KR20200081497A - pH 변화에 대해 안정화된 플루오로중합체 조성물 - Google Patents

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KR20200081497A
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미르코 마촐라
줄리오 브리나티
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솔베이 스페셜티 폴리머스 이태리 에스.피.에이.
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Abstract

본 발명은 알칼리 금속 탄산수소 또는 인산수소로부터 선택되는 안정제가 혼합된, 적어도 하나의 1,1-디플루오로에틸렌(VDF)계 플루오로중합체의 입자를 포함하는 조성물, 및 특히 전기화학 셀에서의 상기 조성물의 용도에 관한 것이다.

Description

pH 변화에 대해 안정화된 플루오로중합체 조성물
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 11월 24일자로 출원된 유럽 특허 출원 제17203480.3호에 대한 우선권을 주장하며, 본 출원의 전문은 모든 면에서 본원에서 참고로 포함된다.
기술 분야
본 발명은 안정제가 혼합된, 적어도 하나의 플루오로중합체, 특히 불화비닐리덴(VDF)계 플루오로중합체를 포함하는 조성물, 및 특히 전기화학 셀에서의 상기 조성물의 용도에 관한 것이다.
불화비닐리덴(VDF)계 중합체는 전형적으로 현탁 중합 또는 유화 중합 공정에 의해 제조된다.
예를 들어, US 5283302(쿠레하 케미칼 인더스트리 컴퍼니 리미티드(KUREHA CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD.); 1994년 1월 2일)에는 미세한 스페룰라이트(spherulite)를 갖는 불화비닐리덴 중합체를 제조하기 위한 공정이 개시되어 있으며, 이때 상기 공정은 수성 매질 내에서의 현탁 중합에 의해 실시되며, 상기 공정은 중합 전환율이 10% 내지 50%에 도달할 때에 사슬 전달제를 첨가하는 단계를 포함한다.
US 3714137(쥐트도이체 칼크스틱스토프-베르케(SUEDDEUTSCHE KALKSTICKSTOFF-WERKE); 1973년 1월 30일)에는 퍼옥시디설페이트 중합 개시제의 존재 하에 산성 pH에서의 불화비닐리덴의 중합이 개시되어 있으며, 이때 수성 반응 매질의 pH 값은 반응에 대해 비활성인 임의의 산으로 조절될 수 있으며, 바람직한 pH 범위는 4와 6 사이이다. 바람직한 산으로는 붕산, 황산 및 염산이 있다. 바람직한 개시제로는 암모늄 퍼옥시디설페이트 및 포타슘 퍼옥시디설페이트가 있다.
WO 2012/030784(아케마(ARKEMA)); 2012년 3월 8일)는 산-작용화 단량체를 이용하여 플루오로중합체를 생성하는 방법에 관한 것이고; 보다 상세하게는, 이는 수성 반응 매질 내에서 플루오로중합체를 제조하는 공정에 관한 것으로, 상기 공정은,
a) 적어도 하나의 라디칼 개시제, 적어도 하나의 산-작용화 단량체 또는 이의 염(바람직하게는 암모늄 또는 나트륨 염) 및 적어도 하나의 플루오로단량체(전형적으로, 불화비닐리덴)를 포함하는 수성 유화액을 형성하는 단계, 및
b) 상기 적어도 하나의 플루오로단량체의 중합을 개시하는 단계를 포함한다. 사슬 전달제를 중합반응에 첨가하여 생성물의 분자량을 조절한다. 이들을 반응 초기에 중합반응에 1회 분량으로 첨가할 수 있거나, 반응 전반에 걸쳐 점진적으로 또는 연속적으로 첨가할 수 있다. 완충제는 유기산 또는 무기산 또는 이의 알칼리 금속염 또는 염기 또는 이 같은 유기산 또는 무기산의 염을 포함할 수 있으며, 이는 약 4 내지 약 10 범위, 바람직하게는 약 4.5 내지 약 9.5 범위 내의 적어도 하나의 pKa 값을 갖는다. 본 문헌에 기술된 바람직한 완충제로는, 예를 들어 인산 완충액 및 아세트산 완충액을 들 수 있다.
상술한 특허 문헌에는 플루오로중합체를 제조하기 위한 공정이 개시되어 있으며, 이때 중합 반응 동안에 적어도 하나의 완충제가 반응 환경 하에 첨가되어, 반응이 일어나는 바람직한 환경을 제공한다.
본 출원인은 - 중합 공정에서 완충제가 사용될 지라도 - 최종 플루오로중합체 조성물의 pH 값이 시간이 지남에 따라, 특히 플루오로중합체 조성물을 생산 공장으로부터 최종 사용자의 창고(들)로 전달하기 위해 요구되는 수 주 또는 심지어 수개월 동안 안정하지 않다는 것을 인지하였다.
그 결과로서, 본 출원인은 수 주에 걸쳐 pH 값을 동일하게 유지할 수 있는 플루오로중합체를 포함하는 조성물을 제공해야 하는 문제에 직면하게 되었다.
놀랍게도, 본 출원인은 본 발명에 따른 조성물을 이용하여 상술한 기술적 문제를 해결할 수 있다는 것을 발견하였다.
따라서, 제1 양태에서, 본 발명은 수성 매질, 적어도 하나의 VDF계 중합체[중합체(VDF)], 및 알칼리 금속 양이온 및 음이온(탄산수소 및 인산수소로부터 선택됨)을 포함하는 적어도 하나의 염[화합물(S)]을 포함하는 조성물[조성물(CF)]에 관한 것이다.
놀랍게도, 본 출원인은 본 발명에 따른 조성물(CF)이 실온(즉, 대략 25℃)보다 높은 온도에 대한 노출 시에도 수 주 동안 pH 값을 변화 없이 유지할 수 있다는 것을 발견하였다.
당해 기술분야의 숙련자에게 자명한 바와 같이, 상기 화합물(pH-S)은 적어도 하나의 양성자(H+)를 포함한다.
본 발명의 기재 및 하기 청구범위에서 사용된 바와 같이,
- 예를 들어, "중합체(P)" 등과 같은 표현에서 화학식을 나타내는 기호 또는 숫자 전후에서의 괄호의 사용은 기호 또는 숫자를 본문의 여타 부분으로부터 보다 양호하게 구별하기 위한 것일 뿐이며, 따라서 상기 괄호는 또한 생략될 수 있고;
- "1,1-디플루오로에틸렌", "1,1-디플루오로에텐" 및 "불화비닐리덴"이란 용어는 동의어로서 사용되고;
- "폴리(1,1-디플루오로에틸렌)" 및 "불화폴리비닐리덴"이란 용어는 동의어로서 사용되고;
- "(반)결정성 중합체"란 표현은, ASTM D-3418에 따라 시차 주사 열량측정법(DSC)에 의해 10℃/분의 가열 속도로 측정할 때 1 J/g 초과, 보다 바람직하게는 35 J/g 내지 1 J/g, 더욱 더 바람직하게는 15 내지 5 J/g의 융해열(heat of fusion)을 갖는 중합체를 나타내기 위한 것이고;
- "1,1-디플루오로에틸렌에서 유래하는 반복 단위를 포함하는 중합체(VDF)"란 표현은, 적합한 반응을 통해 적어도 1,1-디플루오로에틸렌 단량체를 함께 반응시킴으로써 중합체(F)를 수득한다는 것을 나타내기 위한 것이고;
- "분산액(D)"이란 용어는 적어도 하나의 중합체(F)의 입자를 포함하는 수성 분산액을 나타내기 위한 것으로, 이때 상기 입자는 ISO 13321에 따라 측정할 때 1 ㎛ 미만의 평균 크기를 가지며, 따라서 "분산액(D)" 및 "라텍스"란 용어는 동의어로서 사용된다.
바람직하게는, 알칼리 금속 양이온은 Li+, Na+ 및 K+ 양이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 알칼리 금속 양이온은 Na+ 양이온이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 조성물(CF)은 상기 화합물(S)을 조성물(SC) 1 ℓ 당 30 밀리몰(mmol) 내지 500 mmol의 양으로 포함한다.
유리하게, pH 값을 안정화시키기 위해 조성물(CF)에 상기 화합물(S)을 첨가하기 전에 조성물에는 상기 화합물(S)이 없다.
그러나, 조성물(CF)은 염기 화합물(예를 들어, 암모니아) 또는 아민 작용기를 갖는 다른 화합물, 또는 이들의 혼합물을 함유할 수 있다.
본 발명에 따른 중합체(VDF)는 바람직하게는 결정성 또는 부분 결정성 중합체이다.
제1 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 중합체(VDF)는 VDF 단독 중합체[중합체(VDFH)]이다. 즉, 이는 본질적으로 VDF(1,1-디플루오로에틸렌으로도 지칭됨)에서 유래하는 반복 단위로 이루어져 있다.
본 실시형태에 따르면, 상기 중합체(VDFH)는 VDF에서 유래하는 반복 단위를 최대 100 몰%의 양으로 포함한다.
상기 중합체(VDFH)는 여전히 결함, 말단기 등과 같은 기타 모이어티를 포함할 수 있으며, 이때 이들 모이어티는 이의 물리화학적 특성에 영향을 미치지 않거나 이를 손상시키지 않는다.
유리하게, 상기 중합체(VDFH)는 결정성이다.
다른 실시형태에 따르면, 상기 중합체(VDF)는 VDF 공중합체[중합체(VDFC)]이다. 즉, 이는 VDF(1,1-디플루오로에틸렌로도 지칭됨)에서 유래하는 반복 단위 및 VDF와는 상이한 적어도 하나의 플루오르화 단량체[단량체(F)]에서 유래하는 반복 단위를 포함한다.
상기 단량체(F)는 수소화 단량체[단량체(FH)]이거나 플루오르화 단량체[단량체(FF)]일 수 있다.
이로 인해, "수소화 단량체[단량체(FH)]"란 용어는 플루오린 원자가 없는 에틸렌성 불포화 공단량체를 나타내기 위한 것이다.
적합한 단량체(FH)의 비제한적인 예로는, 특히 에틸렌; 프로필렌; 비닐 단량체(예를 들어, 비닐아세테이트); 스티렌 및 p-메틸스티렌과 같은 스티렌 단량체; 및 (메트)아크릴 단량체[단량체(MA)]를 들 수 있다.
상기 단량체(MA)는 바람직하게는 하기 화학식에 따른다:
Figure pct00001
상기 식에서, R1, R2, R3 각각은 서로 동일하거나 상이한 것으로, 독립적으로 수소 원자 또는 C1-C3 탄화수소기이고,
ROH는 하이드록실기, 또는 적어도 하나의 하이드록실기를 포함하는 C1-C5 탄화수소 모이어티이다.
상기 단량체(MA)의 비제한적인 예로는, 특히 아크릴산, 메타크릴산, 하이드록시에틸(메트)아크릴레이트, 하이드록시프로필(메트)아크릴레이트; 하이드록시에틸헥실(메트)아크릴레이트가 있다.
보다 바람직하게는, 상기 단량체(MA)는,
- 하기 화학식의 하이드록시에틸아크릴레이트(HEA):
Figure pct00002
- 하기 화학식 중 하나의 2-하이드록시프로필 아크릴레이트(HPA):
Figure pct00003
,
Figure pct00004
- 하기 화학식의 아크릴산(AA):
Figure pct00005
- 및 이들의 혼합물 중에서 선택된다.
보다 바람직하게는, 상기 단량체(MA)는 AA 및/또는 HEA이고, 더욱 더 바람직하게는 AA이다.
중합체(VDF) 내의 단량체(MA) 반복 단위의 양에 대한 측정은 임의의 적합한 방법에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 아크릴산 함량의 측정에 매우 적합한 산-염기 적정 방법, 측쇄에 지방족 수소를 포함하는 상기 단량체(MA)(예를 들어, HPA, HEA)의 정량화에 적합한 NMR 방법, 중합체(VDF)의 제조 동안에 공급된 총 단량체(MA) 및 미반응 잔류 단량체(MA)에 기반한 중량 밸런스(weight balance)에 대해 특별히 언급할 수 있다.
상기 중합체(VDF)는, 존재하는 경우, 상기 단량체(MA)에서 유래하는 반복 단위를 적어도 0.1 몰%, 보다 바람직하게는 적어도 0.2 몰%로 포함한다.
바람직하게는, 중합체(F)는 상기 단량체(MA)에서 유래하는 반복 단위를 최대 10몰%, 보다 바람직하게는 최대 7.5 몰%, 더욱 더 바람직하게는 최대 5 몰%, 가장 바람직하게는 최대 3 몰%로 포함한다.
이로 인해, "플루오르화 단량체[단량체(FF)]"란 용어는 적어도 하나의 플루오린 원자를 포함하는 에틸렌성 불포화 공단량체를 나타내기 위한 것이다.
바람직한 실시형태에서, 상기 단량체(F)는 단량체(FF)이다.
적합한 단량체(FF)의 비제한적인 예로는, 특히 하기 성분을 들 수 있다:
(a) 테트라플루오로에틸렌(TFE), 헥사플루오로프로필렌(HFP), 펜타플루오로프로필렌 및 헥사플루오로이소부틸렌과 같은 C2-C8 플루오로- 및/또는 퍼플루오로올레핀;
(b) 플루오르화비닐, 1,2-디플루오로에틸렌 및 트리플루오로에틸렌과 같은 C2-C8 수소화 모노플루오로올레핀;
(c) CH2=CH-Rf0(여기서, Rf0은 C1-C6 퍼플루오로알킬기임);
(d) 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE)과 같은 클로로- 및/또는 브로모- 및/또는 요오도-C2-C6 플루오로올레핀;
(e) CF2=CFORf1(여기서, Rf1은 C1-C6 플루오로- 또는 퍼플루오로알킬기, 예를 들어 -CF3, -C2F5, -C3F7임);
(f) CF2=CFOX0(여기서, X0은 C1-C12 옥시알킬기, 또는 하나 이상의 에테르기를 갖는 C1-C12 (퍼)플루오로옥시알킬기, 예를 들어 퍼플루오로-2-프로폭시-프로필기임);
(g) CF2=CFOCF2ORf2(여기서, Rf2는 C1-C6 플루오로- 또는 퍼플루오로알킬기, 예를 들어 -CF3, -C2F5, -C3F7, 또는 하나 이상의 에테르기를 갖는 C1-C6 (퍼)플루오로옥시알킬기, 예를 들어 -C2F5-O-CF3임); 및
(h) 하기 화학식의 (퍼)플루오로디옥솔:
Figure pct00006
상기 식에서, Rf3, Rf4, Rf5 및 Rf6 각각은 서로 동일하거나 상이한 것으로, 독립적으로 플루오린 원자, C1-C6 플루오로- 또는 퍼(할로)플루오로알킬기(선택적으로 하나 이상의 산소 원자를 포함함), 예를 들어 -CF3, -C2F5, -C3F7, -OCF3, -OCF2CF2OCF3이다.
가장 바람직한 단량체(FF)는 테트라플루오로에틸렌(TFE), 트리플루오로에틸렌(TrFE), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE), 헥사플루오로프로필렌(HFP), 퍼플루오로메틸비닐에테르(PMVE), 퍼플루오로프로필비닐에테르(PPVE) 및 플루오르화비닐이다. HFP가 특히 바람직하다.
바람직하게는, 상기 중합체(VDFC)는, 불화비닐리덴 수지의 우수한 특성, 예를 들어 내화학성, 내후성 및 내열성을 손상시키지 않기 위해 VDF에서 유래하는 반복 단위를 적어도 85.0 몰%, 바람직하게는 적어도 86.0 몰%, 보다 바람직하게는 적어도 87.0 몰%의 양으로 포함한다. 예를 들어, 상기 결정성 또는 부분 결정성 중합체(VDFC)가 VDF에서 유래하는 반복 단위를 85.0 몰% 미만의 양으로 포함하는 경우, 이를 전지용 복합 분리막을 제조하기 위한 코팅 조성물의 제형화에 사용할 수 없는데, 이는 상응하는 중합체가 전해질 액체상으로서 사용되는 액체 용매에서 용해될 수 있기 때문이다.
특정 실시형태에 따르면, 중합체(VDF)는 본질적으로 VDF에서 유래하는 반복 단위 및 상기 단량체(MA)에서 유래하는 반복 단위로 이루어져 있다.
기타 실시형태에 따르면, 중합체(VDF)는 본질적으로 VDF에서 유래하는 반복 단위, HFP에서 유래하는 반복 단위 및 상기 단량체(MA)에서 유래하는 반복 단위로 이루어져 있다.
중합체(VDF)는 여전히 결함, 말단기 등과 같은 기타 모이어티를 포함할 수 있으며, 이때 이들 모이어티는 이의 물리화학적 특성에 영향을 미치지 않거나 이를 손상시키지 않는다.
적합한 중합체(VDF)는 솔베이 스페셜티 폴리머즈 이태리 에스.피.에이.(Solvay Specialty Polymers Italy S.p.A.)에 의해 솔레프®(Solef®) PVDF라는 상표명으로 상업적으로 입수 가능하다.
바람직하게는, 상기 조성물(CF)은 분산액[분산액(D)]의 형태이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 조성물(CF) 내의 상기 중합체(VDF)는 입자 형태이다.
바람직하게는, 상기 중합체(VDF)의 입자는 1 ㎛ 미만의 일차 입자 평균 크기를 갖는다.
본 발명의 목적을 위해, "일차 입자"란 용어는 유화액으로부터의 중합체의 단리 없이 수성 유화 중합 공정으로부터 직접 유래하는 중합체(VDF)의 일차 입자를 나타내기 위한 것이다. 따라서, 중합체(VDF)의 일차 입자는 집성체(즉, 일차 입자 더미)와는 구별 가능하도록 하기 위한 것으로, 이때 상기 집성체는 개개의 분말을 수득하기 위한 이 같은 중합체 제조의 회수 및 컨디셔닝 단계, 예를 들어 중합체(VDF)의 수성 라텍스의 농축 및/또는 응고 및 후속적인 건조 및 균질화에 의해 수득 될 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 분산액(D)은 수성 매질에 중합체 분말을 분산시킴으로써 제조될 수 있는 수성 슬러리와는 구별 가능하다. 수성 슬러리에 분산된 중합체 또는 공중합체 분말의 평균 입자 크기는 ISO 13321에 따라 측정할 때 전형적으로 1 ㎛보다 크다.
바람직하게는, 상기 분산액(D) 중의 중합체(VDF) 입자의 일차 입자 평균 크기는 ISO 13321에 따라 측정할 때 50 ㎚ 초과, 보다 바람직하게는 100 ㎚ 초과, 더욱 더 바람직하게는 150 ㎚ 초과이다.
바람직하게는, 일차 입자 평균 크기는 ISO 13321에 따라 측정할 때 600 ㎚ 미만, 보다 바람직하게는 400 ㎚ 미만 및 더욱 더 바람직하게는 350 ㎚ 미만이다.
보다 바람직하게는, 상기 분산액(D) 중의 중합체(VDF) 입자의 일차 입자 평균 크기는 ISO 13321에 따라 측정할 때 130 ㎚ 내지 280 ㎚이다.
바람직하게는, 분산액(D)에는 실질적으로 플루오르화 계면 활성제가 없다.
"실질적으로 없는"이란 표현은 분산액(D) 중의 플루오르화 계면 활성제의 양과 결합하여 어떠한 유의한 양의 상기 플루오르화 계면 활성제의 존재를 배제하기 위한 것으로, 예를 들어 플루오르화 계면 활성제는 분산액(D)의 총 중량에 대해 1 ppm 미만의 양으로 존재할 필요가 있다.
상기 수성 매질은 유리하게 물이고, 보다 바람직하게는 탈이온수이다.
최종 사용으로 인해 또는 심지어 이의 제조 방법에 의해 필요하거나 요구되는 경우, 상기 조성물(CF)은 추가의 성분 또는 보조제를 포함할 수 있다.
전형적으로, 상기 추가의 성분 또는 보조제는 라디칼 개시제(들), 산화제(들)을 포함하는 그룹에서 선택된다.
라디칼 개시제의 선택이 특별히 제한되지 않는 한, 수성 유화 중합 공정에 적합한 라디칼 개시제는 중합 공정을 개시 및/또는 가속화시킬 수 있는 화합물이며, 이의 예로는 과황산나트륨, 과황산칼륨 및 과황산암모늄과 같은 과황산염; 특히 알킬 퍼옥시드, 디알킬 퍼옥시드(예를 들어, 디-tert-부틸퍼옥시드(DTBP)), 디아실-퍼옥시드, 퍼옥시디카보네이트(예를 들어, 디-n-프로필 퍼옥시디카보네이트 및 디이소프로필 퍼옥시디카보네이트), 퍼옥시에스테르(예를 들어, tert-아밀 퍼옥시피발레이트, tert-부틸 퍼옥시피발레이트 및 숙신산 퍼옥시드)를 포함한 유기 과산화물; 및 이들의 혼합물을 들 수 있지만 이에 제한되지 않는 것으로 이해된다.
라디칼 개시제는 선택적으로는 예를 들어 2,2'-아조비스(2-메틸프로피온아미딘)디하이드로클로라이드와 같은 아조 개시제를 포함할 수 있다.
라디칼 개시제는 산화/환원 시스템을 포함할 수 있다. "산화/환원 시스템"은 산화제, 환원제 및 선택적으로는 전자 전달 매질을 포함하는 시스템을 의미한다.
예를 들어, 산화제로는 퍼설페이트 염; 과산화수소와 같은 과산화물; tert-부틸 하이드로퍼옥시드 및 쿠멘 하이드로퍼옥시드와 같은 하이드로과산화물; 및 예를 들어 황산 제2철과 같은 산화 금속염을 들 수 있다. 예를 들어, 환원제로는 소듐 포름알데하이드 설폭실레이트, 아황산나트륨 및 아황산칼륨, 아스코르브산, 중아황산염, 메타중아황산염 및 환원된 금속염을 들 수 있다.
본 발명에 따른 조성물(CF)은 분리막 상의 코팅을 제공하기 위해 유리하게 사용될 수 있고/있거나, 전기화학 셀의 애노드를 제조하기 위한 결합제로서 유리하게 사용될 수 있다.
이로 인해, "분리막"이란 용어는 전기화학 셀에서 반대 극성을 갖는 전극을 전기적 및 물리적으로 분리하고 이들 사이로 흐르는 이온에 대해 투과성인 다공성 기판, 바람직하게는 중합체성 재료를 나타내기 위한 것이다.
분리막을 제공하기에 유용한 적합한 다공성 기판의 비제한적인 예로는 특히 무기, 유기 재료 및 자연적으로 발생하는 재료로 만들어지고, 특히 부직포 섬유(면, 폴리아미드, 폴리에스테르, 유리), 중합체(폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리(염화비닐)) 및 특정 섬유성의 자연적으로 발생하는 물질(예를 들어, 석면)으로 만들어진 다공성 막을 들 수 있다.
이로 인해, "전기화학 셀"이란 용어는 양극, 음극 및 액체 전해질을 포함하는 전기화학 셀을 나타내기 위한 것으로, 이때 단층 또는 다층 분리막이 상기 전극들 중 하나의 적어도 하나의 표면에 부착된다.
전기화학 셀의 비제한적인 예로는, 특히 전지, 바람직하게는 이차 전지, 및 전기 이중층 캐패시터를 들 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, "이차 전지"는 충전지를 나타내기 위한 것이다. 이차 전지의 비제한적인 예로는, 특히 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 이차 전지, 보다 바람직하게는 리튬 전지를 들 수 있다.
본 발명의 방법으로부터 수득되는 복합 분리막은 유리하게는 전기화학 셀에 사용하기에 적합한 전기 절연성 복합 분리막이다.
본 발명에 따른 조성물(CF)은 특히 주조, 분무 코팅, 롤 코팅, 닥터 블레이딩, 슬롯다이 코팅, 그래비어 코팅, 잉크젯 프린팅, 스핀 코팅 및 스크린 프린팅, 브러시, 고무롤러(squeegee), 발포체 도포기(foam applicator), 커튼 코팅, 진공 코팅과 같은 임의의 적합한 방법에 의해 다공성 지지체 상에 도포될 수 있다.
"전기화학 셀의 애노드"란 표현은 음극을 나타내기 위한 것이다. 음극은 이하 본원에서 활성 애노드 화합물[화합물(E-)]로 지칭되는 적어도 하나의 활성 전극 화합물의 입자를 포함한다.
상기 화합물(E-)은 바람직하게는 하기 성분들로부터 선택된다:
- 리튬을 층간 삽입할 수 있고, 전형적으로는 리튬이 주재하는 분말, 플레이크(flake), 섬유 또는 구체(예를 들어, 메조탄소 마이크로비드)와 같은 형태로 존재하는 흑연질 탄소;
- 리튬 금속;
- 특히 US 6203944(쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴퍼니(3M INNOVATIVE PROPERTIES CO.)) 및/또는 WO 00/03444(미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩처링 컴퍼니(MINNESOTA MINING AND MANUFACTURING CO.))에 기재되어 있는 것을 비롯한 리튬 합금 조성물;
- 일반적으로 화학식 Li4Ti5O12로 표시되는 티탄산리튬(이들 화합물은 일반적으로 이동성 이온, 즉 Li+를 흡수할 때 낮은 물리적 팽창 수준을 갖는 "제로-변형률(zero-strain)" 삽입 재료로서 간주됨);
- 일반적으로 Li/Si 비율이 높은 규화리튬, 특히 화학식 Li4.4Si를 갖는 규화리튬으로서 알려져 있는 리튬-실리콘 합금; 및
- 화학식 Li4.4Ge를 갖는 결정상을 포함하는 리튬-게르마늄 합금.
애노드는 당해 기술분야의 숙련자에게 잘 알려져 있는 바와 같은 첨가제를 함유할 수 있다. 이들 중에서, 특히 카본블랙, 그래핀 또는 탄소 나노튜브가 언급될 수 있다. 당해 기술분야의 숙련자가 인지하는 바와 같이, 음극은 호일, 플레이트, 로드(rod), 페이스트를 비롯한 임의의 편리한 형태, 또는 전도성 집전체 또는 기타 적합한 지지체 상에 음극 재료의 코팅을 형성함으로써 만들어진 복합체로서의 임의의 편리한 형태일 수 있다.
전기화학 셀용 애노드를 수득하기 위해, 상기 조성물(CF) 및 상기 화합물(E-)의 상기 입자가 접촉하여 조성물(CF)이 혼합된 상기 화합물(E-)의 입자를 포함하는 조성물이 수득된다.
본원에 참고로 포함되어 있는 임의의 특허, 특허 출원 및 간행물의 개시내용이 용어를 불명확하게 할 수 있는 정도로 본 출원의 기재와 상충되는 경우, 본원의 기재가 우선할 것이다.
본 발명은 하기 실시예를 참고하여 보다 상세하게 설명될 것이며, 하기 실시예의 목적은 단지 예시적인 것인 것으로, 본 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
실험 부문
재료 :
솔레프® PVDF 라텍스 XPH-925는 솔베이 스페셜티 폴리머즈 이태리 에스.피.에이.로부터 입수하였다.
탄산수소나트륨(CAS 144-55-8; 검정: 99.7% 이상), 암모니아는 시그마 알드리치(Sigma Aldrich)로부터 입수하였다.
시료의 제조
2개의 솔레프® PVDF 라텍스 XPH-925 시료를 이들의 pH가 약 pH 8이 될 때까지 40 ㎖의 암모니아(29 중량%)와 혼합하였다.
이어서, 이렇게 수득된 시료를 상이한 양의 탄산수소나트륨(농도: 90 g/ℓ) 수용액과 혼합하고, 하기 표 1에 열거된 바와 같이 먼저 50℃에서 수 주 동안 저장한 후, 실온에서 10주 동안 저장하였다.
이어서, Ag/AgCl 전극이 구비된 메틀러 톨레도(METTLER TOLEDO)의 pH 측정기 SevenCompactTM S220을 이용하여 pH를 평가하였다.
비교예로서, 제3 솔레프® PVDF 라텍스 XPH-925 시료를 이의 pH가 약 pH 8이 될 때까지 40 ㎖의 암모니아(29 중량%)와 혼합하고, 하기 표 1에 열거된 바와 같이 50℃에서 수 주 동안 저장하였다.
모든 시료에 대해 수득된 결과는 본원의 하기 표 1에 열거되어 있다.
시료 초기 pH NaHCO3(mmol/ℓ) 기간(주) 최종 pH
50℃ RT
1 8.04 150 14 10 8.10
2 8.17 12 10 7.90
3C(*) 8.10 - 2 - 5.86
(*) 비교용
RT = 실온(약 25℃)

Claims (14)

  1. 수성 매질, 적어도 하나의 VDF계 중합체[중합체(VDF)], 및 알칼리 금속 양이온 및 음이온(탄산수소 및 인산수소로부터 선택됨)을 포함하는 적어도 하나의 염[화합물(S)]을 포함하는 조성물[조성물(CF)]로서,
    상기 조성물(CF)은 분산액[분산액(D)]의 형태인 것인 조성물(CF).
  2. 제1항에 있어서, 상기 화합물(S)는 상기 조성물(CF) 1 ℓ 당 30 밀리몰(mmol) 내지 500 mmol의 양인 것인 조성물(CF).
  3. 제1항에 있어서, 상기 중합체(VDF)는 본질적으로 1,1-디플루오로에틸렌(VDF)에서 유래하는 반복 단위로 이루어져 있는 VDF 단독 중합체[중합체(VDFH)]인 것인 조성물(CF).
  4. 제1항에 있어서, 상기 중합체(VDF)는 1,1-디플루오로에틸렌(VDF)에서 유래하는 반복 단위 및 VDF와는 상이한 적어도 하나의 플루오르화 단량체[단량체(F)]에서 유래하는 반복 단위를 포함하는 VDF 공중합체[중합체(VDFC)]인 것인 조성물(CF).
  5. 제4항에 있어서, 상기 단량체(F)는 바람직하게는 에틸렌; 프로필렌; 비닐 단량체(예를 들어, 비닐아세테이트); 스티렌 및 p-메틸스티렌과 같은 스티렌 단량체; 및 (메트)아크릴 단량체[단량체(MA)]로부터 선택되는 수소화 단량체[단량체(FH)]인 것인 조성물(CF).
  6. 제5항에 있어서, 상기 단량체(MA)는 하기 화학식에 따르는 것인 조성물(CF):
    Figure pct00007

    (상기 식에서, R1, R2, R3 각각은 서로 동일하거나 상이한 것으로, 독립적으로 수소 원자 또는 C1-C3 탄화수소기이고,
    ROH는 하이드록실기, 또는 적어도 하나의 하이드록실기를 포함하는 C1-C5 탄화수소 모이어티임).
  7. 제4항에 있어서, 상기 단량체(F)는, 바람직하게는,
    (a) 테트라플루오로에틸렌(TFE), 헥사플루오로프로필렌(HFP), 펜타플루오로프로필렌 및 헥사플루오로이소부틸렌과 같은 C2-C8 플루오로- 및/또는 퍼플루오로올레핀;
    (b) 플루오르화비닐, 1,2-디플루오로에틸렌 및 트리플루오로에틸렌과 같은 C2-C8 수소화 모노플루오로올레핀;
    (c) CH2=CH-Rf0(여기서, Rf0은 C1-C6 퍼플루오로알킬기임);
    (d) 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE)과 같은 클로로- 및/또는 브로모- 및/또는 요오도-C2-C6 플루오로올레핀;
    (e) CF2=CFORf1(여기서, Rf1은 C1-C6 플루오로- 또는 퍼플루오로알킬기, 예를 들어 -CF3, -C2F5, -C3F7임);
    (f) CF2=CFOX0(여기서, X0은 C1-C12 옥시알킬기, 또는 하나 이상의 에테르기를 갖는 C1-C12 (퍼)플루오로옥시알킬기, 예를 들어 퍼플루오로-2-프로폭시-프로필기임);
    (g) CF2=CFOCF2ORf2(여기서, Rf2는 C1-C6 플루오로- 또는 퍼플루오로알킬기, 예를 들어 -CF3, -C2F5, -C3F7, 또는 하나 이상의 에테르기를 갖는 C1-C6 (퍼)플루오로옥시알킬기, 예를 들어 -C2F5-O-CF3임); 및
    (h) 하기 화학식의 (퍼)플루오로디옥솔:
    Figure pct00008

    (상기 식에서, Rf3, Rf4, Rf5 및 Rf6 각각은 서로 동일하거나 상이한 것으로, 독립적으로 플루오린 원자, C1-C6 플루오로- 또는 퍼(할로)플루오로알킬기(선택적으로 하나 이상의 산소 원자를 포함함), 예를 들어 -CF3, -C2F5, -C3F7, -OCF3, -OCF2CF2OCF3임)로부터 선택되는 플루오르화 단량체[단량체(FF)]인 것인 조성물(CF).
  8. 제7항에 있어서, 상기 단량체(FF)는 테트라플루오로에틸렌(TFE), 트리플루오로에틸렌(TrFE), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE), 헥사플루오로프로필렌(HFP), 퍼플루오로메틸비닐에테르(PMVE), 퍼플루오로프로필비닐에테르(PPVE) 및 플루오르화비닐을 포함하는 그룹, 바람직하게는 이들 성분으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것인 조성물(CF).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체(VDF)는 입자 형태인 것인 조성물(CF).
  10. 제9항에 있어서, 상기 중합체(VDF)의 입자는 ISO 13321에 따라 측정할 때 1 ㎛ 미만의 일차 입자 평균 크기를 갖는 것인 조성물(CF).
  11. 제10항에 있어서, 상기 중합체(VDF) 입자의 일차 입자 평균 크기는 ISO 13321에 따라 측정할 때 50 ㎚ 초과, 보다 바람직하게는 100 ㎚ 초과, 더욱 더 바람직하게는 150 ㎚ 초과이고, ISO 13321에 따라 측정할 때 600 ㎚ 미만, 보다 바람직하게는 400 ㎚ 미만 및 더욱 더 바람직하게는 350 ㎚ 미만인 것인 조성물(CF).
  12. 제11항에 있어서, 상기 중합체(VDF) 입자의 일차 입자 평균 크기는 ISO 13321에 따라 측정할 때 130 ㎚ 내지 280 ㎚인 것인 조성물(CF).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 상기 조성물(CF)로 적어도 부분적으로 코팅된 다공성 기판을 포함하는 전기화학 셀용 분리막.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 상기 조성물(CF)이 혼합된 적어도 하나의 활성 애노드 화합물[화합물(E-)]의 입자를 포함하는 전기화학 셀용 애노드.
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