(57)【要約】  電解質溶液に対して耐性があるが、それと高度に適合する非晶質熱可塑性ポリマーをベースとした耐熱性材料を開示する。一態様では、この耐熱性材料は、バッテリーセルおよび／または電解コンデンサセルのセパレータを形成させるために使用される。
2015529946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードと、
カソードと、
アノードとカソードの間に配置され、１８０℃以上のガラス転移温度を有する熱可塑性ポリマーから形成されているセパレータと、
前記セパレータに隣接して配置された電解質溶液とを含むシステムであって、前記熱可塑性ポリマーが電解質溶液にそれほど溶解せず、前記熱可塑性ポリマーが３０°以下の電解質接触角を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記電解質が、全溶媒組成物の重量に対して０ｗｔ％〜５０ｗｔ％の炭酸エチル、全溶媒組成物の重量に対して０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の炭酸ジメチル、および全溶媒組成物の重量に対して０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の炭酸エチルメチルのうちの１つを含むことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載のシステムであって、前記セパレータが２０°以下の電解質接触角を有することを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のシステムであって、前記セパレータが１８０℃超の変形温度を有することを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のシステムであって、前記セパレータが、１，３−ジアミノベンゼン、１，４−ジアミノベンゼン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、オキシジアニリン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼンまたはそれらの組合せから選択される少なくとも１つのジアミンから誘導される構造単位を含むポリエーテルイミド（ＰＥＩ）から形成されていることを特徴とするシステム。
【請求項６】
多孔質フィルムを作製する方法であって、
溶媒中に熱可塑性ポリマーを含む注加可能なポリマー溶液を用意するステップであって、前記ポリマーが電解質溶液に対して耐薬品性を有し、前記ポリマーが９０％以上の正規化乾燥重量を有するステップと、
前記ポリマー溶液から多孔質フィルムを形成させるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記耐薬品性ポリマーが、溶媒中で５％〜３０％の重量/体積濃度を有することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６または７のいずれかに記載の方法であって、前記ポリマーが、ポリエーテルイミド、ポリケトン、ポリエステル、ポリ（４−メチルペンテン）、ポリフェニレンエーテルもしくはポリフェニレンスルフィドまたはそれらの組合せを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかに記載の方法であって、前記溶媒が、フェノール系溶媒、４−クロロ−３−メチル−フェノール、４−クロロ−２−メチル−フェノール、２，４−ジクロロ−６−メチル−フェノール、２，４−ジクロロ−フェノール、２，６−ジクロロ−フェノール、４−クロロ−フェノール、２−クロロ−フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、４−メトキシ−フェノール、カテコール、ベンゾキノン、２，３−キシレノール、２，６−キシレノールもしくはレゾルシノールまたはそれらの組合せを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
耐溶剤性ポリマー膜を作製するための方法であって、
溶媒中にポリマーを含む注加可能なポリマー溶液を用意するステップであって、前記ポリマーが電解質溶液に対して耐薬品性を有し、前記ポリマーが９０％以上の正規化乾燥重量を有し、前記溶媒が２以下のＮＦＰＡファイアダイアモンドでのヘルスレーティングを有するステップと、
前記ポリマー溶液から膜を形成させるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記溶媒が、２−ピロリドン、１−エチル−２−ピロリドン、１−シクロヘキシル−２−ピロリドン、１−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドン、１−オクチル−２−ピロリドン、１−Ｎ−エトキシカルボニル−３−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンおよび１−ビニル−２−ピロリドンのうちの１つ以上を含むピロリドンベースの溶媒を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１のいずれかに記載の方法であって、注加可能なポリマー溶液を用意するステップが、開放系または閉鎖系のうちの１つにおいて、ポリフェニレンエーテルまたはポリエーテルイミドをＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に高温で溶解させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項６〜１２のいずれかに記載の方法であって、前記ポリマーが、ポリエーテルイミドもしくはポリフェニレンエーテルまたはそれらの組合せを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項６〜１３のいずれかに記載の方法であって、前記ポリマーが、１，３−ジアミノベンゼン、１，４−ジアミノベンゼン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、オキシジアニリン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼンまたはそれらの組合せから選択される少なくとも１つのジアミンから誘導される構造単位を含むポリエーテルイミドを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項６〜１４のいずれかに記載の方法であって、前記ポリマー溶液が無機粒子を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項６〜１５のいずれかに記載の方法であって、前記ポリマー溶液から形成させるステップが、ポリマー溶液から湿潤薄厚フィルムをキャスティングし、ポリマーに対する非溶媒を含む凝固浴中に、湿潤した形状化ポリマー溶液を浸漬させて凝固ポリマーフィルムを提供し、続いて前記凝固ポリマーフィルムから前記溶媒を除去するステップか、または、前記湿潤した形状化ポリマー溶液をそのポリマーに対する非溶媒の蒸気に曝露し、続いて、前記凝固ポリマーフィルムから前記溶媒を除去するステップのうちの１つ以上を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記非溶媒が、水、ピロリドンベースの溶媒、フェノール系ベースの溶媒、アセトン、メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、酢酸エチル、酢酸メチル、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、ペンタン、シクロペンタン、ベンゼン、クロロホルム、ジエチルエーテル、酢酸ジメチル、二塩化エチレン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、炭酸プロピレン、アニソール、１，２−ジクロロベンゼン、キシレン、ヘキサフルオロイソプロパノール、ジクロロメタン、テトラフルオロアセテート、テトラクロロエタン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンまたはそれらの組合せを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
構造を形成させる方法であって、多層構造を形成させるステップを含み、請求項６〜９のいずれかに記載の多孔質フィルムが前記多層構造の基材であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
バッテリーセルおよび電解コンデンサセルは典型的に正および負の電極（カソードおよびアノード）ならびに電解質溶液を含む。これらの電極は、セパレータとして公知の薄い多孔質フィルムで分離されている。セパレータは、バッテリー／コンデンサにおいて重要な役割を果たす。セパレータの１つの機能は、２つの電極を物理的に互いに隔てるように保持して電気的な短絡を防止することであり、したがって、セパレータは電気的に絶縁性でなければならない。同時に、セパレータは、セルの充電および放電の間の回路を完結させるのに必要な電荷担体の迅速な輸送を可能にするものでなければならない。したがって、バッテリーセパレータは、本来的にイオン導電体（固体電解質など）であるか、またはイオン伝導性の液体電解質を液浸させることによって、イオンを伝導させる能力を有していなければならない。
【０００２】
バッテリーセパレータの高温溶融完全性（ＨＴＭＩ）は、個々のセルならびにバッテリーパック全体の安全性を確実にするための重要な特性である。過充電もしくは内部短絡、または内部セル温度の上昇をもたらす他の任意の事象に起因した内部熱増大の場合、セパレータが、その完全性（形状および機械的なもの）を維持し、それによって高温で電極が互いに接触するのが防止されることになるので、高温溶融完全性は追加的な安全の余裕を提供することができる。
【０００３】
リチウムイオンバッテリーのための典型的なセパレータは、溶融加工技術により製造されるポリマー、より具体的にはポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）をベースとしている。これらのタイプのセパレータは典型的に高温（＜１６０℃）での溶融完全性が劣っており、電解質溶液での湿潤性が低い。したがって、溶融または溶液プロセスで製造することができる改善されたＨＴＭＩおよび電解質湿潤性を有する代替のセパレータのニーズが存在する。
【０００４】
リチウムイオンバッテリーのポリマーセパレータフィルムの多孔性は典型的に、そのプロセスが「ドライプロセス」として公知である押し出しフィルムの（一軸性）延伸によってもたらされる。これは、フィルムの押し出し、アニーリングおよび延伸の間の複合的な相互作用をベースとしている（例えば、米国特許第３，５５８，７６４号および同第５，３８５，７７７号を参照されたい）。ドライプロセスは典型的に開放型細孔構造および相対的に均一な細孔サイズをもたらす。しかし、延伸プロセスに固有的に、ドライプロセスは、非球形の細孔およびその材料中での残留応力をもたらす。後者は典型的に、特に高温での経時的なフィルムの変形（収縮）をもたらす。多孔質構造を増進させるためには、延伸プロセスの間での結晶化／結晶性が必要であるので、ドライプロセスによる多孔質フィルムの作製は、半結晶性ポリマーだけに限定される。このプロセスはかなり高い多孔度（３０〜５０％）を可能にするが、すべての細孔が互いに接続されているわけではないので、実際にアクセス可能な多孔度（例えば通気度で測定されるような）はしばしば相当低い。
【０００５】
あるいは、多孔性は、そのポリマーを、その溶融物を冷却すると特異的な構造を形成し、低分子量の化学種を除去した後に多孔質構造が残る、低分子量の抽出可能なものと予備混合することによってもたらすことができる（例えば、米国特許第７，６１８，７４３号および日本国特許第１９８８２７３６５１号（特開昭６３−２７３６５１号）、同第１９９６０６４１９４号（特開平８−０６４１９４号）および同第１９９７２５９８５８号（特開平９−２５９８５８号）を参照されたい）。このプロセスは「ウェットプロセス」として公知であり、典型的に、押し出しプロセスの間は混和性であるが、冷却されると相分離する、ポリマー／抽出可能物の組合せを使用する。抽出可能物は典型的に、炭化水素液体、例えばパラフィン油などの低分子量の化学種である。低分子量の種の除去は、蒸発または抽出によって達成することができる。抽出は典型的に、塩化メチレンなどの有機性の揮発性溶媒を用いて達成される。所望の細孔構造を生み出すために、追加的な延伸（一軸性または二軸性）ステップが典型的に用いられる。ウェットプロセスは典型的に、高度にねじれている相互接続した多孔質構造をもたらす。ウェットプロセスによる多孔質フィルムの作製は典型的に、相対的に高い溶融強度を有するポリマー（例えば、超高分子量ポリエチレン）に限定される。ドライプロセスと同様に、すべての細孔が互いに接続されているわけではないので、実際にアクセス可能な多孔度（例えば通気度で測って）はしばしば全多孔度より相当低い。
【０００６】
セルの体積抵抗性（volume resistivity）は典型的にアクセス可能なセパレータ多孔度とは逆に増減するので、セパレータフィルムにおける高い多孔度は、バッテリーの充電および放電特性に有益である。さらに、セパレータ細孔サイズは、アノードおよびカソードの活性材料の粒径（典型的に２〜３マイクロメートル）より小さい必要がある。また、細孔サイズ分布は狭く、その細孔は均一に分布していなければならない。すべての細孔は、何らかの仕方で、そのフィルムの前面から背面まで接続されていることが好ましい、言い換えれば、実際のアクセス可能な多孔度は、全多孔度と同等であるべきである。これは、すべての細孔が、電解質溶液についてアクセス可能であり、セパレータを通るイオン輸送に寄与することを意味する。Ｌｉイオンバッテリーの場合、高度なねじれおよび相互接続した細孔構造は、それが、急速充電または低温充電の際の黒鉛アノード上でのリチウム結晶の成長を抑制するので、バッテリーの長寿命のために有益である。他方では、開放型（低いねじれ）および均一な細孔サイズの構造は、急速な充電および放電が必要とされる用途、例えば高出力密度バッテリーに有益である。
【０００７】
非水性バッテリー中のセパレータフィルムは、大部分が、ポリマー、より具体的にはポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）をベースとしている。ＰＥとＰＰはどちらも、バッテリーセル中でのセパレータの長期性能発現を可能にする、電解質溶液に対するそれらの公知の耐溶剤性のために使用される。これらのタイプのセパレータの明確な欠点は、それらの低い高温溶融完全性（ＨＴＭＩ）および電解質溶液との低い相互関係（すなわち、湿潤性および電解質保持）である。
【０００８】
改善されたＨＴＭＩ性能（＞１８０℃）を有するセパレータフィルムを開発するための努力がなされてきた。ＨＴＭＩ＞１８０℃を達成するために、２つの技術的アプローチが典型的に用いられる。１つは、多孔質ポリマーマトリクスを強化するために、セラミックのコーティングまたは充填材を使用するものである。その例には以下のものが含まれる：
・  Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）およびＰＶｄＦ結合剤をベースとしたハイブリッドセパレータを作製している［「Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ａｎｄ  Ｍａｒｋｅｔ  Ｆｏｒｅｃａｓｔ  ｏｆ  Ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ、Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２０１０」、Ｓｏｌａｒ＆Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．を参照されたい］
・  Ｄｅｇｕｓｓａは、ポリエステル不織布上に接着されたセラミック粒子からなるハイブリッドセパレータを開発している［Ｓ．ツァン（Ｚｈａｎｇ）、「Ａ  ｒｅｖｉｅｗ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ  ｏｆ  ｌｉｑｕｉｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｌｉ−ｉｏｎ  ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、Ｊ．  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  （２００７）１６４：３５１〜３６４頁を参照されたい］。
・  ＬＧ  Ｃｈｅｍｉｃａｌは、セラミック層でコーティングしたポリオレフィンセパレータを使用することによって、いわゆる「ＳＲＳ」（安全性強化セパレータ）を開発している。セラミック層のため、セパレータの熱安定性と機械的強度が改善されている［Ｘ．フアン（Ｈｕａｎｇ）、「Ｓｅｐａｒａｔｏｒ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｆｏｒ  ｌｉｔｈｉｕｍ−ｉｏｎ  ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、Ｊ．  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．、（２０１１）１５：６４９〜６６２頁、米国特許出願公開第２０１０／０２５５３８２号を参照されたい］
・  Ｓｏｎｙ  Ｃｏｒｐ［米国特許出願公開第２００９／００９２９００号］およびＰａｎａｓｏｎｉｃ［米国特許出願公開第２０１０／０１５１３２５号、同第２００８／００７０１０７号］は、耐熱性無機物層でコーティングされたポリマーセパレータを開発している。
・  Ｓａｍｓｕｎｇ［米国特許出願公開第２００９／０１５５６７７号］は、無機粒子で充填されたポリマーセパレータを開発している。
・  ＧＭ［米国特許出願公開第２０１１／０２００８６３号］は、多孔質ポリマー膜を電気抵抗性セラミック材料でコーティングするための酸素プラズマプロセスを開発している。
・  Ｔｅｉｊｉｎ［国際公開第２００８／０６２７２７号］は、微細無機粒子からなる耐熱性多孔質層を有する微細孔ポリエチレンフィルムを開発している。
・  Ａｓａｈｉ［国際公開第２００８／０９３５７５号］は、ポリオレフィン樹脂多孔質膜、無機充填材および樹脂結合剤を含む多層型多孔質膜を開発している。
【０００９】
ポリマー膜にセラミック層を適用すると典型的に、機械的特性（例えば、引張り強さおよび可撓性）を劣化させ、これは、セル製造プロセスの間のセパレータの完全性ならびにセルの実際の適用の際の安全性の懸念がある。さらに、二次的加工ステップを伴うことになるので、ポリマーセパレータにセラミック層を適用するのは望ましくない。相当な追加的コストをもたらす、コーティング／マトリクス剥離および／または粒子脱落のような事象を防止する必要があるので、この二次的プロセスの非常に厳しい制御が必要となる。さらに、適用される無機コーティングは、セル充電および放電の際のセパレータを通したイオン輸送を可能にするように多孔質である必要がある。
【００１０】
セパレータＨＴＭＩを改善するための他のアプローチは、ポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーマトリクスを耐熱性ポリマーで置き換えることである。そうした高い耐熱性ポリマーの例には、ポリ（４−メチルペンテン）（ＰＭＰ）［欧州特許第２３０８９２４号、米国特許出願公開第２００６／００７３３８９号］および架橋ポリマー［米国特許第４５２２９０２号］が含まれる。これらのアプローチの欠点は、それぞれ、電解質での湿潤性が低いことおよび加工が困難であることである。米国特許出願公開第２０１３／０１２５３５８号、中国特許第１０２２５１３０７号、米国特許出願公開第２０１１／０１４３２１７号および米国特許出願公開第２０１１／０１４３２０７号は、バッテリーセパレータ用途のための完全に芳香族ポリイミドの使用を説明しているが、完全な芳香族ポリイミドは熱硬化性樹脂であり、したがって典型的に溶融加工が不可能なので、完全な芳香族ポリイミドの多孔質フィルムへの加工は困難である。種々の構造形態でのバッテリーセパレータ用途のための溶融および溶液加工可能な熱可塑性ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）の適用が、例えば、カナダ特許出願公開第２４６８２１８号、独国特許出願公開第１０２０１００２４４７９号、米国特許第７８９２６７２号、米国特許第７２１４４４４号、米国特許第７０８７３４３号および米国特許出願公開第２０１１／０１７１５１４号、米国特許出願公開第２０１１／０１６５４５９号、米国特許出願公開第２０１２／０３０８８７２号、米国特許出願公開第２０１２／０３０９８６０号、米国特許出願公開第２０１２／０１５６５６９号、米国特許第８４７０８９８号、特開第２００５−２０９５７０号、特開第２００９−２３１２８１号、特開第２００９−２３１２８１号に説明されている。しかし、ポリエーテルイミドは典型的に、バッテリー分野での適用のために必要とされる耐溶剤性を有しておらず、これは、セパレータの著しい溶解および／または腫脹をもたらし、セパレータが、細孔を通したイオン輸送を可能にしながら、電極を物理的に分離する能力を（部分的に）緩ませることになる。改善された耐溶剤性を有するポリエーテルイミドは公知であり、例えばｐａｒａ−フェニレンジアミンから誘導される構造単位を含むポリエーテルイミドがある。しかし、これらのタイプの耐溶剤性ポリエーテルイミドは典型的に溶液加工が可能でないと考えられている。我々の最良の知見によれば、したがって、ｐａｒａ−フェニレンジアミンから誘導される構造単位を含む耐溶剤性ポリエーテルイミドは、バッテリーセパレータにこれまで適用されたことはない。
【００１１】
したがって、非水性電解質溶液と、本質的に良好な適合性を有し、なおかつそれに対して耐性のある１８０℃超で溶融完全性を有するポリマーセパレータフィルムであって、そのセパレータが熱可塑性ポリマーをベースとしており、溶融または溶液アプローチなどの単一ステッププロセスで製造できるセパレータフィルムの必要性が依然としてある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第３５５８７６４号明細書
【特許文献２】米国特許第５３８５７７７号明細書
【特許文献３】米国特許第７６１８７４３号明細書
【特許文献４】特開昭６３−２７３６５１号公報
【特許文献５】特開平８−０６４１９４号公報
【特許文献６】特開平９−２５９８５８号公報
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１０／０２５５３８２号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００９／００９２９００号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２０１０／０１５１３２５号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００８／００７０１０７号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００９／０１５５６７７号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２０１１／０２００８６３号明細書
【特許文献１３】国際公開第２００８／０６２７２７号パンフレット
【特許文献１４】国際公開第２００８／０９３５７５号パンフレット
【特許文献１５】欧州特許第２３０８９２４号明細書
【特許文献１６】米国特許出願公開第２００６／００７３３８９号明細書
【特許文献１７】米国特許第４５２２９０２号明細書
【特許文献１８】米国特許出願公開第２０１３／０１２５３５８号明細書
【特許文献１９】中国特許第１０２２５１３０７号明細書
【特許文献２０】米国特許出願公開第２０１１／０１４３２１７号明細書
【特許文献２１】米国特許出願公開第２０１１／０１４３２０７号明細書
【特許文献２２】カナダ国特許出願公開第２４６８２１８号明細書
【特許文献２３】独国特許出願公開第１０２０１００２４４７９号明細書
【特許文献２４】米国特許第７８９２６７２号明細書
【特許文献２５】米国特許第７２１４４４４号明細書
【特許文献２６】米国特許第７０８７３４３号明細書
【特許文献２７】米国特許出願公開第２０１１／０１７１５１４号明細書
【特許文献２８】米国特許出願公開第２０１１／０１６５４５９号明細書
【特許文献２９】米国特許出願公開第２０１２／０３０８８７２号明細書
【特許文献３０】米国特許出願公開第２０１２／０３０９８６０号明細書
【特許文献３１】米国特許出願公開第２０１２／０１５６５６９号明細書
【特許文献３２】米国特許第８４７０８９８号明細書
【特許文献３３】特開第２００５−２０９５７０号公報
【特許文献３４】特開第２００９−２３１２８１号公報
【特許文献３５】特開第２００９−２３１２８１号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】「Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ａｎｄ  Ｍａｒｋｅｔ  Ｆｏｒｅｃａｓｔ  ｏｆ  Ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ、Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２０１０」、Ｓｏｌａｒ＆Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【非特許文献２】Ｓ．ツァン（Ｚｈａｎｇ）、「Ａ  ｒｅｖｉｅｗ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ  ｏｆ  ｌｉｑｕｉｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｌｉ−ｉｏｎ  ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、Ｊ．  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓ、（２００７）１６４：３５１〜３６４頁
【非特許文献３】Ｘ．フアン（Ｈｕａｎｇ）、「Ｓｅｐａｒａｔｏｒ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｆｏｒ  ｌｉｔｈｉｕｍ−ｉｏｎ  ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、Ｊ．  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．、（２０１１）１５：６４９〜６６２頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
リチウムイオンバッテリーの適用のためには、セパレータは、特に微細孔形態によって推進される、イオン伝導度および弾性率などの一連の特性に適合しなければならない。従来のＰＰおよびＰＥセパレータは、いわゆるドライまたはウェットプロセスで作製され、これらはどちらも、所望の細孔構造を発生させるために、ポリマーの延伸、結晶化およびアニーリングに依存している。ポリエーテルイミドは典型的に非晶質な樹脂であるので、これら２つの従来のアプローチは、ポリエーテルイミドベースのセパレータを製造するのには適していない。したがって、バッテリーセパレータの要件に適合する多孔質構造の作製を可能にする、ｐａｒａ−フェニレンジアミンをベースとしたポリエーテルイミドに適したセパレータ作製プロセスに対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
バッテリーまたは電解コンデンサセルなどの分野のための高温溶融完全性および改善された電解質湿潤性を提供する材料を開示する。一例として、バッテリーセルおよび／またはコンデンサセルのためのセパレータを、本開示材料から形成させることができる。他の例として、他の構造およびシステムは、本開示材料を備えることができる。
【００１６】
一態様では、セパレータフィルムは、非晶質熱可塑性樹脂（例えば、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ））などの熱可塑性樹脂から形成させることができる。一例として、ｐａｒａ−フェニレンジアミンをベースとしたポリエーテルイミド（ＰＥＩ）（ＳＡＢＩＣのＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００シリーズ）から形成されたセパレータフィルムは、電解質との高い適合性、高い耐溶剤性および１８０℃を超える高い溶融完全性温度などの際立った性能特性の組合せを提供する。ｐａｒａ−フェニレンジアミンをベースとしたポリエーテルイミド（ＰＥＩ）は、５５℃の高温度でも電解質溶液に対して耐性があるという重要な要件を満たす。さらに、ポリエーテルイミドは、電解質溶液に対して極めて小さい接触角（例えば、＜３０°）を示す。これはセパレータ湿潤性および電解質保持に好都合であり、セル製造の際の電解質充填時間の短縮を可能にする。驚くべきことに、ｐａｒａ−フェニレンジアミンをベースとしたポリエーテルイミドから製造されたセパレータは、バッテリーのサイクル寿命などの動作セル性能の著しい改善をもたらす。ｐａｒａ−フェニレンジアミンをベースとしたＰＥＩからのセパレータは、セル動作の全範囲にわたって、非常に高い溶融完全性（１８０℃超）を有し、高い弾性率（剛性）を有する（すなわち、セル動作温度範囲において、ガラス転移または結晶融解などの物理的ポリマー転化が起こらない）。提案する材料は、典型的な市販のポリオレフィンベースのセパレータと同等以上の比イオン伝導度を有する多孔質フィルムに、溶融加工することも溶液加工することもできる。
【００１７】
一態様では、システムは、アノードと、カソードと、およびアノードとカソードの間に配置され、１８０℃以上のガラス転移温度を有する熱可塑性ポリマーから形成されているセパレータとを含むことができる。
【００１８】
一態様では、システムは、アノードと、カソードと、アノードとカソードの間に配置され、非晶質熱可塑性ポリマーから形成されているセパレータと、セパレータに隣接して（例えば、密に近接して、一体化して、湿潤させて、液浸させて（soak）、浸漬させて等）、配置された電解質とを含むことができ、非晶質熱可塑性ポリマーは、３０°以下の電解質（１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６を有する１：１：１の比のＤＭＣ：ＥＭＣ：ＥＣ）との接触角を有する。
【００１９】
一態様では、その方法は、溶融プロセスかまたは溶液プロセスを使用して熱可塑性ポリマーからセパレータを形成するステップと、セパレータをアノードとカソードの間に配置するステップと、セパレータに隣接して電解質を配置するステップとを含むことができる。
【００２０】
一態様では、セパレータは、その材料が多孔質膜へ転換されるような樹脂でできていてもよい。一例として、セパレータは、押し出しフィルムの延伸、または押し出しフィルム中の溶質の洗い出しによって形成させることができる。セパレータを形成させるために他の方法を使用することができる。
【００２１】
一態様では、耐溶剤性ポリマー膜を作製する方法は、溶媒中に耐薬品性ポリマーを含む注加可能なポリマー溶液を用意するステップと、ポリマー溶液から膜を形成させるステップとを含むことができる。
【００２２】
多孔質フィルムを作製する方法は、溶媒中に耐薬品性ポリマーを含む注加可能なポリマー溶液を用意するステップと、ポリマー溶液から多孔質フィルムを形成させるステップとを含むことができる。
【００２３】
一態様では、ＳＡＢＩＣのＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００樹脂をベースとした相分離プロセスを、リチウムイオンバッテリーセパレータを製造するために用いることができる。相分離は、ポリマー溶液を、液体状態（液体誘導相分離、ＬＩＰＳ）かまたは蒸気状態（蒸気誘導相分離、ＶＩＰＳ）の非溶媒に曝露することによってもたらすことができる。所望の形態および特性を達成するために、ドープ（ポリマー）溶液の組成、凝固浴および温度を含む主要因子を試験した。ＬＩＰＳとＶＩＰＳはどちらも、バッテリーセパレータ用途に非常に適した調節可能な細孔構造を有する、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００多孔質セパレータフィルムを作製するのに適していることが実証されている。多孔度、細孔サイズ、厚さ、導電率およびヤング率についての典型的なセパレータ要件に適合するセパレータを作製した。したがって、このプロセスは、得られる多孔度、細孔サイズおよび厚さに関して、実際の電気化学セル分野におけるセパレータの最終性能において用途が広い。このセパレータは、市販のポリオレフィンベースのセパレータと比較してバッテリーのサイクル寿命の予想外に著しい改善を示す。我々の最良の知見によれば、これは、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００セパレータがＬＩＰＳまたはＶＩＰＳプロセスによって作製され、形成されたそのセパレータがリチウムイオンバッテリーに首尾よく適用された最初の例である。
【００２４】
溶液中でのポリマーの相分離は、例えば、典型的に中空繊維の形態でのろ過用途のための微細孔膜を作製するための周知のプロセスである。一態様では、相分離は、温度、化学反応、液体非溶媒および蒸気非溶媒を含む種々の手段によってもたらすことができる。例えば、米国特許第５，１８１，９４０号は、ガス分離用途の非対称の中空繊維膜を作り出すためのそうした相分離アプローチの使用を説明している。典型的に、そうした相分離アプローチの使用は、その膜の外面での薄くて密な表面薄層（skin layer）をもたらす。そうした密な表面薄層は典型的に、例えばガス分離用途のために必要とされるが、そうした密な表面薄層は、膜を通るイオン輸送を防止し、それによってバッテリーセパレータ用途に適さない膜を作り出すことになるので、バッテリーセパレータ用途には極めて望ましくない。例えば独国特許第３，３２１，８６０号、欧州特許第１８２５０６号、米国特許第４，７５５，５４０号、同第４，９５７，８１７号、同第４，９９２，４８５号、同第５，２２７，１０１号、同第６，０１７，４５５号および同第５，９９７，７４１号において、ポリ（エーテルエーテルケトン）（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）およびポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）のような耐溶剤性ポリマーから多孔質膜を作り出すための種々のアプローチが説明されている。これらの方法は典型的に、酸性溶媒および／または高温プロセスを使用する。あるいは、米国特許第３，９２５，２１１号および同第４，０７１，５９０号は、化学反応によって最終的な多孔質膜に変換される、可溶性フィルムプレポリマーの形成による膜の作製を説明している。高温、酸性溶媒または化学反応を必要とすることなく、ポリマー溶液から多孔質フィルムを直接作り出すのがより有利であろう。そのポリマーが少なくとも部分的に結晶性である、耐溶剤性のＰＥＩ、ＰＩ、ＰＥＥＫおよびＰＰＳをベースとしたフラットシート膜を製造するための液体誘導相分離（ＬＩＰＳ）プロセスがこれまで報告されている（米国特許出願公開第２００７／００５６９０１号および同第２００７／００６０６８８号；および米国特許第７，４３９，２９１号を参照されたい）。これらのポリマーの部類は一般に耐溶剤性であることが公知であるので、高温で耐溶剤性ポリマーを溶解し、それを室温で溶液中で保持するための共溶媒系が報告されている。説明されている溶媒系は、（ｐａｒａ−、ｍｅｔａ−、ｏｒｔｈｏ−およびクロロ−）クレゾールと一緒にしたｐ−クロロ−２−メチル−フェノールをベースとしている。しかし、特許請求されているプロセス、およびより具体的には、説明されている溶媒／逆溶媒の組合せは、多孔質構造の作製を可能にするが、典型的に、バッテリーセパレータ用途に適した膜をもたらさない。我々は、耐溶剤性の非晶質ポリエーテルイミドグレードおよび最適化された溶媒系をベースとしたＬＩＰＳまたはＶＩＰＳプロセスを用いることによって、セパレータの形態（厚さ、多孔度、機械的特性および多孔質構造など）を制御し、優れた高温溶融完全性、電解質湿潤性およびバッテリーセル性能を備えた、バッテリーセパレータとしての用途に適した多孔質フィルムを得ることができることを見出した。さ��に、我々は、耐溶剤性ポリエーテルイミドを、低毒性の溶媒（例えば、米国疾病対策予防センター（Centers for Disease Control and Prevention）−ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｄｃ．ｇｏｖによる全米防火協会（National Fire Protection Association（ＮＦＰＡ））ファイアダイアモンドでより低いヘルスレーティング（Health Rating））中に溶解させる方法を見出した。
【００２５】
追加の利点は、以下の説明において一部示されることになるか、または実務により学ぶことができる。これらの利点は、添付の特許請求の範囲で特に示される要素および組合せによって具現化され獲得されよう。上記の概略説明と以下の詳細説明はどちらも例示および説明のためだけのものであり、特許請求の範囲のようには、限定的なものではないことを理解すべきである。
【００２６】
本明細書に組み込まれその一部を構成する添付の図面は、実施形態を例示しており、この説明と合わせて、その方法およびシステムの原理を明らかにするのに役立てるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】例示的なバッテリーセルの概略図を示す図である。
【図２】溶媒キャストしたＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータの代表的な形態（横断面）を示す図である。
【図３】複数のセパレータの放電容量保持率を例示するグラフである。
【図４】実施例１にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像（representation）である。
【図５】実施例２にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図６】実施例３にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図７】実施例４にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図８】実施例５にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図９】実施例６にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図１０】実施例７にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図１１】実施例８にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図１２】実施例９にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図１３】実施例１０にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図１４】実施例１１にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図１５】実施例１２にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図１６】実施例１３にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図１７】実施例１４にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図１８】実施例１６にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図１９】実施例１７にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図２０】実施例１８にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図２１】実施例１９にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図２２】実施例２０にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図２３】実施例２１にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図２４】実施例２２にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図２５】実施例２３にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図２６】実施例４にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図２７】実施例５にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図２８】実施例７にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図２９】実施例１１にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図３０】実施例１６にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図３１】実施例１７にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図３２】実施例１８にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図３３】実施例１９にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図３４】実施例２０にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図３５】実施例２１にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図３６】実施例２２にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図３７】実施例２３にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図３８】選択サンプルの見掛け多孔度を表すグラフである。
【図３９】選択サンプルの導電率を表すグラフである。
【図４０】選択サンプルの２％オフセットでの応力を表すグラフである。
【図４１】選択サンプルの温度溶融完全性を表すグラフである。
【図４２】市販のセパレータ（Ｃｅｌｇａｒｄ（登録商標）２３２０）と比較して、実施例２０の放電容量保持率を表すグラフである。
【図４３】実施例２４にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図４４】実施例２５にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図４５】実施例２６にしたがって多孔質フィルムを作製した場合に得られた形態の画像である。
【図４６】ＮＭＰ中でのＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ＫおよびＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０１１Ｋの溶解温度を濃度の関数として例示するグラフである。
【図４７】「定常状態」相分離温度を例示するグラフである。
【図４８Ａ】実施例３０にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の画像である。
【図４８Ｂ】実施例３０にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の拡大画像である。
【図４９Ａ】実施例３１にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の画像である。
【図４９Ｂ】実施例３１にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の拡大画像である。
【図５０Ａ】実施例３２にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の画像である。
【図５０Ｂ】実施例３２にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の拡大画像である。
【図５１Ａ】実施例３３にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の画像である。
【図５１Ｂ】実施例３３にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の拡大画像である。
【図５２Ａ】実施例３４にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の底部側画像である。
【図５２Ｂ】実施例３４にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の横断面画像である。
【図５３Ａ】実施例３５にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の底部側画像である。
【図５３Ｂ】実施例３５にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の横断面画像である。
【図５４】実施例３６にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の横断面画像である。
【図５５】実施例３７にしたがってキャスティングした場合に得られた形態例の横断面画像である。
【図５６】実施例３８にしたがって得られた形態例の画像である。
【図５７】実施例３９にしたがって得られた形態例の画像である。
【図５８】実施例４０にしたがって得られた形態例の画像である。
【図５９】実施例４１にしたがって得られた形態例の画像である。
【図６０】実施例４２にしたがって得られた形態例の画像である。
【図６１】実施例４３にしたがって得られた形態例の画像である。
【図６２】実施例４４にしたがって得られた形態例の画像である。
【図６３】実施例４５にしたがって得られた形態例の画像である。
【図６４】実施例４６にしたがって得られた形態例の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の方法およびシステムを開示し説明する前に、この方法およびシステムは特定の合成方法、特定の成分または特定の組成物に限定されるものではないことを理解すべきである。本明細書で使用する専門用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、限定しようとするものではないことも理解すべきである。
【００２９】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用するような、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈で別段明らかに指示されていない限り、複数指示対象を含むものとする。範囲は本明細書では、「約（about）」１つの特定の値から、および／または「約」他の特定の値までを表すことができる。そうした範囲が表されている場合、他の実施形態は１つの特定の値から、および／または他の特定の値までを含む。同様に、値が、先行詞「約」を用いて概数で表されている場合、その特定の値は別の実施形態を形成することを理解されよう。範囲のそれぞれの終点は、他の終点と関連して、かつ他の終点とは独立に有意であることをさらに理解されよう。
【００３０】
「任意選択の」または「任意選択で」は、続いて説明される事象または状況が起こっても起こらなくてもよく、その説明は前記事象または状況が起こる場合、およびそれが起こらない場合を含むことを意味する。
【００３１】
本明細書の説明および特許請求の範囲を通して、「含む（comprise）」という用語ならびに「含むこと（comprising）」および「含む（comprises）」などのこの用語の変形体は「これらに限定されないが、〜を含む（including but not limited to）」ということを意味するものであり、例えば他の添加剤、成分、整数またはステップを排除しようとするものではない。「例示的な（exemplary）」とは、「〜の１つの例（an example of）」を意味し、好ましいまたは理想的な実施形態の指示を伝えようとするものではない。「など（such as）」は限定的な意味で使用されるものではなく、説明的な目的のためである。
【００３２】
本開示の方法およびシステムを実施するために使用できる成分を開示する。上記および他の成分は本明細書で開示されており、これらの成分の組合せ、サブセット、相互関係、グループ等が開示されている場合、これらの、それぞれ様々な個々のおよび集合的な組合せおよび置換の具体的な参照が明確に開示されていなくも、それぞれは、すべての方法およびシステムについて、本明細書で特に考慮され、説明されるものと理解されたい。これは、これらに限定されないが、開示方法におけるステップを含む本出願のすべての態様に適用される。したがって、実行することができる様々な追加的ステップが存在する場合、これらの追加的ステップのそれぞれを、開示される方法の任意の特定の実施形態または実施形態の組合せで実行できることを理解されたい。
【００３３】
本発明の方法およびシステムは、好ましい実施形態およびそこに含まれる実施例の以下の詳細な説明ならびに図およびそれらの上記および以下の説明を参照することによって、より容易に理解することができる。
【００３４】
数字（例えば、量、温度等）に関して精度を確保するように努めてきたが、いくらかの誤差および偏差が考慮される（accounted for）べきである。別段の指定のない限り、部は重量部であり、温度は℃で示されるかまたは室温であり、圧力は大気圧またはその近傍である。
【００３５】
図１は、例となる非水性電解質バッテリーを示す。当業者は、電解コンデンサセルが、図１を参照して示され説明されているバッテリーと同様の構成を有することができることを理解されよう。一態様では、このバッテリーは、正電極１００（カソード）、負電極１０２（アノード）およびその正電極１００と負電極１０２の間に配置されたセパレータ１０４を含む。一例として、正電極１００、負電極１０２およびセパレータ１０４のうちの1つ以上は、バッテリー容器すなわちケーシング１０６の中に納められている。他の例として、非水性電解質１０８が、ケーシング１０６中に配置されていてもよい（例えば、正電極１００、負電極１０２およびセパレータ１０４のうちの1つ以上に隣接して、セパレータ１０４を液浸させて、セパレータ１０４を浸漬させてなど）。
【００３６】
一態様では、正電極１００はその中に組み込まれた正の活性材料を含むことができ、正の活性材料をシート状にするまたはペレット化するのを助けるための炭素および／または結合剤などの導電性材料をさらに含有することができる。正電極１００は、集電体としての金属などの電子導通性基材と接触させて使用することができる。一例として、結合剤は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エチレン−プロピレン−ジエンコポリマー、スチレン−ブタジエンゴムまたは同様のものから形成させることができる。他の例として、集電体は、アルミニウム、ステンレス鋼およびチタンなどの金属の箔、薄板、メッシュまたは細目の金網（gauze）から形成させることができる。他の例として、正の活性材料および／または導電性材料は、上記結合剤を用いて、混練／圧延（rolling）によってペレット化またはシート化することができる。あるいは、これらの材料を、トルエンおよびＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）などの溶媒に溶解または懸濁してスラリーを形成させ、次いでこれを上記集電体上に薄く塗り、乾燥してシートを形成させることができる。他の材料および形成プロセスを使用することができる。
【００３７】
一態様では、正電極１００は、正の活性材料としてその中に組み込まれた鉄、コバルト、マンガンおよびニッケルの少なくとも１つを含有し、リチウムイオンを挿入／放出することができるリチウム複合酸化物を含むことができる。カルコゲン化合物、例えばリチウム含有鉄複合酸化物、リチウム含有コバルト複合酸化物、リチウム含有ニッケル−コバルト複合酸化物、リチウム含有ニッケル複合酸化物およびリチウム−マンガン複合酸化物などの種々の酸化物を、正の活性材料として使用することができる。他の材料および形成プロセスを使用することができる。
【００３８】
一態様では、負電極１０２は、その中に組み込まれた負の活性材料を含むことができる。一例として、負電極１０２は、導電性材料、結合剤等を用いて、負の活性材料をペレット化、平面化またはシート化することによって形成することができる。一態様では、導電性材料を、炭素または金属などの電子導通性材料から形成させることができる。一例として、結合剤は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレン−ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロースまたは同様のものから形成させることができる。他の例として、集電体は、銅、ステンレス鋼、ニッケルまたは同様のものの箔、薄板、メッシュまたは細目の金網から形成させることができる。他の例として、負の活性材料および／または導電性材料は、上記結合剤を用いて、混練／圧延によってペレット化またはシート化することができる。あるいは、これらの材料は、水およびＮ−メチルピロリドンなどの溶媒に溶解または懸濁してスラリーを形成させ、次いでこれを、上記集電体上に薄く塗り、乾燥してシートを得ることができる。他の材料および形成プロセスを使用することができる。
【００３９】
一態様では、負電極１０２は、上記正電極と同様に、リチウム（またはリチウムイオン）を含有することができる、またはリチウム（またはリチウムイオン）を吸蔵／放出することができる。一例として、負電極１０２は、負電極１０２と一緒になっている正電極１００の負電位より高い負電位で、リチウムイオンを含有するかまたはリチウムイオンを挿入／放出することができる、その中に組み込まれた負の活性材料を含むことができる。そうした特性を有する負の活性材料の例には：リチウム金属；人造黒鉛、天然黒鉛、難黒鉛化性炭素および黒鉛化性炭素などの炭素質材料（炭素ベースの材料）；グラフェン；カーボンナノチューブ；チタン酸リチウム；硫化鉄；酸化コバルト；リチウム−アルミニウム合金；ケイ素；および酸化スズが含まれる。他の材料および形成プロセスを使用することができる。
【００４０】
一態様では、セパレータ１０４は、ｐａｒａ−フェニレンジアミン（例えば、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００シリーズ）をベースとしたポリエーテルイミド（ＰＥＩ）から形成させることができる。一例として、ｐａｒａ−フェニレンジアミンをベースとしたポリエーテルイミド（ＰＥＩ）から形成されたバッテリーセパレータフィルム（例えば、セパレータ１０４）は、電解質との高い適合性、高い耐溶剤性および１８０℃を超える高い溶融完全性温度などの際立った性能特性の組合せを提供する。ｐａｒａ−フェニレンジアミンをベースとしたポリエーテルイミド（ＰＥＩ）は、５５℃の高温でもバッテリー電解質溶液に対して耐性があるという重要な要件を満たすことができる。さらに、これらの材料は、典型的に電解質のために用いられる全組成範囲にわたって、電解質溶液に対する極めて小さい接触角を示し、これは、セパレータ湿潤性および電解質保持に好都合であり、セル製造の際の短い電解質充填時間を可能にする。ｐａｒａ−フェニレンジアミンをベースとしたＰＥＩからのセパレータは、非常に高い溶融完全性（１８０℃超）を有しており、セル動作の全範囲にわたって高い弾性率（剛性）を有している。ｐａｒａ−フェニレンジアミンをベースとしたＰＥＩからのセパレータは、バッテリーのサイクル寿命の著しい改善をもたらす。提案する熱可塑性材料は、典型的な市販のポリオレフィンベースのセパレータと同等以上の比イオン伝導度を有する多孔質フィルムに、溶融加工することも溶液加工することもできる。他の材料および形成プロセスを使用することができる。一態様では、電解質は、全溶媒組成の０ｗｔ％〜５０ｗｔ％の炭酸エチル；全溶媒組成の０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の炭酸ジメチル；および全溶媒組成の０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の炭酸エチルメチルのうちの１つを含む。
【００４１】
一態様では、セパレータ１０４は、耐溶剤性ポリエーテルイミドを高温（１２０℃）でフェノール系溶媒中に溶解し、続いて低温（２０〜５０℃）でキャスティングし、非溶媒を含有する浴中でポリマーに凝固させることによって作製することができる。一例として、膜を、バッテリーセルおよび／またはコンデンサセル、電解質エネルギー貯蔵デバイス、透析膜、水ろ過膜、脱塩膜、ガス分離膜などの分野のために、本明細書で開示する材料および方法を用いて作製することができる。
【００４２】
一態様では、セパレータ１０４は、閉鎖系（すなわち、溶液と空気雰囲気の間で直接の接触がない）または開放系で、耐溶剤性ポリエーテルイミドを高温（１４０〜２０２℃、図１を参照）でＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させ、続いて、低温（３０〜１４０℃）でキャスティングし、水浴または他の材料浴中で凝固させることによって作製することができる。一例として、膜は、バッテリーセルおよび／またはコンデンサセル、電解質エネルギー貯蔵デバイス、透析膜、水ろ過膜、脱塩膜、ガス分離膜などの分野のために、本明細書で開示する材料および方法を用いて作製することができる。
【００４３】
一態様では、ポリエーテルイミドは、ポリエーテルイミドホモポリマー（例えば、ポリエーテルイミドスルホン）およびポリエーテルイミドコポリマーを含むことができる。ポリエーテルイミドは、（ｉ）ポリエーテルイミドホモポリマー、例えばポリエーテルイミド、（ｉｉ）ポリエーテルイミドコポリマーおよび（ｉｉｉ）それらの組合せから選択することができる。ポリエーテルイミドは公知のポリマーであり、ＵＬＴＥＭ（登録商標）＊、ＥＸＴＥＭ（登録商標）＊およびＳｉｌｔｅｍ＊の銘柄（ＳＡＢＩＣ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  ＩＰ  Ｂ．Ｖ．の商標）のもとでＳＡＢＩＣ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｐｌａｓｔｉｃｓから販売されている。
【００４４】
一態様では、ポリエーテルイミドは式（１）：
【化１】
2015529946.tif 000003
（式中、ａは１超、例えば１０〜１，０００もしくはそれ以上、またはより具体的には、１０〜５００である）
からなってもよい。
【００４５】
式（１）中の基Ｖは、エーテル基（本明細書で使用するような「ポリエーテルイミド」）またはエーテル基の組合せおよびアリーレンスルホン基（「ポリエーテルイミドスルホン」）を含む四価リンカーである。そうしたリンカーには、これらに限定されないが：（ａ）エーテル基、アリーレンスルホン基またはエーテル基とアリーレンスルホン基の組合せで任意選択で置換された、５〜５０個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換、飽和、不飽和もしくは芳香族の単環式および多環式基；および（ｂ）エーテル基、またはエーテル基、アリーレンスルホン基およびアリーレンスルホン基の組合せで任意選択で置換された、１〜３０個の炭素原子を有する、置換もしくは非置換、直鎖状もしくは分枝状、飽和もしくは不飽和のアルキル基；あるいは上記の少なくとも１つを含む組合せが含まれる。適切な追加の置換には、これらに限定されないが、エーテル、アミド、エステルおよび上記の少なくとも１つを含む組合せが含まれる。
【００４６】
式（１）のＲ基には、これらに限定されないが、置換もしくは非置換二価有機基、例えば：（ａ）６〜２０個の炭素原子を有する芳香族炭化水素基およびそれらのハロゲン化誘導体；（ｂ）２〜２０個の炭素原子を有する直鎖もしくは分枝鎖のアルキレン基；（ｃ）３〜２０個の炭素原子を有するシクロアルキレン基、または（ｄ）式（２）の二価基：
【化２】
2015529946.tif 000004
（式中、Ｑ１には、これらに限定されないが、二価部分、例えば−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）−、−ＳＯ２−、−ＳＯ−、−ＣｙＨ２ｙ−（ｙは１〜５の整数である）およびペルフルオロアルキレン基を含むそれらのハロゲン化誘導体が含まれる）
が含まれる。
【００４７】
一実施形態では、リンカーＶには、これらに限定されないが、式（３）の四価芳香族基：
【化３】
2015529946.tif 000005
［式中、Ｗは、−Ｏ−、−ＳＯ２−、または式−Ｏ−Ｚ−Ｏ−の基を含む二価部分であり、−Ｏ−または−Ｏ−Ｚ−Ｏ−基の二価結合は、３，３’位、３，４’位、４，３’位もしくは４，４’位にあり、Ｚには、これらに限定されないが、式（４）の二価基：
【化４】
2015529946.tif 000006
｛式中、Ｑには、これらに限定されないが、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）、−ＳＯ２−、−ＳＯ−、−ＣｙＨ２ｙ−（ｙは１〜５の整数である）およびペルフルオロアルキレン基を含むそれらのハロゲン化誘導体を含む二価部分が含まれる｝が含まれる］
が含まれる。
【００４８】
一態様では、ポリエーテルイミドは、１超、特に１０〜１，０００、またはより具体的には、１０〜５００個の式（５）の構造単位：
【化５】
2015529946.tif 000007
（式中、Ｔは、その−Ｏ−または−Ｏ−Ｚ−Ｏ−基の二価結合が３，３’位、３，４’位、４，３’位もしくは４，４’位にある−Ｏ−または式−Ｏ−Ｚ−Ｏ−の基であり；Ｚは上記に定義した式（３）の二価基であり；Ｒは上記に定義した式（２）の二価基である）
を含む。
【００４９】
他の態様では、ポリエーテルイミドスルホンは、エーテル基およびスルホン基を含むポリエーテルイミドであり、リンカーＶおよび式（１）の基Ｒの少なくとも５０モル％は二価アリーレンスルホン基を含む。例えば、すべてのリンカーＶは（基Ｒは含まないが）アリーレンスルホン基を含有することができる；または、すべての基Ｒは（リンカーＶは含まないが）アリーレンスルホン基を含有することができる；あるいは、アリーレンスルホンがリンカーＶおよびＲ基の一部に存在していてもよい。ただし、アリールスルホン基を含有するＶおよびＲ基の全モル分率は５０モル％以上であるものとする。
【００５０】
さらにより具体的には、ポリエーテルイミドスルホンは、１超、特に１０〜１，０００またはより具体的には、１０〜５００個の式（６）の構造単位：
【化６】
2015529946.tif 000008
（式中、Ｙは、その−Ｏ−、ＳＯ２−または−Ｏ−Ｚ−Ｏ−基の二価結合が３，３’位、３，４’位、４，３’位または４，４’位にある−Ｏ−、−ＳＯ２−または式−Ｏ−Ｚ−Ｏ−の基であり、Ｚは上記に定義した式（３）の二価基であり、Ｒは上記に定義した式（２）の二価基であり、ただし、式（２）のＹのモル数＋Ｒのモル数の和の５０モル％超は−ＳＯ２−基を含むものとする）
を含むことができる。
【００５１】
ポリエーテルイミドおよびポリエーテルイミドスルホンは、エーテル、またはエーテルおよびスルホン基を含有しないリンカーＶ、例えば式（７）のリンカー：
【化７】
2015529946.tif 000009
を任意選択で含むことができることを理解されたい。
【００５２】
そうしたリンカーを含有するイミド単位は、一般に、全単位数の０〜１０モル％、特に０〜５モル％の範囲の量で存在する。一実施形態では、ポリエーテルイミドおよびポリエーテルイミドスルホンの中に、追加のリンカーＶは存在しない。
【００５３】
他の態様では、ポリエーテルイミドは１０〜５００個の式（５）の構造単位を含み、ポリエーテルイミドスルホンは１０〜５００個の式（６）の構造単位を含有する。
【００５４】
ポリエーテルイミドおよびポリエーテルイミドスルホンは、任意の適切なプロセスで調製することができる。一実施形態では、ポリエーテルイミドおよびポリエーテルイミドコポリマーは、重縮合重合プロセスおよびハロ置換重合プロセスを含む。
【００５５】
重縮合方法は、ニトロ置換プロセス（式（８）においてＸはニトロである）と称される、構造（１）を有するポリエーテルイミドの調製のための方法を含むことができる。ニトロ置換プロセスの一例では、Ｎ−メチルフタルイミドを、９９％硝酸でニトロ化してＮ−メチル−４−ニトロフタルイミド（４−ＮＰＩ）とＮ−メチル−３−ニトロフタルイミド（３−ＮＰＩ）の混合物を得る。精製後、約９５部の４−ＮＰＩと５部の３−ＮＰＩを含有するこの混合物を、トルエン中、相間移動触媒の存在下でビスフェノール−Ａ（ＢＰＡ）の二ナトリウム塩と反応させる。ニトロ置換ステップとして公知であるこの反応によってＢＰＡ−ビスイミドおよびＮａＮＯ２を得る。精製後、ＢＰＡ−ビスイミドを、イミド交換反応で無水フタル酸と反応させてＢＰＡ−二無水物（ＢＰＡＤＡ）を得る。次いでこれを、イミド化−重合ステップにおいて、ｏｒｔｈｏ−ジクロロベンゼン中でｍｅｔａ−フェニレンジアミン（ＭＰＤ）などのジアミンと反応させて生成物ポリエーテルイミドを得る。
【００５６】
他のジアミンも可能である。適切なジアミンの例には、ｍ−フェニレンジアミン；ｐ−フェニレンジアミン；２，４−ジアミノトルエン；２，６−ジアミノトルエン；ｍ−キシリレンジアミン；ｐ−キシリレンジアミン；ベンジジン；３，３’−ジメチルベンジジン；３，３’−ジメトキシベンジジン；１，５−ジアミノナフタレン；ビス（４−アミノフェニル）メタン；ビス（４−アミノフェニル）プロパン；ビス（４−アミノフェニル）スルフィド；ビス（４−アミノフェニル）スルホン；ビス（４−アミノフェニル）エーテル；４，４’−ジアミノジフェニルプロパン；４，４’−ジアミノジフェニルメタン（４，４’−メチレンジアニリン）；４，４’−ジアミノジフェニルスルフィド；４，４’−ジアミノジフェニルスルホン；４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（４，４’−オキシジアニリン）；１，５−ジアミノナフタレン；３，３’ジメチルベンジジン；３−メチルヘプタメチレンジアミン；４，４−ジメチルヘプタメチレンジアミン；２，２’，３，３’−テトラヒドロ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビ［１Ｈ−インデン］−６，６’−ジアミン；３，３’，４，４’−テトラヒドロ−４，４，４’，４’−テトラメチル−２，２’−スピロビ［２Ｈ−１−ベンゾ−ピラン］−７，７’−ジアミン；１，１’−ビス［１−アミノ−２−メチル−４−フェニル］シクロヘキサン、およびそれらの異性体ならびに上記の少なくとも１つを含む混合物およびブレンドが含まれる。一実施形態では、そのジアミンは、特に芳香族ジアミン、特にｍ−およびｐ−フェニレンジアミンおよび上記の少なくとも１つを含む混合物である。
【００５７】
ジアミンと使用することができる適切な二無水物には、これらに限定されないが、２，２−ビス［４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル］プロパン二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルエーテル二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルフィド二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ベンゾフェノン二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルホン二無水物；２，２−ビス［４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）フェニル］プロパン二無水物；４，４’−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルエーテル二無水物；４，４’−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルフィド二無水物；４，４’−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ベンゾフェノン二無水物；４，４’−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルホン二無水物；４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニル−２，２−プロパン二無水物；４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルエーテル二無水物；４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルフィド二無水物；４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ベンゾフェノン二無水物；４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルホン二無水物；１，３−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ベンゼン二無水物；１，４−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ベンゼン二無水物；１，３−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ベンゼン二無水物；１，４−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ベンゼン二無水物；３，３’，４，４’−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物；３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物；ナフタル酸二無水物、例えば２，３，６，７−ナフタル酸二無水物等；３，３’，４，４’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物；３，３’，４，４’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物；３，３’，４，４’−ジメチルジフェニルシランテトラカルボン酸二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルフィド二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルホン二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルプロパン二無水物；３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物；ビス（フタル酸）フェニルスルフィンオキシド二無水物；ｐ−フェニレン−ビス（トリフェニルフタル酸）二無水物；ｍ−フェニレン−ビス（トリフェニルフタル酸）二無水物；ビス（トリフェニルフタル酸）−４，４’−ジフェニルエーテル二無水物；ビス（トリフェニルフタル酸）−４，４’−ジフェニルメタン二無水物；２，２’−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物；４，４’−オキシジフタル酸二無水物；ピロメリチク二無水物；３，３’，４，４’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物；４’，４’−ビスフェノールＡ二無水物；ヒドロキノンジフタル酸二無水物；６，６’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）−２，２’，３，３’−テトラヒドロ−３，３，３’，３’−テトラメチル−−１，１’−スピロビ［１Ｈ−インデン］二無水物；７，７’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）−３，３’，４，４’−テトラヒドロ−４，４，４’，４’−テトラメチル−−２，２’−スピロビ［２Ｈ−１−ベンゾピラン］二無水物；１，１’−ビス［１−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）−２−メチル−４−フェニル］シクロヘキサン二無水物；３，３’，４，４’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物；３，３’，４，４’−ジフェニルスルフィドテトラカルボン酸二無水物；３，３’，４，４’−ジフェニルスルホキシドテトラカルボン酸二無水物；４，４’−オキシジフタル酸二無水物；３，４’−オキシジフタル酸二無水物；３，３’−オキシジフタル酸二無水物；３，３’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物；４，４’−カルボニルジフタル酸二無水物；３，３’，４，４’−ジフェニルメタンテトラカルボン酸二無水物；２，２−ビス（４−（３，３−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物；２，２−ビス（４−（３，３−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物；（３，３’，４，４’−ジフェニル）フェニルホスフィンテトラカルボン酸二無水物；（３，３’，４，４’−ジフェニル）フェニルホスフィンオキシドテトラカルボン酸二無水物；２，２’−ジクロロ−３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物；２，２’−ジメチル−３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物；２，２’−ジシアノ−３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物；２，２’−ジブロモ−３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物；２，２’−ジヨード−３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物；２，２’−ジトリフルオロメチル−３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物；２，２’−ビス（１−メチル−４−フェニル）−３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物；２，２’−ビス（１−トリフルオロメチル−２−フェニル）−３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物；２，２’−ビス（１−トリフルオロメチル−３−フェニル）−３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物；２，２’−ビス（１−トリフルオロメチル−４−フェニル）−３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物；２，２’−ビス（１−フェニル−４−フェニル）−３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物；４，４’−ビスフェノールＡ二無水物；３，４’−ビスフェノールＡ二無水物；３，３’−ビスフェノールＡ二無水物；３，３’，４，４’−ジフェニルスルホキシドテトラカルボン酸二無水物；４，４’−カルボニルジフタル酸二無水物；３，３’，４，４’−ジフェニルメタンテトラカルボン酸二無水物；２，２’−ビス（１，３−トリフルオロメチル−４−フェニル）−３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、およびそれらのすべての異性体ならびに上記の組合せが含まれる。
【００５８】
ポリエーテルイミドおよびポリエーテルイミドスルホンを作り出すためのハロ置換重合方法には、これらに限定されないが、式（８）：
【化８】
2015529946.tif 000010
（式中、Ｒは上記の通りであり、Ｘはニトロ基またはハロゲンである）
についてのビス（フタルイミド）の反応が含まれる。ビス−フタルイミド（８）は、例えば対応する式（９）：
【化９】
2015529946.tif 000011
（式中、Ｘはニトロ基またはハロゲンである）
の無水物と、式（１０）：
Ｈ２Ｎ−Ｒ−ＮＨ２    （１０）
（式中、Ｒは上記の通りである）
の有機ジアミンの縮合によって形成させることができる。
【００５９】
式（１０）のアミン化合物の例示的なものには：エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、１，１２−ドデカンジアミン、１，１８−オクタデカンジアミン、３−メチルヘプタメチレンジアミン、４，４−ジメチルヘプタメチレンジアミン、４−メチルノナメチレンジアミン、５−メチルノナメチレンジアミン、２，５−ジメチルヘキサメチレンジアミン、２，５−ジメチルヘプタメチレンジアミン、２、２−ジメチルプロピレンジアミン、Ｎ−メチル−ビス（３−アミノプロピル）アミン、３−メトキシヘキサメチレンジアミン、１，２−ビス（３−アミノプロポキシ）エタン、ビス（３−アミノプロピル）スルフィド、１，４−シクロヘキサンジアミン、ビス−（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、２，４−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエン、ｍ−キシリレンジアミン、ｐ−キシリレンジアミン、２−メチル−４，６−ジエチル−１，３−フェニレン−ジアミン、５−メチル−４，６−ジエチル−１，３−フェニレン−ジアミン、ベンジジン、３，３’−ジメチルベンジジン、３，３’−ジメトキシベンジジン、１，５−ジアミノナフタレン、ビス（４−アミノフェニル）メタン、ビス（２−クロロ−４−アミノ−３，５−ジエチルフェニル）メタン、ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，４−ビス（ｂ−アミノ−ｔ−ブチル）トルエン、ビス（ｐ−ｂ−アミノ−ｔ−ブチルフェニル）エーテル、ビス（ｐ−ｂ−メチル−ｏ−アミノフェニル）ベンゼン、ビス（ｐ−ｂ−メチル−ｏ−アミノペンチル）ベンゼン、１、３−ジアミノ−４−イソプロピルベンゼン、ビス（４−アミノフェニル）エーテルおよび１，３−ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサンが含まれる。これらのアミンの混合物を使用することができる。スルホン基を含有する式（１０）のアミン化合物の例示的なものには、これらに限定されないが、ジアミノジフェニルスルホン（ＤＤＳ）およびビス（アミノフェノキシフェニル）スルホン（ＢＡＰＳ）が含まれる。上記アミンのいずれかを含む組合せを使用することができる。
【００６０】
ポリエーテルイミドは、相間移動触媒の存在下または非存在下でのビス（フタルイミド）（８）と、式ＨＯ−Ｖ−ＯＨ（式中、Ｖは上記の通りである）のジヒドロキシ置換芳香族炭化水素のアルカリ金属塩の反応によって合成することができる。適切な相間移動触媒は米国特許第５，２２９，４８２号に開示されている。特に、ジヒドロキシ置換芳香族炭化水素、ビスフェノール、例えばビスフェノールＡ、またはビスフェノールのアルカリ金属塩と他のジヒドロキシ置換芳香族炭化水素のアルカリ金属塩の組合せを使用することができる。
【００６１】
一実施形態では、ポリエーテルイミドは式（５）の構造単位を含む。ここで、各Ｒは独立に、ｐ−フェニレンもしくはｍ−フェニレンまたは上記の少なくとも１つを含む混合物であり；Ｔは式−Ｏ−Ｚ−Ｏ−の基であり、その−Ｏ−Ｚ−Ｏ−基の二価結合は３，３’位にあり、Ｚは２，２−ジフェニレンプロパン基（ビスフェノールＡ基）である。さらに、ポリエーテルイミドスルホンは式（６）の構造単位を含む。ここで、Ｒ基の少なくとも５０モル％は式（４）からなり、Ｑは−ＳＯ２−であり、残りのＲ基は独立にｐ−フェニレンもしくはｍ−フェニレンまたは上記の少なくとも１つを含む組合せであり；Ｔは式−Ｏ−Ｚ−Ｏ−の基であり、その−Ｏ−Ｚ−Ｏ−基の二価結合は３，３’位にあり、Ｚは２，２−ジフェニレンプロパン基である。
【００６２】
ポリエーテルイミドおよびポリエーテルイミドスルホンは、本発明のポリマー成分の構築において、単独でも、また互いにかつ／または他の開示ポリマー材料との組合せでも使用することができる。一実施形態では、ポリエーテルイミドだけを使用する。他の実施形態では、ポリエーテルイミド：ポリエーテルイミドスルホンの重量比は９９：１〜５０：５０であってもよい。
【００６３】
ポリエーテルイミドは、ゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定して５，０００〜１００，０００グラム／モル（ｇ／モル）の重量平均分子量（Ｍｗ）を有することができる。いくつかの実施形態では、Ｍｗは１０，０００〜８０，０００であってもよい。本明細書で用いる分子量は絶対重量平均分子量（Ｍｗ）を指す。
【００６４】
ポリエーテルイミドは、ｍ−クレゾール中、２５℃で測定して０．２デシリットル／グラム（ｄｌ／ｇ）以上の固有粘度を有することができる。この範囲内で、その固有粘度は、ｍ−クレゾール中、２５℃で測定して０．３５〜１．０ｄｌ／ｇであってもよい。
【００６５】
ポリエーテルイミドは、示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）を用いて、ＡＳＴＭ試験Ｄ３４１８によって測定して、１８０℃超、特に２００℃〜５００℃のガラス転移温度を有することができる。いくつかの実施形態では、ポリエーテルイミド、特にポリエーテルイミドは２４０〜３５０℃のガラス転移温度を有する。
【００６６】
ポリエーテルイミドは、米国材料試験協会（American Society for Testing Materials）（ＡＳＴＭ）ＤＩ２３８にしたがって、６．７キログラム（ｋｇ）の荷重を用いて３４０〜３７０℃で測定して０．１〜１０グラム／分（ｇ／ｍｉｎ）のメルトインデックスを有することができる。
【００６７】
ポリエーテルイミド、例えば、構造（１）を有するポリエーテルイミドを作り出すための代替のハロ置換重合プロセスは、クロロ置換プロセス（式（８）においてＸはＣｌである）と称されるプロセスである。クロロ置換プロセスを例示すると以下の通りである：４−クロロフタル酸無水物とｍｅｔａ−フェニレンジアミンを、触媒量のフェニルホスフィン酸ナトリウム触媒の存在下で反応して、ｍｅｔａ−フェニレンジアミンのビスクロロフタルイミド（ＣＡＳ  Ｎｏ．１４８９３５−９４−８）を生成させる。次いでビスクロロフタルイミドを、ｏｒｔｈｏ−ジクロロベンゼンまたはアニソール溶媒中、触媒の存在下での、ＢＰＡの二ナトリウム塩とのクロロ置換反応による重合にかける。あるいは、３−クロロフタル酸無水物と４−クロロフタル酸無水物の混合物を用いて、上記の通りＢＰＡ二ナトリウム塩でのクロロ置換によって重合できる、異性体のビスクロロフタルイミドの混合物を提供することができる。
【００６８】
シロキサンポリエーテルイミドは、ブロックコポリマーの全重量に対して０超から４０重量パーセント（ｗｔ％）未満のシロキサン含量を有するポリシロキサン／ポリエーテルイミドブロックまたはランダムコポリマーを含むことができる。ブロックコポリマーは、式（Ｉ）：
【化１０】
2015529946.tif 000012
（式中、Ｒ１〜６は、出現ごとに独立に、５〜３０個の炭素原子を有する置換もしくは非置換、飽和、不飽和または芳香族の単環式基、５〜３０個の炭素原子を有する置換もしくは非置換、飽和、不飽和または芳香族の多環式基、１〜３０個の炭素原子を有する置換もしくは非置換アルキル基および２〜３０個の炭素原子を有する置換もしくは非置換アルケニル基からなる群から選択され、Ｖは、５〜５０個の炭素原子を有する置換もしくは非置換、飽和、不飽和または芳香族の単環式および多環式基、１〜３０個の炭素原子を有する置換もしくは非置換アルキル基、２〜３０個の炭素原子を有する置換もしくは非置換アルケニル基および上記の少なくとも１つのリンカーを含む組合せからなる群から選択される四価リンカーであり、ｇは１〜３０に等しく、ｄは２〜２０である）のシロキサンブロックを含む。市販のシロキサンポリエーテルイミドは、銘柄名ＳＩＬＴＥＭ＊（＊ＳＡＢＩＣ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  ＩＰ  Ｂ．Ｖ．の商標）のもとでＳＡＢＩＣ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｐｌａｓｔｉｃｓから得ることができる。
【００６９】
ポリエーテルイミド樹脂は、下限値および／または上限値を有するある範囲内の重量平均分子量（Ｍｗ）を有することができる。この範囲は、下限値および／または上限値を含むかまたは排除することができる。下限値および／または上限値は、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、１００００、１１０００、１２０００、１３０００、１４０００、１５０００、１６０００、１７０００、１８０００、１９０００、２００００、２１０００、２２０００、２３０００、２４０００、２５０００、２６０００、２７０００、２８０００、２９０００、３００００、３１０００、３２０００、３３０００、３４０００、３５０００、３６０００、３７０００、３８０００、３９０００、４００００、４１０００、４２０００、４３０００、４４０００、４５０００、４６０００、４７０００、４８０００、４９０００、５００００、５１０００、５２０００、５３０００、５４０００、５５０００、５６０００、５７０００、５８０００、５９０００、６００００、６１０００、６２０００、６３０００、６４０００、６５０００、６６０００、６７０００、６８０００、６９０００、７００００、７１０００、７２０００、７３０００、７４０００、７５０００、７６０００、７７０００、７８０００、７９０００、８００００、８１０００、８２０００、８３０００、８４０００、８５０００、８６０００、８７０００、８８０００、８９０００、９００００、９１０００、９２０００、９３０００、９４０００、９５０００、９６０００、９７０００、９８０００、９９０００、１０００００、１０１０００、１０２０００、１０３０００、１０４０００、１０５０００、１０６０００、１０７０００、１０８０００、１０９０００、および１１００００ダルトンから選択することができる。例えば、ポリエーテルイミド樹脂は、５，０００〜１００，０００ダルトン、５，０００〜８０，０００ダルトンまたは５，０００〜７０，０００ダルトンの重量平均分子量（Ｍｗ）を有することができる。第一アルキルアミン変性ポリエーテルイミドは、出発する未変性ポリエーテルイミドより、低い分子量およびより高いメルトフローを有することになる。
【００７０】
ポリエーテルイミド樹脂は、例えば米国特許第３，８７５，１１６号、同第６，９１９，４２２号および同第６，３５５，７２３号に説明されているようなポリエーテルイミド、例えば米国特許第４，６９０，９９７号、同第４，８０８，６８６号に説明されているようなシリコーンポリエーテルイミド、米国特許第７，０４１，７７３号に説明されているようなポリエーテルイミドスルホン樹脂およびそれらの組合せからなる群から選択することができる。これらの特許のそれぞれを、それら全体で本明細書に組み込む。
【００７１】
ポリエーテルイミド樹脂は、下限値および／または上限値を有する範囲内のガラス転移温度を有することができる。この範囲は、下限値および／または上限値を含むかまたは排除することができる。下限値および／または上限値は、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、３００および３１０℃から選択することができる。例えば、ポリエーテルイミド樹脂は、２００℃超のガラス転移温度（Ｔｇ）を有することができる。
【００７２】
ポリエーテルイミド樹脂は、ベンジルプロトンを実質的に含まなくてもよい（１００ｐｐｍ未満）。ポリエーテルイミド樹脂は、ベンジルプロトンを含まなくてもよい。ポリエーテルイミド樹脂は、１００ｐｐｍ未満の量のベンジルプロトンを有することができる。一実施形態では、ベンジルプロトンの量は０超から１００ｐｐｍ未満の範囲である。他の実施形態では、ベンジルプロトンの量は検出不可能である。
【００７３】
ポリエーテルイミド樹脂は、ハロゲン原子を実質的に含まなくてもよい（１００ｐｐｍ未満）。ポリエーテルイミド樹脂はハロゲン原子を含まなくてもよい。ポリエーテルイミド樹脂は、１００ｐｐｍ未満の量のハロゲン原子を有することができる。一実施形態では、ハロゲン原子の量は０超から１００ｐｐｍ未満の範囲である。他の実施形態では、ハロゲン原子の量は検出不可能である。
【００７４】
一態様では、電解質１０８は溶融塩および／またはリチウム塩を含むことができる。一例として、リチウムバッテリー電解質は、高いリチウムイオン伝導度、および電極またはセパレータ中への高度の浸潤をもたらすような低い粘度を有することができる。一態様では、電解質１０８は、リチウムテトラフルオロボレート（「ＬｉＢＦ４」と略記される）、リチウムヘキサフルオロホスフェート（「ＬｉＰＦ６」と略記される）、リチウムヘキサフルオロメタンスルホネート、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（「ＬｉＴＦＳＩ」と略記される）、リチウムジシアナミド（「ＬｉＤＣＡ」と略記される）、リチウムトリフルオロメタンスルホネート（「ＬｉＴＦＳ」と略記される）およびリチウムビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）アミド（「ＬｉＢＥＴＩ」と略記される）のうちの1つ以上を含むことができる。他の材料および形成プロセスを使用することができる。
【００７５】
上記溶融塩中に含有されるカチオンは、特に限定されないが、芳香族第四級アンモニウムイオン、例えば１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、１−メチル−３−プロピルイミダゾリウム、１−メチル−３−イソプロピルイミダゾリウム、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−エチル−３，４−ジメチルイミダゾリウム、Ｎ−プロピルピリジニウム、Ｎ−ブチルピリジニウム、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチルピリジニウムおよびＮ−ｔｅｒｔ−ペンチルピリジニウム、ならびに脂肪族第四級アンモニウムイオン、例えばＮ−ブチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニウム、Ｎ−エチル−Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム、Ｎ−ブチル−Ｎ−エチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウム、Ｎ−ブチル−Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジニウム、Ｎ−ブチル−Ｎ−メチルピロリジニウム、Ｎ−メチル−Ｎ−ペンチルピロリジニウム、Ｎ−プロポキシエチル−Ｎ−メチルピロリジニウム、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウム、Ｎ−メチル−Ｎ−イソプロピルピペリジニウム、Ｎ−ブチル−Ｎ−メチルピペリジニウム、Ｎ−イソブチル−Ｎ−メチルピペリジニウム、Ｎ−ｓｅｃ−ブチル−Ｎ−メチルピペリジニウム、Ｎ−メトキシエチル−Ｎ−メチルピペリジニウムおよびＮ−エトキシエチル−Ｎ−メチルピペリジニウムからなる群から選択される1つ以上であってもよい。これらの脂肪族第四級アンモニウムイオンの中で、窒素含有の５員環としてのピロリジニウムイオンまたは窒素含有の６員環としてのピペリジニウムイオンが望ましい。その理由は、それらが、副反応を阻止して貯蔵特性またはサイクル性能を増強させる高い耐還元性を有するからである。他の材料および形成プロセスを使用することができる。
【００７６】
上記溶融塩中に含有されるアニオンは、特に限定されないが、ＰＦ６−、（ＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３）−、（ＰＦ３（ＣＦ３）３）−、ＢＦ４−、（ＢＦ２（ＣＦ３）２）−、（ＢＦ２（Ｃ２Ｆ５）２）−、（ＢＦ３（ＣＦ３））−、（ＢＦ３（Ｃ２Ｆ５））−、（Ｂ（ＣＯＯＣＯＯ）２）−（「ＢＯＢ−」と略記される）、ＣＦ３ＳＯ３−（「Ｔｆ−」と略記される）、Ｃ４Ｆ９ＳＯ３−（「Ｎｆ−」と略記される）、（（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ）−（「ＴＦＳＩ−」と略記される）、（（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ）−（「ＢＥＴＩ−」と略記される）、（（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）Ｎ）−、（（ＣＮ）２Ｎ）−（「ＤＣＡ−」と略記される）ならびに（（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ）−および（（ＣＮ）３Ｃ）−からなる群から選択される1つ以上であってもよい。これらの中で、望ましくは、優れたサイクル性能を考慮してＦを含む、ＰＦ６−、（ＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３）−、（ＰＦ３（ＣＦ３）３）−、ＢＦ４−、（ＢＦ２（ＣＦ３）２）−、（ＢＦ２（Ｃ２Ｆ５）２）−、（ＢＦ３（ＣＦ３））−、（ＢＦ３（Ｃ２Ｆ５））−、Ｔｆ−、Ｎｆ−、ＴＦＳＩ−、ＢＥＴＩ−および（（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）Ｎ）の少なくとも１つを使用することができる。一態様では、電解質は、全溶媒組成の０ｗｔ％〜５０ｗｔ％の炭酸エチル；全溶媒組成の０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の炭酸ジメチル；全溶媒組成の０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の炭酸エチルメチルのうちの１つを含む。
【００７７】
使用において、正電極と負電極は、セパレータによって互いに分離され、上記電解質を通るイオン移動によって互いに電気的に接続されている。上記構成を有する電解質を含むバッテリーを形成させるために、セパレータを、熱可塑性ポリマーから形成させることができる。
【００７８】
一態様では、熱可塑性ポリマー相は熱可塑性樹脂および流動性改良剤を含む。熱可塑性樹脂は、これらに限定されないが、ポリフェニレンスルフィドおよびポリイミドを含む1つ以上の熱可塑性ポリマー樹脂を含むことができる。他の態様では、開示組成物において使用されるポリイミドには、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミドおよびポリベンズイミダゾールが含まれる。他の態様では、ポリエーテルイミドは溶融加工可能なポリエーテルイミドを含む。
【００７９】
開示組成物において使用できる適切なポリエーテルイミドには、これに限定されないが、ＵＬＴＥＭ（商標）が含まれる。ＵＬＴＥＭ（商標）は、Ｓａｕｄｉ  Ｂａｓｉｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＳＡＢＩＣ）によって販売されているポリエーテルイミド（ＰＥＩ）のファミリーからのポリマーである。ＵＬＴＥＭ（商標）は、高い耐熱性、高い強度および剛性ならびに幅広い耐薬品性を有することができる。本明細書で使用されるようなＵＬＴＥＭ（商標）は、別段の指定のない限り、そのファミリーに含まれるあらゆるＵＬＴＥＭ（商標）ポリマーを指す。他の態様では、ＵＬＴＥＭ（商標）はＵＬＴＥＭ（商標）１０００である。一態様では、ポリエーテルイミドは、例えば米国特許第４，５４８，９９７号、同第４，６２９，７５９号、同第４，８１６，５２７号、同第６，３１０，１４５号および同第７，２３０，０６６号（種々のポリエーテルイミド組成物および方法を開示する特定の目的のために、これらのすべてをその全体として本明細書に組み込む）に記述されているような、任意のポリカーボネート材料または材料の混合物を含むことができる。
【００８０】
特定の態様では、熱可塑性ポリマーは、式（Ｉ）：
【化１１】
2015529946.tif 000013
の有機ラジカルで表される構造単位を含む構造を有するポリエーテルイミドポリマーであり、
ここで、式（Ｉ）のＲには、置換もしくは非置換二価有機基、例えば、（ａ）６〜２０個の炭素原子を有する芳香族炭化水素ラジカルおよびそれらのハロゲン化誘導体；（ｂ）２〜２０個の炭素原子を有する直鎖もしくは分枝鎖のアルキレンラジカル；（ｃ）３〜２０個の炭素原子を有するシクロアルキレンラジカル、または（ｄ）一般式（ＩＩ）：
【化１２】
2015529946.tif 000014
の二価ラジカルが含まれ、
ここで、Ｑには、単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）−、−ＳＯ２−、−ＳＯ−、−ＣｙＨ２ｙ−（ｙは１〜５の整数である）およびペルフルオロアルキレン基を含むそれらのハロゲン化誘導体からなる群から選択される二価部分が含まれ；Ｔは、その−Ｏ−または−Ｏ−Ｚ−Ｏ−基の二価結合が３，３’位、３，４’位、４，３’位もしくは４，４’位にある−Ｏ−または式−Ｏ−Ｚ−Ｏ−の基であり、Ｚには、これらに限定されないが、式（ＩＩＩ）：
【化１３】
2015529946.tif 000015
の二価ラジカルが含まれる、式（Ｉ）に含まれるポリエーテルイミドは少なくとも４０，０００のＭｗを有する。
【００８１】
他の態様では、ポリエーテルイミドポリマーは、上記のエーテルイミド単位に加えて、式（ＩＶ）：
【化１４】
2015529946.tif 000016
（式中、Ｒは式（Ｉ）について上記に定義した通りであり、Ｍには、これらに限定されないが、式（Ｖ）：
【化１５】
2015529946.tif 000017
の基が含まれる）
のポリイミド構造単位をさらに含有するコポリマーであってもよい。
【００８２】
他の態様では、熱可塑性樹脂は式：
【化１６】
2015529946.tif 000018
で表される構造を有するポリエーテルイミドポリマーであって、このポリエーテルイミドポリマーは、少なくとも４０，０００ダルトン、５０，０００ダルトン、６０，０００ダルトン、８０，０００ダルトンまたは１００，０００ダルトンの分子量を有する。
【００８３】
ポリエーテルイミドポリマーは、式（ＶＩ）：
【化１７】
2015529946.tif 000019
の芳香族ビス（エーテル無水物）と式（ＩＸ）：
Ｈ２Ｎ−Ｒ−ＮＨ２（ＶＩＩ）
（式中、ＴおよびＲは式（Ｉ）において上記のように定義されている）
の有機ジアミンの反応を含む、当業者に公知の方法で調製することができる。
【００８４】
式（ＶＩ）の芳香族ビス（エーテル無水物）の例示的で非限定的な例には、２，２−ビス［４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル］プロパン二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルエーテル二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルフィド二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ベンゾフェノン二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルホン二無水物；２，２−ビス［４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）フェニル］プロパン二無水物；４，４’−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルエーテル二無水物；４，４’−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルフィド二無水物；４，４’−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ベンゾフェノン二無水物；４，４’−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルホン二無水物；４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニル−２，２−プロパン二無水物；４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルエーテル二無水物；４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルフィド二無水物；４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ベンゾフェノン二無水物および４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルホン二無水物、ならびにそれらの種々の混合物が含まれる。
【００８５】
ビス（エーテル無水物）は、双極性の非プロトン性溶媒の存在下でのニトロ置換フェニルジニトリルと二価フェノール化合物の金属塩の反応生成物の加水分解、続く脱水によって調製することができる。上記式（ＶＩ）に含まれる有用な部類の芳香族ビス（エーテル無水物）には、これらに限定されないが、Ｔが式（ＶＩＩＩ）：
【化１８】
2015529946.tif 000020
からなる化合物が含まれ、このエーテル結合は、例えば３，３’位、３，４’位、４，３’位または４，４’位およびそれらの組合せが有益であり、Ｑは上記定義通りである。
【００８６】
ポリイミドおよび／またはポリエーテルイミドの調製において、任意のジアミノ化合物を用いることができる。適切な式（ＶＩＩ）のジアミノ化合物の例示的で非限定的な例には、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、１，１２−ドデカンジアミン、１，１８−オクタデカンジアミン、３−メチルヘプタメチレンジアミン、４，４−ジメチルヘプタメチレンジアミン、４−メチルノナメチレンジアミン、５−メチルノナメチレンジアミン、２，５−ジメチルヘキサメチレンジアミン、２，５−ジメチルヘプタメチレンジアミン、２、２−ジメチルプロピレンジアミン、Ｎ−メチル−ビス（３−アミノプロピル）アミン、３−メトキシヘキサメチレンジアミン、１，２−ビス（３−アミノプロポキシ）エタン、ビス（３−アミノプロピル）スルフィド、１，４−シクロヘキサンジアミン、ビス−（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、２，４−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエン、ｍ−キシリレンジアミン、ｐ−キシリレンジアミン、２−メチル−４，６−ジエチル−１，３−フェニレン−ジアミン、５−メチル−４，６−ジエチル−１，３−フェニレン−ジアミン、ベンジジン、３，３’−ジメチルベンジジン、３，３’−ジメトキシベンジジン、１，５−ジアミノナフタレン、ビス（４−アミノフェニル）メタン、ビス（２−クロロ−４−アミノ−３，５−ジエチルフェニル）メタン、ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，４−ビス（ｂ−アミノ−ｔ−ブチル）トルエン、ビス（ｐ−ｂ−アミノ−ｔ−ブチルフェニル）エーテル、ビス（ｐ−ｂ−メチル−ｏ−アミノフェニル）ベンゼン、ビス（ｐ−ｂ−メチル−ｏ−アミノペンチル）ベンゼン、１，３−ジアミノ−４−イソプロピルベンゼン、ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、ビス（４−アミノフェニル）スルホン、ビス（４−アミノフェニル）エーテルおよび１，３−ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサンが含まれる。これらの化合物の混合物も存在してもよい。有益なジアミノ化合物は、芳香族ジアミン、特にｍ−およびｐ−フェニレンジアミンおよびそれらの混合物である。
【００８７】
他の態様では、ポリエーテルイミド樹脂は、式（Ｉ）による構造単位を含む。ここで、各Ｒは独立にｐ−フェニレンもしくはｍ−フェニレンまたはそれらの混合物であり、Ｔは式（ＩＸ）：
【化１９】
2015529946.tif 000021
の二価ラジカルである。
【００８８】
種々の態様では、反応を、ｏ−ジクロロベンゼン、ｍ−クレゾール／トルエンまたは同様のものなどの溶媒を用いて実施して、式（ＶＩ）の無水物と式（ＶＩＩ）のジアミンとの反応を１００℃〜２５０℃の温度で行うことができる。あるいは、ポリエーテルイミドは、出発材料の混合物を、撹拌しながら、高温で加熱することによって、式（ＶＩ）の芳香族ビス（エーテル無水物）と式（ＶＩＩ）のジアミンの溶融重合によって調製することができる。溶融重合では、２００℃〜４００℃の温度を用いることができる。連鎖停止剤および分岐剤も反応に用いることができる。ポリエーテルイミドポリマーは、任意選択で、芳香族ビス（エーテル無水物）と有機ジアミンの反応であって、そのジアミンが、反応混合物中にせいぜい０．２モル過剰、有益には０．２モル未満過剰で存在する反応によって調製することができる。そうした条件下では、ポリエーテルイミド樹脂は、一実施形態では、氷酢酸中３３重量パーセント（ｗｔ％）の臭化水素酸含有溶液を含むクロロホルム溶液での滴定によって示される１５マイクロ当量／グラム（μｅｑ／ｇ）未満の酸滴定可能基を有し、他の実施形態では１０μｅｑ／ｇ未満の酸滴定可能基を有する。酸滴定可能基は基本的にポリエーテルイミド樹脂中のアミン末端基に起因している。
【００８９】
他の態様では、ポリエーテルイミド樹脂は、ポリスチレン標準品を用いてゲル透過クロマトグラフィーで測定して、少なくとも２４，０００〜１５０，０００グラム／モル（ｇ／モル）の重量平均分子量（Ｍｗ）を有する。さらに他の態様では、熱可塑性樹脂は、少なくとも２０，０００ダルトン、４０，０００ダルトン、５０，０００ダルトン、６０，０００ダルトン、８０，０００ダルトン、１００，０００ダルトンまたは１２０，０００ダルトンの分子量を有することができる。さらに他の態様では、熱可塑性樹脂は、少なくとも４０，０００ダルトンの分子量を有することができる。さらに他の態様では、熱可塑性樹脂は、少なくとも４５，０００ダルトンの分子量を有することができる。さらに他の態様では、熱可塑性樹脂は、少なくとも５０，０００ダルトンの分子量を有することができる。さらに他の態様では、熱可塑性樹脂は、少なくとも６０，０００ダルトンの分子量を有することができる。さらに他の態様では、熱可塑性樹脂は、少なくとも７０，０００ダルトンの分子量を有することができる。さらに他の態様では、熱可塑性樹脂は、少なくとも１００，０００ダルトンの分子量を有することができる。
【００９０】
他の態様では、熱可塑性樹脂は、少なくとも４０，０００ダルトン、５０，０００ダルトン、６０，０００ダルトン、８０，０００ダルトンまたは１００，０００ダルトンの分子量を有するポリエーテルイミドポリマーを含むことができる。さらに他の態様では、ポリエーテルイミドポリマーは、少なくともダルトン、４０，０００ダルトンまたは５０，０００ダルトンの分子量を有する。さらに他の態様では、ポリエーテルイミドポリマーは、少なくとも４０，０００ダルトンの分子量を有する。さらに他の態様では、ポリエーテルイミドポリマーは、少なくとも５０，０００ダルトンの分子量を有する。さらに他の態様では、ポリエーテルイミドポリマーは、少なくとも６０，０００ダルトンの分子量を有する。さらに他の態様では、ポリエーテルイミドポリマーは、少なくとも７０，０００ダルトンの分子量を有する。さらに他の態様では、ポリエーテルイミドポリマーは、少なくとも１００，０００ダルトンの分子量を有する。
【００９１】
一態様では、ＳＡＢＩＣのＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００樹脂をベースとした液体誘導相分離（ＬＩＰＳ）または蒸気誘導相分離（ＶＩＰＳ）プロセスを、1つ以上のリチウムイオンバッテリーセパレータを作製するために使用することができる。一例として、ＬＩＰＳまたはＶＩＰＳを、バッテリーセパレータ用途に非常に適している、調節可能な細孔構造を有するＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００多孔性セパレータフィルムを作製するために使用することができる。このプロセスは、得られる多孔度、細孔サイズおよび厚さに関して、したがって実際の電気化学セル分野におけるセパレータの最終性能において用途が広い。
【実施例】
【００９２】
以下の実施例を、当業者に、本明細書で特許請求される化合物、組成物、物品、デバイスおよび／または方法がいかに作り出され、評価されるかの完全な開示および説明を提供するために示すが、これらは純粋に例示を目的としたものであり、本開示の方法およびシステムの範囲を限定しようとするものではない。別段の指定のない限り、部は重量部であり、温度は℃で示されるかまたは室温であり、圧力は大気圧またはその近傍である。
【００９３】
例示的な試験手順
耐溶剤性試験は、電解質溶液（ＤＭＣ：ＥＭＣ：ＥＣの１：１：１の比および１ｍｏｌ／Ｌ  ＬｉＰＦ６）、または炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）および炭酸エチレン（ＥＣ）である個々の電解質溶媒中での、ポリマーフィルムの腫脹および／または溶解の度合いを定量化した。すべての試験サンプルは、５０〜１００ミクロンの厚さを有する薄い固体フィルムであった。市販のＣｅｌｇａｒｄ（登録商標）２５００（ポリプロピレンをベースとしている）およびＴｏｎｅｎ  Ｖ２５ＣＧＤ（ポリエチレンをベースとしている）セパレータを対照サンプルとして使用した。電解質溶液での耐溶剤性試験のための詳細な手順は以下の通りである：
１．各材料タイプについて９個の複製サンプル（薄厚フィルム（thin film））を調製する；
２．材料供給業者によって勧められているような、典型的な乾燥プロセスにしたがって真空下ですべてのサンプルを乾燥する；
３．乾燥サンプルの出発重量を記録する。電子てんびんの分解能は０．００００１グラムであり、それぞれ個々のサンプルの重量は０．０２グラム超であり、したがって精度は少なくとも±０．０５％である。
４．それぞれ個々のサンプルを、別個の密封ガラス容器中の過剰の電解質溶液に浸漬させる（完全なサンプル被覆）。この手順は、電解質溶液を保護するために、グローブボックス中、アルゴン雰囲気下で行う。
５．すべての容器を、グローブボックス（アルゴン雰囲気）の中で、加熱マントル中、５５±２℃で貯蔵し；２１日後にサンプルを取り出す。
６．溶液からサンプルを取り出した後、以下の手順にしたがってサンプルをリンスして、サンプル表面上の残留溶媒および塩残留物を除去する：
・  ＤＭＣ中で２分間超音波リンスし、ＤＭＣ中で２回リンスする
・  エタノール中でリンスする（３回）
・  ランニングＤＩ水で洗浄する
リンスプロセスは市販のセパレータを評価することによって立証；これは、すべての有機溶媒およびリチウム塩を首尾よく除去していた。
７．湿潤サンプルを布またはティッシュペーパーで拭き取って乾燥させてサンプル表面の残留電解質を除去し、その重量を湿潤重量として記録する；
８．サンプルを１１０℃で４８時間真空乾燥する。ＰＰおよびＰＥサンプルを６０℃で２４時間乾燥した。ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１フィルムサンプルは、１１０℃で４８時間乾燥した後でもなお重量増加を示した。これは、電解質溶媒との強い相互作用性を示している。したがって、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１サンプルを、２００℃でさらに２４時間乾燥した。さらなる重量変化は観察されなかった。他のフィルムサンプルを１１０℃で４８時間乾燥した。
９．サンプルの重量を、乾燥オーブンから取り出した直後の乾燥重量として記録する。
１０．正規化乾燥重量を、乾燥重量を出発重量で除したものとして計算した。正規化湿潤重量を、湿潤重量を出発重量で除したものとして計算した。
個々の電解質溶媒での耐溶剤性試験のための詳細な手順は以下の通りである：
１．各材料タイプについて９個の複製サンプル（薄厚フィルム）を調製する；
２．材料供給業者によって勧められているような、典型的な乾燥プロセスにしたがって真空下ですべてのサンプルを乾燥する；
３．乾燥サンプルの出発重量を記録する。電子てんびんの分解能は０．００００１グラムであり、それぞれ個々のサンプルの重量は０．０２グラム超であり、したがって精度は少なくとも±０．０５％である。
４．別個の密封ガラス容器中で、それぞれ個々のサンプルを過剰の溶媒に浸漬させる（完全なサンプル被覆）。
５．すべての容器を水浴中、５５±２℃で貯蔵し；２１日後にサンプルを取り出す。
６．湿潤サンプルを布またはティッシュペーパーで拭き取って乾燥させてサンプル表面の残留溶媒を除去し、その重量を湿潤重量として記録する；
７．サンプルを１１０℃で４８時間真空乾燥する。ＰＰおよびＰＥサンプルを６０℃で２４時間乾燥した。他のサンプルを真空下１１０℃で３日間、真空下１５０℃で１日間乾燥した。
８．正規化乾燥重量を、乾燥重量を出発重量で除したものとして計算した。正規化湿潤重量を、湿潤重量を出発重量で除したものとして計算した。
【００９４】
異なるポリマーの湿潤性を、電解質溶液（ＤＭＣ：ＥＭＣ：ＥＣの１：１：１の比および１ｍｏｌ／Ｌ  ＬｉＰＦ６）または個々の炭酸アルキル溶媒を用いた接触角測定によって評価した。接触角を、標準的な手順（例えば、ヤング式または同様のものによる）にしたがって測定した。ここで、数式を液滴の形状に当てはめ、液体−固体−蒸気（ＬＳＶ）界面線での液滴に対する接線の傾きを計算した。各サンプルを少なくとも５回測定し、別段の記述のない限り、その接触角を、表面上へ小滴を注いだ後５秒で記録した。
【００９５】
熱機械分析（ＴＭＡ）は典型的に、ＮＡＳＡ／ＴＭ−２０１０−２１６０９９試験法にしたがって、セパレータの高温溶融完全性（ＨＴＭＩ）の特性評価するために使用される。ＴＭＡを利用して、セパレータを、一定の小さい負荷のもとに保ち、その変形の度合い（伸び）を温度の関数として測定する。セパレータがその機械的完全性を失う温度で、伸びは劇的に増大する。典型的に、収縮開始（２％収縮での温度）、変形温度（５％変形での温度）および破断温度（その材料が壊れる温度）を報告し、高温溶融完全性を変形温度として定義する。セパレータの高温溶融完全性（ＨＴＭＩ）はここでは５％変形温度と定義される。ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｑ８００  ＤＭＡを、フィルム引張セットアップを用いて使用した。１０ｍｍ長さ×３ｍｍ幅のフィルムを試験した。サンプルを一定の０．０２Ｎ負荷で保ち、温度を、５℃／ｍｉｎの勾配（ｒａｍｐ）でサンプルが破壊されるまで上昇させる。実験パラメーターは以下の通りである：
ａ．試験：温度勾配／制御荷重（Controlled Force）
ｂ．予圧荷重（Preload Force）：０．０２Ｎ
ｃ．出発温度：３０℃
ｄ．最終温度：３００℃（またはサンプルの破断）
ｅ．勾配比率：５℃／ｍｉｎ
【００９６】
一態様では、２０１６コインセルを、イオン伝導度の判定のための試験手段（test vehicle）として使用した［「Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｓｅｐａｒａｔｏｒ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ＮＡＳＡ’ｓ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｌｉｔｈｉｕｍ−Ｉｏｎ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、ＮＡＳＡ／ＴＭ−２０１０−２１６０９９による］。リチウム金属薄片（ＷＩＳＤＯＭ  ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＣＯ．、ＬＴＤからの高純度リチウム金属（９９．９％）］を電極として使用した。電気化学的インピーダンス分光法（ＥＩＳ）を、ＢｉｏＬｏｇｉｃ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓからのＶＭＰ２  ＭｕｌｔｉＰｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔを用いて、セル抵抗を試験するために使用した。比導電率をオームの法則にしたがって計算する：
比導電率＝フィルム厚さ／（セパレータ抵抗＊試験面積）
ここで、フィルム厚さはマイクロメーターで測定し、セパレータ抵抗はＥＩＳ  Ｎｙｑｕｉｓｔプロットから読み取り、試験面積は電極のサイズ（直径は１５．６ｍｍである）により判定した。
【００９７】
サイクル試験のために、ＬｉＦｅＰＯ４カソードをＢＹＤから得、黒鉛アノードをＭＴＩ  Ｃｏ．Ｌｔｄから得た。２０１６コインセルコンポーネントはＳｈｅｎｚｈｅｎ  Ｋｅｊｉｎｇｓｔａｒ  Ｔｅｃｈ  Ｃｏ．、Ｌｔｄから得た。使用した電解質は、Ｓｈｅｎｚｈｅｎ  Ｃａｐｃｈｅｍ  Ｔｅｃｈ  Ｃｏ．ＬｔｄからのＬＢＣ３０１５Ｂであった。ＬｉＦｅＰＯ４  ２０１６コインセルのための試験手順は以下の通りである：
１．フォーメーションサイクル：電圧が３．８Ｖに達するまで０．３ｍＡで一定の電流での充電；電流が０．０７５ｍＡにトリップするまで３．８Ｖで一定の電圧での充電；１分間開放回路；電圧が２．５Ｖに達するまで−０．３ｍＡで一定の電流での放電；電圧が３．８Ｖに達するまで１．５ｍＡで一定の電流での充電；電流が０．０７５ｍＡにトリップするまで３．８Ｖで一定の電圧での充電；開放回路電圧を２４ｈモニターし、その容量を１００％として記録する。
２．充電および放電サイクル：電圧が３．８Ｖに達するまで１．５ｍＡで一定の電流での充電；電流が０．０７５ｍＡにトリップするまで３．８Ｖで一定の電圧での充電；１分間開放回路；電圧が２．５Ｖに達するまで−１．５ｍＡで一定の電流での放電；１分間開放回路；このサイクル手順を１２００回の連続サイクルで繰り返す。放電された容量を記録する。フォーメーションサイクルの間に放電された容量に対する比をパーセンテージの単位で容量保持率として記録する。
【００９８】
材料
一態様では、以下に示すような複数の材料を試験した：
【００９９】
【表１】
2015529946.tif 000022
【０１００】
この研究で使用した電解質はＣａｐｃｈｅｍからのＬＢＣ３０１５Ｂである。これは、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸エチルメチル（ＥＭＣ）およびＬｉＰＦ６の混合物である。ＥＣ、ＤＭＣおよびＥＭＣの比は１：１：１であり、ＬｉＰＦ６の濃度は１ｍｏｌ／Ｌである。
【０１０１】
固体フィルムの特性評価
【表２】
2015529946.tif 000023
【０１０２】
表Ａのデータは、ポリエチレンおよびポリプロピレンセパレータフィルムが、正規化乾燥重量＞９０％（例えば、９０％〜１０１％、９１％〜１０１％、９２％〜１０１％、９３％〜１０１％、９４％〜１０１％、９５％〜１０１％、９６％〜１０１％、９７％〜１０１％、９８％〜１０１％、９９％〜１０１％、１００％〜１０１％）で表されるように、電解質溶液（１：１：１  ＥＣ：ＤＭＣ：ＥＭＣおよび１ｍｏｌ／Ｌ  ＬｉＰＦ６）に対して優れた耐溶剤性を有していることを示している。正規化乾燥重量は、乾燥重量、すなわちその溶液中に５５℃で２１日間液浸させ、続いて乾燥してすべての溶媒を除去した後のサンプル重量を、出発重量、すなわち溶液中に液浸させる前のサンプルの初期重量で除したものとして計算した。さらに、これらの材料は低度の腫脹（正規化湿潤重量約１００％）が見られる。正規化湿潤重量を湿潤重量、すなわちサンプルを乾燥することなく溶液中に５５℃で２１日間液浸させた後のサンプル重量を、出発重量、すなわち溶液中に液浸させる前のサンプルの初期重量で除したものとして計算した。
【０１０３】
非晶質樹脂の比較例は、電解質溶液中へのポリマーの著しい溶解を実証している（正規化乾燥重量＜９０％、それでも大部分完全に溶解している）。
【０１０４】
ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１樹脂について得られたデータは、正規化乾燥重量＞９０％によって証明されるように、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１樹脂が、電解質溶液中にそれほど溶解しないことを示している。これは、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１樹脂が、電解質溶液に対して優れた耐溶剤性を有していることを意味する。電解質中でのポリマーの溶解は、細孔サイズおよび厚さなどのセパレータの物理的構造を著しく変化させることになるので、これは、バッテリーセパレータの用途でのＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１の適用に重要である。電解質溶液中でのセパレータの著しい溶解は、例えばセパレータの多孔質構造を変化させる、かつ／または電解質溶液の粘度を変化させることによって、セパレータおよび電解質を通るイオン輸送性質も変化させることになる。さらに、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１樹脂は、限られた腫脹（正規化湿潤重量１１０％）を示す。電解質溶液によるセパレータの著しい腫脹は、セパレータの物理的性能を著しく変化させる、例えば機械的剛性および変形温度を変化させる可能性があるので、電解質溶液中でのセパレータの腫脹が限られていることは重要である。
【０１０５】
ポリマーの耐溶剤性は典型的に、相対溶解パラメーター（δ）の差に関係する［Ｃ．Ｍ．ハンセン（Ｈａｎｓｅｎ）、Ｈａｎｓｅｎ  Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ−Ａ  Ｕｓｅｒ’ｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、２ｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎを参照されたい］。ポリマーと溶媒の溶解パラメーターの差（Δδ）が小さいことは、典型的に、溶媒中へのポリマーの溶解をもたらすことになる。表Ｂは、典型的な電解質構成要素の全（δｔ）、分散（δｄ）、極性（δｐ）および水素（δｈ）溶解パラメーターを示す。
【０１０６】
【表３】
2015529946.tif 000024
【０１０７】
個々の電解質溶媒に対して、ＵＬＴＥＭ（商標）１０１０、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０１１およびＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーフィルムの耐溶剤性も試験した。表Ｂをベースとして、これが、最も広い範囲の溶媒溶解パラメーター（１８．０〜２９．６ＭＰａ１／２）を包含するので、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）および炭酸エチル（ＥＣ）を使用した。
【０１０８】
【表４】
2015529946.tif 000025
【０１０９】
表Ｃのデータは、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１およびＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０１１の耐溶剤性が、すべての個々の電解質溶媒について優れている（１００＋／−１％正規化乾燥重量）ことを示しており、これは、全電解質組成範囲にわたる（例えば、ＥＣ、ＤＭＣおよびＤＥＣを種々の比率で混合して）、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１およびＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０１１の優れた耐溶剤性（すなわち、正規化乾燥重量＞９０％）を示唆している。ＵＬＴＥＭ（商標）１０１０は溶媒中で著しい溶解／変形を示し、この場合、定量的重量分析は不可能であった。
【０１１０】
【表５】
2015529946.tif 000026
【０１１１】
表Ｄは、固体のＵＬＴＥＭ（商標）１０１０およびＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１フィルムが、２３０℃を超える非常に高い５％変形温度を有する優れた高温溶融完全性（ＨＴＭＩ）性能を提供することを示している。
【０１１２】
【表６】
2015529946.tif 000027
【０１１３】
表Ｅは、固体のＵＬＴＥＭ（商標）１０１０およびＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１フィルムは、極めて小さい接触角値（＜２０°）によって示されるように、電解質溶液（１：１：１  ＥＣ：ＤＭＣ：ＥＭＣおよび１ｍｏｌ／Ｌ  ＬｉＰＦ６）での優れた湿潤性を提供することを示している。これらの接触角値は、固体のＰＰおよびＵＨＭＷＰＥフィルムについて得られる値（典型的に＞３５°）より、著しく小さい。
【０１１４】
【表７】
2015529946.tif 000028
【０１１５】
表Ｆは、固体ＰＰフィルムの接触角は、試験した溶媒組成の全範囲にわたって相対的に高い（典型的に＞３０°）ことを示している。対照的に、ＵＬＴＥＭ（商標）１０１０およびＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１固体フィルムは、非常に幅広い溶媒組成範囲にわたって極めて小さい接触角（典型的に＜１５°）を示しており、これは、溶液によるフィルムの際立った湿潤性を表している。ＵＬＴＥＭ（商標）１０１０およびＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１フィルムは３０°未満の接触角を示しており、これは、ＰＰ６２１Ｐの比較例より明らかに小さい。
【０１１６】
多孔質フィルムの特性評価
多孔質膜は種々の方法を用いて作製することができる。一例として、多孔質膜は、溶媒キャスト法、押し出しフィルムの延伸および／または押し出しフィルム中の溶質の洗い出しによって形成させることができる。セパレータを形成させるために他の方法を用いることができる。他の例として、４５〜７５％の範囲の全多孔度を有する多孔質膜を作製することができる。他の範囲および多孔度を用いることができる。
【０１１７】
多孔質ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータは溶媒キャスト法によって作製した。ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。図２は、溶媒キャストＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータの代表的な形態（横断面）を示す（実施例２０を参照されたい）。
【０１１８】
【表８】
2015529946.tif 000029
【０１１９】
表Ｇは、ＣｅｌｇａｒｄおよびＴｏｎｅｎセパレータの接触角は大きく、５秒後で典型的に４０〜５０°であることを示している。電解質小滴がセパレータと３０秒間接触した後でも、その接触角は３５°以上に留まっており、これは、ＣｅｌｇａｒｄおよびＴｏｎｅｎセパレータの電解質溶液による湿潤性が低いことを表している。しかし、作製されたままのＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータは、３０秒後で＜１０°の極めて小さい接触角値を示す。５秒間の短い接触時間の後でも、接触角はすでに２０°を下回っており、これは、電解質溶液によるセパレータのほとんど瞬間的な湿潤を意味している。
【０１２０】
【表９】
2015529946.tif 000030
【０１２１】
表Ｈは、ＣｅｌｇａｒｄおよびＴｏｎｅｎセパレータの接触角が、試験した溶媒組成の全範囲にわたって相対的に大きい（典型的に＞２５°）ことを示している。対照的に、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータは、溶媒の非常に幅広い組成範囲にわたって極めて小さい接触角（＜１０°）を示しており、これは、溶媒混合物によるセパレータの際立ったかつ瞬間的な湿潤を表している。
【０１２２】
【表１０】
2015529946.tif 000031
【０１２３】
表Ｉは、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータとＣｅｌｇａｒｄおよびＴｏｎｅｎセパレータのＨＴＭＩ性能を比較するものであり、これは、２００℃をはるかに超える変形温度を有するＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータの際立った性能を示しており、それに対して、ＣｅｌｇａｒｄおよびＴｏｎｅｎセパレータは、１１９〜１６０℃の温度範囲ですでに変形している。さらに、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータの破断温度は２００℃を超えており、これは、＜１７０℃であるＣｅｌｇａｒｄおよびＴｏｎｅｎセパレータの破断温度と比較して著しい改善である。
【０１２４】
表Ｊは、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータと市販のポリオレフィンセパレータ（ＣｅｌｇａｒｄおよびＴｏｎｅｎ）のイオン伝導度の比較を例示している。ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータは、市販のポリオレフィンセパレータフィルムと同等以上のイオン伝導度を備えることが明らかに示されている。括弧内の数字は、３つの測定をベースとした標準偏差を表す。
【０１２５】
【表１１】
2015529946.tif 000032
【０１２６】
ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータとＣｅｌｇａｒｄ（商標）２３２０セパレータの両方を２０１６コインセルで試験した。カソードはＬｉＦｅＰＯ４であり、アノードはリチウム金属薄片である。上記電解質を使用した。サイクル寿命を、０．５Ｃの一定の充電および放電速度で試験した。２つのセパレータについての１２００回のサイクルにわたるサイクル寿命を図３に示す。
【０１２７】
図３は、Ｃｅｌｇａｒｄ（商標）２３２０およびＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータを用いた、セパレータのタイプ当たりの３つのセルの平均放電容量保持率を示す。セパレータのタイプ当たりの試験した３つのセルのそれぞれは完全な複製である。図３の垂直なエラーバーは、３つのセルの容量保持率についての標準偏差を表す。市販の比較セパレータとしてＣｅｌｇａｒｄ（商標）２３２０が選択されているが、例えばＣｅｌｇａｒｄ（商標）２５００についても同様の容量保持率プロファイルが観察された。驚くべきことに、容量保持率データを比較すると、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータは、Ｃｅｌｇａｒｄ（商標）２３２０セパレータと比較して著しく良好なサイクル性能を示している。一例として、Ｃｅｌｇａｒｄ（商標）２３２０についての１２００回のサイクルでの容量保持率は５２％であるが、溶媒キャストＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１のそれは７９％である。一般に、バッテリー工業界では、バッテリー寿命を評価するための明確な指標として８０％の容量保持率を使用する。Ｃｅｌｇａｒｄ（商標）２３２０セパレータを用いたこれらのＬｉＦｅＰＯ４／黒鉛コインセルについて、これらの試験条件下でのサイクル寿命は約２５０サイクルに等しい。驚くべきことに、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータを用いたセルは、約１１００サイクルという著しく長いサイクル寿命を示す。
【０１２８】
本明細書で示され説明されるように、ｐａｒａ−フェニレンジアミンをベースとしたポリエーテルイミド（ＰＥＩ）（ＳＡＢＩＣのＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００シリーズ）は、電解質との高い適合性、高い耐溶剤性および１８０℃を超える高い溶融完全性温度などの際立った性能特性の組合せを備えた、バッテリーセパレータフィルムのための優れた材料である。ＰＥＩは、５５℃の高温でも、バッテリー電解質溶液に対して耐性があるという重要な要件を満たす。さらに、ＰＥＩは電解質溶液に対して極めて小さい接触角を示すが、これは、セパレータの湿潤および電解質保持に好都合であり、セル製造の際の短い電解質充填時間および改善されたセル動作性能を可能にする。ｐａｒａ−フェニレンジアミンをベースとしたＰＥＩからのセパレータは、非常に高い溶融完全性（１８０℃超）を有し、セル動作の全範囲にわたって高い弾性率を有する。提案する材料は、典型的な市販のポリオレフィンベースのセパレータと同等以上の比イオン伝導度を有する多孔質フィルムに、溶融加工することもまた溶液加工することもできる。さらに、これらのＰＥＩセパレータは、バッテリーのサイクル寿命の驚くべき改善を示す。
【０１２９】
液体誘導相分離（ＬＩＰＳ）プロセス
一態様では、耐溶剤性ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００ポリマーを、高温でフェノール系溶媒（２−クロロ−フェノールなど）に溶解させることができる。溶媒と最小融点の溶媒混合物を形成する共溶媒を加えて、室温でキャスティングするために、ドープ溶液の流動性を保持することができる。多孔質構造は、ポリマー用の非溶媒を含む凝固浴中にキャストされた湿潤フィルムを浸漬させ、真空下１２０℃で溶媒を除去することによって形成させることができる。
【０１３０】
一態様では、多孔質材料（例えば、フィルム、セパレータ等）を作製するための方法は、溶媒中に耐薬品性ポリマーを含む注加可能なポリマー溶液を用意するステップと、そのポリマー溶液から多孔質フィルムを形成させるステップとを含むことができる。一例として、ポリマー溶液から多孔質フィルムを形成させるステップは、ポリマー溶液から湿潤薄厚フィルムをキャスティングするステップとを含むことができる。他の例として、ポリマー溶液から多孔質フィルムを形成させるステップは、ポリマー溶液をポリマーに対する非溶媒を含む凝固浴に浸漬させるステップを含むことができる。一態様では、その非溶媒は、水、ピロリドンベースの溶媒、アセトン、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、酢酸ジメチル、ＥＤＣ、ＤＭＳＯ、アニソール、ＯＤＣＢまたはそれらの組合せを含むことができる。
【０１３１】
他の態様では、そのポリマーは、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリケトンもしくはポリフェニレンスルフィドまたはそれらの組合せを含むことができる。一例として、ポリマーは、ｐａｒａ−フェニレンジアミンをベースとしたポリエーテルイミドを含む。
【０１３２】
一態様では、その溶媒はフェノール系溶媒を含むことができる。一例として、溶媒は、４−クロロ−３−メチル−フェノール、４−クロロ−２−メチル−フェノール、２，４−ジクロロ−６−メチル−フェノール、２，４−ジクロロ−フェノール、２，６−ジクロロ−フェノール、４−クロロ−フェノール、２−クロロ−フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、４−メトキシ−フェノール、カテコール、ベンゾキノン、２，３−キシレノール、２，６−キシレノールもしくはレゾルシノールまたはそれらの組合せを含むことができる。他の例として、ポリマー溶液は無機粒子を含むことができる。
【０１３３】
一態様では、多孔質フィルムの多孔度を１０％〜９０％の範囲で調節することができる。一例として、多孔質フィルムの平均細孔サイズを０．０１μｍ〜１０μｍに調節することができる。他の態様では、多孔質フィルムの２％ひずみオフセットでの応力を、２００〜３０００ｐｓｉの範囲に改変することができる。他の態様では、多孔質フィルムのマックムリン数（ＭａｃＭｕｌｌｉｎ  ｎｕｍｂｅｒ）は１５以下である。
【０１３４】
一態様では、多孔質フィルムをセパレータとして働かせることができる。一例として、セパレータは、１８０℃以上の温度で５％の変形を示すことができる。他の例として、セパレータは３０°以下の電解質接触角を有することができる。他の例として、セパレータは、電解質溶液に対して耐性を示すが、それに高度に適合することができる。
【０１３５】
一態様では、多孔質フィルムを、他のコーティング（ポリマー、セラミック）用の基材として、または、より複雑なセパレータ構造物（多層）用の成分として使用することができる。
【０１３６】
一態様では、エネルギー貯蔵デバイスは多孔質フィルムを含むことができる。一例として、多孔質フィルムを、電気化学セル中のセパレータとして配置させることができる。他の例として、その電気化学セルはリチウムイオンバッテリーである。他の例として、電気化学セルは電解コンデンサである。
【０１３７】
以下の実施例を、当業者に、本明細書で特許請求される化合物、組成物、物品、デバイスおよび／または方法がいかに作り出され、評価されるかの完全な開示および説明を提供するために示すが、これらは純粋に例示を目的としたものであり、本開示の方法およびシステムの範囲を限定しようとするものではない。数字（例えば、量、温度等）に関して精度を確保するように努めてきたが、いくらかの誤差および偏差が考慮されるべきである。別段の指定のない限り、部は重量部であり、温度は℃で示されるかまたは室温であり、圧力は大気圧またはその近傍である。
【０１３８】
材料
一態様では、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーをフェノール系溶媒（４−クロロ−２−メチル−フェノールまたはｐ−クレゾールなど）に高温で溶解し、次いで溶媒と最小融点の溶媒混合物を形成する共溶媒を加えて、室温でキャスティングするために、ドープ溶液の流動性を保持させた。他の態様では、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーをフェノール系溶媒（２−クロロ−フェノールなど）に高温で溶解した。多孔質構造を、ガラス板上に湿潤薄厚フィルムをキャスティングし、キャストされた湿潤フィルムをポリマーに対しての非溶媒を含む凝固浴に浸漬させ、真空下、１２０℃でその膜中の残留溶媒を除去することによって形成させた。あるいは、多層多孔質構造を、多孔質ポリエチレンフィルム（ＰＥ、８ミクロン厚さ、見掛け多孔度２４％）上に湿潤薄厚フィルムをキャスティングし、多孔質基材の頂部上のキャストされた湿潤フィルムをポリマーに対しての非溶媒を含む凝固浴に浸漬させ、真空下、６０℃でその膜中の残留溶媒を除去することによって形成させた。
【０１３９】
セパレータの見掛け多孔度を計算した。フィルムを、ダイを用いて１９ｍｍ径を有する丸い薄片にカットした；サンプル厚さはスパイラルマイクロメーター（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ）で測定し、その重量は±０．０５％分散を有する電子てんびんで測定する。次いで見掛け多孔度を以下の式：
【数１】
2015529946.tif 000033
で計算する。
【０１４０】
引張り強さはＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ’ｓ  Ｑ８００  ＤＭＡにより、長方形（３ｘ２０ｍｍ）フィルムサンプルで測定した。引張り強さのための方法は、ひずみ勾配を用いた、動的機械分析（Dynamic mechanical Analyzer（ＤＭＡ））でのフィルム引っ張りクランプを利用する。以下の実験パラメーターを使用した：
ａ．試験：ひずみ勾配
ｂ．予圧荷重：０．００１Ｎ
ｃ．初期ひずみ：０．５％
ｄ．等温温度：３０℃
ｅ．最終ひずみ：２５０％
ｆ．勾配比率：５％／ｍｉｎ
ｇ．サンプルがフィルム引っ張りクランプ内に正しく搭載され、必要なすべての測定がなされており、それらが正確であることを確認する。
【０１４１】
結果
リチウムイオンバッテリーセパレータは、機械的剛性／強度とイオン伝導度の間のバランスに適合するような特定の微細構造を必要とする。相分離プロセスの際に使用される条件は細孔構造に、したがって最終セパレータ性能に影響を及ぼす。以下の例は、ベース樹脂としてＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１（ＳＡＢＩＣ）を用いて、セパレータの最終構造および性質が、相分離プロセスのために使用される溶媒系、ポリマー濃度および凝固浴にいかに依存するかを示している。セパレータのヤング率（剛性）、イオン伝導度、高温溶融完全性（ＨＴＭＩ）および電解質湿潤性を測定した。
【０１４２】
表ＡＡに、形成されるセパレータの最終構造に影響を及ぼす最も重要な主要因子であることが分かっているＬＩＰＳプロセスパラメーターを挙げる。その分子構造のため、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１は例外的な耐溶剤性を有しており、したがって最も一般的な溶媒中でのその溶解性は低い。そういう理由で、室温で１５〜２０ｗｔ％のポリマー濃度で、必要とされる注加可能ポリマーシステムを達成するために、クロロ−２−メチル−フェノール、２−クロロ−フェノールおよび／またはｐ−クレゾールの溶媒系の混合物を使用する。表ＡＡの実施例において使用される溶媒およびそれらの混合物は、室温ですべて液体であることに留意されたい。凝固浴（組成および温度に関して）は、最終構造を制御し、所望のセパレータ性能を達成するのに重要な役割を果たす。表ＡＡに示すように、７種の凝固溶媒を２２℃または４０℃で使用した。
【０１４３】
【表１２】
2015529946.tif 000034
【表１３】
2015529946.tif 000035
【０１４４】
実施例１において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１５％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：１００μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、メタノール浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１４５】
実施例２において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１５％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：１００μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムをエタノール浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１４６】
実施例３において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１５％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：１００μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、ブタノール浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１４７】
実施例４において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（５：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１５％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：１００μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムをイソプロパノール浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１４８】
実施例５において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（５：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１５％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：１００μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、凝固浴としてのイソプロパノール／ｐ−クレゾール（３：１比で）中に終夜浸漬させた。形成された膜をイソプロパノールで数回リンスした後、サンプルを真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１４９】
実施例６において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（５：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は２０％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：１００μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムをイソプロパノール浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１５０】
実施例７において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（５：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は２０％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：１００μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、凝固浴としてのイソプロパノール／ｐ−クレゾール（３：１比で）中に終夜浸漬させた。形成された膜をイソプロパノールで数回リンスした後、サンプルを真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１５１】
実施例８において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１５％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：１００μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムをイソプロパノール浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１５２】
実施例９において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１５％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：１００μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、凝固浴としてのイソプロパノール／ｐ−クレゾール（３：１比で）中に終夜浸漬させた。形成された膜をイソプロパノールで数回リンスした後、サンプルを真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１５３】
実施例１０において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：１００μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムをイソプロパノール浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１５４】
実施例１１において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：１００μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、凝固浴としてのイソプロパノール／ｐ−クレゾール（３：１比で）中に終夜浸漬させた。形成された膜をイソプロパノールで数回リンスした後、サンプルを真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１５５】
実施例１２において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを酢酸エチル浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１５６】
実施例１３において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムをアセトン浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１５７】
実施例１４において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、ヘプタン浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１５８】
実施例１５において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、１−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１５９】
実施例１６において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを１２０℃で２−Ｃｌ−フェノールに溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１３％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムをテトラヒドロフラン浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１６０】
実施例１７において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを１２０℃で２−Ｃｌ−フェノールに溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１３％であった。ドープ溶液を４０℃に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いてガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、テトラヒドロフラン浴中に終夜浸漬させた。その加工の間、ドープ／凝固浴とガラス基材の両方を４０℃に保持した。サンプルを真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１６１】
実施例１８において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを１２０℃で２−Ｃｌ−フェノールに溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１３％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、テトラヒドロフラン／２−Ｃｌ−フェノール混合物浴（３：１ｖ／ｖ）中に終夜浸漬させた。形成された膜をＴＨＦで数回リンスした後、サンプルを真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１６２】
実施例１９において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを１２０℃で２−Ｃｌ−フェノールに溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１３％であった。ドープ溶液を４０℃に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いてガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、テトラヒドロフラン／２−Ｃｌ−フェノール混合物浴（３：１ｖ／ｖ）中に終夜浸漬させた。その加工の間、ドープ／凝固浴とガラス基材の両方を４０℃に保持した。形成された膜をＴＨＦで数回リンスした後、サンプルを真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１６３】
実施例２０において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムをテトラヒドロフラン浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１６４】
実施例２１において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を４０℃に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いてガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、テトラヒドロフラン浴中に終夜浸漬させた。その加工の間、ドープ／凝固浴とガラス基材の両方を４０℃に保持した。サンプルを真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１６５】
実施例２２において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いて室温でガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、テトラヒドロフラン／ｐ−クレゾール混合物浴（３：１ｖ／ｖ）中に終夜浸漬させた。形成された膜をＴＨＦで数回リンスした後、サンプルを真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１６６】
実施例２３において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を４０℃に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いてガラス基材上にキャストした。キャストフィルムを、テトラヒドロフラン／ｐ−クレゾール混合物浴（３：１ｖ／ｖ）中に終夜浸漬させた。その加工の間、ドープ／凝固浴とガラス基材の両方を４０℃に保持した。形成された膜をＴＨＦで数回リンスした後、サンプルを真空下、１２０℃で乾燥した。
【０１６７】
実施例２４において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いて多孔質ポリエチレン基材（８ミクロンの厚さ）上にキャストした。キャストフィルムを酢酸エチル浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、６０℃で乾燥した。
【０１６８】
実施例２５において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いて多孔質ポリエチレン基材（８ミクロンの厚さ）上にキャストした。キャストフィルムをアセトン浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、６０℃で乾燥した。
【０１６９】
実施例２６において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを、１２０℃で４−クロロ−２−メチル−フェノール／ｐ−クレゾール（１：１ｗ／ｗ）溶媒混合物に溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１７％であった。ドープ溶液を室温に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いて多孔質ポリエチレン基材（８ミクロンの厚さ）上にキャストした。キャストフィルムを、ＴＨＦ浴中に終夜浸漬させ、次いで真空下、６０℃で乾燥した。
【０１７０】
実施例２７において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを１２０℃で２−Ｃｌ−フェノールに溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１３％であった。ドープ溶液を４０℃に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：２５μｍ）を用いて多孔質ポリエチレン基材（８ミクロンの厚さ）上にキャストした。キャストフィルムを、テトラヒドロフラン／２−Ｃｌ−フェノール３：１（ｖ／ｖ）浴中に終夜浸漬させた。その加工の間、ドープ／凝固浴とガラス基材の両方を４０℃に保持した。形成された膜をＴＨＦで数回リンスした後、サンプルを真空下、６０℃で乾燥した。
【０１７１】
実施例２８において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを１２０℃で２−Ｃｌ−フェノールに溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１３％であった。ドープ溶液を４０℃に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：５０μｍ）を用いて多孔質ポリエチレン基材（８ミクロンの厚さ）上にキャストした。キャストフィルムを、テトラヒドロフラン／２−Ｃｌ−フェノール３：１（ｖ／ｖ）浴中に終夜浸漬させた。その加工の間、ドープ／凝固浴とガラス基材の両方を４０℃に保持した。形成された膜をＴＨＦで数回リンスした後、サンプルを真空下、６０℃で乾燥した。
【０１７２】
実施例２９において、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ポリマーを１２０℃で２−Ｃｌ−フェノールに溶解した。ドープ溶液中のポリマー濃度は１３％であった。ドープ溶液を４０℃に冷却し、次いでバードアプリケータ（スロットサイズ：７５μｍ）を用いて多孔質ポリエチレン基材（８ミクロンの厚さ）上にキャストした。キャストフィルムを、テトラヒドロフラン／２−Ｃｌ−フェノール３：１（ｖ／ｖ）浴中に終夜浸漬させた。その加工の間、ドープ／凝固浴とガラス基材の両方を４０℃に保持した。形成された膜をＴＨＦで数回リンスした後、サンプルを真空下、６０℃で乾燥した。
【０１７３】
図４〜２５は、それぞれ実施例１〜１４および実施例１６〜２３の作製された多孔質セパレータフィルムの横断面形態を表す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を例示する。特に、キャストフィルムをＮＭＰに浸漬させた場合（実施例１５）、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１は透明で密なフィルムを形成した。そのため、これはさらなる分析に含めなかった。図４３〜４５は、実施例２４〜２６の作製された多孔質セパレータフィルム（ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１部分のみ）の横断面形態を表す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を例示する。
【０１７４】
ＳＥＭ画像は、このプロセスは用途が広く、そのプロセス条件はセパレータ微細構造の制御に非常に重要であることを実証している。実施例１〜１１に使用されているようなプロセス条件は、米国特許第７，４３９，２９１号に開示されているものと類似している、すなわち、それらはすべてアルコールベースの凝固浴を使用しているが、米国特許第７，４３９，２９１号は、少なくとも部分的に結晶性であるポリマー樹脂を取り扱っている。実施例１〜１１の形態は、２つの明確な領域を典型的に含有し：その頂部領域は指状のマクロボイド（＞５ミクロン）（実施例１〜１１の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を例示する図４〜１４を参照されたい）を含有し、底部領域は非常に微細な海綿状のミクロボイド（＜１ミクロン）（それぞれ、実施例４〜５、７、１１および実施例１６〜２３の拡大した倍率の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を例示する図２６〜３７を参照されたい）を含有する。そうした構造は、剛性と合わせて、セパレータフィルムを通る連続した多孔質経路を一緒にするので、海綿状ミクロボイドは典型的に望ましい。しかし、マクロボイドは、非常に開放型の細孔構造、すなわち、セパレータを通るイオン流に対して非常に小さい抵抗性をもたらす。これは、イオン伝導度を増大させるという明確な利点を有する。実際には、目的とするセパレータフィルムの性能に応じて、２つの間の適切なバランスを追求してゆくことになる。
【０１７５】
実施例４、６、８および１０はすべて同じ凝固浴（２２℃でイソプロパノール）を使用しているが、ドープ溶液組成（溶媒およびポリマー濃度）は異なっている。対応する顕微鏡画像は、細孔構造は変化しているが、これらのセパレータのどれも、マクロボイドを含まないものはないことを示している。実施例５、７、９および１１についても同様の結論が引き出される。やはり、これらのセパレータもすべてマクロボイドを含むが、マクロボイドの割合は著しく変動している。ＬＩＰＳプロセスについて、より高いポリマー濃度は通常、相分離速度（kinetics）を減速させることができ、したがって、マクロボイドの量を減少させるために用いることができる。また、本明細書で説明した組成物についても、ドープ溶液中のポリマー濃度を増大させると、マクロボイドの割合の減少がもたらされる。すなわち、実施例６、７、１０および１１を、それぞれ実施例４、５、８および９と比較されたい。ポリマー濃度が２０ｗｔ％にまでなっても、マクロボイドの存在は完全に除外されなかったことに留意されたい。さらに、高いポリマー濃度は、ミクロボイド細孔サイズの減少をもたらし、結果として非常に密な細孔構造（例えば、実施例７）をもたらす。
【０１７６】
これまで論じてきたように、マクロボイドの存在がフィルムの機械的性能に影響を及ぼすことになるので、特定の用途では、マクロボイドを含まないセパレータが望ましい可能性がある。例えば、マクロボイドの存在は典型的に、非常に高い全般的な多孔性をもたらし、これは、相対的に低いセパレータ剛性をもたらすことになる。さらに、マクロボイドは多孔質フィルムに脆性をもたらす可能性がある。しかし、上述したように、アルコールベースの凝固浴では、基本的にマクロボイドを含まない構造を作製することはできなかった。実施例１０〜１６は同じドープ溶液を使用しているが、凝固浴は異なっている。凝固浴が、セパレータ形態を変化させるための非常に効果的な方法であることは明らかである。凝固浴として、酢酸エチル（実施例１２）またはアセトン（実施例１３）を使用しても、マクロボイドの減少は得られなかった。凝固浴としてヘプタンを使用すると（実施例１４）、指状の空洞はもたらされなかったが、分離されたマクロポア（ｍａｃｒｏ−ｐｏｒｅ）が得られた。凝固浴としてＮＭＰを使用すると（実施例１５）、顕著な多孔性をもたない非常に密なフィルムが得られた。したがって、さらなる分析には供さなかった。
【０１７７】
実施例１６〜２３では、凝固浴のためのベースとして、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を使用した。図１８〜２５および図３０〜３７から、ＴＨＦを凝固浴のためのベースとして使用すると、基本的にマクロボイドを含まないセパレータが首尾よく作製されたことが分かる。低いポリマー濃度と４０℃の温度を用いた実施例１７は、マクロボイドを示す唯一のサンプルである。図１８〜２５および図３０〜３７のミクロボイド構造を比較すると、凝固浴溶媒としてＴＨＦを用いて作製されたセパレータは、実施例１〜１４のセパレータとは非常に異なっている。より高い温度の凝固浴（実施例１７、１９、２１、２３）はよりフィラメントタイプの構造をもたらし、低温凝固浴（実施例１６、１８、２０、２２）はよりフレーク状の構造をもたらすようである。これは明らかに、細孔と細孔ねじれとの間の相互接続に対する明確な効果を有している。
【０１７８】
作製されたセパレータの見掛け多孔度、イオン伝導度および機械的剛性を、上記の手順にしたがって特性評価し、その結果を図３８〜４０に示す。
【０１７９】
【表１４】
2015529946.tif 000036
【０１８０】
表ＢＢはデータをまとめたものであり、これらのセパレータについてのマックムリン数も示す。ＭａｃＭｕｌｌｉｎおよびＭｕｃｃｉｎｉ（Ｒ．Ｂ．マックムリン（ＭａｃＭｕｌｌｉｎ）  ａｎｄ  Ｇ．Ａ．ムッチーニ（Ｍｕｃｃｉｎｉ）、ＡＩＣｈＥ  Ｊ．、２、３９３、１９５６）の研究にもとづくマックムリン数はＮＭ＝Ｃ／Ｃ０と定義される。ここで、Ｃは電解質で飽和された多孔質媒体の導電率であり、Ｃ０は同じ電解質のバルク導電率である。マックムリン数でセパレータ導電性を説明することの明白な利点は、マックムリン数が、使用される電解質にほとんど依存しないという事実である。電解質のバルク導電率（Ｃ０）は８．５±０．５ｍＳ／ｃｍとした。
【０１８１】
すべてのセパレータの見掛け多孔度は２７％〜８２％の範囲である。実施例６および７ならびに実施例１４は非常に高い剛性を示すが、低い多孔度（＜３０％）を有しており、頂部から底部へと細孔が接続されていない（通り抜ける細孔がないかまたはほとんどない）ので、イオン的に絶縁されている。例えば、実施例１２および１３に見られるように、多量のマクロボイドは、非常に高い見掛け多孔度（＞７５％）および非常に高いイオン伝導度（＞２．５ｍＳ／ｃｍ）ならびに非常に小さいマックムリン数（ＮＭ＝３）をもたらすが、かなり低い剛性（２％オフセットで＜４００ｐｓｉ）ももたらす。
【０１８２】
凝固浴としてＴＨＦを用いて作製されたセパレータ（実施例１６〜２３）の見掛け多孔度は５０〜８２％の範囲である。より高い凝固浴温度はより高い多孔度をもたらし、より高いイオン伝導度およびより小さいマックムリン数をもたらすが、また、より低い機械的剛性ももたらす。実施例１７を例外として、凝固浴としてＴＨＦを用いた実施例１６〜２３は、基本的にマクロボイドを含まないセパレータをもたらしている。イオン伝導度、マックムリン数および剛性に関するセパレータ性能は、膜作製条件を変えることによって制御できるということは明らかである。
【０１８３】
例えば、実施例２０は、ＮＭ＝５の非常に小さいマックムリン数で、高い見掛け多孔度（６４％）、高い剛性（＞１０００ｐｓｉ）および良好なイオン伝導度（１．５ｍＳ／ｃｍ）を有しており、これは、多くのタイプのバッテリーおよび超コンデンサシステムにおけるセパレータ用途のための優れた性質プロファイルを提供する。
【０１８４】
多孔質ＰＥ基材上にあるＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１多孔質フィルムからなるセパレータの２％オフセットでの応力は、３０６、３４１および１０５８からそれぞれ７４６、７８３および１８４２への２％オフセットでの応力の増大が示されている実施例２４、２５および２６と実施例１２、１３および２０に比較によって示される著しい改善を示す。多孔質ＰＥ基材の存在は、３、３および５からそれぞれ９、６および１２へのマックムリン数の増大をもたらす。これらの結果は、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１膜を多孔質ポリエチレン基材の頂部上にキャスティングすることによって、２％オフセットでの応力とイオン伝導度の間のバランスを改変できることを示している。
【０１８５】
表ＣＣは、電解質溶液で測定した実施例２０の接触角対時間を示す。１０秒間という短い接触時間後でも、接触角はすでに２０°を下回っており、これは電解質溶液によるほとんど瞬間的なセパレータの湿潤を表している。これは、バッテリーセル製造プロセスならびにバッテリーセル動作に非常に有益である。
【０１８６】
【表１５】
2015529946.tif 000037
【０１８７】
図４１は、実施例１（多数のマクロボイド）および２０（マクロボイドを含まない）ならびにＰＥ基材およびＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１／ＰＥ多層セパレータの高温溶融完全性（ＨＴＭＩ）を例示する。結果は、マクロボイドを含まないセパレータがＨＴＭＩ性能に有益であることを示している。表ＤＤは、ＮＡＳＡ／ＴＭ−２０１０−２１６０９９試験法にしたがって、収縮温度（２％変形での）および変形温度（５％変形）をまとめたものである。これらの結果は、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータは、改善された安全性能を備えた進歩したリチウムイオンバッテリーセパレータのためのＨＴＭＩ要件である２００℃をはるかに超える変形温度を達成しており、２４０℃以上の破断温度を有していることを示している。Ｃｅｌｇａｒｄ（商標）２３４０、Ｃｅｌｇａｒｄ（商標）２５００およびＴｏｎｅｎ  Ｖ２５ＣＧＤセパレータなどの従来の市販のポリオレフィンベースのセパレータは、１６０℃以下の典型的な変形温度（表Ｉ）で、著しく劣ったＨＴＭＩを有することに留意されたい。これは、ＰＥ基材の低い変形温度（１３４℃）、および低い破断温度（１４９℃）によっても反映されている。結果は、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１／ＰＥ多層セパレータが、２２９℃を超える破断温度を示すことを示している。この変形温度の値は、小さいＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１厚さでは、ＰＥ基材変形が支配的であり、１４０℃の変形温度（実施例２７）をもたらしていることを示している。同様に、より大きいＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１厚さ（キャスティングギャップ厚さ５０または７５ミクロン、実施例２８および２９）では、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１変形が支配的であり、２３５℃以上の変形温度をもたらしている。ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１／ＰＥ多層セパレータの収縮温度は１２０〜１３０℃で一定であり、これは、ＰＥ基材の収縮温度と同等である。これは、ＰＥの溶融が、ＰＥ基材とＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１／ＰＥ多層セパレータについて同様の温度で起こっていることを表しており、これは、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１／ＰＥ多層セパレータにおいて、シャットダウン機構（ＰＥの溶融、したがって細孔閉鎖に依存する）が存在することを示している。
【０１８８】
【表１６】
2015529946.tif 000038
【０１８９】
図４２は、実施例２０の放電容量保持率を市販のセパレータ（Ｃｅｌｇａｒｄ（商標）２３２０）と比較して例示する。１２００回のサイクルをＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１ベースのセパレータで完了した。分解速度が、市販のＣｅｌｇａｒｄ（商標）２３２０セパレータと比較してずっと低いことを示しており、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１セパレータを用いたバッテリーが、市販のポリオレフィンセパレータを用いたバッテリーと比較して著しく良好な寿命時間を有することを意味している。
【０１９０】
Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を用いた作製
一態様では、セパレータは、耐溶剤性ポリエーテルイミド（例えば、ｐａｒｅ−フェニレンジアミンをベースとしたポリエーテルイミド）を、閉鎖系（すなわち、溶液と空気雰囲気の間での直接的な接触はなし）または開放系で、高温（例えば１４０〜２０２℃、図４６参照）でＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させ、続いて低温（３０〜１４０℃）でキャスティングし、水または他の材料の浴の中で凝固させることによって作製することができる。一例として、膜を、バッテリーセルおよび／またはコンデンサセル、電解質エネルギー貯蔵デバイス、透析膜、水ろ過膜、脱塩膜、ガス分離膜などの分野のために、本明細書で開示する材料および方法を用いて作製することができる。
【０１９１】
以下の実施例を、当業者に、本明細書で特許請求される化合物、組成物、物品、デバイスおよび／または方法がいかに作り出され、評価されるかの完全な開示および説明を提供するために示すが、これらは純粋に例示を目的としたものであり、本開示の方法およびシステムの範囲を限定しようとするものではない。数字（例えば、量、温度等）に関して精度を確保するように努めてきたが、いくらかの誤差および偏差が考慮されるべきである。別段の指定のない限り、部は重量部であり、温度は℃で示されるかまたは室温であり、圧力は大気圧またはその近傍であり、凝固溶媒は液相である。
【０１９２】
材料
一態様では、本明細書で説明し以下に例示するように、複数の材料を、耐溶剤性ポリマー膜の作製において使用することができる：
【０１９３】
【表１７】
2015529946.tif 000039
【０１９４】
実施例
本明細書で示され説明されるように、ｐａｒａ−フェニレンジアミンをベースとしたポリエーテルイミド（ＰＥＩ）（ＳＡＢＩＣのＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００シリーズ）は、耐溶剤性膜のための優れた材料である。一例として、膜は、バッテリーセルおよび／またはコンデンサセル、電解質エネルギー貯蔵デバイス、透析膜、水ろ過膜、脱塩膜、ガス分離膜などの分野のために、本明細書で開示する材料および方法を用いて作製することができる。
【０１９５】
一態様では、耐薬品性ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００グレードを、ＮＦＰＡファイアダイアモンドで２以下のヘルスレーティングを有する溶媒中に溶解し、低温または室温で安定溶液を保持して、液体誘導相分離（ＬＩＰＳ）アプローチによるかまたは蒸気誘導相分離（ＶＩＰＳ）によって多孔質膜を作製できるようにする。このアプローチは自明ではない。その理由は耐薬品性ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００グレードは、一般に、一般的な溶媒に不溶性であると考えられているためである（米国特許第７，４３９，２９１号を参照されたい）。しかし、驚くべきことに、我々は、表ＡＡＡおよび表ＢＢＢにまとめているように、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）は高温で耐薬品性ＵＬＴＥＭ（商標）グレード（例えば、ＳＡＢＩＣのＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００シリーズ）を溶解させることができ、室温またはその近傍でバッテリーセパレータをキャスティングするのに有用であることを見出した。ＮＭＰは、ＮＦＰＡファイアダイアモンドで２以下のヘルスレーティングを有しており（すなわち、大部分のフェノールおよびクレゾールベースの溶媒に対して毒性が低い）、水と完全に混和性であり、水を含む凝固浴の使用を可能にするので、バッテリーセパレータをキャスティングするのに有益な溶媒である。
【０１９６】
【表１８】
2015529946.tif 000040
【表１９】
2015529946.tif 000041
【０１９７】
一態様では、耐薬品性の多孔質膜は、耐溶剤性ポリエーテルイミドを、開放系（すなわち、溶液と空気雰囲気の間で直接接触）で、高温（１４０〜２０２℃、図４６参照）でＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させ、続いて低温（３０〜１４０℃）でキャスティングし、水浴中で凝固させることによって作製することができる。図４６の溶解温度は、溶媒にポリマーが溶解し、溶液全体が透明に変わるのを目視観察して判定した。図４７は、その溶液が、１７０℃から徐々に冷却されて突然の粘度の著しい増大（ゲル化の兆し（相分離の初期段階）である）を示す温度を判定することによって測定した定常状態の相分離温度を、濃度の関数として示す。
【０１９８】
一態様では、溶解の温度は、耐薬品性ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００グレードをＮＭＰに溶解させる場合の重要なパラメーターである。開放系におけるＮＭＰ中への１２ｗｔ％ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１Ｋの溶解は、２００℃の平均温度で１２分以内で達成でき、１９０℃の平均温度では、これは２８分間かかる。さらに、溶解時間は、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１Ｋの物理的形状（例えば、ペレット対粉末）および撹拌機構に依存する。
【０１９９】
一態様では、以下の表ＣＣＣに示すように、開放系（すなわち、溶媒は大気圧条件下で空気雰囲気と接触している）において、ＮＭＰ混合物中でＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００を加熱すると、ポリエーテルイミドは完全に溶解し、その溶液は室温で、最大で２時間（組成物に依存する）安定である（すなわち、相分離が起こらない）という予想外の結果が得られた：
【０２００】
【表２０】
2015529946.tif 000042
【０２０１】
より詳細な溶解性解析は、室温での溶液の安定性に対するＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１Ｋ濃度の影響を実証している（表ＤＤＤ）。溶液を、開放系において、高温で溶解し、水浴を用いて閉鎖系で冷却した。これらの結果は、１５ｗｔ％ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１Ｋ／ＮＭＰは、室温でなお数分間透明であることを示している。
【０２０２】
【表２１】
2015529946.tif 000043
【０２０３】
一態様では、室温での水浴中の熱ＮＭＰ中のこれらの耐溶剤性ポリエーテルイミドの溶液を冷却するのは、同じ溶液を５０℃の水浴中で冷却するか、または同じ溶液を室温で空気と接触させることによって冷却するのと比較して有意な差が観察される。一例として、非常に緩やかに冷却した場合、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００樹脂は相対的に高い温度で分離してくる、すなわち、相分離は定常状態の状況に近づく（図４７に示すように）。他の例として、表ＤＤＤに説明されているように、溶液は室温で相当な時間（組成物に応じて）安定である（すなわち、相分離は起こらない）。
【０２０４】
一態様では、ＮＭＰにその樹脂を入れ、連続的に振とうまたは撹拌しながらＮＭＰ溶液をある期間（例えば、３〜５ｍｉｎ）沸騰させることによって調製することができる。カールフィッシャー滴定装置を用いたＮＭＰの水分分析は、開放系において急激な水分含量の減少があることを示しており、これは、ＮＭＰと水は共沸混合物を形成せず（ラギンスカヤ（Ｒａｇｉｎｓｋａｙａ）  Ｌ．Ｍ．：Ｎ−Ｍｅｔｈｙｌ−２−Ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎ−Ｗａｓｓｅｒ．Ｐｒｏｍ．Ｓｉｎｔ．Ｋａｕｃｕｋａ（１９７５）１−３参照）、したがって大部分の水は沸騰ＮＭＰから蒸発するという事実によって明らかにされる。溶解プロセスの間のＵＬＴＥＭ（商標）の分子量の有意の変化は観察されなかった。溶解プロセスの前後でのＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０００についてのＧＰＣ分析によって、分子量が一定に保たれている、すなわち、ポリマーの分解または他のポリマー鎖の改変が起こっていないことが確かめられた。
【０２０５】
一態様では、耐薬品性の多孔質膜は、開放系において、１０ｗｔ％の耐溶剤性ポリエーテルイミド（例えば、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１Ｋ）を２００℃でＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に溶解し、続いて室温でキャスティングし、水浴中で凝固させることによって作製することができる。Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）は、ＮＦＰＡファイアダイアモンドでわずか２のヘルスレーティングを有しており（米国疾病対策予防センター−ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｄｃ．ｇｏｖによる）、したがって、従来記載されているフェノールおよびクレゾール溶媒系と比較してずっと環境に優しいと考えられる。さらに、ＮＭＰは水と完全に混和性であり、水はポリエーテルイミドに対して貧溶媒であるので、相反転プロセスために使用される凝固浴を、任意選択でＮＭＰまたは他の溶媒と組み合わせて、水をベースとすることができる。
【０２０６】
一態様では、耐薬品性の多孔質膜は、開放系において、２００℃で１０ｗｔ％の耐溶剤性ポリエーテルイミド（例えば、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１Ｋ）および１０ｗｔ％の無機粒子をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に溶解し、続いて室温でキャスティングし、水浴中で凝固させることによって作製することができる。
【０２０７】
一態様では、耐薬品性の多孔質膜は、開放系において、１２ｗｔ％の耐溶剤性ポリエーテルイミド（例えば、ＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１Ｋ）を２００℃でＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に溶解し、続いて室温で８μｍ厚さのポリエチレンフィルム上にキャスティングし、水浴中で凝固させることによって作製することができる。
【０２０８】
実施例３０−膜キャスティング条件
【表２２】
2015529946.tif 000044
【０２０９】
図４８Ａは、実施例３０にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の画像である。図４８Ｂは、実施例３０にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の拡大画像である。
【０２１０】
実施例３１−膜キャスティング条件
【表２３】
2015529946.tif 000045
【０２１１】
図４９Ａは、実施例３１にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の画像である。図４９Ｂは、実施例３１にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の拡大画像である。
【０２１２】
実施例３２−膜キャスティング条件
【表２４】
2015529946.tif 000046
【０２１３】
図５０Ａは、実施例３２にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の画像である。図５０Ｂは、実施例３２にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の拡大画像である。
【０２１４】
実施例３３−膜キャスティング条件
【表２５】
2015529946.tif 000047
【０２１５】
図５１Ａは、実施例３３にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の画像である。図５１Ｂは、実施例３３にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の拡大画像である。
【０２１６】
実施例３４−膜キャスティング条件
【表２６】
2015529946.tif 000048
【０２１７】
図５２Ａは、実施例３４にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の底部側画像である。図５２Ｂは、実施例３４にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の横断面画像である。
【０２１８】
実施例３５−膜キャスティング条件
【表２７】
2015529946.tif 000049
【０２１９】
図５３Ａは、実施例３５にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の底部側画像である。図５３Ｂは、実施例３５にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の横断面画像である。
【０２２０】
実施例３６−膜キャスティング条件
【表２８】
2015529946.tif 000050
【０２２１】
図５４は、実施例３６にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の横断面画像である。
【０２２２】
実施例３７−膜キャスティング条件
【表２９】
2015529946.tif 000051
【０２２３】
図５５は、実施例３７にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の横断面画像である。
【０２２４】
実施例３８−膜キャスティング条件
【表３０】
2015529946.tif 000052
【０２２５】
図５６は、実施例３８にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の画像である。
【０２２６】
実施例３９−膜キャスティング条件
【表３１】
2015529946.tif 000053
【０２２７】
図５７は、実施例３９にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の画像である。
【０２２８】
実施例４０−膜キャスティング条件
【表３２】
2015529946.tif 000054
【０２２９】
図５８は、実施例４０にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の画像である。
【０２３０】
実施例４２−膜キャスティング条件
【表３３】
2015529946.tif 000055
【０２３１】
図６０は、実施例４２にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の画像である。
【０２３２】
実施例４３−膜キャスティング条件
【表３４】
2015529946.tif 000056
【０２３３】
図６１は、実施例４３にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の画像である。
【０２３４】
実施例４４−膜キャスティング条件
【表３５】
2015529946.tif 000057
【０２３５】
図６２は、実施例４４にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の画像である。
【０２３６】
実施例４５−膜キャスティング条件
【表３６】
2015529946.tif 000058
【０２３７】
図６３は、実施例４５にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の横断面画像である。
【０２３８】
実施例４６−膜キャスティング条件
【表３７】
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【０２３９】
図６４は、実施例４６にしたがってキャスティングした場合に得られた典型的な形態の横断面画像である。
【０２４０】
通気度測定（ガーレー透気度試験機（Gurley densometer）、ＪＩＰＳ８１１７（２００９）−透気度（air Permeance）および空気抵抗（中程度の大きさ）の判定−ガーレー法）を、種々の水／ＮＭＰ液体混合物ならびに水蒸気中で凝固させたＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０１１Ｋセパレータで実施した。通気度をガーレー秒で測定する。これは一般に、電気化学セル分野におけるセパレータのイオン伝導度と直接リンクしていると認められている。高いガーレー値は膜を通る空気移動が少ないことを示しており、これは典型的にイオン伝導度が小さいと解釈される。一例として、液体の水／ＮＭＰ凝固浴を用いて作製した、測定されたＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５０１１Ｋセパレータは１２〜５４４秒間の範囲のガーレー数を示し、これは、キャスティング条件に応じて、その膜のイオン伝導度を広範に変動させることができることを表している。同様に、水蒸気による凝固を用いて作製したＵＬＴＥＭ（商標）ＣＲＳ５００１Ｋセパレータは、３８秒間のガーレー数を示した。この結果は、これらの新規材料が、それぞれ５８６、６２０、８４６、２１７、１９１および２９３のガーレー数を有する、Ｃｅｌｇａｒｄ（登録商標）２３２０、２４００、２３４０および２５００ならびにＴｏｎｅｎ  Ｖ２５ＣＧＤおよびＶ２５ＥＫＤなどの市販のポリオレフィンセパレータと同等以上のガーレー数を有することを示している。
【０２４１】
【表３８】
2015529946.tif 000060
【０２４２】
以下に、本明細書で開示するシステムおよび方法のいくつかの実施形態を示す。
【０２４３】
実施形態１：アノードと；カソードと；アノードとカソードの間に配置され、１８０℃以上のガラス転移温度を有する熱可塑性ポリマーから形成されているセパレータと；セパレータと隣接して配置された電解質溶液と含むシステムであって、熱可塑性ポリマーが電解質溶液にそれほど溶解せず、熱可塑性ポリマーが３０°以下の電解質接触角を有するシステム。
【０２４４】
実施形態２：電解質が、全溶媒組成物の重量に対して０ｗｔ％〜５０ｗｔ％の炭酸エチル；全溶媒組成物の重量に対して０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の炭酸ジメチル、および全溶媒組成物の重量に対して０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の炭酸エチルメチルのうちの１つを含む、実施形態１のシステム。
【０２４５】
実施形態３：電解質が、全溶媒組成物の重量に対して０ｗｔ％超〜５０ｗｔ％の炭酸エチル；全溶媒組成物の重量に対して０ｗｔ％超〜８０ｗｔ％の炭酸ジメチル；および全溶媒組成物の重量に対して０ｗｔ％超〜８０ｗｔ％の炭酸エチルメチルのうちの１つを含む、実施形態１または２のいずれかのシステム。
【０２４６】
実施形態４：セパレータが２０°以下の電解質接触角を有する、実施形態１〜３のいずれかのシステム。
【０２４７】
実施形態５：セパレータが１８０℃超の変形温度を有する、実施形態１〜４のいずれかのシステム。
【０２４８】
実施形態６：セパレータが、１，３−ジアミノベンゼン、１，４−ジアミノベンゼン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、オキシジアニリン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼンまたはそれらの組合せから選択される少なくとも１つのジアミンから誘導される構造単位を含むポリエーテルイミド（ＰＥＩ）から形成されている、実施形態１〜５のいずれかのシステム。
【０２４９】
実施形態７：熱可塑性ポリマーが３０°より小さい電解質接触角を有する、実施形態１〜６のいずれかのシステム。
【０２５０】
実施形態８：接触角が２５°以下である、実施形態１〜７のいずれかのシステム。
【０２５１】
実施形態９：接触角が２０°以下である、実施形態１〜８のいずれかのシステム。
【０２５２】
実施形態１０：多孔質フィルムを作製する方法であって、溶媒中に熱可塑性ポリマーを含む注加可能なポリマー溶液を用意するステップであって、ポリマーが電解質溶液に対して耐薬品性を有し、ポリマーが９０％以上の正規化乾燥重量を有するステップと；ポリマー溶液から多孔質フィルムを形成させるステップとを含む方法。
【０２５３】
実施形態１１：耐薬品性ポリマーが、溶媒中で５％〜３０％の重量/体積濃度を有する、実施形態１０の方法。
【０２５４】
実施形態１２：ポリマーが、ポリエーテルイミド、ポリケトン、ポリエステル、ポリ（４−メチルペンテン）、ポリフェニレンエーテルもしくはポリフェニレンスルフィドまたはそれらの組合せを含む、実施形態１０または１１のいずれかの方法。
【０２５５】
実施形態１３：溶媒が、フェノール系溶媒、４−クロロ−３−メチル−フェノール、４−クロロ−２−メチル−フェノール、２，４−ジクロロ−６−メチル−フェノール、２，４−ジクロロ−フェノール、２，６−ジクロロ−フェノール、４−クロロ−フェノール、２−クロロ−フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、４−メトキシ−フェノール、カテコール、ベンゾキノン、２，３−キシレノール、２，６−キシレノールもしくはレゾルシノールまたはそれらの組合せを含む、実施形態１０〜１２のいずれかの方法。
【０２５６】
実施形態１４：耐溶剤性ポリマー膜を作製するための方法であって、溶媒中にポリマーを含む注加可能なポリマー溶液を用意するステップであって、ポリマーが電解質溶液に対して耐薬品性を有し、ポリマーが９０％以上の正規化乾燥重量を有し；溶媒が２以下のＮＦＰＡファイアダイアモンドでのヘルスレーティングを有するステップと；ポリマー溶液から膜を形成させるステップとを含む方法。
【０２５７】
実施形態１５：溶媒が、２−ピロリドン、１−エチル−２−ピロリドン、１−シクロヘキシル−２−ピロリドン、１−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドン、１−オクチル−２−ピロリドン、１−Ｎ−エトキシカルボニル−３−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンおよび１−ビニル−２−ピロリドンのうちの1つ以上を含むピロリドンベースの溶媒を含む、実施形態１４の方法。
【０２５８】
実施形態１６：注加可能なポリマー溶液を用意するステップが、開放系または閉鎖系のうちの１つにおいて、ポリフェニレンエーテルまたはポリエーテルイミドをＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に高温で溶解させるステップを含む、実施形態１４または１５のいずれかの方法。
【０２５９】
実施形態１７：ポリマーが、ポリエーテルイミドもしくはポリフェニレンエーテルまたはそれらの組合せを含む、実施形態１４〜１６のいずれかの方法。
【０２６０】
実施形態１８：ポリマーが、１，３−ジアミノベンゼン、１，４−ジアミノベンゼン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、オキシジアニリン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼンまたはそれらの組合せから選択される少なくとも１つのジアミンから誘導される構造単位を含むポリエーテルイミドを含む、実施形態１４〜１７のいずれかの方法。
【０２６１】
実施形態１９：ポリマー溶液が無機粒子を含む、実施形態１４〜１８のいずれかの方法。
【０２６２】
実施形態２０：ポリマー溶液から形成させるステップが、ポリマー溶液から湿潤薄厚フィルムをキャスティングし；ポリマーに対する非溶媒を含む凝固浴中に、湿潤した形状化ポリマー溶液を浸漬させて凝固ポリマーフィルムを提供し、続いて凝固ポリマーフィルムから溶媒を除去するステップか；または、湿潤した形状化ポリマー溶液をポリマーに対する非溶媒の蒸気に曝露し、続いて、凝固ポリマーフィルムから溶媒を除去するステップのうちの１つ以上を含む、実施形態１４〜１６のいずれかの方法。
【０２６３】
実施形態２１：非溶媒が、水、ピロリドンベースの溶媒、フェノール系ベースの溶媒、アセトン、メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、酢酸エチル、酢酸メチル、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、ペンタン、シクロペンタン、ベンゼン、クロロホルム、ジエチルエーテル、酢酸ジメチル、二塩化エチレン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、炭酸プロピレン、アニソール、１，２−ジクロロベンゼン、キシレン、ヘキサフルオロイソプロパノール、ジクロロメタン、テトラフルオロアセテート、テトラクロロエタン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンまたはそれらの組合せを含む、実施形態２０の方法。
【０２６４】
実施形態２２：正規化乾燥重量が９３％〜１０１％である、実施形態１０〜２１のいずれかの方法。
【０２６５】
実施形態２３：正規化乾燥重量が９６％〜１０１％である、実施形態１０〜２２のいずれかの方法。
【０２６６】
実施形態２４：正規化乾燥重量が９８％〜１０１％である、実施形態１０〜２３のいずれかの方法。
【０２６７】
実施形態２６：フィルムがマクロボイドを含まない、実施形態１０〜１３のいずれかの方法。
【０２６８】
実施形態２６：膜およびフィルムがマクロボイドを含まない、実施形態１４〜２４のいずれかの方法。
【０２６９】
実施形態２７：構造を形成させる方法であって、多層構造を形成させるステップを含み、実施形態１０〜１３のいずれかの多孔質フィルムが多層構造の基材である方法。
【０２７０】
実施形態２８：構造を形成させる方法であって、多層構造を形成させるステップを含み、実施形態１０〜２６のいずれかの多孔質フィルムが多層構造の基材である方法。
【０２７１】
その方法およびシステムを、好ましい実施形態および具体的な実施例と関連して説明してきたが、本明細書での実施形態はあらゆる点で限定ではなく例示を意図したものであるので、その範囲を、示した特定の実施形態に限定しようとするものではない。
【０２７２】
別段の明らかな記述のない限り、本明細書で示した任意の方法は、そのステップが特定の順番で実施されることを要求するとみなされるべきでは全くない。したがって、方法クレームが、そのステップの後に、ある順番が続くと実際に記述されていないか、あるいはそのステップが、特定の順番に限定されると特許請求の範囲または説明において別途具体的に述べられていない場合、いかなる意味においても、順番を推測させようとするものではない。これは：ステップの配置または操作の流れに関する論理的事柄；文法構成または句読法に由来する単純な意味；本明細書で説明される実施形態の数またはタイプを含む、解釈のための可能性のある任意の非表現ベース（non-express basis）にも当てはまる。
【０２７３】
本出願を通して、種々の出版物が参照されている。これらの出版物の開示を、本開示の方法およびシステムが関連する現行技術をより完全に説明するために、それらの全体において本願に引用して援用する。
【０２７４】
本発明の範囲および趣旨を逸脱することなく、様々な改変および変更を加えることができることを当業者は理解されよう。本明細書で開示した明細および実践を考慮すれば、他の実施形態は、当業者に明らかであろう。これらの明細書および実施例は例示のためだけのものと考えられるものであり、真の範囲および趣旨は以下の特許請求の範囲によって示されるものとする。
【図２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４８Ａ】
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【図４８Ｂ】
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【図４９Ａ】
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【図４９Ｂ】
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【図５０Ａ】
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【図５０Ｂ】
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【図５１Ａ】
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【図５１Ｂ】
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【図５２Ａ】
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【図５２Ｂ】
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【図５３Ａ】
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【図５３Ｂ】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４６】
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【図４７】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年5月13日(2015.5.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードと、
カソードと、
アノードとカソードの間に配置され、１８０℃以上のガラス転移温度を有する熱可塑性ポリマーから形成されているセパレータと、
前記セパレータに隣接して配置された電解質溶液とを含むシステムであって、前記熱可塑性ポリマーが電解質溶液にそれほど溶解せず、前記熱可塑性ポリマーが３０°以下の電解質接触角を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記電解質が、全溶媒組成物の重量に対して０ｗｔ％〜５０ｗｔ％の炭酸エチル、全溶媒組成物の重量に対して０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の炭酸ジメチル、および全溶媒組成物の重量に対して０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の炭酸エチルメチルのうちの１つを含むことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載のシステムであって、前記セパレータが２０°以下の電解質接触角を有すること、かつ／または、前記セパレータが１８０℃超の変形温度を有することを特徴とするシステム。
【請求項４】
多孔質フィルムを作製する方法であって、
溶媒中に熱可塑性ポリマーを含む注加可能なポリマー溶液を用意するステップであって、前記ポリマーが電解質溶液に対して耐薬品性を有し、前記ポリマーが９０％以上の正規化乾燥重量を有するステップと、
前記ポリマー溶液から多孔質フィルムを形成させるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記耐薬品性ポリマーが、溶媒中で５％〜３０％の重量/体積濃度を有することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４または５のいずれかに記載の方法であって、前記ポリマーが、ポリエーテルイミド、ポリケトン、ポリエステル、ポリ（４−メチルペンテン）、ポリフェニレンエーテルもしくはポリフェニレンスルフィドまたはそれらの組合せを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載の方法であって、前記溶媒が、フェノール系溶媒、４−クロロ−３−メチル−フェノール、４−クロロ−２−メチル−フェノール、２，４−ジクロロ−６−メチル−フェノール、２，４−ジクロロ−フェノール、２，６−ジクロロ−フェノール、４−クロロ−フェノール、２−クロロ−フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、４−メトキシ−フェノール、カテコール、ベンゾキノン、２，３−キシレノール、２，６−キシレノールもしくはレゾルシノールまたはそれらの組合せを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
耐溶剤性ポリマー膜を作製するための方法であって、
溶媒中にポリマーを含む注加可能なポリマー溶液を用意するステップであって、前記ポリマーが電解質溶液に対して耐薬品性を有し、前記ポリマーが９０％以上の正規化乾燥重量を有し、前記溶媒が２以下のＮＦＰＡファイアダイアモンドでのヘルスレーティングを有するステップと、
前記ポリマー溶液から膜を形成させるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記溶媒が、２−ピロリドン、１−エチル−２−ピロリドン、１−シクロヘキシル−２−ピロリドン、１−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドン、１−オクチル−２−ピロリドン、１−Ｎ−エトキシカルボニル−３−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンおよび１−ビニル−２−ピロリドンのうちの１つ以上を含むピロリドンベースの溶媒を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８または９のいずれかに記載の方法であって、注加可能なポリマー溶液を用意するステップが、開放系または閉鎖系のうちの１つにおいて、ポリフェニレンエーテルまたはポリエーテルイミドをＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に高温で溶解させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項４〜１０のいずれかに記載の方法であって、前記ポリマーが、ポリエーテルイミドもしくはポリフェニレンエーテルまたはそれらの組合せを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項４〜１１のいずれかに記載の方法であって、前記ポリマーが、１，３−ジアミノベンゼン、１，４−ジアミノベンゼン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、オキシジアニリン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼンまたはそれらの組合せから選択される少なくとも１つのジアミンから誘導される構造単位を含むポリエーテルイミドを含むことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
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