製造方法。   The production method according to any one of claims 1 to 6, wherein the obtained copolymer is heated. 酸化剤または還元剤を、得られた前記コポリマーに作用させることが可能である、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 1 to 7, wherein an oxidizing agent or a reducing agent can be allowed to act on the obtained copolymer. a)少なくとも1つの(半)メタリック相と、
b)少なくとも1つの有機ポリマー相と
を含む複合材料であって、
少なくとも1つの(半)メタリック相は、少なくとも2つの異なる(半)金属を含み、前記複合材料中の各(半)金属の重量は、前記複合材料中の炭素の重量に基づいて、少なくとも2重量%であり、少なくとも1つの有機ポリマー相は、相ドメインを、少なくとも1つの(半)メタリック相と形成し、
小角X線散乱を用いて測定した、同一の相の2つの隣接するドメイン間の平均距離(距離の算術平均)は、本質的に200nm以下である、複合材料。
a) at least one (semi) metallic phase;
b) a composite material comprising at least one organic polymer phase,
The at least one (semi) metallic phase comprises at least two different (semi) metals, and the weight of each (semi) metal in the composite material is at least 2 weight based on the weight of carbon in the composite material At least one organic polymer phase forms a phase domain with at least one (semi) metallic phase;
A composite material in which the average distance (arithmetic mean of distance) between two adjacent domains of the same phase, measured using small angle X-ray scattering, is essentially 200 nm or less.
a)少なくとも1つの炭素相と、
b)少なくとも2つの異なる(半)金属を含む、少なくとも1つのオキシディック相および/または(半)メタリック相と
を含む複合材料であって、
前記複合材料中の各(半)金属の重量は、前記複合材料中の炭素の重量に基づいて、少なくとも2重量%であり、少なくとも1つのオキシディック相および/または(半)メタリック相と、少なくとも1つの炭素相とが、相ドメインを形成し、
小角X線散乱を用いて測定した、同一の相の2つの隣接するドメイン間の平均距離(距離の算術平均)は、本質的に10nm以下であり、及び/又は、
前記オキシディックおよび/または(半)メタリック相は、本質的に、小角X線散乱を用いて測定した平均直径(直径の算術平均)が20μm以下である相ドメインを形成する、複合材料。
a) at least one carbon phase;
b) a composite material comprising at least one oxidic phase and / or (semi) metallic phase comprising at least two different (semi) metals,
The weight of each (semi) metal in the composite material is at least 2% by weight, based on the weight of carbon in the composite material, and at least one oxidic phase and / or (semi) metallic phase, and at least One carbon phase forms a phase domain,
The average distance (arithmetic mean of distance) between two adjacent domains of the same phase, measured using small angle X-ray scattering, is essentially 10 nm or less and / or
The oxydic and / or (semi) metallic phase essentially forms a phase domain with an average diameter (arithmetic mean of diameter) measured using small angle X-ray scattering of 20 μm or less.
電気化学セル用の電極の一部として、請求項10に記載の複合材料を使用する方法。   Use of the composite material according to claim 10 as part of an electrode for an electrochemical cell. 請求項10に記載の複合材料を含む、電気化学セル用の電極。   An electrode for an electrochemical cell comprising the composite material according to claim 10. 請求項12に記載の少なくとも1つの電極を含む電気化学セル。   An electrochemical cell comprising at least one electrode according to claim 12. リチウムイオンバッテリにおける、請求項13に記載の電気化学セルの使用。   Use of an electrochemical cell according to claim 13 in a lithium ion battery. 請求項13に記載の少なくとも1つの電気化学セルを含むリチウムイオンバッテリ。   A lithium ion battery comprising at least one electrochemical cell according to claim 13. デバイスにおいて、請求項13に記載の電気化学セルを使用する方法。   A method of using an electrochemical cell according to claim 13 in a device. 請求項13に記載の少なくとも1つの電気化学セルを含むデバイス。   A device comprising at least one electrochemical cell according to claim 13.
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