JP2018508641A - フルオロポリマーフィルム - Google Patents

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Abstract

本発明は、少なくとも1種のフルオロポリマーハイブリッド有機/無機複合材料[ポリマー(FH)]を含むフルオロポリマーフィルム、前記フルオロポリマーフィルムの製造方法、および前記フルオロポリマーフィルムの様々な用途での、特には電気化学的用途での使用に関する。【選択図】なし

Description

本出願は、2014年12月22日に出願された欧州特許出願第14307146.2号に対する優先権を主張し、本出願の全内容は、あらゆる目的のために参照により組み込まれる。
本発明は、フルオロポリマーフィルム、前記フルオロポリマーフィルムの製造方法、および前記フルオロポリマーフィルムの様々な用途での、特には電気化学的用途での使用に関する。
高エネルギー密度を有するリチウムイオン電池などの電気化学デバイスを含むエネルギー貯蔵システムは、大型電気化学セルに対する高まる需要を満たすために、安全性の要件を一層満たす必要がある。
電気化学セルの安全性を確保するための最も決定的に重要な構成要素の1つはセパレータであり、その主たる機能は、電解質イオンがそれを通って流れることを可能にしながら、電気化学セルの正極と負極との間の物理的および電気的接触を防止することである。
基本的には、2つのタイプのセパレータ:好適な溶媒中の電解質の溶液がセパレータの空孔を満たしている、多孔質セパレータか、一般に、純固体高分子電解質(すなわち、固体溶媒として働くPEOおよびPPOのような、高分子量ポリエーテルホストに溶解した電解質)またはゲル化高分子電解質系のどちらかであり、ポリマーホストマトリックス内に安定なゲルを形成することができる液体可塑剤または溶媒と電解質とをポリマーマトリックス中へ組み込んでいる、非多孔質セパレータかのどちらかを使用することができる。
セパレータは、電解質および電極材料に対して化学的および電気化学的に安定でなければならず、また電池組立作業中に生じる高い張力に耐えるために機械的に強くなければならない。また、その構造および特性は、エネルギー密度、出力密度、サイクル寿命および安全性などの電池性能にかなりの影響を及ぼす。
高いエネルギー密度および出力密度のために、セパレータは、非常に薄く、かつ高度に多孔質である一方で、なお機械的に強いままであることが必要である。
電池の安全性のために、セパレータは、電極の物理的接触をもたらす、セパレータの寸法収縮または溶融を引き起こす熱暴走、および結果として生じる内部短絡が回避され得るように、過熱が起こるときに電池を遮断することができなければならない。
また、薄い厚さのセパレータが、高いエネルギー密度および出力密度に必要とされる。しかしながら、これは、それによりもたらされるセパレータの機械的強度および電池の安全性に悪影響を与える。
常に望まれている1つの具体的な課題は、高い充電/放電サイクル率での優れた性能を可能にする、向上したイオン伝導度を有するフィルムセパレータまたは膜セパレータを提供することである。特に、安全性が無機部分によって保証されるハイブリッド無機−有機系の場合、より高い性能の膜が強く望まれる。
そのため、電気化学デバイスにおいて、その動作中に卓越した熱機械的特性を維持しながら、セパレータとして好適に使用される、高いイオン伝導度を有する膜を製造する代替方法に対する当技術分野における必要性が依然として存在する。
今回、驚くべきことに、本発明の方法によってフルオロポリマーフィルムが容易に得られることが見出された。
本発明のフルオロポリマーフィルムは、好都合にも様々な用途において好適に使用するための極めて優れた機械的特性を示す。
第1の例においては、本発明は、フルオロポリマーフィルムの製造であって、前記方法が、
(i)
− 少なくとも1種のフッ素化モノマー[モノマー(F)]と、少なくとも1個のヒドロキシル基を含む少なくとも1種の含水素モノマー[モノマー(OH)]とに由来する繰り返し単位を含む少なくとも1種のフルオロポリマー[ポリマー(F)]、
− 式(I):
4−mAY (I)
(式中、mは、1〜3の整数であり、Aは、Si、TiおよびZrからなる群から選択される金属であり、Yは加水分解性基であり、かつXは酸、エステル、塩またはハロゲン化物の形態の少なくとも1個のスルホニル基を含む炭化水素基である)
の少なくとも1種の官能性金属化合物[官能性化合物(M1)]、
− 式(II):
X’4−m’A’Y’m’ (II)
(式中、m’は1〜4の、特定の実施形態によれば1〜3の整数であり、A’は、Si、TiおよびZrからなる群から選択される金属であり、Y’は加水分解性基であり、X’は炭化水素基である)
の少なくとも1種の非官能性金属化合物[非官能性化合物(M2)]、ならびに
− 液体媒体[媒体(L)]、
を含む組成物[組成物(C)]を準備する工程;
(ii)基材を準備する工程;
(iii)工程(i)で準備した組成物(C)を、スプレーコーティングによって工程(ii)で準備した基材の少なくとも1つの表面上に塗布することで被覆された基材を得る工程;ならびに
(iv)工程(iii)得た被覆された基材を乾燥させる工程
を含む方法に関する。
第2の例においては、本発明は、本発明の方法によって得られるフルオロポリマーフィルムに関する。
本発明の目的のためには、用語「フィルム」は、その通常の意味に従って定義され、その長さまたはその幅のいずれかよりも薄い厚さを有する1枚の材料を示すことが意図されている。
ポリマー(F)は典型的には、乳化重合または懸濁重合によって得られる。
ポリマー(F)は典型的には、少なくとも1つのモノマー(F)と少なくとも1つのモノマー(OH)との重合によって得られる。
ポリマー(F)は、モノマー(OH)とは異なる少なくとも1つの含水素モノマー[モノマー(H)]に由来する繰り返し単位を更に含んでもよい。
ポリマー(F)が、モノマー(OH)とは異なる少なくとも1つの含水素モノマー[モノマー(H)]に由来する繰り返し単位を更に含む場合、それは典型的には、少なくとも1つのモノマー(F)と、少なくとも1つのモノマー(OH)と、前記モノマー(OH)とは異なる少なくとも1つのモノマー(H)との重合によって得られる。
用語「フッ素化モノマー[モノマー(F)]」とは、少なくとも1個のフッ素原子を含むエチレン系不飽和モノマーを意味することを本明細書では意図する。
用語「含水素モノマー[モノマー(H)]」とは、少なくとも1個の水素原子を含み、フッ素原子を含まないエチレン系不飽和モノマーを意味することを本明細書では意図する。
用語「少なくとも1種のフッ素化モノマー」は、ポリマー(F)が1種もしくは2種以上のフッ素化モノマーに由来する繰り返し単位を含んでいてもよいことを意味すると理解される。下記において、表現「フッ素化モノマー」は、本発明の目的のためには、複数形および単数形の両方で理解される、すなわち、それらが、上に定義されたような1種または2種以上のフッ素化モノマーの両方を意味すると理解される。
用語「少なくとも1種の含水素モノマー」は、ポリマー(F)が1種もしくは2種以上の含水素モノマーに由来する繰り返し単位を含んでいてもよいことを意味すると理解される。下記において、表現「含水素モノマー」は、本発明の目的のためには、複数形および単数形の両方で理解される、すなわち、それらが、上で定義したような1種または2種以上の含水素モノマーの両方を意味すると理解される。
ポリマー(F)は、好ましくは少なくとも0.01モル%、より好ましくは少なくとも0.05モル%、更により好ましくは少なくとも0.1モル%の、上に定義されたような少なくとも1つのモノマー(OH)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(F)は、好ましくは最大でも20モル%、より好ましくは最大でも15モル%、更により好ましくは最大でも10モル%、最も好ましくは最大でも3モル%の、上に定義されたような少なくとも1つのモノマー(OH)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(F)中のモノマー(OH)繰り返し単位の平均モル百分率の測定は、任意の好適な方法によって行うことができる。例えばアクリル酸含有量の測定に好適である、酸−塩基滴定法を、側鎖に脂肪族水素原子を含むモノマー(OH)の定量化に適している、NMR法を、ポリマー(F)製造中に供給された全モノマー(OH)および未反応の残存モノマー(OH)に基づく重量バランスを特に挙げることができる。
モノマー(OH)は典型的には、式(III)の(メタ)アクリルモノマーおよび式(IV)のビニルエーテルモノマー:
(式中、R、RおよびRのそれぞれは互いに同じまたは異なり、独立して水素原子またはC〜C炭化水素基であり、Rは少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素部分である)
からなる群から選択される。
モノマー(OH)は好ましくは、上に定義されたような式(III)のものである。
モノマー(OH)はより好ましくは、式(III−A):
(式中、R’、R’およびR’は水素原子であり、R’は、少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素部分である)
のものである。
モノマー(OH)の非限定的な例としては、特に、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチルヘキシル(メタ)アクリレートが挙げられる。
モノマー(OH)は更により好ましくは、次のもの:
− 下記式のヒドロキシエチルアクリレート(HEA)
− 下記式のいずれかの2−ヒドロキシプロピルアクリレート(HPA)
− およびそれらの混合物
から選択される。
ポリマー(F)は、非晶質であっても半結晶性であってもよい。
用語「非晶質」は、ASTM D−3418−08に従って測定されるように、5J/g未満の、好ましくは3J/g未満の、より好ましくは2J/g未満の融解熱を有するポリマー(F)を意味することを本明細書では意図する。
用語「半結晶性」は、ASTM D3418−08に従って測定されるように、10〜90J/gの、好ましくは30〜60J/gの、より好ましくは35〜55J/gの融解熱を有するポリマー(F)を意味することを本明細書では意図する。
ポリマー(F)は好ましくは半結晶性である。
好適なモノマー(F)の非限定的な例としては、特には、
− テトラフルオロエチレンおよびヘキサフルオロプロピレンなどの、C〜Cパーフルオロオレフィン;
− フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、1,2−ジフルオロエチレンおよびトリフルオロエチレンなどの、C〜C水素化フルオロオレフィン;
− 式CH=CH−Rf0(式中、Rf0は、C〜Cパーフルオロアルキルである)のパーフルオロアルキルエチレン;
− クロロトリフルオロエチレンなどの、クロロ−および/またはブロモ−および/またはヨード−C〜Cフルオロオレフィン;
− 式CF=CFORf1(式中、Rf1は、C〜Cフルオロ−またはパーフルオロアルキル、例えば、CF、C、Cである)の(パー)フルオロアルキルビニルエーテル;
− CF=CFOX(パー)フルオロ−オキシアルキルビニルエーテル(式中、Xは、C〜C12アルキル基、C〜C12オキシアルキル基または、パーフルオロ−2−プロポキシ−プロピル基などの、1個もしくは複数のエーテル基を有するC〜C12(パー)フルオロオキシアルキル基である);
− 式CF=CFOCFORf2(式中、Rf2は、C〜Cフルオロ−またはパーフルオロアルキル基、例えば、CF、C、C、または−C−O−CFなどの、1個もしくは複数のエーテル基を有するC〜C(パー)フルオロオキシアルキル基である)の(パー)フルオロアルキルビニルエーテル;
− 式CF=CFOY(式中、Yは、C〜C12アルキル基もしくは(パー)フルオロアルキル基、C〜C12オキシアルキル基、または1個もしくは複数のエーテル基を有するC〜C12(パー)フルオロオキシアルキル基であり、Yは、その酸、酸ハライドまたは塩形態での、カルボン酸またはスルホン酸基を含む)の官能性(パー)フルオロ−オキシアルキルビニルエーテル;
−フルオロジオキソール、好ましくはパーフルオロジオキソール
が挙げられる。
好適なモノマー(H)の非限定的な例としては、特には、エチレン、プロピレンおよびイソブチレン、ならびにスチレンおよびp−メチルスチレンなどのスチレンモノマーが挙げられる。
ポリマー(F)は、好ましくは25モル%超、好ましくは30モル%超の、少なくとも1つのモノマー(F)に由来する繰り返し単位を含む。
モノマー(F)は、1つまたは複数の他のハロゲン原子(Cl、Br、I)を更に含むことができる。
モノマー(F)が水素原子を含まない場合、それはパー(ハロ)フルオロモノマーと称される。
モノマー(F)が少なくとも1個の水素原子を含む場合、それは水素含有フッ素化モノマーと称される。
モノマー(F)が、例えばフッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン、フッ化ビニルなどの、水素含有フッ素化モノマーである場合、ポリマー(F)は、前記水素含有フッ素化モノマーと上に定義されたような少なくとも1つのモノマー(OH)とに由来する繰り返し単位を含むポリマーであるか、それは、前記水素含有フッ素化モノマーと、上に定義されたような少なくとも1つのモノマー(OH)と少なくとも1つの他のモノマーとに由来する繰り返し単位を含むポリマーであるかのどちらかである。
モノマー(F)が、例えばテトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテルなどの、パー(ハロ)フルオロモノマーである場合、ポリマー(F)は、前記パー(ハロ)フルオロモノマーと、上に定義されたような少なくとも1つのモノマー(OH)と、モノマー(OH)とは異なる少なくとも1つのモノマー(H)とに由来する繰り返し単位を含むポリマーである。
好ましいポリマー(F)は、1つまたは複数の骨格鎖を含むものであり、前記骨格鎖は、フッ化ビニリデン(VDF)、テトラフルオロエチレン(TFE)およびクロロトリフルオロエチレン(CTFE)からなる群から選択される少なくとも1つのモノマー(F)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(F)は、典型的には、
− フッ化ビニリデン(VDF)、
− 上で定義した少なくとも1種のモノマー(OH)、および
− 任意選択的な、VDFとは異なる少なくとも1種のモノマー(F)、
に由来の繰り返し単位を含むポリマー(F−1)からなる群から選択される。
ポリマー(F)は好ましくは、
− フッ化ビニリデン(VDF)、
− 上で定義した式(III)の少なくとも1種のモノマー(OH)、および
− 任意選択的な、VDFとは異なる少なくとも1種のモノマー(F)、
に由来の繰り返し単位を含むポリマー(F−1)からなる群から選択される。
ポリマー(F−1)は、より好ましくは、
(a)少なくとも60モル%、好ましくは少なくとも75モル%、より好ましくは少なくとも85モル%のフッ化ビニリデン(VDF)と;
(b)任意選択的な、0.1モル%〜15モル%、好ましくは0.1モル%〜12モル%、より好ましくは0.1モル%〜10モル%の、フッ化ビニル(VF)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、テトラフルオロエチレン(TFE)、トリフルオロエチレン(TrFE)、パーフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)から選択される少なくとも1つのモノマー(F)と;
(c)0.01モル%〜20モル%、好ましくは0.05モル%〜18モル%、より好ましくは0.1モル%〜10モル%、更に好ましくは0.3モル%〜3モル%の、上で定義した式(III)の少なくとも1つのモノマー(OH)と
を含む。
本発明の方法の工程(i)の際、組成物(C)は、典型的には前記少なくとも1種のポリマー(F)および媒体(L)の総重量基準で2重量%〜30重量%、好ましくは5重量%〜15重量%に含まれる量で少なくとも1種のポリマー(F)を含有する。
本発明の方法の工程(ii)における基材の選択は特には限定されず、前記基材の材料に応じて、本発明の方法によって得られるフルオロポリマーフィルムが工程(iv)で得られた被覆された基材から剥離されることで自立フルオロポリマーフィルムが供給されてもよいし、フルオロポリマーフィルムが前記基材の少なくとも1つの表面上に支持されている、工程(iv)で得られた被覆された基材の形態で単一の集合体として供給されてもよいことが理解される。
本発明の方法の工程(ii)で準備される基材は、単一の層を含む単層基材であってもよいし、複数の層を含む多層基材であってもよく、前記層は独立に多孔質層または非多孔質層のいずれかである。
本発明の第1の実施形態によれば、本発明の方法によって得られるフルオロポリマーフィルムは、自立性のフルオロポリマーフィルムの形態で提供される。
本発明のこの第1の実施形態のフルオロポリマーフィルムの製造方法は、典型的には、
(v)工程(iv)で得られた被覆された基材からフルオロポリマーフィルムを剥離する工程、
を更に含む。
本発明のこの第1の実施形態の方法の工程(ii)において準備される基材は、典型的には、
− 組成物の総重量基準で70重量%〜99.9重量%、好ましくは90重量%〜99重量%の、テトラフルオロエチレン(TFE)およびクロロトリフルオロエチレン(CTFE)からなる群から選択される少なくとも1種のパー(ハロ)フルオロモノマーと、エチレン、プロピレン、およびイソブチレンから選択される少なくとも1種のモノマー(H)と、任意選択的なまたはより追加的なモノマー(TFEおよび/またはCTFEならびに前記モノマー(H)の総重量基準で典型的には0.01モル%〜30モル%の量)とに由来の繰り返し単位を含むポリマー(F−2)からなる群から選択される少なくとも1種のポリマー(F)、ならびに
− 組成物の総重量基準で0.1重量%〜30重量%、好ましくは1重量%〜10重量%のマイカ
を含有する組成物を含み、好ましくはこれらからなる。
上に定義されたようなポリマー(F−2)において、パー(ハロ)フルオロモノマー/モノマー(H)のモル比は典型的には、30:70〜70:30のものである。上に定義されたようなポリマー(F−2)において、モノマー(H)は好ましくは、他のモノマー(H)と任意選択により組み合わせて、エチレンである。
パー(ハロ)フルオロモノマーが主としてクロロトリフルオロエチレン(CTFE)であるポリマー(F−2)は、本明細書では以下ECTFEコポリマーと特定されるであろうし;パー(ハロ)フルオロモノマーが主としてテトラフルオロエチレン(TFE)であるポリマー(F−2)は、本明細書では以下ETFEコポリマーと特定されるであろう。
ポリマー(F−2)は、好ましくは、
(a’)35モル%〜65モル%、好ましくは45モル%〜55モル%、より好ましくは48モル%〜52モル%の、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)およびテトラフルオロエチレン(TFE)からなる群から選択される少なくとも1種のパー(ハロ)フルオロモノマーと;
(b’)35モル%〜65モル%、好ましくは45モル%〜55モル%、より好ましくは48モル%〜52モル%のエチレン(E)と
を含む。
ポリマー(F−2)の中では、ECTFEポリマーが好ましい。
本発明のこの第1の実施形態の方法の工程(ii)で準備される基材の組成物中での使用に好適なポリマー(F−2)の非限定的な例は、典型的には少なくとも180℃、好ましくは少なくとも200℃の融点を有する。
融点は、ASTM D3418に従って、加熱速度10℃/分の示差走査熱量測定(DSC)によって決定される。
そのような基材を使用することで、本発明のこの第1の実施形態の方法によって得られるフルオロポリマーフィルムが、その表面が有利には均一で欠陥がないままでありながらも、有利には前記基材の少なくとも1つの表面から容易に剥離できることが見出された。
本発明の第2の実施形態によれば、本発明の方法によって得られるフルオロポリマーフィルムは、フルオロポリマーフィルムが前記基材の少なくとも1つの表面上に支持されている、被覆された基材の形態で供給される。
本発明のこの第2の実施形態の方法の工程(ii)で準備される基材は、電池、特には二次電池、好ましくはリチウムイオン電池などの電気化学デバイス用の、セパレータまたは電極のいずれかであってもよく、正極または負極のいずれであってもよい。
本発明のこの第2の実施形態の方法の工程(ii)で準備される基材が電気化学デバイス用のセパレータの場合、これは典型的には多孔質ポリオレフィンからなる。
本発明のフルオロポリマーフィルムは、有利には少なくとも1種のフルオロポリマーハイブリッド有機/無機複合材料[ポリマー(FH)]を含む。
本発明のフルオロポリマーフィルムは、典型的には少なくとも1種のポリマー(FH)からなる。
本発明の方法の工程(iii)の際、ポリマー(F)と、式(I)の官能性化合物(M1)と、式(II)の非官能性化合物(M2)とが、典型的には20℃〜100℃に含まれる温度で有利には反応させられる。20℃〜90℃、好ましくは20℃〜50℃の温度が好ましいであろう。当業者は、媒体(L)の沸点に応じて温度を適切に選択するであろう。
本発明の方法の工程(iii)の際、グラフト化フルオロポリマー[ポリマー(FG)]は、典型的には少なくとも1種のポリマー(F)のモノマー(OH)のヒドロキシル基の少なくとも一部を、官能性化合物(M1)の少なくとも一部および非官能性化合物(M2)の少なくとも一部と反応させることによって得られ、前記ポリマー(FG)は、
− 少なくとも1種のフッ素化モノマー[モノマー(F)]および少なくとも1種の含水素モノマー[モノマー(H)]に由来の繰り返し単位を含むフッ素化主鎖と、
− 式−O−AYm−14−m(I−M1)(式中、m、Y、A、およびXは上に定義されたものと同じ意味を有する)の末端基を含む少なくとも1つのペンダント側鎖と、
− 式−O−A’Y’m’−1X’4−m’(II−M2)(式中、m’、Y’、A’、およびX’は上に定義されたものと同じ意味を有する)の末端基を含む少なくとも1つのペンダント側鎖と、
を含む。
ポリマー(FG)は、典型的には、
− 少なくとも1種のフッ素化モノマー[モノマー(F)]および少なくとも1種の含水素モノマー[モノマー(H)]に由来する繰り返し単位を含むフッ素化主鎖と、
− 式−O−AYm−14−m(I−M1)(式中、m、Y、A、およびXは上に定義されたものと同じ意味を有する)の末端基を含む少なくとも1つのペンダント側鎖と、
− 式−O−A’Y’m’−1X’4−m’(II−M2)(式中、m’、Y’、A’、およびX’は上に定義されたものと同じ意味を有する)の末端基を含む少なくとも1つのペンダント側鎖と、
を含み、
式−O−A’Y’m’−1X’4−m’(II−M2)の末端基に対する式−O−AYm−14−m(I−M1)の末端基のモル比は好ましくは最大2.0、より好ましくは最大1.5、更に好ましくは1.0である。
ポリマー(FG)は、典型的には、
− 少なくとも1種のフッ素化モノマー[モノマー(F)]および少なくとも1種の含水素モノマー[モノマー(H)]に由来する繰り返し単位を含むフッ素化主鎖と、
− 式−O−AYm−14−m(I−M1)(式中、m、Y、A、およびXは上に定義されたものと同じ意味を有する)の末端基を含む少なくとも1つのペンダント側鎖;および
− 式−O−A’Y’m’−1X’4−m’(II−M2)(式中、m’、Y’、A’、およびX’は上に定義されたものと同じ意味を有する)の末端基を含む少なくとも1つのペンダント側鎖
を含み、
式−O−A’Y’m’−1X’4−m’(II−M2)の末端基に対する式−O−AYm−14−m(I−M1)の末端基のモル比は好ましくは少なくとも0.01、より好ましくは少なくとも0.2、更に好ましくは少なくとも0.5である。
ポリマー(FG)のフッ素化主鎖は、典型的にはフッ化ビニリデン(VDF)と、少なくとも1種のモノマー(H)と、任意選択的なVDFとは異なる少なくとも1種のモノマー(F)とに由来の繰り返し単位を含む。
本発明の方法の工程(iii)の際、ポリマー(FH)は典型的にはポリマー(FG)の加水分解および/または縮合によって得られる。本発明の方法の工程(iii)の際、ポリマー(FH)は典型的には、ポリマー(FG)の式−O−AYm−14−m(I−M1)の末端基および式−O−A’Y’m’−1X’4−m’(II−M2)の末端基の加水分解および/または縮合によって得られる。
本発明の方法の工程(iii)の際、加水分解および/または縮合は、通常室温でまたは100℃よりも低い温度で加熱時に行われる。温度は、媒体(L)の沸点を考慮して選択されるであろう。20℃〜90℃、好ましくは20℃〜50℃の温度が好ましいであろう。
ポリマー(FH)は、典型的には、少なくとも1種のポリマー(FG)によって得られる鎖からなる1種以上のフルオロポリマードメインと、少なくとも1種の官能性化合物(M1)および少なくとも1種の非官能性化合物(M2)によって得られる残基からなる1種以上の無機ドメインと、を含み、好ましくはこれらからなる。
加水分解および/または縮合反応は本発明の方法の工程(iii)中に開始されてもよいが、前記反応は前記方法の工程(iv)中も続行されてもよいことが理解される。これは当業者に認識されるであろうことには、加水分解および/または縮合は通常、官能性化合物(M1)および非官能性化合物(M2)の性質に応じて、特には水またはアルコールであり得る低分子量副生成物を生成する。
これが本発明の範囲を限定することはないが、出願人は、ポリマー(FG)の式−O−AYm−14−m(I−M1)の末端基のそのエステルまたはハロゲン化物の形態の少なくとも1つのスルホニル基が有利には加水分解によって酸または塩の形態のスルホニル基へと変換されると考えている。
本発明の方法の工程(iii)の際、酸触媒が組成物(C)に更に添加されてもよい。
酸触媒の選択は特に限定されない。酸触媒は、存在する場合には、典型的には有機酸および無機酸からなる群から選択される。酸触媒は、存在する場合には、好ましくは例えばギ酸などの有機酸からなる群から選択される。
本発明の方法の工程(iii)の際、組成物(C)は、スプレーコーティングによって、典型的にはエアブラシを使用して、基材の少なくとも1つの面に塗布される。
本発明の目的のためには、用語「エアブラシ」は、噴霧のプロセスにより液体組成物をスプレーするために適切な任意の空気式の装置を指すことが意図されている。
本発明の方法の工程(iii)の際、組成物(C)は、典型的には、
(1)組成物(C)をエアブラシのノズルを通して運ぶこと;および
(2)組成物(C)を基材の少なくとも1つの面にスプレーすることで被覆された基材を得ること
を含む方法によるスプレーコーティングによって基材の少なくとも1つの面に塗布される。
当業者であれば、エアブラシの形状に応じて基材とエアブラシのノズルとの間の適切な距離を選択するであろう。
本発明の方法の工程(iv)の際、工程(iii)で得られた被覆された基材は、典型的には60℃〜200℃に含まれる温度で、好ましくは70℃〜130℃に含まれる温度で乾燥される。
乾燥は、大気圧下または真空下のいずれかで行うことができる。あるいは、乾燥は、手が加えられた雰囲気下で、例えば、典型的には特には水分が除かれた(0.001%v/v未満の水蒸気含量)不活性ガス下で行うことができる。
乾燥温度は、本発明のフルオロポリマーフィルムから媒体(L)が蒸発によって効果的に除去されるように選択されるであろう。
乾燥条件の下では、官能性化合物(M1)および非官能性化合物(M2)の性質に応じて特には水もしくはアルコールであってよい加水分解および/または縮合によって生成する低分子量副生成物は、フルオロポリマーフィルムから少なくとも部分的に除去されるが、これは更に場合により加熱および副生成物の除去、追加的な加水分解、ならびに/または縮合を組み合わせた作用によって促進されることも理解される。
本発明の方法のある実施形態によれば、本発明の方法の工程(iv)の際、工程(iii)で得られる被覆された基材は、乾燥されてから硬化される。硬化は、行われる場合には、典型的には100℃〜250℃、好ましくは120℃〜200℃に含まれる温度で行われる。
本発明のフルオロポリマーフィルムは有利には多孔質である。
本発明の目的のためには、用語「多孔質」は、有限寸法の複数の隙間、細孔、または穴を含むフィルムまたは層のいずれかを指すことが意図されている。
本発明のフルオロポリマーフィルムは、有利には、フルオロポリマーフィルムの総体積基準で、10体積%〜90体積%、好ましくは30体積%〜70体積%の空隙率を有する。
本発明のフルオロポリマーフィルムの空隙率は、任意の適切な手段によって測定することができる。
本発明のフルオロポリマーフィルムは、有利には2μm〜250μm、好ましくは10μm〜150μm、より好ましくは20μm〜50μmに含まれる厚さを有する。
本発明のフルオロポリマーフィルムの厚さは、任意の適切な手段によって測定することができる。
第3の例においては、本発明は、本発明のフルオロポリマーフィルムの、電気化学デバイス用のセパレータとしての使用に関する。
本発明のセパレータは、好都合にも電気化学デバイス中での使用に適した極めて優れたイオン伝導度の値を示すことが見出された。
第4の例においては、本発明は、本発明のセパレータを含む電気化学デバイスに関する。
好適な電気化学デバイスの非限定的な例としては、特には、二次電池、燃料電池、キャパシタ、およびスーパーキャパシタなどの電池が挙げられる。
更に、第5の例においては、本発明は、
− 正極、
− 負極、および
− 前記正極と前記負極との間の本発明のセパレータ、
を含む二次電池に関する。
本発明の目的のためには、用語「二次電池」は、その再充電のために外部電源を必要とする充電式電池を指すことが意図されている。
本発明の目的のためには、用語「セパレータ」は、電解質の電解質イオンがここを通って流れることを可能にしながらも、電気化学セルの負極から正極を物理的および電気的に分離することができるフィルムを指すことが意図されている。
電気化学デバイスは、典型的には少なくとも1種の金属塩を含む少なくとも1種の電解質溶液を更に含む。
金属塩は典型的には、MeI、Me(PF、Me(BF、Me(ClO、Me(ビス(オキサラト)ボレート)(「Me(BOB)」)、MeCFSO、Me[N(CFSO、Me[N(CSO、Me[N(CFSO)(RSO)]であってRがC、C、CFOCFCFのもの、Me(AsF、Me[C(CFSO、Me(ここで、Meは金属、好ましくは遷移金属、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、より好ましくはMeはLi、Na、K、Csであり、nは前記金属の原子価であり、典型的にはnは1または2である)からなる群から選択される。
金属塩は好ましくは、LiI、LiPF、LiBF、LiClO、リチウムビス(オキサラト)ボレート(「LiBOB」)、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、M[N(CFSO)(RSO)]であってRがC、C、CFOCFCFのもの、LiAsF、LiC(CFSO、Liおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される。
電解質溶液は典型的には、有利には少なくとも0.01M、好ましくは少なくとも0.025M、より好ましくは少なくとも0.05Mであり、最大で1M、好ましくは最大で0.75M、より好ましくは最大で0.5Mの濃度で少なくとも1種の金属塩を含有する。
電解質溶液は、典型的には少なくとも1種の有機カーボネートおよび/または少なくとも1種のイオン性液体に溶解した少なくとも1種の金属塩を含有する。
好適な有機カーボネートの非限定的な例としては、特に、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの混合物、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチル−メチルカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、フルオロプロピレンカーボネートおよびこれらの混合物が挙げられる。
本発明の二次電池の正極と負極のそれぞれは、典型的には少なくとも1種の電気活性化合物を含む。
本発明の目的のためには、用語「電気活性化合物」は、電気化学デバイス中の電極の作動時に還元−酸化の電気化学反応を受けることができる化合物を指すことが意図されている。
電極の電気活性化合物の特性は、それによって与えられる電極が正極か負極であるか次第である。
本発明の二次電池は典型的にはアルカリ二次電池またはアルカリ土類二次電池のいずれかである。
本発明の二次電池は、好ましくはリチウムイオン電池である。
リチウムイオン電池用の正極の形成に好適な電気活性化合物は、式LiMQ(式中、Mは、Co、Ni、Fe、Mn、CrおよびVなどの遷移金属から選択される少なくとも1つの金属であり、QはOまたはSなどのカルコゲンである)の複合金属カルコゲニドを含んでいてもよい。これらの中でも、式LiMO(式中、Mは上で定義したものと同じである)のリチウム系複合金属酸化物を使用することが好ましい。その好ましい例には、LiCoO、LiNiO、LiNiCo1−x(0<x<1)およびスピネル構造LiMnが含まれ得る。
代案として、リチウムイオン電池用の正極を形成する場合更に、電気活性化合物は、リチウム化または部分的にリチウム化した式M(JO1−f(式中、Mはリチウムであり、M金属の20%未満に相当する別のアルカリ金属によって部分的に置換されてもよく、MはFe、Mn、Niまたはそれらの混合物から選択される+2の酸化レベルの遷移金属であり、0を含めてM金属の35%未満に相当する、+1〜+5の酸化レベルの1つまたは複数の更に別の金属によって部分的に置換されてもよく、JOは任意のオキシアニオンであり、JはP、S、V、Si、Nb、Moまたはそれらの組合せのいずれかであり、Eはフルオリド、ヒドロキシドまたはクロリドアニオンであり、fは、通常0.75〜1の間に含まれるJOオキシアニオンのモル分率である)の遷移金属オキシアニオン系の電気活性材料を含んでいてもよい。
上で定義したM(JO1−f電気活性材料は好ましくはホスフェート系であり、規則正しいまたは変性されたカンラン石構造を有してもよい。
より好ましくは、電気活性化合物は、式Li3−xM’M’’2−y(JO(式中、0≦x≦3、0≦y≦2、M’およびM’’は同一または異なった金属であり、それらの少なくとも1つが遷移金属であり、JOは好ましくは、別のオキシアニオンで部分的に置換されてもよいPOであり、JはS、V、Si、Nb、Moまたはそれらの組み合わせのいずれかである)を有する。更に好ましくは、電気活性化合物は、式Li(FeMn1−x)PO(式中、0≦x≦1、xは好ましくは1である(すなわち、式LiFePOのリチウム鉄ホスフェートである))のホスフェート系の電気活性材料である。
アルカリ二次電池またはアルカリ土類二次電池の代表的な負極材料としては、
− 少なくとも1つのアルカリまたはアルカリ土類金属のホストとして機能する粉末、フレーク、繊維または球体(例えば、メソカーボンマイクロビード)などの形態で典型的に存在している、アルカリまたはアルカリ土類金属を挿入することができる黒鉛状炭素;
− アルカリまたはアルカリ土類金属;
− ケイ素ベースの合金、ゲルマニウムベースの合金などの、アルカリまたはアルカリ土類金属合金組成物;
−有利にはアルカリまたはアルカリ土類金属を誘起歪が全くなしに挿入するのに好適な、アルカリまたはアルカリ土類金属チタネート;
が挙げられる。
リチウムイオン電池の負極の形成に好適な電気活性化合物は、好ましくは、
− リチウムのホストとして機能する粉末、フレーク、繊維または球体(例えば、メソカーボンマイクロビーズ)などの形態で典型的には存在している、リチウムを挿入することができる黒鉛状炭素;
− リチウム金属;
− 特には米国特許第6,203,944号明細書(3M INNOVATIVE PROPERTIES CO.)2001年3月20日および/または国際公開第00/03444号パンフレット(MINNESOTA MINING AND MANUFACTURING CO.)2000年1月20日
に記載されているものなどの、リチウム合金組成物;
− 一般に式LiTi12によって表される、リチウムチタネート(これらの化合物は一般に、可動イオン、すなわち、Liを引き取る時に低レベルの物理的膨脹を有する、「ゼロ歪」挿入材料と考えられる);
− 高いLi/Si比のケイ化リチウムとして一般に知られる、リチウム−ケイ素合金、特に式Li4.4Siのケイ化リチウム;または
− 式Li4.4Geの結晶相を含む、リチウム−ゲルマニウム合金;
を含んでいてもよい。
負極は、当業者によく知られているであろう添加剤を含むことができる。それらの中でも、特に、カーボンブラック、グラフェンまたはカーボンナノチューブを挙げることができる。当業者に認識されるであろうように、負極は、箔、板、棒状体、ペーストなどの任意の好都合な形態で、または導電性集電体もしくは他の好適な支持体上に負極材料の塗膜を形成することによって作製された複合体として存在してもよい。
上に定義されたような式(I)の官能性化合物(M1)の加水分解性基Yの選択は、それが適切な条件下で−O−A≡結合の形成を可能にする限り特に限定されない。加水分解性基Yは典型的には、ハロゲン原子、好ましくは塩素原子、ヒドロカルボキシ基、アシルオキシ基およびヒドロキシル基からなる群から選択される。
官能性化合物(M1)は好ましくは、式(I−A):
4−mA(Y (I−A)
(式中、mは1〜3の整数であり;AはSi、Ti、およびZrからなる群から選択される金属であり;Rは互いにおよび各存在において同じまたは異なり、少なくとも1つの−SOM官能基を含むC1〜12炭化水素基であって、MはF、Cl、BrおよびIなどのハロゲン原子および−O基からなる群から選択され、TはH、NH 、K、Li、およびNaからなる群から選択され;Yは互いにおよび各存在において同じまたは異なり、ハロゲン原子、好ましくは塩素原子と−OR基とからなる群から選択され、RはC〜Cの直鎖または分岐のアルキル基であり、好ましくはRはメチル基またはエチル基である)
である。
官能性化合物(M1)は好ましくは、式(I−B):
P−RA’−A(Y (I−B)
(式中、AはSi、Ti、およびZrからなる群から選択される金属であり;RA’は互いにおよび各存在において同じまたは異なり、直鎖または分岐のC1〜12脂肪族炭化水素基であり;Pは少なくとも1つの−SOM官能基を含むC〜C14芳香族炭化水素基であって、MはF、Cl、BrおよびIなどのハロゲン原子および−O基からなる群から選択され、TはH、NH 、K、Li、およびNaからなる群から選択され;Yは互いにおよび各存在において同じまたは異なり、ハロゲン原子、好ましくは塩素原子と−ORB’基とからなる群から選択され、RB’はC〜Cの直鎖または分岐のアルキル基であり、好ましくはRB’はメチル基またはエチル基である)
である。
式(I)の好適な官能性化合物(M1)の非限定的な例としては、2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリメトキシシランおよび2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリクロロシランが挙げられる。
本発明の目的のためには、用語「非官能性化合物(M2)」は、その中のいずれの炭化水素基X’も1つも官能基を含まない、上で定義したような式(II)の化合物(M2)を指すことが意図されている。
上に定義されたような式(II)の非官能性化合物(M2)の加水分解性基Y’の選択は、それが適切な条件下で−O−A≡結合の形成を可能にする限り特に限定されない。加水分解性基Y’は典型的には、好ましくは塩素原子であるハロゲン原子、ヒドロカルボキシ基、アシルオキシ基およびヒドロキシル基からなる群から選択される。
非官能性化合物(M2)は好ましくは、式(II−A):
4−m’A(ORm’ (II−A)
(式中、m’は、1〜4、および特定の実施形態によれば1〜3の整数であり、Aは、Si、TiおよびZrからなる群から選択される金属であり、RおよびRは、互いにおよび各存在において互いに同じまたは異なり、C1〜18炭化水素基から独立して選択される)
である。
非官能性化合物(M2)の例は、特には、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラメチルチタネート、テトラエチルチタネート、テトラ−n−プロピルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、テトラ−イソブチルチタネート、テトラ−tert−ブチルチタネート、テトラ−n−ペンチルチタネート、テトラ−n−ヘキシルチタネート、テトライソオクチルチタネート、テトラ−n−ラウリルチタネート、テトラエチルジルコネート、テトラ−n−プロピルジルコネート、テトライソプロピルジルコネート、テトラ−n−ブチルジルコネート、テトラ−sec−ブチルジルコネート、テトラ−tert−ブチルジルコネート、テトラ−n−ペンチルジルコネート、テトラ−tert−ペンチルジルコネート、テトラ−tert−ヘキシルジルコネート、テトラ−n−ヘプチルジルコネート、テトラ−n−オクチルジルコネート、テトラ−n−ステアリルジルコネートである。
1種以上の非官能性化合物(M2)と1種以上の官能性化合物(M2)との混合物が本発明の方法で使用されてもよい。
上で定義した式(II)の化合物(M2)が少なくとも1つの官能基を追加的に含む少なくとも1つの炭化水素基X’を含む場合、これは官能性化合物(M2)と表される。化合物(M2)が官能性化合物(M2)である場合、前記官能性化合物(M2)は官能性化合物(M1)とは異なる。化合物(M2)が官能性化合物(M2)である場合、前記官能性化合物(M2)は、酸、エステル、塩、またはハロゲン化物の形態のスルホニル基とは異なる少なくとも1つの官能基を含む少なくとも1つの炭化水素基X’を含む。
官能性化合物(M2)は有利には、未修飾のポリマー(F)および未修飾の無機相と比べてポリマー(FG)の化学および特性を更に修飾することができる。
官能性化合物(M2)は好ましくは、式(II−B):
C’ 4−m’A(ORD’m’ (II−B)
(式中、m’は、1〜4、および、および特定の実施形態によれば1〜3の整数であり、Aは、Si、TiおよびZrからなる群から選択される金属であり、RC’およびRD’は互いにおよび各存在において同じまたは異なり、独立にC〜C18炭化水素基から選択され、RC’は、酸、エステル、塩、またはハロゲン化物の形態のスルホニル基とは異なる少なくとも1種の官能基を任意選択的には含んでいてもよい)
のものである。
官能性化合物(M2)のために適切な官能基の非限定的な例としては、特にはエポキシ基、カルボン酸基(その酸、エステル、アミド、無水物、塩、またハロゲン化物の形態)、ヒドロキシル基、リン酸基(その酸、エステル、塩、またはハロゲン化物の形態)、チオール基、アミン基、四級アンモニウム基、エチレン性不飽和基(ビニル基等)、シアノ基、尿素基、オルガノシラン基、芳香族基が挙げられる。
化合物(M2)が官能性化合物(M2)である場合、それはより好ましくは、式(II−C):
C’’ 4−m”A(ORD’’m” (II−C)
(式中、m”は、1〜3の整数であり、Aは、Si、TiおよびZrからなる群から選択される金属であり、RC”は互いにおよび各存在において同じまたは異なり、酸、エステル、塩、またはハロゲン化物の形態のスルホニル基とは異なる少なくとも1つの官能基を含むC〜C12炭化水素基であり、RD”は互いにおよび各存在において同じまたは異なり、C〜Cの直鎖もしくは分岐アルキル基であり、好ましくはRD”は、メチルもしくはエチル基である)
のものである。
官能性化合物(M2)の例は、特には、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、式CH=CHSi(OCOCHのビニルトリスメトキシエトキシシラン、式:
の2−(3,4−エポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン)、式:
のグリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、式:
のグリシドキシプロピルトリメトキシシラン、式:
のメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、式:
のアミノエチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、式:
NCNHCSi(OCH
のアミノエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、3−クロロイソブチルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、n−(3−アクリロキシ−2−ヒドロキシプロピル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、(3−アクリロキシプロピル)ジメチルメトキシシラン、(3−アクリロキシプロピル)メチルジクロロシラン、(3−アクリロキシプロピル)メチルジメトキシシラン、3−(n−アリルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、カルボキシエチルシラントリオールおよびそのナトリウム塩、式:
のトリエトキシシリルプロピルマレアミド酸、N−(トリメトキシシリルプロピル)エチレン−ジアミン三酢酸およびそのナトリウム塩、式:
の3−(トリエトキシシリル)プロピルコハク酸無水物、式HC−C(O)NH−CHCHCH−Si(OCHのアセトアミドプロピルトリメトキシシラン、式Ti(L)(OR)(式中、Lはアミン置換アルコキシ基、例えばOCHCHNHであり、Rはアルキル基であり、xおよびyはx+y=4であるような整数である)のアルカノールアミンチタネートである。
組成物(C)中の非官能性化合物(M2)に対する官能性化合物(M1)のモル比は、好ましくは最大2.0、より好ましくは最大1.5、更に好ましくは最大1.0である。
組成物(C)中の非官能性化合物(M2)に対する官能性化合物(M1)のモル比は、好ましくは少なくとも0.01、より好ましくは少なくとも0.2、更に好ましくは少なくとも0.5である。
0.5〜1.5、好ましくは0.5〜1.0に含まれる非官能性化合物(M2)に対する官能性化合物(M1)のモル比を使用することで非常に良好な結果が得られた。
本発明の目的のためには、用語「液体媒体[媒体(L)]」は、大気圧下で20℃で液体状態の1種以上の物質を含む組成物を指すことが本明細書では意図されている。
媒体(L)は典型的には、少なくとも1種の有機溶媒[溶媒(S)]を含む。
溶媒(S)の選択は、それがポリマー(F)を可溶化するために好適である限り特に限定されない。
媒体(L)中で使用するために好適な溶媒(S)の非限定的な例としては、特には
− アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロンなどのケトン類;
− イソプロピルアセテート、n−ブチルアセテート、メチルアセトアセテート、ジメチルフタレートおよびγ−ブチロラクトンなどの直鎖または環状エステル類;
− N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミドおよびN−メチル−2−ピロリドンなどの直鎖もしくは環状アミド類;ならびに
− ジメチルスルホキシド
が挙げられる。
組成物(C)は、少なくとも1種の無機フィラー[フィラー(I)]を更に含んでもよい。
フィラー(I)の選択は、特には限定されない。
フィラー(I)は典型的には、固体粒子の形態で提供される。
フィラー(I)粒子は、一般に0.001μm〜200μmの、好ましくは0.01μm〜50μmの、より好ましくは0.03μm〜10μmの平均粒径を有する。
組成物(C)は、官能性化合物(M1)とも非官能性化合物(M2)とも異なる少なくとも1種のフィラー(I)を、ポリマー(F)およびフィラー(I)の総重量に対して60重量%〜95重量%、より好ましくは65重量%〜90重量%の量で更に含んでいてもよい。
本発明の方法で使用されるために好適なフィラー(I)の中でも、混合酸化物を含む無機酸化物、金属硫酸塩、金属炭酸塩、金属硫化物などを挙げることができる。
本発明との関係で特に良好な結果を与える化合物の分類は、特にはケイ酸塩、ケイ酸アルミニウムおよびケイ酸マグネシウムであり、これら全ては任意選択的にナトリウム、カリウム、鉄またはリチウムなどの追加的な金属を含む。
全てがナトリウム、カリウム、鉄またはリチウムなどの追加の金属を任意選択的に含有するこれらのケイ酸塩、ケイ酸アルミニウムおよびケイ酸マグネシウムは、とりわけモンモリロナイト、ソーコナイト、バーミキュライト、ヘクトライト、サポナイト、ノントロナイトなどの、場合により天然起源の、特にはスメクチック粘土であってもよい。あるいは、全てがナトリウム、カリウム、鉄またはリチウムなどの追加の金属を任意選択により含有するケイ酸塩、ケイ酸アルミニウムおよびケイ酸マグネシウムは、とりわけフルオロヘクトライト、ヘクトライト、ラポナイトのような、合成粘土の中から選択することができる。
フィラー(I)はまた、イオン伝導性無機フィラー材料から選択されてもよい。
本発明の目的のためには、用語「イオン伝導性」とは、電解質イオンがそれを通って流れることを可能にする材料を意味することを本明細書では意図する。
好適なイオン伝導性無機フィラー材料の非限定的な例としては、特には、LiTaO−SrTiO、LiTi(PO−LiOおよびLiSiO−LiPOなどのリチウムセラミックが挙げられる。
また、官能性化合物(M1)および/または非官能性化合物(M2)に対する反応性基をその表面に有するフィラー(I)も、本発明の方法で使用することができる。表面反応性基の中でも特にヒドロキシル基が挙げられる。
特定の理論に拘束されることを望むものではないが、出願人は、官能性化合物(M1)の加水分解性基(Y)の少なくとも一部および/または非官能性化合物(M2)の加水分解性基(Y)の少なくとも一部とフィラー(I)の前記表面反応性基の少なくとも一部との反応が、官能性化合物(M1)の加水分解性基(Y)の少なくとも一部および/または非官能性化合物(M2)の加水分解性基(Y)の少なくとも一部とポリマー(F)のヒドロキシル基の少なくとも一部との反応と同時に生じる場合があり、その結果、引き続いての加水分解および/または縮合において、ポリマー(F)とフィラー(I)との間の化学結合が官能性化合物(M1)および/または非官能性化合物(M2)に由来の無機ドメインによって得られる可能性が高いと考えている。
フィラー(I)は好ましくは、無機酸化物の中から選択される。好適な無機酸化物の非限定的な例としては、特には、SiO、TiO、ZnO、Alが挙げられる。
参照により本明細書に援用される特許、特許出願、および刊行物のいずれかの開示が用語を不明瞭にさせ得る程度まで本出願の記載と矛盾する場合、本記載が優先するものとする。
本発明は、以下の実施例を参照してこれからより詳細に説明されるが、実施例の目的は、例示的なものであるにすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
原材料
ポリマー(F−1A):15g/分(2.16Kg、230℃)のメルトフローインデックス(MFI)を有するVDF−HEA(0.8モル%)−HFP(2.3モル%)
ポリマー(F−1B):15g/分(2.16Kg、230℃)のMFIを有するVDF−HEA(0.8モル%)
ポリマー(A):15g/分(2.16Kg、230℃)のMFIを有するVDF(100モル%)
CSPTC[化合物(M1−A)]:2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリクロロシラン(塩化メチレン中、50重量%)
TEOS[化合物(M2−A)]:Si(OC
フルオロポリマーフィルムの厚さの測定
フィルムの厚さは、Mitutoyo America CorporationのPalmerマイクロメーターで測定した。フィルムの厚さは、フィルムの5か所の地点での測定を平均することによって計算した。
フルオロポリマーフィルムのイオン伝導度の測定
アルゴン下、グローブボックス中で2時間、1MのLiPFのエチレンカーボネート(EC)/ジメチルカーボネート(DMC)溶液の中にフィルムを埋めた。次いでフィルムを2つのステンレス鋼電極の間に入れ、ポリテトラフルオロエチレン製のSwagelokタイプの装置の中に密封した。
膜の抵抗を測定し、イオン伝導度(σ)を次式:
イオン伝導度(σ)=d/(R×S)
(式中、dは、フィルムの厚さ[cm]であり、Rは、バルク抵抗[Ω]であり、Sは、ステンレス鋼電極の面積[cm]である)
を用いて計算した。
実施例1〜7−スプレーコーティングによるフルオロポリマーフィルムの製造
予め乾燥されている9gのDMFの中に激しく撹拌した状態で室温で溶解させた1gのポリマー(F−1)を含む組成物を、スプレーコーティング法を用いて処理することによる、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)中でのゾル−ゲル法によってフィルムを作成した。完全に溶解させた後、TEOSを磁気撹拌した状態で添加し、次いでこれにCSPTCの塩化メチレン溶液を添加した。TEOSとCSPTCが完全に溶解した後、混合物を密閉したガラスバイアルの中で1時間撹拌したままにした。この最終的な溶液を、ECTFEポリマー(CTFEとエチレンのモル比が50:50であり、3重量%のマイカを含み、融点240℃である)製の基材の上にスプレーコーティングした。約64cm2の基材を使用した(8cm×8cm)。室温で30分乾燥させた後、このようにして得られたフィルムを70℃のオーブンに移し、終夜そのままの状態にした。スプレーコーティングによる成膜は、ポンプと接続したIwataのダブルアクションエアブラシを使用して行った。本発明の方法で使用したエアブラシの主な特性は次の通りである:
1.ニードルおよび流体ノズル:0.20mm;
2.ニードルと基材との間の距離=20cm;
3.最大に調節されたメインレバーテンション;
4.0.2mPaに調節されたポンプ容量。
例えば、名目上30重量%のSiOを有し(完全に縮合と仮定)CPSTC:TEOSのモル比が2:1であるフルオロポリマーハイブリッド有機−無機複合材料[ポリマー(FH)]は、TEOS0.15gおよびCSPTCの塩化メチレン溶液1gを使用して製造した。
比較例1
TEOSのみを使用したことを除いては実施例1〜6について詳述したのと同じ手順に従った。
比較例2〜4
ポリマー(A)を使用したことを除いては実施例1〜8について詳述したのと同じ手順に従った。
以下の表1から分かるように、本発明の実施例1〜7によるフィルムによって特に具体化されるような本発明の方法によって得られるフルオロポリマーフィルムは、有利なことには比較例1〜4によるフルオロポリマーフィルムと比較して良好あるいは高いイオン伝導度の値を与える。
特に、驚くべきことには、本発明の方法によって得られるフルオロポリマーフィルムのイオン伝導度の値は、非官能性化合物(M2)に対する官能性化合物(M1)のモル比を最大2.0のモル比まで、好ましくは最大1.5のモル比まで増加させることにより有利なことには上昇することが見出された。
逆に、比較例2〜4によるフルオロポリマーフィルムのイオン伝導度の値は、不都合なことには非官能性化合物(M2)に対する官能性化合物(M1)のモル比を最大1.5まで増加させると低下する。
また、本発明の実施例1〜7のフィルムによって特に具体化されるような本発明の方法によって得られるフルオロポリマーフィルムは、有利なことには比較例1〜4のフルオロポリマーフィルムと比較して大きい厚さを有しつつも、良好またはより高いイオン伝導度の値を備えている。
以上のことから、本発明の方法によって得られるフルオロポリマーフィルムが電気化学デバイス用のセパレータとしての使用に特に好適であることが見出された。

Claims (15)

  1. 少なくとも1種のグラフト化フルオロポリマー[ポリマー(FG)]の加水分解および/または縮合によって得られる少なくとも1種のフルオロポリマーハイブリッド有機/無機複合材料[ポリマー(FH)]を含むフルオロポリマーフィルムであって、前記ポリマー(FG)が、
    − 少なくとも1種のフッ素化モノマー[モノマー(F)]および少なくとも1種の含水素モノマー[モノマー(H)]に由来する繰り返し単位を含むフッ素化主鎖と、
    − 式−O−AYm−14−m(I−M1)(式中、mは、1〜3の整数であり、Aは、Si、TiおよびZrからなる群から選択される金属であり、Yは加水分解性基であり、かつXは酸、エステル、塩またはハロゲン化物の形態の少なくとも1個のスルホニル基を含む炭化水素基である)の末端基を含む少なくとも1つのペンダント側鎖と、
    − 式−O−A’Y’m’−1X’4−m’(II−M2)(式中、m’は1〜4の、特定の実施形態によれば1〜3の整数であり、A’は、Si、TiおよびZrからなる群から選択される金属であり、Y’は加水分解性基であり、かつX’は炭化水素基である)の末端基を含む少なくとも1つのペンダント側鎖と、
    を含む、フルオロポリマーフィルム。
  2. ポリマー(FG)中の式−O−A’Y’m’−1X’4−m’(II−M2)の末端基に対する式−O−AYm−14−m(I−M1)の末端基のモル比が好ましくは最大2.0、より好ましくは最大1.5、更に好ましくは最大1.0である、請求項1に記載のフルオロポリマーフィルム。
  3. ポリマー(FG)中の式−O−A’Y’m’−1X’4−m’(II−M2)の末端基に対する式−O−AYm−14−m(I−M1)の末端基のモル比が好ましくは少なくとも0.01、より好ましくは少なくとも0.2、更に好ましくは少なくとも0.5である、請求項1または2に記載のフルオロポリマーフィルム。
  4. ポリマー(FG)のフッ素化主鎖が、フッ化ビニリデン(VDF)と、少なくとも1種のモノマー(H)と、任意選択的なVDFとは異なる少なくとも1種のモノマー(F)とに由来の繰り返し単位を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のフルオロポリマーフィルム。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載のフルオロポリマーフィルムの製造方法であって、前記方法が、
    (i)
    − 少なくとも1種のフッ素化モノマー[モノマー(F)]と、少なくとも1個のヒドロキシル基を含む少なくとも1種の含水素モノマー[モノマー(OH)]とに由来する繰り返し単位を含む少なくとも1種のフルオロポリマー[ポリマー(F)]、
    − 式(I):
    4−mAY(I)
    (式中、mは1〜3の整数であり、AはSi、TiおよびZrからなる群から選択される金属であり、Yは加水分解性基であり、かつXは酸、エステル、塩またはハロゲン化物の形態の少なくとも1個のスルホニル基を含む炭化水素基である)
    の少なくとも1種の官能性金属化合物[官能性化合物(M1)]、
    −式(II):
    X’4−m’A’Y’m’ (II)
    (式中、m’は1〜4の、特定の実施形態によれば1〜3の整数であり、A’はSi、TiおよびZrからなる群から選択される金属であり、Y’は加水分解性基であり、X’は炭化水素基である)
    の少なくとも1種の非官能性金属化合物[非官能性化合物(M2)]、ならびに
    − 液体媒体[媒体(L)]、
    を含む組成物[組成物(C)]を準備する工程;
    (ii)基材を準備する工程;
    (iii)工程(i)で準備した組成物(C)を、スプレーコーティングによって工程(ii)で準備した基材の少なくとも1つの表面上に塗布することで被覆された基材を得る工程;ならびに
    (iv)工程(iii)で得た被覆された基材を乾燥させる工程
    を含む方法。
  6. 工程(i)の際の組成物(C)中の非官能性化合物(M2)に対する官能性化合物(M1)のモル比が好ましくは最大2.0、より好ましくは最大1.5、更に好ましくは最大1.0である、請求項5に記載の方法。
  7. 組成物(C)中の非官能性化合物(M2)に対する官能性化合物(M1)のモル比が好ましくは少なくとも0.01、より好ましくは少なくとも0.2、更に好ましくは少なくとも0.5である、請求項5または6に記載の方法。
  8. 工程(i)の際、ポリマー(F)のモノマー(OH)が、式(III)の(メタ)アクリルモノマー:
    (式中、各R、RおよびRは互いに同じまたは異なり、独立して、水素原子またはC〜C炭化水素基であり、Rは、少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素部分である)
    からなる群から選択される、請求項5〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 工程(i)の際、組成物(C)中のポリマー(F)が、
    − フッ化ビニリデン(VDF)、
    − 式(III)の少なくとも1種のモノマー(OH):
    (式中、各R、RおよびRは互いに同じまたは異なり、独立して水素原子またはC〜C炭化水素基であり、Rは、少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素部分である)、ならびに
    − 任意選択的な、VDFとは異なる少なくとも1種のモノマー(F)、
    由来の繰り返し単位を含むポリマー(F−1)からなる群から選択される、請求項5〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 工程(i)の際、組成物(C)が前記少なくとも1種のポリマー(F)および媒体(L)の総重量基準で2重量%〜30重量%、好ましくは5重量%〜15重量%に含まれる量で少なくとも1種のポリマー(F)を含有する、請求項5〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 工程(i)の際、組成物(C)中の官能性化合物(M1)が、式(I−A):
    4−mA(OR (I−A)
    (式中、mは1〜3の整数であり;AはSi、Ti、およびZrからなる群から選択される金属であり;Rは互いにおよび各存在において同じまたは異なり、少なくとも1つの−SOM官能基を含むC1〜12炭化水素基であって、MはF、Cl、BrおよびIなどのハロゲン原子およびO基からなる群から選択され、TはH、NH 、K、Li、およびNaからなる群から選択され;Yは互いにおよび各存在において同じまたは異なり、ハロゲン原子、好ましくは塩素原子と−OR基とからなる群から選択され、RはC〜Cの直鎖または分岐のアルキル基であり、好ましくはRはメチル基またはエチル基である)
    のものである、請求項5〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 工程(ii)の際、基材が、
    − 組成物の総重量基準で70重量%〜99.9重量%、好ましくは90重量%〜99重量%の、テトラフルオロエチレン(TFE)およびクロロトリフルオロエチレン(CTFE)からなる群から選択される少なくとも1種のパー(ハロ)フルオロポリマーと、エチレン、プロピレン、およびイソブチレンから選択される少なくとも1種の含水素モノマー[モノマー(H)]と、任意選択的なまたはより追加的なモノマー(TFEおよび/またはCTFEならびにモノマー(H)の総重量基準で典型的には0.01モル%〜30モル%の量)とに由来の繰り返し単位を含むポリマー(F−2)からなる群から選択される少なくとも1種のポリマー(F)、ならびに
    − 組成物の総重量基準で0.1重量%〜30重量%、好ましくは1重量%〜10重量%のマイカ
    を含有する組成物を含み、好ましくはこれらからなる、請求項5〜11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 工程(ii)の際、基材が電気化学デバイス用のセパレータである、請求項5〜12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 工程(ii)の際、基材が電気化学デバイス用の電極である、請求項5〜12のいずれか一項に記載の方法。
  15. 請求項1〜4のいずれか一項に記載のフルオロポリマーフィルムの、電気化学デバイス用のセパレータとしての使用。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022514845A (ja) * 2018-12-21 2022-02-16 ソルベイ スペシャルティ ポリマーズ イタリー エス.ピー.エー. 可撓性ポリマー電解質
KR20210130719A (ko) * 2019-02-19 2021-11-01 솔베이 스페셜티 폴리머스 이태리 에스.피.에이. 리튬 배터리 전극용 조성물

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3514425A (en) * 1966-09-29 1970-05-26 Du Pont Compositions comprising silica and copolymers of fluoroethylenes with allyl alcohol
JPH11345606A (ja) * 1998-06-02 1999-12-14 Toyota Motor Corp 電池及びその製造方法
JP2006257423A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Solvay Solexis Spa イオノマー膜
JP2009544135A (ja) * 2006-07-26 2009-12-10 ザ ジレット カンパニー 電池、電池用電極、及びそれらの製造方法
JP2010155233A (ja) * 2008-12-26 2010-07-15 General Electric Co <Ge> 複合膜及び製造法
JP2010537387A (ja) * 2007-08-21 2010-12-02 エイ 123 システムズ,インク. 電気化学セル用セパレータおよびその製造方法
WO2013072216A1 (en) * 2011-11-17 2013-05-23 Solvay Specialty Polymers Italy S.P.A. Method for manufacturing a polymer electrolyte separator and polymer electrolyte separator therefrom
JP2013530256A (ja) * 2010-04-02 2013-07-25 ソルヴェイ・スペシャルティ・ポリマーズ・イタリー・エッセ・ピ・ア 含フッ素ポリマーをベースとするハイブリッド有機/無機複合体
WO2013120858A1 (en) * 2012-02-16 2013-08-22 Solvay Specialty Polymers Italy S.P.A. Method for the manufacture of composite separators
JP2013187196A (ja) * 2012-03-06 2013-09-19 Ningde New Energy Co Ltd ポリマーリチウムイオン電池およびそのセパレータ
WO2013160240A1 (en) * 2012-04-23 2013-10-31 Solvay Sa Fluoropolymer film
WO2014023593A1 (en) * 2012-08-06 2014-02-13 Solvay Specialty Polymers Italy S.P.A. Hybrid fluoropolymer composition
WO2014067816A1 (en) * 2012-10-31 2014-05-08 Solvay Sa Process for manufacturing fluoropolymer hybrid composites
WO2014086906A1 (en) * 2012-12-05 2014-06-12 Solvay Specialty Polymers Italy S.P.A. Solid composite fluoropolymer layer
JP2014516369A (ja) * 2011-04-07 2014-07-10 ソルヴェイ・スペシャルティ・ポリマーズ・イタリー・エッセ・ピ・ア 架橋フッ素化ポリマーを製造する方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6203944B1 (en) 1998-03-26 2001-03-20 3M Innovative Properties Company Electrode for a lithium battery
US6255017B1 (en) 1998-07-10 2001-07-03 3M Innovative Properties Co. Electrode material and compositions including same

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3514425A (en) * 1966-09-29 1970-05-26 Du Pont Compositions comprising silica and copolymers of fluoroethylenes with allyl alcohol
JPH11345606A (ja) * 1998-06-02 1999-12-14 Toyota Motor Corp 電池及びその製造方法
JP2006257423A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Solvay Solexis Spa イオノマー膜
JP2009544135A (ja) * 2006-07-26 2009-12-10 ザ ジレット カンパニー 電池、電池用電極、及びそれらの製造方法
JP2010537387A (ja) * 2007-08-21 2010-12-02 エイ 123 システムズ,インク. 電気化学セル用セパレータおよびその製造方法
JP2010155233A (ja) * 2008-12-26 2010-07-15 General Electric Co <Ge> 複合膜及び製造法
JP2013530256A (ja) * 2010-04-02 2013-07-25 ソルヴェイ・スペシャルティ・ポリマーズ・イタリー・エッセ・ピ・ア 含フッ素ポリマーをベースとするハイブリッド有機/無機複合体
JP2014516369A (ja) * 2011-04-07 2014-07-10 ソルヴェイ・スペシャルティ・ポリマーズ・イタリー・エッセ・ピ・ア 架橋フッ素化ポリマーを製造する方法
JP2015502636A (ja) * 2011-11-17 2015-01-22 ソルベイ スペシャルティ ポリマーズ イタリー エス.ピー.エー. 高分子電解質セパレータを製造するための方法およびそれにより得られる高分子電解質セパレータ
WO2013072216A1 (en) * 2011-11-17 2013-05-23 Solvay Specialty Polymers Italy S.P.A. Method for manufacturing a polymer electrolyte separator and polymer electrolyte separator therefrom
WO2013120858A1 (en) * 2012-02-16 2013-08-22 Solvay Specialty Polymers Italy S.P.A. Method for the manufacture of composite separators
JP2013187196A (ja) * 2012-03-06 2013-09-19 Ningde New Energy Co Ltd ポリマーリチウムイオン電池およびそのセパレータ
WO2013160240A1 (en) * 2012-04-23 2013-10-31 Solvay Sa Fluoropolymer film
JP2015520781A (ja) * 2012-04-23 2015-07-23 ソルヴェイ(ソシエテ アノニム) フルオロポリマーフィルム
WO2014023593A1 (en) * 2012-08-06 2014-02-13 Solvay Specialty Polymers Italy S.P.A. Hybrid fluoropolymer composition
JP2015535856A (ja) * 2012-08-06 2015-12-17 ソルベイ スペシャルティ ポリマーズ イタリー エス.ピー.エー. ハイブリッドフルオロポリマー組成物
WO2014067816A1 (en) * 2012-10-31 2014-05-08 Solvay Sa Process for manufacturing fluoropolymer hybrid composites
JP2015537077A (ja) * 2012-10-31 2015-12-24 ソルヴェイ(ソシエテ アノニム) フルオロポリマーハイブリッド複合体の製造方法
WO2014086906A1 (en) * 2012-12-05 2014-06-12 Solvay Specialty Polymers Italy S.P.A. Solid composite fluoropolymer layer
JP2016502586A (ja) * 2012-12-05 2016-01-28 ソルベイ スペシャルティ ポリマーズ イタリー エス.ピー.エー. 固体複合フルオロポリマー層

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