JP2016536427A - 導電性ポリマーコンポジットの調製方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、(a)導電性粒子、モノマー、及び架橋剤を提供して、反応混合物を形成する工程、(b)前記反応混合物を、前記モノマーの溶融温度より高く、かつ重合が活性化される温度より高い加工温度に供する工程であって、前記重合は、少なくとも5%の前記モノマーが転換した場合に活性化されたと考えるものである工程、(c)前記導電性粒子を含む、架橋された導電性ポリマーコンポジットを回収する工程を含む、導電性ポリマーコンポジットの調製方法であって、前記モノマーは、式(I):RaRbC=CRc((X)n−R) (I)のものであり、前記工程(b)は、前記モノマーの全質量に対して、100wt%以下の有機溶媒を含む反応混合物中で行われることを特徴とする、導電性ポリマーコンポジットの調製方法に関する。本発明はまた、本方法によって得られた導電性ポリマーコンポジットにも関する。
Description
本発明は、一般的に、導電性ポリマーコンポジットを調製するための、溶媒を含まない又は溶媒をほとんど含まない反応混合物中で行われる重合に関する。本発明はまた、それから得られた導電性ポリマーコンポジットにも関する。
地球温暖化及び環境問題が深刻になるにつれて、電気自動車又はハイブリッド電気自動車が、ガソリン自動車の代わりのクリーン自動車として積極的に開発されている。このような用途に使用されるエネルギー貯蔵装置は、高耐久性及び安全性と同時に、高エネルギー密度及び高出力特性の両方を達成する必要がある。
バッテリーに使用される電極は、通常、リサイクルすることが困難であり、有毒であり、かつ資源が限られていることが知られている金属酸化物を含む。さらに、これらの酸化物は過充電した場合に不安定であることが知られており、火事及びバッテリーの爆発などの安全問題の原因となる。あるいは、レドックスポリマーが、金属酸化物の代替として探索されてきた。主な問題は、典型的には、これらのポリマーが典型的なバッテリーの電解質に相溶であり、これらが不十分な電気伝導体であることである。ポリマーがゆっくりと溶解し、電解質に移動するため、相溶又は部分的に相溶なポリマーを有することは、限られたサイクル寿命であることを意味する。代わりに、不十分な電気伝導性は低い電力性能、すなわち必要な場合の遅い充電及び遅い放電をもたらす。導電性添加剤を有するコンポジットを実現することにより、後者を解決することが発見された。両方を実現する不溶性コンポジットは、固有の材料及び不溶性ポリマーの限られた加工性に関する技術的制限によって妨げられてきた。このようなポリマーは、重合のため又は溶液中で形成するポリマーを沈殿させるためのいずれかにより、多量の溶媒を必要とする溶液中で調製される。さらなるコンポジットの形成は困難であり、低いバッテリー性能を示す。
米国特許出願公開第2012/0100437号には、正極が、PTMAとも呼ばれるポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)及び導電性粒子、例えば炭素繊維を含む導電性ポリマーコンポジットを含む、電気貯蔵バッテリーが開示されている。PTMAは、AIBNの存在下で、テトラヒドロフラン溶液中の2,2,6,6−テトラメチルピペリジンメタクリレート(TMPM)モノマーを重合させることによって調製される。溶媒とモノマーの質量比は、3.5である。ポリマーをヘキサンでされに沈殿させ、m−クロロペルオキシ安息香酸の存在下で酸化を行って、PTMAが形成される。PTMAを調製するための方法全体の収率は、たったの80%である。正極は、こうして製造されたPTMAを炭素繊維及びその他の添加剤とともに水中に分散させることによって調製される。製造されたPTMAが有機溶媒中で低い溶解性を有する場合、バッテリー用途に必要とされる電極の電気特性及び容量特性は達成されない。代わりに、製造されたPTMAが有機溶媒中で相溶又は部分的に相溶である場合、炭素繊維はその中に均一に分散する。しかしながら、得られる電極は、放電サイクルの間のPTMAの溶解により、限られたライフサイクルしか有しない。したがって、両方の場合において、このようなPTMAにより製造された電極は、バッテリー用途のための有効性が欠如している。
本発明は、先行技術の上記欠点に対処する方法を提供すること目的とする。
特に、導電性ポリマーコンポジットの改善された調製方法を提供することが本発明の目的である。本発明の別の目的は、バッテリー用途に好適な導電性ポリマーコンポジットを提供することである。
第一の態様において、本発明は、
(a)導電性粒子、モノマー、及び架橋剤を提供して、反応混合物を形成する工程、
(b)前記反応混合物を、モノマーの溶融温度より高く、かつ重合が活性化される温度より高い加工温度に供する工程であって、前記重合は、少なくとも5%のモノマーが転換した場合に活性化されたと考えるものである工程、
(c)前記導電性粒子を含む、架橋された導電性ポリマーコンポジットを回収する工程
を含む、導電性ポリマーコンポジットの調製方法であって、
前記モノマーは、式(I):
RaRbC=CRc((X)n−R) (I)
のものであり、
式中、Ra、Rb、及びRcはそれぞれ、互いに独立に、水素又は1から20個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、
Xはスペーサーであり、
nは0から5の整数であり、
Rは、酸化条件下でラジカルを形成することができる置換基、又は官能基としてラジカルを有する置換基であり、
方法の工程(b)は、モノマーの全質量に対して、100wt%以下、好ましくは30wt%以下の溶媒を含む反応混合物中で行われることを特徴とする、導電性ポリマーコンポジットの調製方法を提供する。
(a)導電性粒子、モノマー、及び架橋剤を提供して、反応混合物を形成する工程、
(b)前記反応混合物を、モノマーの溶融温度より高く、かつ重合が活性化される温度より高い加工温度に供する工程であって、前記重合は、少なくとも5%のモノマーが転換した場合に活性化されたと考えるものである工程、
(c)前記導電性粒子を含む、架橋された導電性ポリマーコンポジットを回収する工程
を含む、導電性ポリマーコンポジットの調製方法であって、
前記モノマーは、式(I):
RaRbC=CRc((X)n−R) (I)
のものであり、
式中、Ra、Rb、及びRcはそれぞれ、互いに独立に、水素又は1から20個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、
Xはスペーサーであり、
nは0から5の整数であり、
Rは、酸化条件下でラジカルを形成することができる置換基、又は官能基としてラジカルを有する置換基であり、
方法の工程(b)は、モノマーの全質量に対して、100wt%以下、好ましくは30wt%以下の溶媒を含む反応混合物中で行われることを特徴とする、導電性ポリマーコンポジットの調製方法を提供する。
好ましくは、本方法は、
(a)導電性粒子、モノマー、及び架橋剤を提供して、反応混合物を形成する工程、
(b’)前記反応混合物を第一の加工温度に供して、スラリーを形成する工程であって、重合反応は開始しておらず、前記重合は、5%未満のモノマーが転換した場合に開始していないと考えるものである工程、
(b’’)前記スラリーを、第一の加工温度より高い第二の加工温度に加熱して、重合を開始し、これによりモノマーを重合させる工程、
(c)前記導電性粒子を含む、架橋された導電性ポリマーコンポジットを回収する工程
を含み、
前記モノマーは、式(I):
RaRbC=CRc((X)n−R) (I)
のものであり、
式中、Ra、Rb、及びRcはそれぞれ、互いに独立に、水素又は1から20個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、
Xはスペーサーであり、
nは0から5の整数であり、
Rは、酸化条件下でラジカルを形成することができる置換基、又は官能基としてラジカルを有する置換基であり、
方法の工程(b’)及び(b’’)は、モノマーの全質量に対して、好ましくは100wt%以下、より好ましくは30wt%以下の溶媒を含む反応混合物中で行われることを特徴とする。
(a)導電性粒子、モノマー、及び架橋剤を提供して、反応混合物を形成する工程、
(b’)前記反応混合物を第一の加工温度に供して、スラリーを形成する工程であって、重合反応は開始しておらず、前記重合は、5%未満のモノマーが転換した場合に開始していないと考えるものである工程、
(b’’)前記スラリーを、第一の加工温度より高い第二の加工温度に加熱して、重合を開始し、これによりモノマーを重合させる工程、
(c)前記導電性粒子を含む、架橋された導電性ポリマーコンポジットを回収する工程
を含み、
前記モノマーは、式(I):
RaRbC=CRc((X)n−R) (I)
のものであり、
式中、Ra、Rb、及びRcはそれぞれ、互いに独立に、水素又は1から20個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、
Xはスペーサーであり、
nは0から5の整数であり、
Rは、酸化条件下でラジカルを形成することができる置換基、又は官能基としてラジカルを有する置換基であり、
方法の工程(b’)及び(b’’)は、モノマーの全質量に対して、好ましくは100wt%以下、より好ましくは30wt%以下の溶媒を含む反応混合物中で行われることを特徴とする。
好ましい実施形態において、Rは、ニトロキシドラジカルを有する置換基、又はキノン若しくはヒドロキノン官能基上に局在化したラジカルを有する置換基であり;あるいはRは、酸化条件下でニトロキシドラジカルを形成することができる窒素原子を有する置換基、又はキノン若しくはヒドロキノン官能基を有する置換基である。
本発明による方法は、モノマーの重合の間に限られた量の溶媒を使用することにより、環境に優しい。本方法により、重合工程を行う前に導電性粒子を組み込むことができる。したがって、導電性粒子は、重合工程(工程(b)又は工程(b’)と(b’’))の間に、形成するポリマーマトリクス中に、よく分散され、又は均質に分散される。さらに、ポリマーコンポジットを調製するための全体の収率は90%を超える。本方法は、導電性粒子が形成したポリマーの外で凝集しがちな公知の溶液中の重合に対して、強力な代替法である。本方法によって調製された導電性ポリマーコンポジットはさらに不溶性であり、したがってバッテリーの成分の1つを調製するのに好適である。
好ましい実施形態において、本方法の工程(b)又は工程(b’)と(b’’)は、あらゆる溶媒を含まない、好ましくはあらゆる有機溶媒又は水性溶媒を含まない反応混合物中で行われる。モノマーが室温(25℃)で固体である場合、反応混合物はモノマーの溶融温度以上の加工温度に加熱されてもよい。溶融したモノマーは、モノマーの重合前に導電性粒子を均質に分散させることができるスラリーを形成する。モノマーが室温(25℃)で液体である場合、反応混合物は室温に保ち撹拌してスラリーを形成してもよく、又は加熱してモノマーの粘度を低下させてスラリーを形成してもよく、これにより導電性粒子の分散に有利に働く。
本発明の別の態様において、導電性ポリマーコンポジットが提供される。前記導電性ポリマーコンポジットは、ポリマーコンポジットの全量に基づいて、0.01から50wt%の導電性粒子、好ましくは0.1から30wt%、より好ましくは0.5から20wt%、最も好ましくは1から20wt%の導電性粒子を含む、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)である。本方法によると、得られるポリマーコンポジットは、含有される少量の導電性粒子に対して、優れた導電特性を有する。
第一の態様において、本発明は、
(a)導電性粒子、モノマー、及び架橋剤を提供して、反応混合物を形成する工程、
(b)前記反応混合物を、モノマーの溶融温度より高く、かつ重合が活性化される温度より高い加工温度に供する工程であって、前記重合は、少なくとも5%のモノマーが転換した場合に活性化されたと考えるものである工程、
(c)前記導電性粒子を含む、架橋された導電性ポリマーコンポジットを回収する工程
を含む、導電性ポリマーコンポジットの調製方法であって、
前記モノマーは、式(I):
RaRbC=CRc((X)n−R) (I)
のものであり、
式中、Ra、Rb、及びRcはそれぞれ、互いに独立に、水素又は1から20個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、
Xはスペーサーであり、
nは0から5の整数であり、
Rは、ニトロキシドラジカルを有する置換基、又はキノン若しくはヒドロキノン官能基上に局在化したラジカルを有する置換基であり;あるいはRは、酸化条件下でニトロキシドラジカルを形成することができる窒素原子を有する置換基、又はキノン若しくはヒドロキノン官能基を有する置換基であり、
方法の工程(b)は、モノマーの全質量に対して、300wt%以下、好ましくは250wt%以下、より好ましくは100wt%以下、最も好ましくは30wt%以下の溶媒を含む反応混合物中で行われることを特徴とする、導電性ポリマーコンポジットの調製方法を提供する。したがって、方法の工程(b)を行うための溶媒の量は、モノマーの全質量に対して30wt%以下であってもよく、又はモノマーの全質量に対して30wt%を超えて100wt%までの範囲であってもよい。工程(a)において提供される成分は、工程(b)を行う前に一緒に混合されてもよい。あるいは、方法の工程(b)は、モノマーの全質量に対して30wt%を超えて300wt%までの溶媒、好ましくはモノマーの全質量に対して30wt%を超えて250wt%まで、より好ましくは30wt%を超えて200wt%まで、最も好ましくは100wt%を超えて200wt%までの溶媒を含む反応混合物中で行われる。前記溶媒は、有機溶媒であってもよい。
(a)導電性粒子、モノマー、及び架橋剤を提供して、反応混合物を形成する工程、
(b)前記反応混合物を、モノマーの溶融温度より高く、かつ重合が活性化される温度より高い加工温度に供する工程であって、前記重合は、少なくとも5%のモノマーが転換した場合に活性化されたと考えるものである工程、
(c)前記導電性粒子を含む、架橋された導電性ポリマーコンポジットを回収する工程
を含む、導電性ポリマーコンポジットの調製方法であって、
前記モノマーは、式(I):
RaRbC=CRc((X)n−R) (I)
のものであり、
式中、Ra、Rb、及びRcはそれぞれ、互いに独立に、水素又は1から20個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、
Xはスペーサーであり、
nは0から5の整数であり、
Rは、ニトロキシドラジカルを有する置換基、又はキノン若しくはヒドロキノン官能基上に局在化したラジカルを有する置換基であり;あるいはRは、酸化条件下でニトロキシドラジカルを形成することができる窒素原子を有する置換基、又はキノン若しくはヒドロキノン官能基を有する置換基であり、
方法の工程(b)は、モノマーの全質量に対して、300wt%以下、好ましくは250wt%以下、より好ましくは100wt%以下、最も好ましくは30wt%以下の溶媒を含む反応混合物中で行われることを特徴とする、導電性ポリマーコンポジットの調製方法を提供する。したがって、方法の工程(b)を行うための溶媒の量は、モノマーの全質量に対して30wt%以下であってもよく、又はモノマーの全質量に対して30wt%を超えて100wt%までの範囲であってもよい。工程(a)において提供される成分は、工程(b)を行う前に一緒に混合されてもよい。あるいは、方法の工程(b)は、モノマーの全質量に対して30wt%を超えて300wt%までの溶媒、好ましくはモノマーの全質量に対して30wt%を超えて250wt%まで、より好ましくは30wt%を超えて200wt%まで、最も好ましくは100wt%を超えて200wt%までの溶媒を含む反応混合物中で行われる。前記溶媒は、有機溶媒であってもよい。
好ましくは、工程(b)は、(b’)前記反応混合物を第一の加工温度に供して、スラリーを形成する工程であって、重合反応は開始しておらず、前記重合は、5%未満のモノマーが転換した場合に開始していないと考えるものである工程、(b’’)前記スラリーを、第一の加工温度より高い第二の加工温度に加熱して、重合を開始し又は重合を伝え、これによりモノマーを重合させる工程によって連続して行われる。
好ましくは、工程(b)又は工程(b’)と(b’’)は、モノマーの全質量に対して、300wt%以下、好ましくは250wt%以下、より好ましくは200wt%以下、さらにより好ましくは100wt%以下、最も好ましくは30wt%以下の水性溶媒又は有機溶媒、さらにもっとも好ましくは15wt%以下の水性溶媒又は有機溶媒、特に7wt%以下の水性溶媒又は有機溶媒、より詳しくは3wt%以下の水性溶媒又は有機溶媒を含む反応混合物中で行われる。方法の工程(b’)と(b’’)を行うための溶媒の量は、モノマーの全質量に対して30wt%以下であってもよく、又はモノマーの全質量に対して30wt%を超えて100wt%までの範囲であってもよい。あるいは、方法の工程(b’)と(b’’)は、モノマーの全質量に対して30wt%を超えて300wt%までの溶媒、好ましくはモノマーの全質量に対して30wt%を超えて250wt%まで、より好ましくは30wt%を超えて200wt%まで、最も好ましくは100wt%を超えて200wt%までの溶媒を含む反応混合物中で行われてもよい。方法の工程(b)又は工程(b’)と(b’’)で使用される溶媒は、モノマー、及び好ましくは架橋剤を溶解してもよい。例えば、溶媒は、ジクロロメタン、クロロホルム、トルエン、ベンゼン、アセトン、エタノール、メタノール、ヘキサン、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、又はジオキサンであってもよい。
特に、方法の工程(b)又は工程(b’)と(b’’)は、あらゆる水性溶媒又は有機溶媒を含まない反応混合物中で行われる。したがって、本方法は、有利に環境に優しく、製造コストも低減される。
本方法の工程(a)は、導電性粒子、モノマー、及び架橋剤を分散させるための溶媒を添加する工程をさらに含んでもよい。前記溶媒は、好ましくは、方法の次の工程を行う前に除去される。溶媒を加える代わりに、工程(a)における導電性粒子、モノマー、及び架橋剤は、方法の次の工程を行う前に、ボールミルシステムで混合されてもよい。あるいは、本方法の工程(a)において、分散媒を提供してもよい。分散媒は、工程(b)又は工程(b’)と(b’’)で使用される前記溶媒及び/又は前記モノマーに対して、不溶性又は非混和性であってもよい。好ましくは、分散媒は水であってもよい。分散媒を加えて、工程(a)においてエマルジョン又は懸濁液を形成してもよい。
好ましい実施形態において、工程(c)で得られた、架橋された導電性ポリマーコンポジットは、室温であらゆる溶媒中で10wt%未満、好ましくは5wt%未満、より好ましくは1wt%未満、最も好ましくは0.1wt%未満の溶解性を有する。工程(c)で得られた導電性ポリマーコンポジットは、室温で有機溶媒又は水中で10wt%未満、好ましくは5wt%未満、より好ましくは1wt%未満、最も好ましくは0.1wt%未満の溶解性を有する。特に、前記導電性ポリマーコンポジットは、あらゆる溶媒中、好ましくはあらゆる有機溶媒又は水性溶媒中で不溶性であってもよい。例えば、導電性ポリマーコンポジットは、ジクロロメタン、クロロホルム、トルエン、ベンゼン、アセトン、エタノール、メタノール、ヘキサン、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、及び/又はジオキサン中で不溶性であってもよい。不溶性の導電性ポリマーコンポジットは、特に前記導電性ポリマーコンポジットが官能基としてラジカルを有する場合、エネルギー貯蔵用途又はバッテリー用途において大いに興味を引く。導電性ポリマーがラジカルを有しない場合、同じ物理的特性(有機溶媒中の不溶性)及び電気的特性(導電性粒子の均質な分散による)を有する、酸化された導電性ポリマーコンポジットを調製するために使用され得る。前記導電性ポリマーコンポジットの酸化により、ポリマー鎖に沿ってラジカルを形成してもよい。したがって、酸化又は酸化されていないがラジカルを有する導電性ポリマーコンポジットは、例えば正極の構成要素の1つとしてバッテリー中に組み込まれ、バッテリーが充電/放電又は貯蔵される場合、電解質中で相溶しない。したがって、本発明によって調製された、得られる電極は、経時で高い容量保持率を有する。電極の分解は大きく抑制され、電極のライフサイクルが長くなる。
好ましい実施形態において、本方法は、工程(a)において、重合開始剤、好ましくはラジカル重合開始剤をさらに提供する。したがって、本方法の工程(b)は、前記反応混合物を、モノマーの溶融温度より高く、かつ重合開始剤が分解する温度、すなわち重合開始剤によって重合が開始される温度より高い加工温度に供する又は加熱する工程である。
好ましい実施形態において、工程(b)が連続して行われる場合、本方法の工程(b’)は、前記反応混合物を第一の加工温度に供して、スラリーを形成する工程であって、重合反応は開始しておらず、前記重合は、5%未満のモノマーが転換した場合に開始していないと考えるものである工程であってもよく;工程(b’’)は、前記スラリーを、第一の加工温度より高い第二の加工温度に加熱して、重合開始剤がモノマーの重合を開始又は伝える工程である。
本方法において、第一の加工温度は、モノマーの溶融温度以上であってもよい。
好ましい実施形態において、モノマーの溶融温度は、モノマーの重合が開始される温度より低い。モノマーの溶融温度は、重合開始剤、好ましくはラジカル重合開始剤が分解する温度より低くてもよい。一般的に、重合開始剤の分解は、モノマーの重合を活性化又は伝える。重合開始剤は、温度が上昇した場合、ゆっくりと又は徐々に分解してもよい。モノマーのポリマーへの転換は、最大で7wt%の重合開始剤が分解した場合、5wt%未満、好ましくは最大で4wt%、より好ましくは最大で1wt%であってもよい。反応混合物を、本方法の工程(b’)の間にモノマーの溶融温度まで加熱した場合、前記モノマーは、その重合が開始される前に溶融する。したがって、導電性粒子の分散は、反応混合物、すなわちスラリー中でより均質となる。こうして形成したポリマーは、導電性粒子の制御された分散により、より優れた導電性を有する。
図1は、本発明の好ましい実施形態によるポリマーコンポジット及び比較方法によって調製されたポリマーコンポジット中の導電性粒子の分散を概略的に示す。図1Aは比較ポリマーコンポジットを表し、導電性粒子1は、ポリマー粒子2の表面に分散している。この配置は、不溶性ポリマーコンポジット2が導電性粒子1とブレンドされた場合に得られる。ポリマー粒子2の内表面は、電気的に接続することができない。図1Bは比較ポリマーコンポジットを表し、導電性粒子1は、ポリマー粒子2中で凝集している。この配置は、相溶性ポリマーコンポジット2が加工され、導電性繊維/粒子1上にコートされた場合に得られる。カーボン粒子/繊維の間の電気的接触は、ポリマーコンポジットの絶縁性により失われる。さらに、相溶性ポリマーコンポジットは、経時で容易に分解する。図1Cは、本発明による導電性ポリマーコンポジット又は酸化された導電性ポリマーコンポジットを表す。導電性粒子1は、ポリマー粒子2の中又は周りに均一に分散されている。この配置により、本発明の前記ポリマーコンポジットは、以下で詳述する特性を有することができる。
工程(b’)で形成するスラリーは、好ましくは撹拌条件下で第一の加工温度に維持されて、導電性粒子を均質に分散させ、一方、工程(b’’)の前にスラリーを実質的に一定の低い粘度に維持する。用語「低い粘度」は5.103Pa・s未満、好ましくは3.103Pa・s未満、より好ましくは103Pa・s未満を表す。前記スラリーは容易に撹拌することができ、スラリーの均質化が可能ではなくなる高粘度(重合による)に粘度が増加する前に、その中で導電性粒子を分散させることができる。
特に、スラリーは、少なくとも20秒間、好ましくは少なくとも30秒間、より好ましくは少なくとも60秒間の間、第一の加工温度に維持される。したがって、スラリー中の導電性粒子の分散は、モノマーの重合が開始される前に制御される。前記スラリーは、5分未満、好ましくは2分未満、好ましくは1分未満の間、第一の加工温度に維持されてもよい。
上記のとおり、本方法で使用されるモノマーは、式(I):RaRbC=CRc((X)n−R) (I)のものであり、式中、Ra、Rb、及びRcはそれぞれ、互いに独立に、水素又は1から20個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、Xはスペーサーであり、nは0から5の整数であり、Rは、ラジカルを有する置換基、又は酸化条件下でラジカルを形成することができる置換基である。好ましい実施形態において、モノマーは式(I)のものであり、式中、Rは、酸化条件下でニトロキシドラジカルを形成することができる窒素原子を有する置換基であり、Rは、キノン又はヒドロキノン官能基を有する置換基であり、あるいはRは、ニトロキシドラジカルを有する置換基、又はキノン若しくはヒドロキノン官能基上に局在化したラジカルを有する置換基である。本明細書において、ラジカルは、不対価電子を有する原子又は分子として表される。用語「ニトロキシドラジカル」は、「N−O・」官能基を表す。
好ましくは、モノマーは、式(I):RaRbC=CRc((X)n−R) (I)のものであり、式中、Ra、Rb、及びRcはそれぞれ、互いに独立に、水素又はC1〜C6アルキル又はC6〜C18アリールであり、
Xはスペーサーであり、
nは0から5、好ましくは0から2の整数であり、より好ましくはnは0であり、
Rは、ラジカルを有する置換基、又は酸化条件下でラジカルを形成することができる置換基であり;好ましくは、Rは、ニトロキシドラジカルを有する置換基、又は酸化条件下でニトロキシドラジカルを形成することができる窒素原子を有する置換基であり;
特に、Ra、Rb、Rcは水素又はメチルであってもよく、nは0である。
Xはスペーサーであり、
nは0から5、好ましくは0から2の整数であり、より好ましくはnは0であり、
Rは、ラジカルを有する置換基、又は酸化条件下でラジカルを形成することができる置換基であり;好ましくは、Rは、ニトロキシドラジカルを有する置換基、又は酸化条件下でニトロキシドラジカルを形成することができる窒素原子を有する置換基であり;
特に、Ra、Rb、Rcは水素又はメチルであってもよく、nは0である。
好ましい実施形態において、モノマーは式(I)のものであり、式中、Xは、C1〜C20アルキル、C6〜C20アリール、C2〜C20アルケニル、C3〜C20シクロアルキル、C1〜C20アルコキシル、−C(O)−、O−C(O)−、−CO2−、C1〜C20エーテル、C1〜C20エステルからなる群から選択される。好ましくは、Xは、C1〜C6アルキル、C6〜C12アリール、C2〜C6アルケニル、C3〜C10シクロアルキル、C1〜C6アルコキシル、−C(O)−、O−C(O)−、−CO2−、C1〜C6エーテル、C1〜C5エステルからなる群から選択されてもよい。より好ましくは、Xは、C1〜C6アルキル、C6〜C12アリール、C2〜C6アルケニル、C1〜C6アルコキシル、−C(O)−、O−C(O)−、−CO2−からなる群から選択されてもよい。
モノマーは、官能基としてラジカルを有していてもよい。モノマーは式(I)のものであってもよく、式中、Rは、ニトロキシドラジカルを有する置換基である。モノマーは上で定義された式(I)のものであってもよく、式中、Rは、
からなる群から選択される。明確にするために、水素原子は上記置換基上で表されていない。破線は、置換基が式(I)のスペーサーX又はビニル基の炭素原子と結合する化学結合を横切っている。好ましくは、モノマーは上で詳述した式(I)のものであってもよく、式中、Rは、
からなる群から選択される。
より好ましくは、モノマーは、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イルメタクリレートであってもよい。
モノマーは式(I)のものであってもよく、式中、Rは、酸化条件下でニトロキシドラジカルを形成することができる窒素原子を有する置換基である。好ましくは、Rは、以下の置換基:
からなる群から選択される置換基である。明確にするために、水素原子は上記置換基上で表されていない。破線は、置換基が式(I)のスペーサーX又はビニル基の炭素原子と結合する化学結合を横切っている。
特に、Rは、
からなる群から選択される置換基である。
好ましくは、モノマーは、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレートである。
導電性粒子の量は、導電性ポリマーコンポジットの全量に基づいて、0.01から50wt%、好ましくは0.1から30wt%、より好ましくは0.5から20wt%、最も好ましくは1から20wt%、さらに最も好ましくは5から20wt%、特に5から15wt%の範囲であってもよい。
導電性粒子は、導電性カーボン粒子、あるいは銀、ニッケル、鉄、銅、亜鉛、金、スズ、インジウム、及びこれらの酸化物からなる群から選択される金属ナノワイヤ又は粒子であってもよい。好ましくは、導電性カーボン粒子は、カーボンナノチューブ、炭素繊維、非晶質カーボン、メソポーラスカーボン、カーボンブラック、剥離黒鉛カーボン、活性炭、又は表面増強カーボンであってもよい。
ナノチューブは、単層ナノチューブ(SWNT)及び多層ナノチューブ(MWNT)、すなわちそれぞれ1つの単層を有するナノチューブ及び2つ以上の層を有するナノチューブとして存在することができる。単層ナノチューブにおいて、1原子厚シートの原子、例えば1原子厚シートのグラファイト(グラフェンとも呼ばれる)が、継ぎ目なく巻かれてシリンダを形成する。多層ナノチューブは、同心円状に配置された多数のこのようなシリンダからなる。多層ナノチューブにおける配置は、より大きな人形を開けて小さな人形が明らかになる、いわゆるロシア人形モデル(Russian doll model)によって記載することができる。
一実施形態において、ナノチューブは、多層カーボンナノチューブ、より好ましくは平均で5から15層を有する多層カーボンナノチューブである。
ナノチューブは、単層であるか多層であるかに関わらず、その外径若しくはその長さ又はその両方によって特徴付けられてもよい。
単層ナノチューブは、好ましくは、少なくとも0.5nm、より好ましくは少なくとも1nm、最も好ましくは少なくとも2nmの外径によって特徴付けられる。好ましくは、その外径は、最大50nm、より好ましくは最大30nm、最も好ましくは最大10nmである。好ましくは、単層ナノチューブの長さは、少なくとも0.1μm、より好ましくは少なくとも1μm、さらにより好ましくは少なくとも10μmである。好ましくは、その長さは、最大50μm、より好ましくは最大25μmである。
多層ナノチューブは、好ましくは、少なくとも1nm、より好ましくは少なくとも2nm、4nm、6nm、又は8nm、最も好ましくは少なくとも10nmの外径によって特徴付けられる。好ましい外径は、最大100nm、より好ましくは最大80nm、60nm、又は40nm、最も好ましくは最大20nmである。最も好ましくは、外径は、10nmから20nmの範囲である。多層ナノチューブの好ましい長さは、少なくとも50nm、より好ましくは少なくとも75nm、最も好ましくは少なくとも100nmである。その好ましい長さは、最大20mm、より好ましくは最大10mm、500μm、250μm、100μm、75μm、50μm、40μm、30μm、又は20μm、最も好ましくは最大10μmである。最も好ましい長さは、100nmから10μmの範囲である。一実施形態において、多層カーボンナノチューブは、10nmから20nmの範囲の平均外径、又は100nmから10μmの範囲の平均長さ、又はその両方を有する。
好ましいカーボンナノチューブは、200〜400m2/g(BET法により測定)の表面積を有するカーボンナノチューブである。好ましいカーボンナノチューブは、5〜15層の平均数を有するカーボンナノチューブである。
導電性カーボン粒子は、ほとんど球形であってもよい。前記導電性カーボン粒子の平均径は、0.1から500nm、好ましくは0.5から250nm、より好ましくは1から100nm、最も好ましくは1から50nm、特に5から20nmの範囲であってもよい。用語「平均径」は、粒子内部の2点間の最長の直線距離を表す。
本方法に使用される架橋剤は、当業者に一般的に使用されるものであってもよい。特に、架橋剤は、エチレングリコールジメタクリレート、ブタンジオールジメチルアクリレート、ヘキサンジオールジメチルアクリレート、ノナンジオールジメチルアクリレート、デカンジオールジメチルアクリレート、ドデカンジオールジメチルアクリレート、ジエチレングリコールメタクリレート、トリエチレングリコールジメチルアクリレート、エチレングリコールジビニルエーテル、ブタンジオールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、ノナンジオールジビニルエーテル、デカンジオールジビニルエーテル、ドデカンジオールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、N−(1−ヒドロキシ−2,2−ジメトキシエチル)アクリルアミド、ジビニルベンゼン、トリ−アリルシアヌレート、ジオクチルマレエート、1−(アクリロイルオキシ)−3−(メタクリロイルオキシ)−2−プロパノール、1,3−グリセリルジメチルアクリレート、1,4−ジアクリロイルピペラジン、1,4−フェニレンジアクリレート、ペンタンジオールジメチルアクリレート、ヘキサンジオールジメチルアクリレート、ノナンジオールジメチルアクリレート、2,2−ビス(4−メタクリルオキシフェニル)プロパン、2,2−ビス[4−(2−アクリルオキシエトキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(2−ヒドロキシ−3−メタクリルオキシプロポキシ)フェニル]プロパン、2,2−ジメチルプロパンジオールジメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、バリウムメタクリレート、ビス(2−メタクリルオキシエチル)−N,N’−1,9−ノニレンジカルバメート、ビス(2−メタクリルオキシエチル)ホスフェート、ビスフェノールA−ビス−(2−ヒドロキシプロピル)アクリレート、銅(II)メタクリレート、フルオレセインジメチルアクリレート、鉛アクリレート、マグネシウムアクリレート、N,N’−エチレンビスアクリルアミド、N,N’−ヘキサメチレンビスアクリルアミド、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、N,N’−シスタミンビスアクリルアミド、N,N’−ジアリルアクリルアミド、N−ヒドロキシエチルアクリルアミド、PEO(5800)−b−PPO(3000)−b−PEO(5800)ジメチルアクリレート、ポリエチレングリコール(8000)ジメチルアクリレート、テトラエチレングリコールジメチルアクリレート、トランス−1,4−シクロヘキサンジオールジメチルアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、亜鉛ジメチルアクリレートであってもよい。架橋剤は、ポリマーコンポジット中の架橋度を増加させることができ、その後有機溶媒中のその不溶性に影響を与える。特に、ポリマーコンポジットの所望の架橋度は、エチレングリコールジメタクリレート、ブタンジオールジメチルアクリレート、ヘキサンジオールジメチルアクリレート、ノナンジオールジメチルアクリレート、デカンジオールジメチルアクリレート、ドデカンジオールジメチルアクリレート、ジエチレングリコールメタクリレート、トリエチレングリコールジメチルアクリレートからなる群から選択される架橋剤によって達成される。
モノマーと架橋剤との間のモル比として定義される架橋度は、1から1000、好ましくは5から100、より好ましくは10から50の範囲である。
ポリマー中の架橋は、割合としても表すことができる。架橋割合は、100%で乗じられた、架橋剤とモノマーとの間のモル比である。導電性ポリマーコンポジット中の架橋割合は、0.1から15%、好ましくは0.5から10%、より好ましくは1から8%、最も好ましくは3から7%の範囲である。
本方法で場合によって使用される重合開始剤は、ラジカル又はアニオン性重合開始剤であってもよい。アニオン性重合開始剤は、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、KOH、NaOH、KNH2、Naであってもよい。
ラジカル重合開始剤は、ペルオキシド又はアゾ化合物R1−N=N−R2であってもよい。アゾ化合物は、アリールアゾ化合物及びアルキルアゾ化合物を包含する。したがって、アゾ化合物は、式R1−N=N−R2のものであってもよく、式中、R1及びR2はそれぞれ、互いに独立に、水素;CN、OH、ハロゲン、CO2R5、C(O)R5、OC(O)R5(式中、R5は、C1〜C6アルキル、C6〜C18アリール、C2〜C6アルケニル、C2〜C6アルケニルである)からなる群から選択される1つ以上の官能基で場合によって置換されていてもよいC1〜C20アルキル;CN、OH、ハロゲン、CO2R5、C(O)R5、OC(O)R5(式中、R5は、C1〜C6アルキル、C6〜C18アリール、C2〜C6アルケニル、C2〜C6アルケニルである)からなる群から選択される1つ以上の官能基で場合によって置換されていてもよいC6〜C20アリール;C1〜C20アルコキシド、C1〜C20エーテル、C2〜C20アルケニル、C2〜C20アルケニルである。ペルオキシド化合物は、式R3−O−O−R4のものであってもよく、式中、R3及びR4はそれぞれ、互いに独立に、水素;CN、OH、ハロゲン、CO2R5、C(O)R5、OC(O)R5(式中、R5は、C1〜C6アルキル、C6〜C18アリール、C2〜C6アルケニル、C2〜C6アルケニルである)からなる群から選択される1つ以上の官能基で場合によって置換されていてもよいC1〜C20アルキル;CN、OH、ハロゲン、CO2R5、C(O)R5、OC(O)R5(式中、R5は、C1〜C6アルキル、C6〜C18アリール、C2〜C6アルケニル、C2〜C6アルケニルである)からなる群から選択される1つ以上の官能基で場合によって置換されていてもよいC6〜C20アリール;C1〜C20アルコキシド、C1〜C20エーテル、C2〜C20アルケニル、C2〜C20アルケニル、−OC(O)R6、−C(O)−O(R6)(式中、R6は、C1〜C6アルキル、C6〜C18アリール、C2〜C6アルケニル、C2〜C6アルケニルである);C1〜C20アルコキシド、C1〜C20エーテル、C2〜C20アルケニル、C2〜C20アルケニルである。
重合開始剤が本方法で使用される場合、重合を開始又は伝える第二の加工温度で、重合開始剤は活性化又は分解される必要がある。好ましい実施形態において、重合開始剤は、本方法で使用されるモノマーの溶融温度より高い、又は第一の加工温度より高い活性化温度若しくは分解温度を有していてもよい。特に、重合開始剤は、ラジカル重合開始剤、好ましくはAIBNであってもよい。
より好ましい実施形態において、本方法で使用されるモノマーは、61℃の溶融温度を有する2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレートである。ラジカル重合開始剤は、61℃より高い分解温度又は活性化温度を有していてもよい。ラジカル重合開始剤として本方法で好ましく使用されるAIBNは、70℃を超える温度で重合を行う。好ましくは、本方法の工程(b’)は、反応混合物を、モノマーの溶融温度、例えば2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレートの溶融温度からラジカル重合開始剤の活性化温度又は分解温度、例えばAIBNの分解温度までの範囲の第一の加工温度に供して、モノマーを溶解し、スラリーを形成してもよい。さらに、スラリーは、ラジカル重合開始剤が分解し、重合が活性化される第二の加工温度、特にAIBNをラジカル重合開始剤として使用する場合、少なくとも70℃の温度以上の第二の加工温度に加熱される。したがって、重合により、有機溶媒中で好ましくは不溶性である導電性ポリマーコンポジットが得られる。
特に、本方法は、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)を提供する。カーボン粒子は、本方法による架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)中で容易にかつよく分散される。あるいは、本方法は、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イルメタクリレート)を提供する。カーボン粒子はまた、本方法による架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イルメタクリレート)中で容易にかつよく分散される。
本方法は、本方法の工程(c)で回収した導電性ポリマーコンポジットを酸化して、酸化された導電性ポリマーコンポジットを形成する工程(d)をさらに含んでもよい。工程(d)は、窒素原子を酸化してニトロキシドラジカルを形成することができる酸化剤、又はキノン若しくはヒドロキノン官能基からの酸素原子を酸化して酸素ラジカルを形成することができる酸化剤の存在下で行ってもよい。したがって、前記酸化された導電性ポリマーコンポジットは、少なくとも1つのニトロキシドラジカル又は酸素ラジカルを有する。酸化剤は、これらに限定されないが、酸素、オゾン、過酸化水素、上で定義された式R3−O−O−R4のペルオキシド化合物、フッ素、塩素、ヨウ素、臭素、硝酸、硫酸、ペルオキソ二硫酸、ペルオキソ一硫酸、クロライト、クロレート若しくはペルクロレート官能基を有する化合物、過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸塩化合物、次亜塩素酸塩化合物、六価クロム化合物、過ホウ酸ナトリウム、亜酸化窒素、酸化銀、2,2’−ジピリジルジスルフィドであってもよい。上で定義された式R3−O−O−R4のペルオキシド化合物が特に好ましい。特に、メタ−クロロペルオキシ安息香酸が好ましい。本方法の工程(d)は、例えばトルエン、ジクロロメタン、又はテトラヒドロフランなどの任意の有機溶媒の存在下で行われてもよい。典型的には、本方法の工程(d)は、工程(c)で得られた導電性ポリマーコンポジットがあらゆるラジカル、好ましくはあらゆるニトロキシドラジカルを含まない場合に行われる。
好ましい実施形態において、導電性ポリマーコンポジット又は酸化された導電性ポリマーコンポジットは、室温で、有機溶媒中で10wt%未満、好ましくは5wt%未満、より好ましくは1wt%未満、最も好ましくは0.1wt%未満の溶解性を有する。特に、それはあらゆる有機溶媒、好ましくはあらゆる有機溶媒又は水性溶媒中で不溶性である。例えば、それはジクロロメタン、トルエン、アセトン、ヘキサン、ジクロロメタン、クロロホルム、トルエン、ベンゼン、アセトン、エタノール、メタノール、ヘキサン、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ジオキサン中で不溶性である。ラジカル、好ましくはニトロキシドラジカルを有する、不溶性の酸化された導電性ポリマーコンポジット又は導電性ポリマーコンポジットは、エネルギー貯蔵用途又はバッテリー用途において大いに興味を引く。これらのポリマーコンポジットが、例えば正極の構成要素の1つとしてバッテリーに組み込まれる場合、例えばバッテリーが放電してもそれは電解質中に相溶しない。したがって、本発明の導電性ポリマーコンポジット又は酸化された導電性ポリマーコンポジットを含有する電極は、経時で高い容量保持率を有し、バッテリーはより長い寿命を有する。電極の分解は大きく抑制される。
本発明の方法によって調製された、酸化された導電性ポリマーコンポジットは、0.1から15%、好ましくは0.5から10%、より好ましくは1から8%、最も好ましくは3から7%の範囲の、上で定義された架橋割合を有してもよい。
本方法の工程(c)の最後で得られる導電性ポリマーコンポジットの調製は、95%より高い収率で行われる。本方法の工程(d)の最後で得られる酸化された導電性ポリマーコンポジットの調製は、90%より高い全体の収率で行われる。したがって、本方法は、酸化された導電性ポリマーコンポジットを得る全体の収率がおよそ80%である、当分野における公知の方法よりも効率的である。
好ましい実施形態において、使用されるモノマーは2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレートであり、本方法は、工程(c)において、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)を提供する。本方法の工程(d)は、工程(c)の最後で得られる前記架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)の存在下で行われてもよい。特に、前記架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)は、メタ−クロロペルオキシ安息香酸で酸化されて、PTMAとも呼ばれるポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イルメタクリレート)を提供してもよい。別の好ましい実施形態において、使用されるモノマーは2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イルメタクリレートであってもよく、本方法は、工程(c)において、ニトロキシドラジカルの存在により、上で詳述した工程(d)を行うことなく、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イルメタクリレート)を提供する。
本発明による導電性ポリマーは、酸化されていてもいなくても、3.5kW/kg(10C)の電力密度において、240Wh/kgを超える、好ましくは250Wh/kgを超える、より好ましくは260Wh/kgを超える、最も好ましくは270Wh/kgを超える出力エネルギー密度を有していてもよい。本発明による導電性ポリマーはまた、10.23kW/kg(30C)の電力密度において、170Wh/kgを超える、好ましくは180Wh/kgを超える、より好ましくは185Wh/kgを超える、最も好ましくは195Wh/kgを超える出力エネルギー密度を有していてもよい。出力エネルギー密度の上記の値は、好ましくは、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イルメタクリレート)が本方法の最後(工程(c)又は(d))で得られる場合に見ることができる。このような高い出力エネルギー密度は、形成したポリマー中に導電性粒子を均質に分散させることができる本方法の特定の工程によって、得ることができる。特に、このような出力エネルギー密度の値は、好ましくは架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イルメタクリレート)である導電性ポリマーコンポジットの全量に基づいて、5から20wt%の導電性粒子、好ましくは本明細書において定義された導電性カーボン粒子を含む、上で定義された導電性ポリマーに対して得ることができる。出力エネルギー密度は、標準的な充電/放電実験によって測定される。バッテリーを遅い速度で充電し、その後速い速度で放電した。放電時間(t)、放電電流(I)、及び平均放電電圧は、直接実験から抽出される。出力エネルギー密度は(I*V*t)/mによって計算され、式中、mは導電性ポリマーの質量である。電力密度は、I*V/mによって計算される。
本方法は、導電性ポリマーコンポジット又は酸化された導電性ポリマーコンポジットをすりつぶす及び/又はミルする工程をさらに含んでもよい。こうして得られる導電性ポリマーコンポジット又は酸化された導電性ポリマーコンポジットは、10μm未満、好ましくは1μm未満、より好ましくは100nm未満の平均径を有していてもよい。こうして得られる導電性ポリマーコンポジット又は酸化された導電性ポリマーコンポジットは、少なくとも1nm、好ましくは少なくとも10nmの平均径を有していてもよい。
本発明によって、導電性ポリマーコンポジットが提供される。前記導電性ポリマーコンポジットは、導電性ポリマーコンポジットの全量に基づいて、0.01から50wt%の導電性粒子、好ましくは0.1から30wt%、より好ましくは0.5から20wt%、最も好ましくは1から20wt%の導電性粒子を含む。
導電性ポリマーコンポジットは、室温で有機溶媒中で10wt%未満、好ましくは5wt%未満、より好ましくは1wt%未満、最も好ましくは0.1wt%未満の溶解性を有していてもよい。特に、前記導電性ポリマーコンポジットは、あらゆる溶媒中、好ましくはあらゆる有機溶媒又は水中で不溶性であってもよい。導電性ポリマーコンポジット中の架橋の存在は、あらゆる有機溶媒又は水性溶媒中でのその不溶性に有利に働く。これは、導電性ポリマーコンポジットが電極及びバッテリー用途に好適な酸化された導電性ポリマーコンポジットの調製に使用される場合、特に興味を引く。酸化された導電性ポリマーコンポジットを含む電極及びバッテリーのライフサイクルは増加する。本発明による導電性ポリマーコンポジットは、0.1から15%、好ましくは0.5から10%、より好ましくは1から8%、最も好ましくは3から7%の範囲の架橋割合を有していてもよい。
前記導電性ポリマーコンポジットの導電性は、同じ導電性粒子の含有量において、溶液重合で調製された同じ導電性ポリマーコンポジットに対して得られるものよりも高くなり得る。溶媒の不存在下又はモノマーに対して少量の溶媒中で本方法によって得られた導電性ポリマーコンポジットは、ポリマーコンポジット中で導電性粒子を均質に分散させることができる。導電性ポリマーコンポジットの電力性能、例えば上記の出力エネルギー密度もまた、同じ導電性粒子の含有量において、溶液重合で調製された同じ導電性ポリマーコンポジットに対して得られるものよりも大きくなり得る。
本発明によって、酸化された導電性ポリマーコンポジットが提供される。酸化された導電性ポリマーコンポジットは、酸化された導電性ポリマーコンポジットの全量に基づいて、0.01から50wt%の導電性粒子、好ましくは0.1から30wt%、より好ましくは0.5から20wt%、最も好ましくは1から20wt%の導電性粒子を含んでもよい。好ましくは、導電性粒子は、上で定義された導電性カーボン粒子である。
酸化された導電性ポリマーコンポジットは、室温で有機溶媒中で10wt%未満、好ましくは5wt%未満、より好ましくは1wt%未満、最も好ましくは0.1wt%未満の溶解性を有していてもよい。酸化された導電性ポリマーコンポジット中の架橋の存在は、あらゆる有機溶媒中でそれを不溶性にすることができる。これは、酸化された導電性ポリマーコンポジットがバッテリーのための電極に使用される場合、特に興味を引く。ポリマーコンポジットは電解質に溶解せず、これを含む電極及びバッテリーのライフサイクルは増加する。本発明による酸化された導電性ポリマーコンポジットは、0.1から15%、好ましくは0.5から10%、より好ましくは1から8%、最も好ましくは3から7%の範囲の架橋割合を有していてもよい。
酸化された導電性ポリマーコンポジットの導電性は、同じ導電性粒子の含有量において、溶液重合で調製された同じ導電性ポリマーコンポジットに対して得られるものよりも高い。本方法によって得られた酸化された導電性ポリマーコンポジットは、不溶性の酸化された導電性ポリマーコンポジット中で導電性粒子を均質に分散させることができる。不溶性のポリマーコンポジット中のこのような均質な伝導ネットワークにより、後者はバッテリーにおける電極の成分の1つとして好適であり得る。電極、例えば正極が本発明の導電性ポリマーコンポジット又は本方法により得られた酸化された導電性ポリマーコンポジットを含むバッテリーの性能プロファイルは、大きく増強される。
得られた導電性ポリマーコンポジット又は酸化された導電性ポリマーコンポジットは、エネルギー貯蔵装置、好ましくはバッテリーの電極において、有用である。本発明による酸化された又はされていない導電性ポリマーコンポジットを含む正極が提供される。好ましくは、正極は、本発明による及び本方法によって調製された、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)を含んでもよい。上記のとおり、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)は、工程(a)において提供されるモノマーによって、本方法の工程(c)又は工程(d)のいずれかで得られてもよい。
本発明は、導電性ポリマーコンポジットとして、導電性ポリマーコンポジットの全量に基づいて、0.01から50wt%、好ましくは0.1から30wt%、より好ましくは0.5から20wt%、最も好ましくは1から20wt%の導電性粒子を含む、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)を提供する。導電性カーボン粒子が、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)中で均質に分散していてもよい。
本発明は、導電性ポリマーコンポジット又は酸化された導電性ポリマーコンポジットとして、酸化された又はされていない導電性ポリマーコンポジットの全量に基づいて、0.01から50wt%、好ましくは0.1から30wt%、より好ましくは0.5から20wt%、最も好ましくは1から20wt%の導電性粒子を含む、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)を提供する。導電性カーボン粒子は、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)中に均質に分散していてもよい。好ましくは、カーボン粒子とカーボン粒子との平均距離は、前記架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)中、1から100nm、好ましくは5から50nm、より好ましくは10から30nmの範囲である。好ましくは、粒子と粒子との距離の分散度は、前記架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)中、0.75から1.25の範囲である。好ましい実施形態において、前記架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)は、3から7%の範囲の架橋割合を有していてもよい。好ましくは、前記架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)は、本発明による方法によって得られてもよい。前記架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)は、上記の出力エネルギー密度を有していてもよい。
本方法によって得られた、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)は、その全量に基づいて0.01から50wt%の導電性カーボン粒子を好ましくは含む、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)を調製するために有用である。
(実施例1)
架橋されたPTMA/Cコンポジットを、本発明による方法を通して合成した。導電性とするために、約15質量%のアセチレンブラックを反応混合物に加えた。本方法は、2つの成分間で密接な接触を有するPTMAマトリクス中に、導電性カーボン粒子を高度に分散させる。アセチレンブラック、すなわちカーボンブラックの添加により、コンポジットの脆性を増強することが分かり、PTMA粉末を確実に微細にミルすることができる。
架橋されたPTMA/Cコンポジットを、本発明による方法を通して合成した。導電性とするために、約15質量%のアセチレンブラックを反応混合物に加えた。本方法は、2つの成分間で密接な接触を有するPTMAマトリクス中に、導電性カーボン粒子を高度に分散させる。アセチレンブラック、すなわちカーボンブラックの添加により、コンポジットの脆性を増強することが分かり、PTMA粉末を確実に微細にミルすることができる。
典型的な合成において、1gのアセチレンブラック(MTI社)を、最小量のジクロロメタン(2〜5mlの滴下による添加、Across Organics)を加えた、6gの2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート(TMPM、TCI社)、188μlのエチレングリコールジメチルメタクリレート架橋剤(Across Organics)、及び40mgの再結晶化アゾイソブチロニトリル(Across Organics)と完全に混合して、構成成分を均一に分散した。混合物を、6個のステンレス鋼ボール(直径2mm)により、ジクロロメタンの蒸発の間及び後に、完全にミルした。
続いて、固体の混合物をガラスバイアルに移動し、真空に引き、3回アルゴンでパージした。密封したバイアルをゆっくりと80℃に加熱(約30分間)して、2時間重合を開始し伝えた。65℃で、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート(61℃の溶融温度)は溶融して、溶融したモノマー中の構成成分の液体分散体、すなわちスラリーを生成する。さらに30分後、混合物を固化し、これは架橋した重合を示している。冷却後、固体含有物をジクロロメタンで洗浄した。アセチレンブラック粒子を含む、固体の架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)(以下、PTMPM/Cと表す)を微細にすり潰して、黒色〜灰色がかった粉末を得た(収率>95%)。得られた生成物は、あらゆる有機溶媒中で不溶性である。
導電性カーボン粒子を含むPTMAを合成するため、1gのPTMPM/C(0.85g、3.77mmolのポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)に対応)を、超音波処理により、80mlのジクロロメタン中に分散させた。分散体を氷浴中で冷却した。酸化を、メタ−クロロペルオキシ安息香酸(mCPBA、Across Organics)を使用して行った。mCPBAを、リン酸緩衝液の洗浄により最初に精製して、メタ−クロロペルオキシ安息香酸を回収し、30%の質量損失をもたらした。680mg(4mmol、1.05当量)の新たに精製したmCPBAを80mlのジクロロメタン中に溶解し、氷浴中で冷却した。この溶液をPTMPM/C分散体に滴下で加え、0℃で6時間放置して反応させた。固体を冷却しながら濾過し、冷却した(0℃)ジクロロメタンで最初に洗浄した。続いて、固体の生成物をジクロロメタン、アセトン、水、及びメタノールで洗浄した。得られたPTMA/Cコンポジット(収率>95%)を真空中で乾燥し、使用する前に微細にすりつぶした。合成したPTMA/Cは、100mAh/gの比容量を示した。図2は、PTMA/カーボンコンポジットの走査電子顕微鏡写真を表す。およそ5から15ナノメートルの直径を有するカーボンブラック粒子が、PTMAポリマーマトリクス中に組み込まれた。カーボンブラック粒子はポリマーマトリクス中でよく分散しており、ポリマーコンポジットの導電性を増強することができる。PTMA粒子は40から80nmの間の平均径を有している。カーボン粒子とカーボン粒子との間の平均距離(中心と中心)は、走査電子顕微鏡写真によって測定して、およそ15〜20nmであった。粒子と粒子との距離の分散度は、およそ1であった。粒子と粒子との分散度は、走査電子顕微鏡写真によって測定された2つの粒子間の平均距離を表す。図3は、様々なポリマーコンポジットで作られた電極の規格化容量対サイクルインデックスを表すグラフを示す。本発明による導電性ポリマーコンポジットで作られた電極は、1500サイクル後に5Cの速度で12%しかその容量保持を損失しなかった。先行技術による電極の規格化容量の値は、文献:#1で記載したデータはChem. Phys. Lett. 2002, 359, 351-354から、文献:#2で記載したデータはJournal of Power Sources 2007, 163, 1110-1113から、文献:#3で記載したデータはChemistry of Materials 2007, 19, 2910-2914から、及び文献:#4で記載したデータはNECで商品化された有機ラジカルバッテリーから抽出した。文献:#5で記載したデータは、カーボンナノチューブ状にコートされた、溶液に基づくPTMAから得られた。図3に示したとおり、本発明による導電性ポリマーコンポジットで作られた電極は、当分野における公知の電極と比較して、優れた容量保持を有していた。
(実施例2)
5wt%のカーボンブラックを含むPTMPM/Cコンポジットを、0.33gのアセチレンブラック(MTI社)を使用することを除いて、実施例1に詳述した手順に従って調製した。その後、PTMA/Cコンポジットを、実施例1に詳述したとおりに調製した。導電性を当分野における公知の技法に従って測定し、1.67×10−5S/mであった。
5wt%のカーボンブラックを含むPTMPM/Cコンポジットを、0.33gのアセチレンブラック(MTI社)を使用することを除いて、実施例1に詳述した手順に従って調製した。その後、PTMA/Cコンポジットを、実施例1に詳述したとおりに調製した。導電性を当分野における公知の技法に従って測定し、1.67×10−5S/mであった。
(実施例3)
10wt%のカーボンブラックを含むPTMPM/Cコンポジットを、0.67gのアセチレンブラック(MTI社)を使用することを除いて、実施例1に詳述した手順に従って調製した。その後、PTMA/Cコンポジットを、実施例1に詳述したとおりに調製した。導電性を当分野における公知の技法に従って測定し、4.3×10−5S/mであった。この実施例で調製したPTMA/Cコンポジットは、3.5kW/kg(10C)の電力密度において、280Wh/kgの出力エネルギー密度を有しており、10.23kW/kg(30C)の電力密度における出力エネルギー密度は、200Wh/kgであった。
10wt%のカーボンブラックを含むPTMPM/Cコンポジットを、0.67gのアセチレンブラック(MTI社)を使用することを除いて、実施例1に詳述した手順に従って調製した。その後、PTMA/Cコンポジットを、実施例1に詳述したとおりに調製した。導電性を当分野における公知の技法に従って測定し、4.3×10−5S/mであった。この実施例で調製したPTMA/Cコンポジットは、3.5kW/kg(10C)の電力密度において、280Wh/kgの出力エネルギー密度を有しており、10.23kW/kg(30C)の電力密度における出力エネルギー密度は、200Wh/kgであった。
(実施例4)
30wt%のカーボンブラックを含むPTMPM/Cコンポジットを、2.57gのアセチレンブラック(MTI社)を使用することを除いて、実施例1に詳述した手順に従って調製した。その後、PTMA/Cコンポジットを、実施例1に詳述したとおりに調製した。導電性を当分野における公知の技法に従って測定し、2.08S/mであった。
30wt%のカーボンブラックを含むPTMPM/Cコンポジットを、2.57gのアセチレンブラック(MTI社)を使用することを除いて、実施例1に詳述した手順に従って調製した。その後、PTMA/Cコンポジットを、実施例1に詳述したとおりに調製した。導電性を当分野における公知の技法に従って測定し、2.08S/mであった。
(実施例5)
15wt%のカーボンブラックを含むPTMPM/Cコンポジットを、構成成分を分散させるためにジクロロメタンを使用しなかったことを除いて、実施例1に詳述した手順に従って調製した。前記構成成分を、遊星ボールミルで完全に混合した。混合物はよりよく分散した。これは、別々のモノマーの結晶化がたまに観察されたため、混合の助けとなる溶媒を使用する場合のカーボン粒子の反発性によるものである可能性がある。
15wt%のカーボンブラックを含むPTMPM/Cコンポジットを、構成成分を分散させるためにジクロロメタンを使用しなかったことを除いて、実施例1に詳述した手順に従って調製した。前記構成成分を、遊星ボールミルで完全に混合した。混合物はよりよく分散した。これは、別々のモノマーの結晶化がたまに観察されたため、混合の助けとなる溶媒を使用する場合のカーボン粒子の反発性によるものである可能性がある。
(実施例6)
10wt%のカーボンブラックを含むPTMPM/Cコンポジットを、1グラムの反応混合物あたり100mLの水を分散媒として加えて、モノマーの溶融点を超える加熱後に懸濁液又はエマルジョンを形成したことを除いて、実施例3に詳述した手順に従って調製した。その後、PTMA/Cコンポジットを、実施例1に詳述したとおりに調製した。
10wt%のカーボンブラックを含むPTMPM/Cコンポジットを、1グラムの反応混合物あたり100mLの水を分散媒として加えて、モノマーの溶融点を超える加熱後に懸濁液又はエマルジョンを形成したことを除いて、実施例3に詳述した手順に従って調製した。その後、PTMA/Cコンポジットを、実施例1に詳述したとおりに調製した。
(比較例7)溶媒に基づく合成
0.1gのアセチレンブラック(MTI社)を、100mLのジオキサンを加えた、0.9gの2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート(TMPM、TCI社)、30μlのエチレングリコールジメチルメタクリレート架橋剤(Across Organics)、及び6mgの再結晶化アゾイソブチロニトリル(Across Organics)と完全に混合した。続いて、混合物をガラスバイアルに移動し、真空に引き、3回アルゴンでパージした。密封したバイアルをゆっくりと80℃に加熱(約30分間)して、6時間重合を開始し伝えた。冷却後、ポリマーを沈殿させ、ジクロロメタンで洗浄した。アセチレンブラック粒子(10wt%)を含む、固体の架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)。その後、比較PTMA/Cコンポジットを、調製した比較PTMPM/Cで、実施例1に詳述したとおりに調製した。比較PTMA/Cコンポジットは、本発明の方法によって調製された実施例3のPTMA/Cと比較して、低い電力性能、特に出力エネルギー密度を有していた。
0.1gのアセチレンブラック(MTI社)を、100mLのジオキサンを加えた、0.9gの2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート(TMPM、TCI社)、30μlのエチレングリコールジメチルメタクリレート架橋剤(Across Organics)、及び6mgの再結晶化アゾイソブチロニトリル(Across Organics)と完全に混合した。続いて、混合物をガラスバイアルに移動し、真空に引き、3回アルゴンでパージした。密封したバイアルをゆっくりと80℃に加熱(約30分間)して、6時間重合を開始し伝えた。冷却後、ポリマーを沈殿させ、ジクロロメタンで洗浄した。アセチレンブラック粒子(10wt%)を含む、固体の架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)。その後、比較PTMA/Cコンポジットを、調製した比較PTMPM/Cで、実施例1に詳述したとおりに調製した。比較PTMA/Cコンポジットは、本発明の方法によって調製された実施例3のPTMA/Cと比較して、低い電力性能、特に出力エネルギー密度を有していた。
(比較例8)
3gの2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート(TMPM、TCI社)、90μlのエチレングリコールジメチルメタクリレート架橋剤(Across Organics)、及び20mgの再結晶化アゾイソブチロニトリル(Across Organics)を混合した。混合物を、6個のステンレス鋼ボール(直径2mm)により、完全にミルした。続いて、固体の混合物をガラスバイアルに移動し、真空に引き、3回アルゴンでパージした。密封したバイアルをゆっくりと80℃に加熱(約30分間)して、2時間重合を開始し伝えた。冷却後、固体含有物をジクロロメタンで洗浄した。アセチレンブラック粒子を含まないポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)が得られた。その後、PTMA/Cコンポジットを、ジクロロメタン(1対1の質量比)で増量しながらアセチレンブラック粒子とPTMAを混合して、10wt%のアセチレンブラック粒子を含むPTMA/Cを提供した。比較例は、PTMA中のアセチレンブラック粒子の分散が図1Aと同様であるコンポジットを提供する。
3gの2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート(TMPM、TCI社)、90μlのエチレングリコールジメチルメタクリレート架橋剤(Across Organics)、及び20mgの再結晶化アゾイソブチロニトリル(Across Organics)を混合した。混合物を、6個のステンレス鋼ボール(直径2mm)により、完全にミルした。続いて、固体の混合物をガラスバイアルに移動し、真空に引き、3回アルゴンでパージした。密封したバイアルをゆっくりと80℃に加熱(約30分間)して、2時間重合を開始し伝えた。冷却後、固体含有物をジクロロメタンで洗浄した。アセチレンブラック粒子を含まないポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)が得られた。その後、PTMA/Cコンポジットを、ジクロロメタン(1対1の質量比)で増量しながらアセチレンブラック粒子とPTMAを混合して、10wt%のアセチレンブラック粒子を含むPTMA/Cを提供した。比較例は、PTMA中のアセチレンブラック粒子の分散が図1Aと同様であるコンポジットを提供する。
以下の表1は、本発明による実施例3で調製されたコンポジットと、比較例7及び8によって調製された比較コンポジットに対して、0.5C(1Cは105mAh/gのPTMA化合物と等価である)で充電された後の、10C及び30Cの放電速度における、規格化された出力エネルギー密度を報告する。
本発明によって調製されたPTMA/Cコンポジットは、同じカーボン含有量を含む他の方法によって調製されたPTMAよりも優れた出力エネルギー密度を有していた。本方法によって調製された導電性ポリマーコンポジットは、酸化されていてもいなくても、当分野において知られているPTMA/Cと比較して、新規であり、驚くべき物理特性を有している。
本明細書において使用された用語及び記載は、例示のみによって記載されており、限定を意味するものではない。当業者は、以下の特許請求の範囲に定義された発明及びその均等物の精神及び範囲内で多くの変形例が可能であることを認識し、全ての用語は他に示されない限り、その最も広い意味であると理解される。結論として、全ての変更及び代替が、本発明の前の記載を読み、理解した他人に考え付く。特に、上記記載において示した寸法、材料、及び他のパラメータは、用途の要求に応じて変わってもよい。
Claims (24)
- (a)導電性粒子、モノマー、及び架橋剤を提供して、反応混合物を形成する工程、
(b)前記反応混合物を、前記モノマーの溶融温度より高く、かつ重合が活性化される温度より高い加工温度に供する工程であって、前記重合は、少なくとも5%の前記モノマーが転換した場合に活性化されたと考えるものである工程、
(c)前記導電性粒子を含む、架橋された導電性ポリマーコンポジットを回収する工程
を含む、導電性ポリマーコンポジットの調製方法であって、
前記モノマーは、式(I):
RaRbC=CRc((X)n−R) (I)
のものであり、
式中、Ra、Rb、及びRcはそれぞれ、互いに独立に、水素又は1から20個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、
Xはスペーサーであり、
nは0から5の整数であり、
Rは、ニトロキシドラジカルを有する置換基、又はキノン若しくはヒドロキノン官能基上に局在化したラジカルを有する置換基であり;あるいはRは、酸化条件下でニトロキシドラジカルを形成することができる窒素原子を有する置換基、又はキノン若しくはヒドロキノン官能基を有する置換基であり、
前記工程(b)は、前記モノマーの全質量に対して、100wt%以下の溶媒を含む反応混合物中で行われることを特徴とする、導電性ポリマーコンポジットの調製方法。 - 前記工程(b)が、前記モノマーの全質量に対して、30wt%以下の溶媒を含む反応混合物中で行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記工程(b)が、
(b’)前記反応混合物を第一の加工温度に供して、スラリーを形成する工程であって、重合反応は開始しておらず、前記重合は、5%未満の前記モノマーが転換した場合に開始していないと考えるものである工程、
(b’’)前記スラリーを、前記第一の加工温度より高い第二の加工温度に加熱して、重合を活性化し、これによりモノマーを重合させる工程、
によって連続して行われ、
前記工程(b’)及び(b’’)は、前記モノマーの全質量に対して、100wt%以下、好ましくは30wt%以下の溶媒を含む反応混合物中で行われる、請求項1又は2に記載の方法。 - 前記工程(b)又は工程(b’)と(b’’)が、あらゆる有機溶媒を含まない反応混合物中又はスラリー中で行われる、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一の加工温度が、前記モノマーの溶融温度以上である、請求項3又は4に記載の方法。
- 前記スラリーが、撹拌条件下で前記第一の加工温度に維持されて、導電性粒子を均質に分散させ、前記スラリーが、工程(c)の前に実質的に一定の低い粘度に維持される、請求項3から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記スラリーが、少なくとも20秒間、好ましくは少なくとも30秒間、より好ましくは少なくとも60秒間の間、前記第一の加工温度に維持される、請求項6に記載の方法。
- 前記導電性粒子が、導電性カーボン粒子、あるいは銀、ニッケル、鉄、銅、亜鉛、金、スズ、インジウム、又はこれらの酸化物からなる群から選択される金属ナノワイヤ又は粒子、好ましくは導電性カーボン粒子である、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記溶媒又は前記モノマーと不溶性又は非混和性である分散媒が、工程(a)で提供される、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記モノマーが式(I)のものであり、式中、Ra、Rb、Rcは水素であり、nは0であり、Rが、
- 前記モノマーが、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート又は2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレートである、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(a)でラジカル重合開始剤が提供され、工程(b’)が、前記モノマーの溶融温度以上の第一の加工温度で行われ、工程(b’’)が、ラジカル重合開始剤がモノマーの重合を活性化する温度より高い第二の加工温度で行われ、前記モノマーの重合は、少なくとも5%の前記モノマーが転換した場合に活性化されたと考えるものである、請求項3から11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記導電性ポリマーコンポジットがニトロキシドラジカルを含まない場合、工程(c)で得られた前記導電性ポリマーコンポジットを酸化する工程(d)をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 工程(a)で提供された前記モノマーが2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレートである場合に、工程(c)で得られた前記導電性ポリマーコンポジットを酸化する工程(d)が行われて、架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)を形成する、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 導電性ポリマーコンポジットの全量に基づいて、0.01から50wt%の導電性カーボン粒子を含む架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)である、導電性ポリマーコンポジット。
- 3から7%の範囲の架橋割合を有することを特徴とする、請求項15に記載の導電性ポリマーコンポジット。
- 前記導電性カーボン粒子が、前記架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート)中に均質に分散されている、請求項15又は16に記載の導電性ポリマーコンポジット。
- その全量に基づいて、0.01から50wt%の導電性カーボン粒子を含む架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)を調製するための、請求項15から17のいずれか一項に記載の導電性ポリマーコンポジットの使用。
- 導電性ポリマーコンポジットの全量に基づいて、0.01から50wt%の導電性カーボン粒子を含む架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)であり、前記導電性カーボン粒子が、前記架橋されたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−オキシ−4−イル−メタクリレート)中に均質に分散されている、導電性ポリマーコンポジット又は酸化された導電性ポリマーコンポジット。
- 前記カーボン粒子とカーボン粒子との平均距離が、1から100nm、好ましくは5から50nm、より好ましくは10から30nmである、請求項19に記載の酸化された又はされていない導電性ポリマーコンポジット。
- 前記粒子と粒子との距離の分散度が、0.75から1.25の範囲である、請求項19又は20に記載の酸化された又はされていない導電性ポリマーコンポジット。
- 3から7%の範囲の架橋割合を有することを特徴とする、請求項19から21のいずれか一項に記載の酸化された又はされていない導電性ポリマーコンポジット。
- 請求項1から14のいずれか一項に記載の方法によって得られた、請求項19から21のいずれか一項に記載の酸化された又はされていない導電性ポリマーコンポジット。
- 請求項19から23のいずれか一項に記載の酸化された又はされていない導電性ポリマーコンポジットを含む、正極。
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