专利名称：高分子电解质乳液的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种分散有含高分子电解质的高分子电解质粒子的 高分子电解质乳液的制备方法。本发明更详细地涉及适于制造燃料电 池用部件的高分子电解质乳液的制备方法。
背景技术：
具有磺酸基、羧基、膦羧基(尔只求:/酸基)等亲水性基团的聚合 物，即高分子电解质，被用作燃料电池的质子传导膜，或者用作粘合
剂，该粘合剂用来与碳载铂(platinum-supported carbon)等复合化而 形成催化剂层。作为这种高分子电解质，包括Dupont公司制的 Nafion(注册商标)、旭化成制的Aciplex(注册商标)、旭硝子制的 Flemion(注册商标)等，它们以含氟类高分子电解质的固体微粒分散在 分散介质中的形式在市场上销售。但是，该氟类高分子电解质被分解 而产生的氟化物排出到环境中，而且考虑到需要低成本化，因而急切 需要能代替它们的高分子电解质。
例如，日本专利申请特开(JP-A) No. 2005-132996中公开了含 磺化聚有机硅氧烷的水分散体，表明该分散体可提供耐水性、成膜性 优异的被膜。
此外，JP-A No. 2004-319353公开了一种固体电解质膜，其通过 将由表面具有离子性基团的微粒构成的固体电解质与可溶于溶剂的 其他高分子电解质混合、并溶液萃取而得到，该固体电解质膜抑制直 接甲醇型燃料电池的曱醇渗透。
发明内容
JP國A No. 2005-132996或JP画A No. 2004-319353中公开的、其中 高分子电解质为烃类高分子的分散体，与先前的氟类高分子电解质相 比，可能由于磺酸的解离度小而分散性不充分，随时间经过有时产生 凝聚等。所以，需要添加用来提高分散性的乳化剂，由此得到的固体 电解质材料中，残留该乳化剂，由于该乳化剂的残留会导致特性降低、
4特别是发电性能降低。
本发明的目的是提供一种不使用乳化剂也能具有良好的分散稳 定性的高分子电解质乳液的制备方法。
此外，本发明的另一个目的是提供一种高分子电解质乳液的制备 方法，该乳液在用作燃料电池用部件的离子传导膜或电极用粘合剂 时，可以显现出高发电特性。
本发明人等为了解决上述技术问题进行了深入的研究，结果完成 了本发明。即，本发明提供下述1卜[111的高分子电解质乳液的制备方 法。的方法，其中，上述工序(l)是将高分子电解质溶液置 于高分子电解质的不良溶剂中的工序。
[3根据[1或[2的方法，其中，上述良溶剂的相对介电常数为￡1、 上述高分子电解质的不良溶剂的相对介电常数为s2时，其差值 (I ￡l-￡2 I )为7以上100以下。
[4根据[1或2的方法，其中，上述良溶剂的相对介电常数为￡1、 上述高分子电解质的不良溶剂的相对介电常数为￡2时，其差值 (I ￡l-￡2 I )为20以上100以下。
[5根据1H4中任一项的方法，其中，上述良溶剂为选自N-曱 基-2-吡咯烷酮、N，N-二曱基曱酰胺、N，N-二甲基乙酰胺以及二曱基亚 砜中的至少一种。
[6I高分子电解质乳液的制备方法，其中，用膜将高分子电解质粒 子分散在分散介质中形成的高分子电解质分散液分离。
7根据[1I的方法，其中，上述膜为透析膜或超滤膜。
[8根据[1的方法，其中，上述膜为透析膜。
[9根据6-[8I中任一项的方法，其中，上述高分子电解质粒子中
权利要求
1. 高分子电解质乳液的制备方法，其包括工序(1)将高分子电解质溶解在含该高分子电解质的良溶剂的溶剂中，制备高分子电解质浓度0.1-10重量％的高分子电解质溶液；以及工序(2)将所述工序(1)中得到的高分子电解质溶液与该高分子电解质的不良溶剂，以相对于该高分子电解质溶液1重量份该不良溶剂4-99重量份的比例进行混合。
2. 权利要求1所述的制备方法，其中，所述工序(l)是将高分子 电解质溶液置于高分子电解质的不良溶剂中的工序。
3. 权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述良溶剂的相对 介电常数为sl、所述不良溶剂的相对介电常数为s2时，其差值 (I ￡l-s2 I )为7以上100以下。
4. 权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述良溶剂的相对 介电常数为sl、所述不良溶剂的相对介电常数为￡2时，其差值 (I sl-s2 I )为20以上100以下。
5. 权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其中，所述良溶剂为 选自N-曱基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基曱酰胺、N，N-二曱基乙酰胺以 及二曱基亚砜中的至少一种。
6. 高分子电解质乳液的制备方法，该方法包括用膜将其中高分 子电解质粒子分散于分散介质中的高分子电解质分散液分离。
7. 权利要求6所述的制备方法，其中，所述膜为透析膜或超滤膜。
8. 权利要求6所述的制备方法，其中，所述膜为透析膜。
9. 权利要求6-8中任一项所述的制备方法，其中，所述高分子电 解质粒子中所含的高分子电解质是，其元素组成中氟原子含量为15 重量％以下的高分子电解质。
10. 权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其中，通过以下工 序得到所述高分子电解质分散液，工序(l):将高分子电解质溶解在含该高分子电解质的良溶剂的溶 剂中，制备高分子电解质溶液的制备工序；以及工序(2):将所述工序(l)中得到的高分子电解质溶液与该高分子电解质的不良溶剂混合的混合工序。
11. 权利要求10所述的制备方法，其中，所述良溶剂为选自N-曱基-2-吡咯烷酮、N，N-二曱基乙酰胺、N，N-二曱基曱酰胺以及二曱基 亚砜中的至少一种。
12. 由权利要求1-11中任一项所述的制备方法得到的高分子电 解质乳液。
13. 高分子电解质乳液，其中高分子电解质粒子分散在分散介质 中，该分散介质实质上不含乳化剂。
14. 权利要求12所述的高分子电解质乳液，其中高分子电解质 粒子分散在分散介质中，该分散介质实质上不含乳化剂。
15. 权利要求12-14中任一项所述的高分子电解质乳液，其中， 由动态光散射法求得的体积平均粒径为100nm-200nm。
16. 权利要求12-15中任一项所述的高分子电解质乳液，其中， 高分子电解质的良溶剂的含量为200ppm以下。
17. 固体高分子型燃料电池用电极，该电极使用权利要求12-16 中任一项所述的高分子电解质乳液而得到。
18. 膜电极接合体，该膜电极接合体含有权利要求17所述的固 体高分子型燃料电池用电极。
19. 固体高分子型燃料电池，该燃料电池含有权利要求18所述 的膜电极接合体。
全文摘要
本发明提供具有下述工序(1)和(2)的高分子电解质乳液的制备方法。工序(1)将高分子电解质溶解在含该高分子电解质的良溶剂的溶剂中，制备高分子电解质浓度0.1-10重量％的高分子电解质溶液的工序。工序(2)将所述工序(1)中得到的高分子电解质溶液与该高分子电解质的不良溶剂，以相对于该高分子电解质溶液1重量份该不良溶剂4-99重量份的比例进行混合的工序。另外，本发明提供高分子电解质乳液的制备方法，其包括用膜将其中高分子电解质粒子分散在分散介质中的高分子电解质分散液分离。
文档编号H01B13/00GK101511915SQ200780032420
公开日2009年8月19日 申请日期2007年6月29日 优先权日2006年7月4日
发明者增井建太朗, 斋藤伸, 栗田宽之, 黑田竜磨 申请人:住友化学株式会社