過弗素化されたスルホン塩類、およびイオン性伝導材料としてのそれらの使用 | Patent Information

【要約】本発明は非局在化されたアニオン電荷を有する塩を含む高いイオン伝導率を有するイオン性組成物に関する。イオン性組成物は塩を溶媒中溶液状で含みそして-30°C〜150°Cの間で10-5S・cm-1より大きい伝導率を有する。カチオンはプロトン、ヒドロニウム、ヒドロキソニウム、ニトロソニウムNO+、アンモニウムNH4+または金属、有機もしくは有機金属カチオンである。アニオンは過弗素化された置換基を有するカルバニオンまたは対カルバニオンに対するα炭素上に少なくとも1個のFをそして2個の過弗素化されていない電子-吸引性置換基を有する置換基である。電気化学的装置中での電解質として、化学反応の触媒として、または重合もしくは架橋結合反応用の熱化学的開始剤としての使用。

1.少なくとも1種のイオン性化合物を溶媒中溶液状で含むイオン性組成物であって、該化合物が組み合わせ物の電気中性度を確実にするのに充分な数の少なくとも1種のカチオン性部分Mm+と会合するアニオン性部分を含み、該組成物はそれが-30°C〜150°Cの間の温度で10-5S・cm-1より大きい伝導率を有すること、Mm+がプロトン、ヒドロニウム、ヒドロキソニウム、ニトロソニウムNO+、アンモニウムNH4+または金属カチオン、有機カチオンもしくは有機金属カチオンから選択される原子価mを有するカチオンであること、並びにアニオン部分が式XF-SOx-C-(Z)(Z’)、XF-SOx-C-(YR)(Y’R’)、またはXF-SOx-C-(Z)(YR)の1種に相当することにより特徴づけられており、ここで-xは1または2であり、-XFはアルキル、アルキルアリール、オキサアルキル、アザ-アルキル、チア-アルキル、アルケニル、オキサ-アルケニル、アザ-アルケニル、チア-アルケニルもしくはジアルキルアゾタイプの線状、分枝鎖状もしくは環式の過ハロゲン化された基よりなる群からまたはSOx基に対するα炭素か少なくとも1個のFを有する有機基よりなる群から選択される1価または多価の基を表し、多価XF基は1個より多い-SOxC-基に結合されると理解され、-ZおよびZ’は、互いに独立して、1価または多価の電子-吸引基を表し、多価のZおよびZ’基は環の一部を形成できるかまたは数個の-C-SOx-XF基に結合できると理解され、-YまたはY’はスルホニル、スルフィニル、カルボニルまたはホスホニル基を表し、-Rは1価または多価の有機基であり、そしてR’はHまたは1価または多価の有機基であり、x=2である時にはRおよびR’はペルフルオロアルキル以外であり、置換基R、R’、ZまたはZ’の各々は芳香族もしくは非芳香族環または重合体の一部を形成することができること、並びに置換基XF、R、R’、ZまたはZ’の各々が同じアニオン性中心C-によりまたは他のアニオン性中心により担持される置換基XF、R、R’、ZまたはZ’に結合可能であることが理解される、イオン性組成物。2.イオン性化合物のカチオンがアルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、2価もしくは3価状態の遷移金属カチオン、並びに希土類カチオンから選択される金属カチオンであることを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。3.イオン性化合物のカチオンが有機金属カチオンまたはホスフィンタイプの配位子により錯化された遷移金属のカチオンであり、該カチオンが場合により重合体連鎖の一部を形成してもよいことを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。4.イオン性化合物のカチオンがR”3O+(オニウム)、NR”4+(アンモニウム)、R”C(NHR”2)2+(アミジニウム)、C(NHR”2)3+(グアニジニウム)、C5NR”6N+(ピリジニウム)、C3R”5N2+(イミダゾリニウム)、C2R”4N3+(トリアゾリウム)、C3NR”7N2+(イミダゾリニウム)、SR”3+(スルホニウム)、PR”4+(ホスホニウム)、IR”2+(ヨードニウム)または(C6R”5)3C+(カルボニウム)カチオンよりなる群から選択される有機カチオンであり、R”基は独立してHまたは過弗素化されていない有機基を表すことを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。5.同一もしくは異なるR”基が-プロトン、アルキル、アルケニル、オキサ-アルキル、オキサ-アルケニル、アザ-アルキル、アザ-アルケニル、チア-アルキル、チア-アルケニル、場合により加水分解可能なシラ-アルキルまたは場合により加水分解可能なシラ-アルケニル基およびジアルキルアゾ基であり、該基は線状、分枝鎖上または環式であると理解される基、-例えば窒素、酸素または硫黄の如きヘテロ原子を含む少なくとも1個の側鎖を場合により含んでいてもよい環式または複素環式基、-場合により芳香族核または置換基中にヘテロ原子を含んでいてもよいアリール類、アリールアルキル類、アルキルアリール類およびアルケニルアリール類、-場合により少なくとも1個の窒素、酸素、硫黄または燐原子を含んでいてもよい数個の縮合されたもしくは縮合されていない、芳香族または複素環式核を含む基よりなる群から選択されることを特徴とする、請求の範囲第4項記載のイオン性組成物。6.カチオンが少なくとも2個のH以外のR”基を有し、これらの基は場合により一緒になってカチオン電荷を有する中心を包囲するかまたは包囲しない芳香族または非芳香族の環を形成することを特徴とする、請求の範囲第4項記載のイオン性組成物。7.カチオン性の基がポリカチオン性であることを特徴とする、請求の範囲第4項記載のイオン性組成物。8.カチオンが環中に少なくとも1個の第4級化窒素原子を含む芳香族性のカチオン性複素環であることを特徴とする、請求の範囲第4項記載のイオン性組成物。9.カチオンがイミダゾリウム、トリアゾリウム、ピリジニウムおよび4-(ジメチルアミノ)ピリジニウム並びに場合により環の炭素原子上に置換基を有していてもよい該カチオンよりなる群から選択されることを特徴とする、請求の範囲第8項記載のイオン性組成物。10.カチオンが-N=N-または-N=N+結合、置換されているかまたは未置換であり場合により重合体骨格中に導入されていてもよいスルホニウム基、ヨードニウム基またはアレンフェロセニウムカチオンを有することを特徴とする、請求の範囲第4項記載のイオン性組成物。11.カチオンが2,2’[アゾビス(2-2’イミダゾリニオ-2-イル)プロパン]2+または2,2’-アゾビス(2-アミジニオプロパン)2+基を有することを特徴とする、請求の範囲第4項記載のイオン性組成物。12.XFが炭素数1-12の過ハロゲン化されたアルキル基または炭素数6-9の過ハロゲン化されたアルキルアリール基であり、該基が2個の炭素原子間にまたは基の末端にO、NまたはSヘテロ原子を含むことも可能であることを特徴とする、請求の範囲第4項記載のイオン性組成物。13.XFがRHCF2-、RHCF2CF2-、RHCF2CF(CF3)-およびCF3C(RH)Fよりなる群から選択され、RHが過ハロゲン化されていない有機基を表すことを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。14.R、R’またはRHが、互いに独立して、炭素数1-24のアルキル、アルケニル、オキサ-アルキル、オキサ-アルケニル、アザ-アルキル、アザ-アルケニル、チア-アルキル、チア-アルケニルおよびジアルキルアゾ基または炭素数5-24のアリール、アリールアルキル、アルキルアリールおよびアルケニルアリール基よりなる群から選択され、該基は場合により完全にまたは部分的に弗素化されていることも可能であり、そしてXFSOxがペルフルオロアルキルスルホニル基である時にはRおよびR’はペルフルオロアルキル基以外であることを特徴とする、請求の範囲第1-13項のいずれかに記載のイオン性組成物。15.2個のRおよびR’置換基が一緒になってY基およびY’基に結合されている2価の基を形成することを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。16.R、R’またはRHが、互いに独立して、場合により主鎖中にもしくは側鎖中に少なくとも1個のO、NまたはSヘテロ原子を含んでいてもよく、および/または場合によりヒドロキシル基、カルボニル基、アミン基、アルコキシシラン基またはカルボキシル基を有していてもよい炭素数1-12のアルキルまたは炭素数2-12のアルケニルを表すことを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。17.RおよびR’が一緒になって、その端部の各々において、-SO2-C-SO2XFアニオン性の基を形成することを特徴とする、請求の範囲第1-13項のいずれかに記載のイオン性組成物。18.R、R’またはRH置換基が重合体基であることを特徴とする、請求の範囲第1-13項のいずれかに記載のイオン性組成物。19.RまたはR’置換基が重合体の繰り返し単位であることを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。20.R、R’またはRH置換基が少なくとも1個のアニオン性のイオノホア基および/または少なくとも1個のカチオン性のイオノホア基を有することを特徴とする、請求の範囲第1-13項のいずれかに記載のイオン性組成物。21.R、R’またはRH置換基が少なくとも1個のエチレン系不飽和のおよび/または1個の縮合可能なおよび/または熱工程により、光化学工程によりもしくはイオン性解離により1個の解離可能な基を含むことを特徴とする、請求の範囲第1-13項のいすれかに記載のイオン性組成物。22.R、R’またはRH置換基かメソ形態基、発色基、自己ドーピング電気伝導性重合体または加水分解可能なアルコキシシランを含むことを特徴とする、請求の範囲第1-13項のいずれかに記載のイオン性組成物。23.R、R’またはRH置換基がフリーラジカル、解離性双極子、錯化性配位子、光学的活性基、または光学的にまたは生物学的に活性なポリペプチドを捕獲可能な基を含むことを特徴とする、請求の範囲第1-13項のいずれかに記載のイオン性組成物。24.ZまたはZ’が-CN、-NO2、-SCN、-N3、-CF3、R’FCH2-(R’Fは過弗素化された基である)、CF2=CFO-、CF2=CF-S-、CF2=CF-、C2F4H、フルオロアルキルオキシ基、ペルフルオロアルキルオキシ基、フルオロアルキルチオキシ基およびペルフルオロアルキルチオキシ基よりなる群から選択されることを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。25.ZまたはZ’が場合により少なくとも1個の窒素、酸素、硫黄または燐を含んでいてもよい1個もしくはそれ以上の芳香族核を含み、該核が場合により縮合核であることが可能であり、および/または該核が場合によりハロゲン類、-OCnF2n+1、-OC2F4H、-SCnF2n+1、-SC2F4H、-O-CF=CF2、-SCF=CF2、-CN、-NO2、-SCN、-N3、-CF3、CF3CH2-、アザ、チアおよびオキサ基、ペルフルオロアルキル基、フルオロアルキルオキシ基、フルオロアルキルチオキシ基、アルキル、アルケニル、オキサ-アルキル、オキサ-アルケニル、アザ-アルキル、アザ-アルケニル、チア-アルキルまたはチア-アルケニル基、重合体基、および少なくとも1個のカチオン性のイオノホア基および/または少なくとも1個のアニオン性のイオノホア基を有する基よりなる群から選択される少なくとも1個の置換基を有することが可能であり、ここでZまたはZ’置換基が1価の基、数個のXF-SOx-C-基と結合された多価基の一部、または重合体の部分でありうること、並びにZおよびZ’置換基が一緒になってアニオン性電荷を有する炭素を含むかまたは含まない核または数個の場合により縮合されていてもよい芳香族核を含む多価の基を形成しうることを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。26.ZまたはZ’は重合体の繰り返し単位であることを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。27.イオン性組成物の溶媒は非プロトン性液体溶媒、極性重合体またはそれらの混合物の1種であることを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。28.非プロトン性液体溶媒が線状エーテル類および環式エーテル類、エステル類、ニトリル類、ニトロ誘導体、アミド類、スルホン類、スルホラン類、アルキルスルフアミド類および部分的にハロゲン化した炭化水素類から選択されることを特徴とする、請求の範囲第27項記載のイオン性組成物。29.溶媒がグラフト化されたイオン性の基を有するかもしくは有していない架橋結合されたまたは架橋結合されていない溶媒和重合体であることを特徴とする、請求の範囲第27項記載のイオン性組成物。30.溶媒がポリ(エチレンオキシド)をベースとした、網目構造を形成するかまたは形成しない、線状、蜂の巣状またはブロック構造を有するポリエーテル類、エチレンオキシドもしくはプロピレンオキシドまたはアリルグリシジルエーテル単位を含む共重合体、ポリホスフアゼン類、イソシアネート類により架橋結合されたポリ(エチレングリコール)をベースにした架橋結合された網目構造、または重縮合により得られそして架橋結合基の導入を可能にする基を有する網目構造、一部のブロックがレドックス性を有する官能基を有するブロック共重合体から選択される溶媒和重合体であることを特徴とする、請求の範囲第27項記載のイオン性組成物。31.溶媒が非プロトン性液体、並びに硫黄、窒素、酸素および弗素から選択される少なくとも1個のヘテロ原子を含む極性重合体を含むことを特徴とする、請求の範囲第27項記載のイオン性組成物。32.第二の塩を含むことを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。33.粉末または繊維の形態の無機または有機充填剤を含むことを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。34.電解質として請求の範囲第1-33項の1項に記載のイオン性組成物を含むことを特徴とする、電気化学装置。35.電解質が請求の範囲第1-33項の1項に記載のイオン性組成物であることを特徴とする、電解質により分離された負電極および正電極を含む電気化学的発電機。36.負電極が、場合により酸化リチウム中のナノメートル分散液の形態であってよい金属リチウムまたはその合金の1種、または二重リチウムおよび遷移金属窒有する低電位の酸化物、または有機物質の熱分解から生ずる炭素および炭素質生成物から構成されることを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。37.正電極の活性物質が、単独でまたは混合物状で使用される、酸化バナジウム鉄Fe2(SO4)3、燐酸鉄およびリチウム並びにオリビン構造の燐珪酸塩、またはマンガンにより鉄を置換したそれらの生成物であることを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。38.正電極の集電器がアルミニウム製であることを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。39.電解質のイオン性化合物がアルカリ金属塩であることを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。40.電解質のイオン性化合物のRおよびR’置換基が炭素数6-20のアルキル、アリール、アルキルアリールまたはアラルキルを表すことを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。41.電解質のイオン性化合物のR、R’またはXF置換基がメソ形態基、またはエチレン系不飽和のおよび/または1個の縮合可能なおよび/または熱工程により、光化学工程によりもしくはイオン性解離により解離可能な1個の基を含むことを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。42.電解質の塩が自己ドーピング電気伝導性重合体である少なくとも1個のR、R’またはRH置換基を含むことを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。43.電解質の塩がレドックス対を含むR、R’またはRH置換基を含むことを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。44.溶媒が極性非プロトン性液体溶媒を含むことを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。45.溶媒が溶媒和極性重合体を含むことを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。46.イオン性化合物が電気伝導性重合体である請求の範囲第1項記載の組成物から陽極が構成されることを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。47.電解質が請求の範囲第1項記載の組成物であることを特徴とする、電解質および高い比表面積を有する少なくとも1個の炭素電極またはレドックス重合体を含む1個の電極を含むスーパーコンデンサー。48.電解質のカチオンがアンモニウムNH4+、金属カチオンまたは第4級化窒素原子を含む有機カチオンであることを特徴とする、請求の範囲第47項記載のスーパーコンデンサー。49.電解質がR、R’またはXFが3未満の原子数を有する塩および場合によりRおよび/またはR’が炭素数が少なくとも8のアルキル連鎖である第二の塩を含むことを特徴とする、請求の範囲第47項記載のスーパーコンデンサー。50.電解質の溶媒がアセトニトリル、炭酸アルキル類または炭酸エチレンおよびジメトキシエタン混合物から選択されることを特徴とする、請求の範囲第47項記載のスーパーコンデンサー。51.電解質として請求の範囲第1項記載のイオン性組成物を含むことを特徴とする、燃料電池。52.電解質の塩がXF-SOx-C-(Z)(Z’)またはXF-SOx-C-(Z)(YR)アニオン並びにヒドロニウム、アンモニウム、・・・

C07C317/18 , C07C309/65 , C07C311/03 , C07C317/04 , C07C317/08 , C07C317/22 , C07C317/24 , C07C317/28 , C07C317/44 , C07D311/82 , C07D339/06 , C09B 69/04 , C09B 69/06 , H01G 9/038 , H01M 6/16 , H01M 8/02 , H01M 8/10 , H01M 10/40 , G03F 7/039 601

C07C317/18 , C07C309/65 , C07C311/03 , C07C317/04 , C07C317/08 , C07C317/22 , C07C317/24 , C07C317/28 , C07C317/44 , C07D311/82 , C07D339/06 , C09B 69/04 , C09B 69/06 , H01M 6/16 A , H01M 8/02 P , H01M 8/10 , H01M 10/40 A , G03F 7/039 601 , H01G 9/00 301 D

Cited by examiner (13)

電気化学電池用カソード材料
Gazette classification：公開公報 Application number：特願平6-256660 Applicant：アルカテル・アルストム・コンパニイ・ジエネラル・デレクトリシテ
電解液およびそれを用いた電気化学素子
Gazette classification：公開公報 Application number：特願平9-212785 Applicant：松下電器産業株式会社, 三洋化成工業株式会社
表面変性された炭化物質
Gazette classification：公表公報 Application number：特願平10-529513 Applicant：イドロ-ケベック, サントル・ナショナル・ドゥ・ラ・ルシェルシュ・シャンティフィック

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Cited by examiner (1)

Journal of the Electrochemical Society, 1996, 143(3), p.798-803