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▶ モメンティブ パフォーマンス マテリアルズ インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-10
(54)【発明の名称】ケイ素系組成物およびその用途
(51)【国際特許分類】
C09D 183/04 20060101AFI20240403BHJP
H01M 4/13 20100101ALI20240403BHJP
H01M 4/36 20060101ALI20240403BHJP
H01M 50/449 20210101ALI20240403BHJP
H01M 4/139 20100101ALI20240403BHJP
C09D 183/07 20060101ALI20240403BHJP
C09D 175/04 20060101ALI20240403BHJP
C09D 169/00 20060101ALI20240403BHJP
C09D 171/00 20060101ALI20240403BHJP
【ＦＩ】
C09D183/04
H01M4/13
H01M4/36 C
H01M50/449
H01M4/139
C09D183/07
C09D175/04
C09D169/00
C09D171/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023555229
(86)(22)【出願日】2022-03-09
(85)【翻訳文提出日】2023-10-26
(86)【国際出願番号】 US2022019426
(87)【国際公開番号】W WO2022192316
(87)【国際公開日】2022-09-15
(31)【優先権主張番号】63/158,437
(32)【優先日】2021-03-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】508229301
【氏名又は名称】モメンティブ パフォーマンス マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】100087642
【弁理士】
【氏名又は名称】古谷 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100082946
【弁理士】
【氏名又は名称】大西 昭広
(74)【代理人】
【識別番号】100195693
【弁理士】
【氏名又は名称】細井 玲
(72)【発明者】
【氏名】ビンドゥマドハヴァン，カーティック
(72)【発明者】
【氏名】チェン，ディアオ
(72)【発明者】
【氏名】コンワル，デバンガ，ブーサン
(72)【発明者】
【氏名】プカン，モンジット
(72)【発明者】
【氏名】ムグ，ムラリ
(72)【発明者】
【氏名】ヘッバール，ラグハヴェンドラ
(72)【発明者】
【氏名】ミシャル，プラヴェーン
(72)【発明者】
【氏名】シヴァスブラマニアン，カーシク
【テーマコード（参考）】
4J038
5H021
5H050
【Ｆターム（参考）】
4J038DE001
4J038DF001
4J038DG001
4J038DL031
4J038DL101
4J038GA15
4J038MA14
4J038PB09
4J038PC02
4J038PC08
5H021BB12
5H021CC04
5H021EE01
5H021EE03
5H021EE04
5H021EE05
5H021EE06
5H021EE15
5H021EE20
5H021HH06
5H050AA01
5H050AA19
5H050BA15
5H050BA16
5H050BA17
5H050CA02
5H050CA03
5H050CA04
5H050CA05
5H050CB02
5H050CB07
5H050CB08
5H050CB11
5H050CB12
5H050FA02
5H050FA18
5H050GA22
5H050HA02
5H050HA14
5H050HA19
(57)【要約】
本技術は、電気化学セルの部品の一部として使用するのに適したケイ素系の表面改質剤を含む表面改質組成物を提供する。この組成物は、セパレーター用のコーティング、電極活物質用のコーティング、および／または、例えば電気化学セルのアノードを形成するための電極用スラリーの一部として用いることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面改質組成物であって：式１：（Ｒ）ａ（Ｗ）ｂ（Ｒ）ａ'' ………式１
によって表される１つまたはより多くの表面改質剤を含み、式中ａ、ａ''またはｂはゼロまたはゼロより大きな整数であるが、但し（ａ＋ａ''＋ｂ）は常に０より大きく、
Ｒは直鎖または分岐鎖であり式（１ａ）によって表され：
（ＣＨ２）ｃ（ＣＨ２Ｏ）ｄ（ＣＨＯＨ）ｅ（Ｘ）ｇ ………式（１ａ）
Ｘは独立して式（１ｂ）によって表される基であり：
【化36】
式中Ｒ１、Ｒ１'、およびＲ１''はそれぞれ独立して水素またはＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、Ｃ１～Ｃ２０アルコキシラジカル、Ｃ６～Ｃ２０芳香族ラジカル、ヒドロキシルラジカル、水素ラジカル、Ｃ１～Ｃ２０未置換または置換炭化水素、Ｃ１～Ｃ２０フッ素化炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレンアルキレン、１価の環状または非環状メタクリレート、置換または未置換カルボキシレートラジカルまたはエポキシラジカル、Ｃ１～Ｃ１０カーボネートまたはカーボネートエステルであり、
ｃ、ｄ、ｅ、およびｇはそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但しｃ＋ｄ＋ｅ＋ｇ＞０であり、
Ｗは式（１ｃ）によって表される基であり、
（Ｙ）ｈ（Ｚ）ｉ ………式（１ｃ）
式中ｈおよびｉはそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但しｈ＋ｉ＞０であり、
式（１ｃ）中のＹは式（１ｄ）によって表される基であり：
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（（Ｔ１）ｍ'（Ｑ１）ｎ'（Ｍ２）ｙ'' ………式（１ｄ）
式中ｊ、ｋ、ｌ、ｍ'、ｎ'、ｘ''、およびｙ''はそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但し（ｊ＋ｋ＋ｍ'＋ｎ'＋ｘ''＋ｙ''）＞０であり、
式中Ｍ１は式（１ｅ）によって表される基であり：
Ｒ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２ ………式（１ｅ）
Ｄ１は式（１ｆ）によって表される基であり：
Ｒ５Ｒ６ＳｉＩ２／２ ………式（１ｆ）
Ｄ２は式（１ｇ）によって表される基であり：
Ｒ７Ｒ８ＳｉＩ２／２ ………式（１ｇ）
Ｔ１は式（１ｈ）によって表される基であり：
Ｒ９ＳｉＩ３／２ ………式（１ｈ）
Ｑ１は式（１ｉ）によって表される基であり：
ＳｉＩ４／２ ………式（１ｉ）
Ｍ２は式（１ｊ）によって表される基であり：
Ｒ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２ ………式（１ｊ）
Ｒ２～Ｒ１２はそれぞれ独立してＲ、Ｒ１、Ｒ１'、またはＲ１''であり、
ＩはＯまたはＣＨ２基であるが但し分子中に偶数個のＯ１／２および偶数個の（ＣＨ２）１／２を含み、
式（１ｃ）中のＺは独立してウレタン、尿素、無水物、アミド、イミド、水素ラジカル、または１価の環状または非環状の脂肪族または芳香族の置換または未置換炭化水素、または１～２０の炭素原子を有するフッ素化炭化水素であり；
ここで表面改質剤は、電気化学基材の表面と接触した場合に基材表面を改質する、表面改質組成物。
【請求項2】
組成物は２成分形であり、１成分目において式１のＷは次式によって表され：（Ｙ１）ｈ（Ｚ１）ｉ ………式（１ｋ）；および
２成分目において式１のＷは次式によって表され：
（Ｙ２）ｈ（Ｚ２）ｉ ………式（１ｌ）
式中Ｙ１は
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（Ｍ２）ｙ'' （１ｋ'）
によって表され、式中Ｍ１はＲ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２；
Ｄ１はＲ５Ｒ６ＳｉＩ２／２；
Ｄ２はＲ７Ｒ８ＳｉＩ２／２；および
Ｍ２はＲ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２；
ここでＲ２およびＲ１２はそれぞれ独立してアルケンラジカルから選択され；Ｒ３～Ｒ８およびＲ１０～Ｒ１１はそれぞれ独立してＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル；Ｃ１～Ｃ２０置換または未置換炭化水素から選択され；そして
式中Ｙ２は
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（Ｍ２）ｙ'' （１ｌ'）
によって表され、式中Ｍ１はＲ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２；
Ｄ１はＲ５Ｒ６ＳｉＩ２／２；
Ｄ２はＲ７Ｒ８ＳｉＩ２／２；および
Ｍ２はＲ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２；
ここでＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２はそれぞれ独立してＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、置換アルキルラジカル、または水素から選択され；
Ｒ２～Ｒ８およびＲ１１～Ｒ１２基の少なくとも１つは水素であり；そして
Ｚ１およびＺ２は独立してＺから選択される、請求項１の表面改質組成物。
【請求項3】
Ｒ２およびＲ１２は末端位置にあり、またそれぞれ独立してフッ素原子を含有するＣ１～Ｃ２０アルケンラジカルである、請求項２の組成物。
【請求項4】
式中Ｙ１は：【化37】
によって表され、式中ｎは１から１０００の範囲にある整数である、請求項２の組成物。
【請求項5】
式中Ｙ２は：【化38】
によって表され、式中ｎは１から１０００の範囲にある整数である、請求項２の組成物。
【請求項6】
式中Ｒ２およびＲ１２は末端位置にあり、またそれぞれＣ１～Ｃ２０カーボネートである、請求項２の組成物。
【請求項7】
表面改質剤は：【化39】
によって表され、式中ｎは１から１０００の範囲にある整数である、請求項１の組成物。
【請求項8】
式１のＷは：（Ｍ１）ｘ'' 式（１ｄ'）
によって表され、式中ｘ''＞０であり、そして
式中Ｍ１は式（１ｅ）によって表される基であり：
Ｒ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２ ………式（１ｅ）
式中Ｒ２～Ｒ４基の１つまたはより多くはポリアルキレンオキシド官能基であり；
ここでＩはＯであるが但し分子中に偶数個のＯ１／２を含む、請求項１の組成物。
【請求項9】
Ｍ１、Ｍ２、Ｄ１、Ｄ２、またはＴのＲ２からＲ１２の１つまたはより多くはポリアルキレンオキシド基である、請求項１の組成物。
【請求項10】
表面改質剤は式：【化40】
によって表され、式中ｍ、ｎは１から５００の範囲内の整数である、請求項１の組成物。
【請求項11】
式（１ｃ）のＺはウレタンであり、そしてＹ、ｉおよびｈは請求項１に規定された意味を有する、請求項１の組成物。
【請求項12】
式（１ｃ）のＹは：（Ｔ１）ｍ ………式（１ｄ''）
によって表されるシロキサンであり、式中Ｍは１または１を超える整数であり、そしてＴ１は式（１ｈ）によって表される基であり：
Ｒ９ＳｉＩ３／２ 式（１ｈ）
式中Ｒ９はＲ、Ｒ１、Ｒ１'、またはＲ１''であり、ここでＲ、Ｒ１、Ｒ１'またはＲ１''は請求項１に規定された意味を有する基であり、そして
ここでＩはＯであるが但し分子中に偶数個のＯ１／２を含む、請求項１の組成物。
【請求項13】
Ｒ９はＣ１～Ｃ２０アルコキシラジカル、Ｃ１～Ｃ２０アルキルラジカル、またはこれらの組み合わせである、請求項１２の組成物。
【請求項14】
Ｒ９はエーテル基－Ｏ－（ＣＨ２）ｂ'ＣＨ３でありここでｂ'は０～１０である、請求項１２の組成物。
【請求項15】
表面改質剤ははしご型構造、またはかご型構造である、請求項１２の組成物。
【請求項16】
表面改質剤が：次式によって表されるはしご型構造：
【化41】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化42】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化43】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化44】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化45】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化46】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化47】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化48】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化49】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；および／または
次式によって表されるかご型構造：
【化50】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数、を有している、請求項１２の組成物。
【請求項17】
表面改質剤は約０.１重量％から約１０重量％の量で存在する、請求項１から１６のいずれかの組成物。
【請求項18】
式１において、ａ''が０のときａは１；またはａ''が１のときａは０、但しｂは０であり、表面改質剤は：【化51】
によって表され、式中Ｒ１、Ｒ１'、Ｒ１''、およびＲ１'''はそれぞれ独立して水素またはＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、Ｃ１～Ｃ２０アルコキシラジカル、Ｃ６～Ｃ２０芳香族ラジカル、ヒドロキシルラジカル、水素ラジカル、Ｃ１～Ｃ２０未置換または置換炭化水素、Ｃ１～Ｃ２０フッ素化炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレンアルキレン、１価の環状または非環状メタクリレート、置換または未置換カルボキシレートラジカルまたはエポキシラジカル、Ｃ１～Ｃ１０カーボネートまたはカーボネートエステルである、請求項１の組成物。
【請求項19】
電気化学基材は電極、セパレーター、結合剤、電極活物質、またはこれらの組み合わせである、請求項１から１８のいずれかの組成物。
【請求項20】
表面改質剤はフィルムを形成することによって基材の表面を改質する、請求項１から１８のいずれかの組成物。
【請求項21】
表面改質剤はコーティングを形成することによって基材の表面を改質する、請求項１から１８のいずれかの組成物。。
【請求項22】
表面改質剤は粒子を基材に結合することによって基材の表面を改質する。請求項１から１８のいずれかの組成物。
【請求項23】
電気化学基材は非水系２次電池に配置される、請求項１から１９のいずれかの組成物。
【請求項24】
請求項１から２８のいずれかによる表面改質剤を含むコーティングされた電気化学基材。
【請求項25】
基材は２００℃の温度で３分間加熱された場合に約１０％未満の収縮を示す、請求項２４のコーティングされた電気化学基材。
【請求項26】
基材は２５℃の温度において未コーティングのポリプロピレン基材に対して１００％を超える電解質の取り込みを示す、請求項２４または２５のコーティングされた電気化学基材。
【請求項27】
請求項１から１８のいずれかによる表面改質剤を含む電極粒子凝集体。
【請求項28】
５００サイクル後に１００ｍＡ／ｇの電流密度において少なくとも３８％の比容量維持率を有する、請求項２７の電極粒子凝集体。
【請求項29】
表面改質組成物を調製するためのプロセスであって：請求項１から１８のいずれかによる１つまたはより多くの表面改質剤を溶媒と接触させてスラリーを調製することを含む、プロセス。
【請求項30】
表面改質された電気化学基材を調製するためのプロセスであって：請求項１から１８のいずれかによる組成物を電気化学基材に接触させることを含む、プロセス。
【請求項31】
請求項３０のプロセスによって調製される表面改質された電気化学基材。
【請求項32】
請求項３２の表面改質された電気化学基材を含む電気化学セル。
【請求項33】
表面改質された電気化学基材は、電極および／または電気化学セパレーターである、請求項３２の電気化学セル。
【請求項34】
請求項１から１８のいずれかの表面改質組成物の電気化学セルにおける結合剤としての使用。
【請求項35】
請求項１から１８のいずれかの表面改質組成物の電気化学基材のためのコーティングとしての使用。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願に対するクロスリファレンス
本出願は２０２１年３月９日に出願された米国仮出願第６３／１５８,４３７に対する優先権および利益を主張しており、この米国出願の開示はその全体が、この参照によって本願に取り入れられる。
本出願は２０２１年３月９日に出願された米国仮出願第６３／１５８,４３７に対する優先権および利益を主張しており、この米国出願の開示はその全体が、この参照によって本願に取り入れられる。
【0002】
本技術は表面改質組成物に関する。特に本技術は、ケイ素系の表面改質剤を含む表面改質組成物、および例えば電池のようなエネルギー生成および貯蔵デバイスにおける部品または部品の一部としての、かかる組成物の使用に関する。
【背景技術】
【0003】
高性能な充電式デバイスに対する需要の高まりは、エネルギー生成および貯蔵デバイスに用いられる堅牢な材料および部品の開発に対する関心の増大をもたらしている。エネルギーデバイスの出力性能は、デバイスの個々の部品によって影響を受ける。例えば、充電式電池の電極のライフサイクルや効率は、活物質、結合剤、および集電体によって影響を受ける。この点について、結合剤はデバイスのライフサイクルを維持するのに重要な役割を果たし、またデバイスの容量やインピーダンスに影響を及ぼす。カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）のような結合剤および接着剤は、電極の製造のために充電式デバイスにおいて結合剤として使用されてきた周知の材料である。これらの接着剤／結合剤の幾つかは本来的に親水性または疎水性である。充電式デバイスの電気化学セルにおいては、結合剤や接着剤は活物質のスラリーに使用されて、集電体の表面上における活物質の付着の維持を助ける。電気化学的プロセスの間に、電極活物質はアルカリ金属イオンのインターカレーションおよびデインターカレーションを行って、活物質の構造的な容積変化を生じさせる。結合剤は望ましくは、電極の構造的安定性を保持するのに役立ち、また活物質の電気化学的作用の間に機械的応力を吸収する。かくして、長い主鎖構造を備え、可撓性を維持することのできるポリマー材料が、結合剤として有用である。しかしながら、従来の多くの結合剤は、例えば、電解質材料、活物質、電圧、および作動温度における変化、およびスラリーの調製や処理その他のための非毒性溶媒との相溶性といった、２次電池に今もこれからも必要とされる技術的な要求に応えることができない。
【0004】
粒子および結合剤の間での接着強度を増大させるために、粒子または結合剤の表面改質がしばしば必要とされる。表面改質剤はまた、結合剤とセパレーター膜の間の相互作用および相溶性を向上させるためにも用いられている。電極活物質のような粒子、およびセパレーターのコーティングに用いられるセラミック粒子のような粒子は、全体的な処方中における相溶性を向上させるために、表面改質を必要とすることがしばしばある。例えば電極活物質は、電極活物質および結合剤の間での接着強度を増大させるために、シランのような表面改質剤を必要としてよい。表面改質剤としてシランカップリング剤を使用する別の例はセラミック粒子用であり、セラミック粒子とポリオレフィンのセパレーター膜との間での相互作用および相溶性を向上させる。
【0005】
電池に用いられる結合剤材料だけではなく、セパレーターもまた、電池の性能および安全性の保持において極めて重要な役割を果たしている。セパレーターは電気化学セル内で２つの電極の間に置かれる多孔質ポリマー膜であり、短絡を防止する一方で、系内におけるイオンの流れを可能にする。電池用の従来の幾つかのセパレーター材料には、セルロース紙、セロファン、不織布、発泡体、イオン交換膜、およびポリマー材料から作成された微小孔フラットシート膜が含まれる。ポリオレフィンは、多くの市販の２次電池において使用されている最も一般的なセパレーター材料である。ポリオレフィン類材料の中で、ポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）が最も普通に使用されているセパレーターである。しかしながらポリオレフィンのセパレーターは、高温における寸法安定性の維持、機械的強度、および加工性について課題を有している。極端な温度における加熱は電池の安全な作動にとって有害であり、またポリオレフィン材料のような従来のセパレーターは、比較的低い融点を有している。したがって、高温環境における安全な電池の作動を確保するためには、耐熱性のセパレーター材料が望ましい。例えば、ＰＥのセパレーターは典型的には１３５℃前後で溶融し、またＰＰのセパレーターは１６０℃前後で溶融する。過剰な負荷や製造の不具合によって引き起こされうる電池の異常な加熱は、セパレーター膜の物理的な変形をもたらし、それはアノードとカソードの間での短絡を生じさせうる。セパレーターが溶融し短絡をもたらす温度はしばしば、メルトダウン温度と呼ばれている。電池がさらに高い温度に曝された場合には、猛烈な発熱や爆発が生ずる場合がある。加えて、リチウムイオン電池においては、リチウムデンドライトの成長がセパレーターを断裂させ、短絡をもたらすことが示されている。したがって、良好な耐熱性と機械的一体性をもたらすセパレーターが、電池の安全性に寄与するより重要な要因になってきている。
【0006】
電池のセパレーターの別の重要な側面は、電極との界面である。界面における抵抗はイオンの移動度に影響し、これは次いで、電池のサイクル効率、出力、および容量特性に影響する。
【0007】
それゆえ、上記の課題に対処する組成物に対するニーズが存在している。
【発明の概要】
【0008】
提供されるのは、例えば電池のような電気化学セルに用いることのできる表面改質剤を含む、表面改質組成物である。
【0009】
１つの実施形態において提供されるのは、式１：
（Ｒ）ａ（Ｗ）ｂ（Ｒ）ａ'' ………式１
によって表される１つまたはより多くの表面改質剤を含む表面改質組成物であり、式中ａ、ａ''またはｂはゼロまたはゼロより大きな整数であるが、但し（ａ＋ａ''＋ｂ）は常に０より大きく、
Ｒは直鎖または分岐鎖であり式（１ａ）によって表され：
（ＣＨ２）ｃ（ＣＨ２Ｏ）ｄ（ＣＨＯＨ）ｅ（Ｘ）ｇ ………式（１ａ）
Ｘは独立して式（１ｂ）によって表される基であり：
式中Ｒ１、Ｒ１'、およびＲ１''はそれぞれ独立して水素またはＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、Ｃ１～Ｃ２０アルコキシラジカル、Ｃ６～Ｃ２０芳香族ラジカル、ヒドロキシルラジカル、水素ラジカル、Ｃ１～Ｃ２０未置換または置換炭化水素、Ｃ１～Ｃ２０フッ素化炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレンアルキレン、１価の環状または非環状メタクリレート、置換または未置換カルボキシレートラジカルまたはエポキシラジカル、Ｃ１～Ｃ１０カーボネートまたはカーボネートエステルであり、
ｃ、ｄ、ｅ、およびｇはそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但しｃ＋ｄ＋ｅ＋ｇ＞０であり、
Ｗは式（１ｃ）によって表される基であり、
（Ｙ）ｈ（Ｚ）ｉ ………式（１ｃ）
式中ｈおよびｉはそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但しｈ＋ｉ＞０であり、
式（１ｃ）中のＹは式（１ｄ）によって表される基であり：
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（（Ｔ１）ｍ'（Ｑ１）ｎ'（Ｍ２）ｙ'' ………式（１ｄ）
式中ｊ、ｋ、ｌ、ｍ'、ｎ'、ｘ''、およびｙ''はそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但し（ｊ＋ｋ＋ｍ'＋ｎ'＋ｘ''＋ｙ''）＞０であり、
式中Ｍ１は式（１ｅ）によって表される基であり：
Ｒ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２ ………式（１ｅ）
Ｄ１は式（１ｆ）によって表される基であり：
Ｒ５Ｒ６ＳｉＩ２／２ ………式（１ｆ）
Ｄ２は式（１ｇ）によって表される基であり：
Ｒ７Ｒ８ＳｉＩ２／２ ………式（１ｇ）
Ｔ１は式（１ｈ）によって表される基であり：
Ｒ９ＳｉＩ３／２ ………式（１ｈ）
Ｑ１は式（１ｉ）によって表される基であり：
ＳｉＩ４／２ ………式（１ｉ）
Ｍ２は式（１ｊ）によって表される基であり：
Ｒ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２ ………式（１ｊ）
Ｒ２～Ｒ１２はそれぞれ独立してＲ、Ｒ１、Ｒ１'、またはＲ１''であり、
ＩはＯまたはＣＨ２基であるが但し分子中に偶数個のＯ１／２および偶数個の（ＣＨ２）１／２を含み、
式（１ｃ）中のＺは独立してウレタン、尿素、無水物、アミド、イミド、水素ラジカル、または１価の環状または非環状の脂肪族または芳香族の置換または未置換炭化水素、または１～２０の炭素原子を有するフッ素化炭化水素であり；
ここで表面改質剤は、電気化学基材の表面と接触した場合に基材表面を改質する。
（Ｒ）ａ（Ｗ）ｂ（Ｒ）ａ'' ………式１
によって表される１つまたはより多くの表面改質剤を含む表面改質組成物であり、式中ａ、ａ''またはｂはゼロまたはゼロより大きな整数であるが、但し（ａ＋ａ''＋ｂ）は常に０より大きく、
Ｒは直鎖または分岐鎖であり式（１ａ）によって表され：
（ＣＨ２）ｃ（ＣＨ２Ｏ）ｄ（ＣＨＯＨ）ｅ（Ｘ）ｇ ………式（１ａ）
Ｘは独立して式（１ｂ）によって表される基であり：
【化1】
式中Ｒ１、Ｒ１'、およびＲ１''はそれぞれ独立して水素またはＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、Ｃ１～Ｃ２０アルコキシラジカル、Ｃ６～Ｃ２０芳香族ラジカル、ヒドロキシルラジカル、水素ラジカル、Ｃ１～Ｃ２０未置換または置換炭化水素、Ｃ１～Ｃ２０フッ素化炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレンアルキレン、１価の環状または非環状メタクリレート、置換または未置換カルボキシレートラジカルまたはエポキシラジカル、Ｃ１～Ｃ１０カーボネートまたはカーボネートエステルであり、
ｃ、ｄ、ｅ、およびｇはそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但しｃ＋ｄ＋ｅ＋ｇ＞０であり、
Ｗは式（１ｃ）によって表される基であり、
（Ｙ）ｈ（Ｚ）ｉ ………式（１ｃ）
式中ｈおよびｉはそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但しｈ＋ｉ＞０であり、
式（１ｃ）中のＹは式（１ｄ）によって表される基であり：
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（（Ｔ１）ｍ'（Ｑ１）ｎ'（Ｍ２）ｙ'' ………式（１ｄ）
式中ｊ、ｋ、ｌ、ｍ'、ｎ'、ｘ''、およびｙ''はそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但し（ｊ＋ｋ＋ｍ'＋ｎ'＋ｘ''＋ｙ''）＞０であり、
式中Ｍ１は式（１ｅ）によって表される基であり：
Ｒ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２ ………式（１ｅ）
Ｄ１は式（１ｆ）によって表される基であり：
Ｒ５Ｒ６ＳｉＩ２／２ ………式（１ｆ）
Ｄ２は式（１ｇ）によって表される基であり：
Ｒ７Ｒ８ＳｉＩ２／２ ………式（１ｇ）
Ｔ１は式（１ｈ）によって表される基であり：
Ｒ９ＳｉＩ３／２ ………式（１ｈ）
Ｑ１は式（１ｉ）によって表される基であり：
ＳｉＩ４／２ ………式（１ｉ）
Ｍ２は式（１ｊ）によって表される基であり：
Ｒ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２ ………式（１ｊ）
Ｒ２～Ｒ１２はそれぞれ独立してＲ、Ｒ１、Ｒ１'、またはＲ１''であり、
ＩはＯまたはＣＨ２基であるが但し分子中に偶数個のＯ１／２および偶数個の（ＣＨ２）１／２を含み、
式（１ｃ）中のＺは独立してウレタン、尿素、無水物、アミド、イミド、水素ラジカル、または１価の環状または非環状の脂肪族または芳香族の置換または未置換炭化水素、または１～２０の炭素原子を有するフッ素化炭化水素であり；
ここで表面改質剤は、電気化学基材の表面と接触した場合に基材表面を改質する。
【0010】
１つの実施形態において、組成物は２成分形であり、１成分目において式１のＷは次式によって表され：
（Ｙ１）ｈ（Ｚ１）ｉ ………式（１ｋ）；そして
２成分目において式１のＷは次式によって表され：
（Ｙ２）ｈ（Ｚ２）ｉ ………式（１ｌ）
式中Ｙ１は
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（Ｍ２）ｙ'' （１ｋ'）
によって表され、式中Ｍ１はＲ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２；
Ｄ１はＲ５Ｒ６ＳｉＩ２／２；
Ｄ２はＲ７Ｒ８ＳｉＩ２／２；および
Ｍ２はＲ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２；
式中Ｒ２およびＲ１２はそれぞれ独立してアルケンラジカルから選択され；Ｒ３～Ｒ８およびＲ１０～Ｒ１１はそれぞれ独立してＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル；Ｃ１～Ｃ２０置換または未置換炭化水素から選択され；および
式中Ｙ２は
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（Ｍ２）ｙ'' （１ｌ'）
によって表され、ここでＭ１はＲ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２；
Ｄ１はＲ５Ｒ６ＳｉＩ２／２；
Ｄ２はＲ７Ｒ８ＳｉＩ２／２；および
Ｍ２はＲ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２；
式中Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２はそれぞれ独立してＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、置換アルキルラジカル、または水素から選択され；
Ｒ２～Ｒ８およびＲ１１～Ｒ１２基の少なくとも１つは水素であり；そして
Ｚ１およびＺ２は独立してＺから選択される。
（Ｙ１）ｈ（Ｚ１）ｉ ………式（１ｋ）；そして
２成分目において式１のＷは次式によって表され：
（Ｙ２）ｈ（Ｚ２）ｉ ………式（１ｌ）
式中Ｙ１は
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（Ｍ２）ｙ'' （１ｋ'）
によって表され、式中Ｍ１はＲ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２；
Ｄ１はＲ５Ｒ６ＳｉＩ２／２；
Ｄ２はＲ７Ｒ８ＳｉＩ２／２；および
Ｍ２はＲ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２；
式中Ｒ２およびＲ１２はそれぞれ独立してアルケンラジカルから選択され；Ｒ３～Ｒ８およびＲ１０～Ｒ１１はそれぞれ独立してＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル；Ｃ１～Ｃ２０置換または未置換炭化水素から選択され；および
式中Ｙ２は
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（Ｍ２）ｙ'' （１ｌ'）
によって表され、ここでＭ１はＲ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２；
Ｄ１はＲ５Ｒ６ＳｉＩ２／２；
Ｄ２はＲ７Ｒ８ＳｉＩ２／２；および
Ｍ２はＲ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２；
式中Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２はそれぞれ独立してＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、置換アルキルラジカル、または水素から選択され；
Ｒ２～Ｒ８およびＲ１１～Ｒ１２基の少なくとも１つは水素であり；そして
Ｚ１およびＺ２は独立してＺから選択される。
【0011】
１つの実施形態において、Ｒ２およびＲ１２は末端位置にあり、またそれぞれ独立してフッ素原子を含有するＣ１～Ｃ２０アルケンラジカルである。
【0012】
１つの実施形態において、Ｙ１は：
によって表され、式中ｎは１から１０００の範囲にある整数である。
【化2】
によって表され、式中ｎは１から１０００の範囲にある整数である。
【0013】
１つの実施形態において、Ｙ２は：
によって表され、式中ｎは１から１０００の範囲にある整数である。
【化3】
によって表され、式中ｎは１から１０００の範囲にある整数である。
【0014】
１つの実施形態において、Ｒ２およびＲ１２は末端位置にあり、またそれぞれＣ１～Ｃ２０のカーボネートである。
【0015】
１つの実施形態において、表面改質剤は：
によって表され、式中ｎは１から１０００の範囲にある整数である。
【化4】
によって表され、式中ｎは１から１０００の範囲にある整数である。
【0016】
１つの実施形態において、式１のＷは：
（Ｍ１）ｘ'' 式（１ｄ'）
によって表され、式中ｘ''＞０、そして
式中Ｍ１は式（１ｅ）によって表される基であり：
Ｒ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２ ………式（１ｅ）
式中Ｒ２～Ｒ４基の１つまたはより多くはポリアルキレンオキシド官能基であり；
式中ＩはＯであるが但し分子は偶数個のＯ１／２を含む。
（Ｍ１）ｘ'' 式（１ｄ'）
によって表され、式中ｘ''＞０、そして
式中Ｍ１は式（１ｅ）によって表される基であり：
Ｒ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２ ………式（１ｅ）
式中Ｒ２～Ｒ４基の１つまたはより多くはポリアルキレンオキシド官能基であり；
式中ＩはＯであるが但し分子は偶数個のＯ１／２を含む。
【0017】
１つの実施形態において、Ｍ１、Ｍ２、Ｄ１、Ｄ２、またはＴのＲ２からＲ１２の１つまたはより多くはポリアルキレンオキシド基である。
【0018】
１つの実施形態において、表面改質剤は式：
によって表され、式中ｍ、ｎは１から５００の範囲にある整数である。
【化5】
によって表され、式中ｍ、ｎは１から５００の範囲にある整数である。
【0019】
１つの実施形態において、式（１ｃ）のＺはウレタンであり、式中Ｙ、ｉおよびｈは請求項１で与えられた意味を有する。
【0020】
１つの実施形態において、式（１ｃ）のＹは次式：
（Ｔ１）ｍ ………式（１ｄ''）
によって表されるシロキサンであり、式中ｍは１または１より大きな整数であり、そしてＴ１は式（１ｈ）によって表される基であり：
Ｒ９ＳｉＩ３／２ 式（１ｈ）
式中Ｒ９はＲ、Ｒ１、Ｒ１'、またはＲ１''であり、ここでＲ、Ｒ１、Ｒ１'またはＲ１''は請求項１で与えられた意味を有する基であり、そして
式中ＩはＯであり、但し分子は偶数個のＯ１／２を含む。
（Ｔ１）ｍ ………式（１ｄ''）
によって表されるシロキサンであり、式中ｍは１または１より大きな整数であり、そしてＴ１は式（１ｈ）によって表される基であり：
Ｒ９ＳｉＩ３／２ 式（１ｈ）
式中Ｒ９はＲ、Ｒ１、Ｒ１'、またはＲ１''であり、ここでＲ、Ｒ１、Ｒ１'またはＲ１''は請求項１で与えられた意味を有する基であり、そして
式中ＩはＯであり、但し分子は偶数個のＯ１／２を含む。
【0021】
１つの実施形態において、Ｒ９はＣ１～Ｃ２０アルコキシラジカル、Ｃ１～Ｃ２０アルキルラジカル、またはこれらの組み合わせである。
【0022】
１つの実施形態において、Ｒ９はエーテル基－Ｏ－（ＣＨ２）ｂ'ＣＨ３であり、ここでｂ'は０～１０である。
【0023】
１つの実施形態において、表面改質剤ははしご型構造、またはかご型構造を有する。
【0024】
１つの実施形態において、表面改質剤は、次式によって表されるはしご型構造：
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；および／または
次式によって表されるかご型構造：
式中ｎは１から５００の範囲にある整数、を有する。
【化6】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化7】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化8】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化9】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化10】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化11】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化12】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化13】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；
次式によって表されるはしご型構造：
【化14】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数；および／または
次式によって表されるかご型構造：
【化15】
式中ｎは１から５００の範囲にある整数、を有する。
【0025】
上記の実施形態のいずれかによる１つの実施形態において、表面改質剤は約０.１重量％から約１０重量％の量で存在する。
【0026】
１つの実施形態において、ａ''が０のときａは１；またはａ''が１のときａは０、但しｂは０であり、表面改質剤は：
によって表され、式中Ｒ１、Ｒ１'、Ｒ１''、およびＲ１'''はそれぞれ独立して水素またはＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、Ｃ１～Ｃ２０アルコキシラジカル、Ｃ６～Ｃ２０芳香族ラジカル、ヒドロキシルラジカル、水素ラジカル、Ｃ１～Ｃ２０未置換または置換炭化水素、Ｃ１～Ｃ２０フッ素化炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレンアルキレン、１価の環状または非環状メタクリレート、置換または未置換カルボキシレートラジカルまたはエポキシラジカル、Ｃ１～Ｃ１０カーボネートまたはカーボネートエステルである。
【化16】
によって表され、式中Ｒ１、Ｒ１'、Ｒ１''、およびＲ１'''はそれぞれ独立して水素またはＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、Ｃ１～Ｃ２０アルコキシラジカル、Ｃ６～Ｃ２０芳香族ラジカル、ヒドロキシルラジカル、水素ラジカル、Ｃ１～Ｃ２０未置換または置換炭化水素、Ｃ１～Ｃ２０フッ素化炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレンアルキレン、１価の環状または非環状メタクリレート、置換または未置換カルボキシレートラジカルまたはエポキシラジカル、Ｃ１～Ｃ１０カーボネートまたはカーボネートエステルである。
【0027】
上記の実施形態のいずれかによる１つの実施形態において、電気化学基材は電極、セパレーター、結合剤、電極活物質、またはこれらの組み合わせである。
【0028】
上記の実施形態のいずれかによる１つの実施形態において、表面改質剤はフィルム（膜）を形成することによって基材の表面を改質する。
【0029】
上記の実施形態のいずれかによる１つの実施形態において、表面改質剤はコーティング（塗装膜）を形成することによって基材の表面を改質する。
【0030】
上記の実施形態のいずれかによる１つの実施形態において、表面改質剤は粒子を基材に結合することによって基材の表面を改質する。
【0031】
上記の実施形態のいずれかによる１つの実施形態において、電気化学基材は非水系２次電池に配置される。
【0032】
上記の実施形態のいずれかによる表面改質剤を含むコーティングされた電気化学基材。
【0033】
１つの実施形態において、基材は２００℃の温度で３分間加熱された場合に約１０％未満の収縮を示す。
【0034】
１つの実施形態において、基材は２５℃の温度において未コーティングのポリプロピレン基材に対して１００％を超える電解質の取り込みを示す。
【0035】
上記の実施形態のいずれかによる表面改質剤を含む電極粒子凝集体。
【0036】
１つの実施形態において、電極粒子凝集体は５００サイクル後に１００ｍＡ／ｇの電流密度において少なくとも３８％の比容量維持率を有する。
【0037】
１つの実施態様において提供されるのは、表面改質組成物を調製するためのプロセスであり、このプロセスは：上記の実施形態のいずれかによる１つまたはより多くの表面改質剤を溶媒と接触させてスラリーを調製することを含んでいる。
【0038】
１つの実施態様において提供されるのは、表面改質された電気化学基材を調製するためのプロセスであり、このプロセスは上記の実施形態のいずれかによる組成物を電気化学基材と接触させることを含んでいる。
【0039】
１つの実施態様において提供されるのは、上記プロセスによって調製される表面改質された電気化学基材である。
【0040】
１つの実施態様において提供されるのは、表面改質された電気化学基材を含む電気化学セルである。
【0041】
１つの実施形態において、表面改質された電気化学基材は、電極および／または電気化学セパレーターである。
【0042】
別の実施態様において提供されるのは、上記の実施形態のいずれかによる表面改質組成物の電気化学セルのための電極における結合剤としての使用である。
【0043】
別の実施態様において提供されるのは、上記の実施形態のいずれかによる表面改質組成物の電気化学基材のためのコーティングとしての使用である。
【0044】
１つの実施態様において提供されるのは、表面改質組成物を調製するためのプロセスであり、このプロセスは：１つまたはより多くの表面改質剤を溶媒と接触させてスラリーを調製することを含んでおり、そこにおいて１つまたはより多くの表面改質剤は上記および明細書を通して記載された式１によって表される。
【0045】
別の実施態様において提供されるのは、表面改質された電気化学基材を調製するためのプロセスであり、上記の実施形態のいずれかによる表面改質組成物を電気化学基材と接触させることを含んでいる。
【0046】
さらに別の実施態様において提供されるのは、上記のプロセスによって調製される表面改質された電気化学基材である。
【0047】
さらに別の実施態様において提供されるのは、表面改質された電気化学基材を含む電気化学セルである。
【0048】
１つの実施態様において提供されるのは、式１によって表される１つまたはより多くの表面改質剤を含む表面改質組成物を含む１つまたはより多くの部品を有する電気化学セルである。
【0049】
１つの実施形態において、電気化学セルはセパレーターを含み、そこにおいてセパレーターは表面に配置されるコーティングを有するポリマー基材を含み、ここでコーティングは式１によって表される１つまたはより多くの表面改質剤を含む表面改質組成物である。
【0050】
１つの実施形態において、電気化学セルは結合剤を含む電極材料を含み、ここで結合剤は式１によって表される１つまたはより多くの表面改質剤を含む表面改質組成物を含んでいる。
【0051】
別の実施形態において提供されるのは、表面改質された電気化学基材を調製するためのプロセスであり、このプロセスは式１によって表される１つまたはより多くの表面改質剤を含む表面改質組成物を電気化学基材に塗布することを含んでいる。
【0052】
さらに別の実施形態において提供されるのは、式１によって表される１つまたはより多くの表面改質剤を含む表面改質組成物を電気化学基材に塗布する上記のプロセスによって調製される表面改質された電気化学基材である。
【0053】
さらに別の実施形態において提供されるのは、表面改質された電気化学基材を含む電気化学セルであり、ここで表面は、式１によって表される１つまたはより多くの表面改質剤を含む表面改質組成物を電気化学基材に塗布することによって改質されている。
【0054】
なおさらに別の実施形態において提供されるのは、（ｉ）アノード、（ｉｉ）カソード、（ｉｉｉ）セパレーター、および（ｉｖ）電解質を含む電気化学セルであり、ここでアノード、カソード、および／またはセパレーターが表面改質組成物を含んでいる。
【0055】
これらのおよび他の実施形態および実施態様は、以下の詳細な説明を参照することによってさらに理解される。
【図面の簡単な説明】
【0056】
図１Ａはシロキサン配合物でコーティングされたセパレーターのサイクル安定性を示すグラフである。
【0057】
図１Ｂは未コーティングのセパレーターとシロキサン配合物でコーティングされたセパレーターのサイクル安定性を示すグラフである。
【0058】
図２はシロキサン結合剤の存在下におけるグラファイト電極のサイクリックボルタモグラムである。
【0059】
図３はＰＶＤＦを結合剤として用い、またシロキサンを結合剤として用いた電気化学セルのサイクル安定性を示すグラフである。
【0060】
図４はシリル化ポリウレタン（ＳＰＵＲ）を結合剤として含み炭化ケイ素含有アノードを使用するコインセルのサイクリックボルタモグラムである。
【0061】
図５はシリル化ポリウレタン（ＳＰＵＲ）を結合剤として用いグラファイト、一酸化ケイ素およびカーボンブラックを含むアノードを使用するコインセルのサイクリックボルタモグラムである。
【0062】
図６はグラファイト、一酸化ケイ素、カーボンブラック、ＳＢＲ、およびＣＭＣを結合剤として含むアノード配合物のサイクリックボルタモグラムである。
【0063】
図７はグラファイト、一酸化ケイ素、カーボンブラック、ＳＢＲ、およびトリシロキサンポリエーテル（Ｓｉｌｗｅｔ４０８）を結合剤として含むアノード配合物のサイクリックボルタモグラムである。
【0064】
図８は基準電極およびトリシロキサンポリエーテル（Ｓｉｌｗｅｔ４０８）改質電極の選択されたサイクルの定電流充電放電データである。
【0065】
【発明を実施するための形態】
【0066】
以下の明細書および特許請求の範囲においては、幾つもの用語が用いられるが、それらは以下の意味を有するものとして定義される。
【0067】
単数形「ある」、「１つの」、および「その」は、文脈が明らかに他を示していない限りは複数形を含む。「任意選択」または「任意選択的」は、続いて記述される事象または状況が生じても生じなくてもよいこと、またその記述は事象が生ずる場合およびそれが生じない場合を含んでいることを意味している。
【0068】
本願の明細書および特許請求の範囲を通じて使用される近似的な用語は、それが関連する基本的な機能の変更をもたらすことなく変動することが許容される任意の量的な表現を修飾するために適用されてよい。したがって、「約」のような用語または他の用語によって修飾された値は、記載された特定の値に限定されるものではない。幾つかの場合には、近似的な用語は、値を測定するための機器の精度に対応してよい。
【0069】
本願で使用するところでは、用語「芳香族」および「芳香族ラジカル」は互換的に使用され、少なくとも１の価数を有し少なくとも１つの芳香族基を含む原子配列を指している。少なくとも１の価数を有し少なくとも１つの芳香族基を含む原子配列は、窒素、硫黄、セレン、ケイ素および酸素のようなヘテロ原子を含んでいてよく、または炭素および水素だけから構成されていてよい。本願で使用するところでは、用語「芳香族」は限定するものではないが、フェニル、ピリジル、フラニル、チエニル、ナフチル、フェニレン、およびビフェニルラジカルを含んでいる。上記のように、芳香族ラジカルは少なくとも１つの芳香族基を含んでいる。芳香族基は例外なく４ｎ＋２の「非局在化」電子を有する環状構造であり、ここで「ｎ」は１に等しいかより大きな整数であり、フェニル基（ｎ＝１）、チエニル基（ｎ＝１）、フラニル基（ｎ＝１）、ナフチル基（ｎ＝２）、アズレニル基（ｎ＝２）、アントラセネイル基（ｎ＝３）およびその他によって例示される。芳香族ラジカルはまた、非芳香族成分を含んでいてよい。例えば、ベンジル基はフェニル環（芳香族基）およびメチレン基（非芳香族成分）を含む芳香族ラジカルである。同様に、テトラヒドロナフチルラジカルは、非芳香族成分－（ＣＨ２）４－に融合した芳香族基（Ｃ６Ｈ３）を含む芳香族ラジカルである。便宜上、用語「芳香族ラジカル」または「芳香族」は本願において、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロアルキル基、ハロ芳香族基、共役ジエニル基、アルコール基、エーテル基、アルデヒド基、ケトン基、カルボン酸基、アシル基（例えばエステル、アミドなどのカルボン酸誘導体）、アミン基、ニトロ基およびその他のような広い範囲の官能基を包含するように規定されている。例えば、４－メチルフェニルラジカルはメチル基を含むＣ７芳香族ラジカルであり、このメチル基はアルキル基である官能基である。同様に、２－ニトロフェニル基はニトロ基を含むＣ６芳香族ラジカルであり、このニトロ基は官能基である。芳香族ラジカルは４－トリフルオロメチルフェニル、ヘキサフルオロイソプロピリデンビス（４－フェン－１－イルオキシ）（即ち、－ＯＰｈＣ（ＣＦ３）２ＰｈＯ－）、４－クロロメチルフェン－１－イル、３－トリフルオロビニル－２－チエニル、３－トリクロロメチルフェン－１－イル（即ち、３－ＣＣｌ３Ｐｈ－）、４－（３－ブロモプロプ－１－イル）フェン－１－イル（即ち、４－ＢｒＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｐｈ－）、およびその他のようなハロゲン化芳香族ラジカルを含んでいる。芳香族ラジカルのさらなる例には、４－アリルオキシフェン－１－オキシ、４－アミノフェン－１－イル（即ち、４－Ｈ２ＮＰｈ－）、３－アミノカルボニルフェン－１－イル（即ち、ＮＨ２ＣＯＰｈ－）、４－ベンゾイルフェン－１－イル、ジシアノメチリデンビス（４－フェン－１－イルオキシ）（即ち、－ＯＰｈＣ（ＣＮ）２ＰｈＯ－）、３－メチルフェン－１－イル、メチレンビス（４－フェン－１－イルオキシ）（即ち、－ＯＰｈＣＨ２ＰｈＯ－）、２－エチルフェン－１－イル、フェニルエテニル、３－ホルミル－２－チエニル、２－ヘキシル－５－フラニル、ヘキサメチレン－１,６－ビス（４－フェン－１－イルオキシ）（即ち、－ＯＰｈ（ＣＨ２）６ＰｈＯ－）、４－ヒドロキシメチルフェン－１－イル（即ち、４－ＨＯＣＨ２Ｐｈ－）、４－メルカプトメチルフェン－１－イル（即ち、４－ＨＳＣＨ２Ｐｈ－）、４－メチルチオフェン－１－イル（即ち、４－ＣＨ３ＳＰｈ－）、３－メトキシフェン－１－イル、２－メトキシカルボニルフェン－１－イルオキシ（例えば、メチルサリチル）、２－ニトロメチルフェン－１－イル（即ち、２－ＮＯ２ＣＨ２Ｐｈ）、３－トリメチルシリルフェン－１－イル、４－ｔ－ブチルジメチルシリルフェン－１－イル、４－ビニルフェン－１－イル、ビニリデンビス（フェニル）、及びその他が含まれる。用語「Ｃ３～Ｃ１０芳香族ラジカル」は、少なくとも３つであるが１０を超えない炭素原子を含有する芳香族ラジカルを含んでいる。芳香族ラジカル１－イミダゾルイル（Ｃ３Ｈ２Ｎ２－）は、Ｃ３芳香族ラジカルを表している。ベンジルラジカル（Ｃ７Ｈ７－）はＣ７芳香族ラジカルを表している。１つまたはより多くの実施形態において、芳香族基はＣ６～Ｃ３０芳香族基、Ｃ１０～Ｃ３０芳香族基、Ｃ１５～Ｃ３０芳香族基、Ｃ２０～Ｃ３０芳香族基を含んでいてよい。幾つかの特定の実施形態において、芳香族基はＣ３～Ｃ１０芳香族基、Ｃ５～Ｃ１０芳香族基、またはＣ８～Ｃ１０芳香族基を含んでいてよい。
【0070】
本願で使用するところでは、用語「脂環式基」および「脂環式ラジカル」は互換的に使用されてよく、少なくとも１の価数を有するラジカルを指していて、そこにおけるラジカルは、環状ではあるが芳香族ではない原子配列を含んでいる。本願で規定するところでは「脂環式ラジカル」は芳香族基を含まない。「脂環式ラジカル」は１つまたはより多くの非環状成分を含んでいてよい。例えば、シクロヘキシルメチル基（Ｃ６Ｈ１１ＣＨ２－）は、シクロへキシル環（環状であるが芳香族ではない原子配列）およびメチレン基（非環状成分）を含む脂環式ラジカルである。脂環式ラジカルは、窒素、硫黄、セレン、ケイ素および酸素のようなヘテロ原子を含んでいてよく、または炭素および水素だけから構成されていてよい。便宜上、用語「脂環式ラジカル」は本願では、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロアルキル基、共役ジエニル基、アルコール基、エーテル基、アルデヒド基、ケトン基、カルボン酸基、アシル基（例えばエステル、アミドなどのカルボン酸誘導体）、アミン基、ニトロ基およびその他のような広い範囲の官能基を包含するように規定されている。例えば、４－メチルシクロペント－１－イルラジカルはメチル基を含むＣ６脂環式ラジカルであり、このメチル基はアルキル基である官能基である。同様に、２－ニトロシクロブト－１－イルラジカルはニトロ基を含むＣ４脂環式ラジカルであり、このニトロ基は官能基である。脂環式ラジカルは１つまたはより多くのハロゲン原子を含んでいてよく、これは同一でも異なっていてもよい。ハロゲン原子には、例えば、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素が含まれる。１つまたはより多くのハロゲン原子を含む脂環式ラジカルには、２－トリフルオロメチルシクロヘキサ－１－イル、４－ブロモジフルオロメチルシクロオクト－１－イル、２－クロロジフルオロメチルシクロヘキサ－１－イル、ヘキサフルオロイソプロピリデン－２,２－ビス（シクロヘキサ－４－イル）（即ち、－Ｃ６Ｈ１０Ｃ（ＣＦ３）２Ｃ６Ｈ１０－）、２－クロロメチルシクロヘキサ－１－イル、３－ジフルオロメチレンシクロヘキサ－１－イル、４－トリクロロメチルシクロヘキサ－１－イルオキシ、４－ブロモジクロロメチルシクロヘキサ－１－イルチオ、２－ブロモエチルシクロペント－１－イル、２－ブロモプロピルシクロヘキサ－１－イルオキシ（即ち、ＣＨ３ＣＨＢｒＣＨ２Ｃ６Ｈ１０Ｏ－）、およびその他が含まれる。脂環式ラジカルのさらなる例には、４－アリルオキシシクロヘキサ－１－イル、４－アミノシクロヘキサ－１－イル（即ち、Ｈ２Ｃ６Ｈ１０－）、４－アミノカルボニルシクロペント－１－イル（即ち、ＮＨ２ＣＯＣ５Ｈ８－）、４－アセチルオキシシクロヘキサ－１－イル、２,２－ジシアノイソプロピリデンビス（シクロヘキサ－４－イルオキシ）（即ち、－ＯＣ６Ｈ１０Ｃ（ＣＮ）２Ｃ６Ｈ１０Ｏ－）、３－メチルシクロヘキサ－１－イル、メチレンビス（シクロヘキサ－４－イルオキシ）（即ち、－ＯＣ６Ｈ１０ＣＨ２Ｃ６Ｈ１０Ｏ－）、１－エチルシクロブト－１－イル、シクロプロピルエテニル、３－ホルミル－２－テトラヒドロフラニル、２－ヘキシル－５－テトラヒドロフラニル、ヘキサメチレン－１,６－ビス（シクロヘキサ－４－イルオキシ）（即ち、－ＯＣ６Ｈ１０（ＣＨ２）６Ｃ６Ｈ１０Ｏ－）、４－ヒドロキシメチルシクロヘキサ－１－イル（即ち、４－ＨＯＣＨ２Ｃ６Ｈ１０－）、４－メルカプトメチルシクロヘキサ－１－イル（即ち、４－ＨＳＣＨ２Ｃ６Ｈ１０－）、４－メチルチオシクロヘキサ－１－イル（即ち、４－ＣＨ３ＳＣ６Ｈ１０－）、４－メトキシシクロヘキサ－１－イル、２－メトキシカルボニルシクロヘキサ－１－イルオキシ（２－ＣＨ３ＯＣＯＣ６Ｈ１０Ｏ－）、４－ニトロメチルシクロヘキサ－１－イル（即ち、ＮＯ２ＣＨ２Ｃ６Ｈ１０－）、３－トリメチルシリルシクロヘキサ－１－イル、２－ｔ－ブチルジメチルシリルシクロペント－１－イル、４－トリメトキシシリルエチルシクロヘキサ－１－イル（即ち、（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣＨ２ＣＨ２Ｃ６Ｈ１０－）、４－ビニルシクロヘキセン－１－イル、ビニリデンビス（シクロへキシル）、およびその他が含まれる。用語「Ｃ３～Ｃ１０脂環式ラジカル」には、少なくとも３つであるが１０を超えない炭素原子を含有する脂環式ラジカルが含まれる。脂環式ラジカル２－テトラヒドロフラニル（Ｃ４Ｈ７Ｏ－）はＣ４脂環式ラジカルを表している。シクロへキシルメチルラジカル（Ｃ６Ｈ１１ＣＨ２－）はＣ７脂環式ラジカルを表している。幾つかの実施形態において、脂環式基はＣ３～Ｃ２０環状基、Ｃ５～Ｃ１５環状基、Ｃ６～Ｃ１０環状基、またはＣ８～Ｃ１０環状基を含んでいてよい。
【0071】
本願で使用するところでは、用語「脂肪族基」および「脂肪族ラジカル」は互換的に使用され、少なくとも１の価数を有し、環状ではなく直鎖または分岐鎖の原子配列からなる有機ラジカルを指している。脂肪族ラジカルは、少なくとも１つの炭素原子を含んで定義される。脂肪族ラジカルを含む原子配列は、窒素、硫黄、ケイ素、セレンおよび酸素のようなヘテロ原子を含んでいてよく、または炭素および水素だけから構成されていてよい。便宜上、用語「脂肪族ラジカル」は本願において、「環状ではなく直鎖または分岐鎖の原子配列」の一部として、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロアルキル基、共役ジエニル基、アルコール基、エーテル基、アルデヒド基、ケトン基、カルボン酸基、アシル基（例えばエステル、アミドなどのカルボン酸誘導体）、アミン基、ニトロ基およびその他の広い範囲の官能基を包含するように規定される。例えば、４－メチルペント－１－イルラジカルはメチル基を含むＣ６脂肪族ラジカルであり、このメチル基はアルキル基である官能基である。同様に、４－ニトロブト－１－イル基はニトロ基を含むＣ４脂肪族ラジカルであり、このニトロ基は官能基である。脂肪族ラジカルは１つまたはより多くのハロゲン原子を含むハロアルキル基であってよく、このハロゲン原子同一でも異なっていてもよい。ハロゲン原子には、例えば、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素が含まれる。１つまたはより多くのハロゲン原子を含む脂肪族ラジカルには、トリフルオロメチル、ブロモジフルオロメチル、クロロジフルオロメチル、ヘキサフルオロイソプロピリデン、クロロメチル、ジフルオロビニリデン、トリクロロメチル、ブロモジクロロメチル、ブロモエチル、２－ブロモトリメチレン（即ち、－ＣＨ２ＣＨＢｒＣＨ２－）、およびその他のアルキルハライドが含まれる。脂肪族ラジカルのさらなる例には、アリル、アミノカルボニル（即ち、－ＣＯＮＨ２）、カルボニル、２,２－ジシアノイソプロピリデン（即ち、－ＣＨ２Ｃ（ＣＮ）２ＣＨ２－）、メチル（即ち、－ＣＨ３）、メチレン（即ち、－ＣＨ２－）、エチル、エチレン、ホルミル（即ち、－ＣＨＯ）、ヘキシル、ヘキサメチレン、ヒドロキシメチル（即ち、－ＣＨ２ＯＨ）、メルカプトメチル（即ち、－ＣＨ２ＳＨ）、メチルチオ（即ち、－ＳＣＨ３）、メチルチオメチル（即ち、－ＣＨ２ＳＣＨ３）、メトキシ、メトキシカルボニル（即ち、ＣＨ３ＯＣＯ－）、ニトロメチル（即ち、－ＣＨ２ＮＯ２）、チオカルボニル、トリメチルシリル（即ち、（ＣＨ３）３Ｓｉ－）、ｔ－ブチルジメチルシリル、３－トリメトキシシリルプロピル（即ち、（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２－）、ビニル、ビニリデン、およびその他が含まれる。さらなる例として、Ｃ１～Ｃ１０脂肪族ラジカルは、少なくとも１つであるが１０を超えない炭素原子を含んでいる。メチル基（即ち、ＣＨ３－）はＣ１脂肪族ラジカルの例である。デシル基（即ち、ＣＨ３（ＣＨ２）９－）は、Ｃ１０脂肪族ラジカルの例である。１つまたはより多くの実施形態において、脂肪族基または脂肪族ラジカルは、限定するものではないが、１～２０の炭素原子、２～１５の炭素原子、３～１０の炭素原子、または４～８の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖の炭化水素を含んでいてよい。
【0072】
用語「寸法安定性」は、本願で使用するところでは、電気化学膜／セパレーターの属性であり、端部における収縮がなく、または収縮が低減され、そして反りがないことを包含している。収縮および／または反りが少ないほど、電気化学膜／セパレーターの寸法安定性は大きい。
【0073】
本技術は、表面改質組成物および種々の用途におけるその使用を提供する。表面改質組成物は１つまたはより多くの表面改質剤を含む。表面改質組成物は、電気化学セルまたはデバイス中の部品の表面を改質および／または形成する。幾つかの実施形態において、表面改質組成物は２次電池のような電気化学セルの電気化学基材の表面を改質する。１つまたはより多くの実施形態において、表面改質組成物は、電気化学膜セパレーター用のコーティング、活性粒子用のコーティング（電極用スラリー、例えばアノード用スラリーとして使用する）、および結合剤の材料を含み、また電気化学膜セパレーター用のコーティング、活性粒子用のコーティング、および結合剤の材料（電極用スラリー、例えばアノード用スラリーとして使用する）として提供されることができる。用語「電気化学膜セパレーター」および「セパレーター」は、以下では互換的に使用される。
【0074】
表面改質組成物は、１つまたはより多くの表面改質剤を含んでいる。１つの実施形態において、表面改質組成物は樹脂またはフィルムを形成することができる。この組成物から形成されたフィルムは、例えば電池のようなエネルギー生成および貯蔵デバイスのさまざまな部品に使用することができる。１つの実施形態において、本組成物は電池のセパレーター上のコーティングとして用いることのできるフィルムを形成するのに適している。別の実施形態においては、この組成物は電池において結合剤として使用することのできる、電極活物質上のフィルムを形成するために使用することができる。幾つかの他の実施形態において、この組成物はまた、基材の表面に付着された場合に表面を改質するために使用することができ、カップリング剤として、例えばシランカップリング剤として作用する。この組成物から形成されるフィルムの応用または意図された用途に応じて、組成物は以下でさらに記載するように他の成分を含んでよい。
【0075】
１つの実施形態において、表面改質組成物は式１：
（Ｒ）ａ（Ｗ）ｂ（Ｒ）ａ'' ………式１
によって表される１つまたはより多くの表面改質剤を含み、式中ａ、ａ''またはｂはゼロまたはゼロより大きな整数であるが、但し（ａ＋ａ''＋ｂ）は常に０より大きく、
Ｒは直鎖または分岐鎖であり式（１ａ）によって表され：
（ＣＨ２）ｃ（ＣＨ２Ｏ）ｄ（ＣＨＯＨ）ｅ（Ｘ）ｇ ………式（１ａ）
Ｘは独立して式（１ｂ）によって表される基であり
Ｒ１、Ｒ１'、およびＲ１''は独立して水素またはＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、Ｃ１～Ｃ２０アルコキシラジカル、Ｃ６～Ｃ２０芳香族ラジカル、ヒドロキシルラジカル、水素ラジカル、Ｃ１～Ｃ２０未置換または置換炭化水素、Ｃ１～Ｃ２０フッ素化炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレンアルキレン、１価の環状または非環状メタクリレート、置換または未置換カルボキシレートラジカルまたはエポキシラジカル、Ｃ１～Ｃ１０カーボネートまたはカーボネートエステルであり、
ｃ、ｄ、ｅ、およびｇはそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但しｃ＋ｄ＋ｅ＋ｇ＞０であり、
Ｗは式（１ｃ）によって表される基であり、
（Ｙ）ｈ（Ｚ）ｉ ………式（１ｃ）
式中ｈおよびｉはそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但しｈ＋ｉ＞０であり、
式（１ｃ）中のＹは式（１ｄ）によって表される基であり：
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（（Ｔ１）ｍ'（Ｑ１）ｎ'（Ｍ２）ｙ'' ………式（１ｄ）
式中ｊ、ｋ、ｌ、ｍ'、ｎ'、ｘ''、およびｙ''はそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但し（ｊ＋ｋ＋ｍ'＋ｎ'＋ｘ''＋ｙ''）＞０であり、
式中Ｍ１は式（１ｅ）によって表される基であり：
Ｒ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２ ………式（１ｅ）
Ｄ１は式（１ｆ）によって表される基であり：
Ｒ５Ｒ６ＳｉＩ２／２ ………式（１ｆ）
Ｄ２は式（１ｇ）によって表される基であり：
Ｒ７Ｒ８ＳｉＩ２／２ ………式（１ｇ）
Ｔ１は式（１ｈ）によって表される基であり：
Ｒ９ＳｉＩ３／２ ………式（１ｈ）
Ｑ１は式（１ｉ）によって表される基であり：
ＳｉＩ４／２ ………式（１ｉ）
Ｍ２は式（１ｊ）によって表される基であり：
Ｒ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２ ………式（１ｊ）
Ｒ２～Ｒ１２は独立してＲ、Ｒ１、Ｒ１'、またはＲ１''であり、
ＩはＯまたはＣＨ２基であるが分子中に偶数個のＯ１／２および偶数個の（ＣＨ２）１／２を含むという制限を受け、
式（１ｃ）中のＺは独立してウレタン、尿素、無水物、アミド、イミド、水素ラジカル、または１価の環状または非環状の脂肪族または芳香族の置換または未置換炭化水素、または１～２０の炭素原子を有するフッ素化炭化水素であり；
ここで表面改質剤は、電気化学基材の表面と接触した場合に基材表面を改質する。
（Ｒ）ａ（Ｗ）ｂ（Ｒ）ａ'' ………式１
によって表される１つまたはより多くの表面改質剤を含み、式中ａ、ａ''またはｂはゼロまたはゼロより大きな整数であるが、但し（ａ＋ａ''＋ｂ）は常に０より大きく、
Ｒは直鎖または分岐鎖であり式（１ａ）によって表され：
（ＣＨ２）ｃ（ＣＨ２Ｏ）ｄ（ＣＨＯＨ）ｅ（Ｘ）ｇ ………式（１ａ）
Ｘは独立して式（１ｂ）によって表される基であり
【化17】
Ｒ１、Ｒ１'、およびＲ１''は独立して水素またはＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、Ｃ１～Ｃ２０アルコキシラジカル、Ｃ６～Ｃ２０芳香族ラジカル、ヒドロキシルラジカル、水素ラジカル、Ｃ１～Ｃ２０未置換または置換炭化水素、Ｃ１～Ｃ２０フッ素化炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレンアルキレン、１価の環状または非環状メタクリレート、置換または未置換カルボキシレートラジカルまたはエポキシラジカル、Ｃ１～Ｃ１０カーボネートまたはカーボネートエステルであり、
ｃ、ｄ、ｅ、およびｇはそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但しｃ＋ｄ＋ｅ＋ｇ＞０であり、
Ｗは式（１ｃ）によって表される基であり、
（Ｙ）ｈ（Ｚ）ｉ ………式（１ｃ）
式中ｈおよびｉはそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但しｈ＋ｉ＞０であり、
式（１ｃ）中のＹは式（１ｄ）によって表される基であり：
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（（Ｔ１）ｍ'（Ｑ１）ｎ'（Ｍ２）ｙ'' ………式（１ｄ）
式中ｊ、ｋ、ｌ、ｍ'、ｎ'、ｘ''、およびｙ''はそれぞれ独立してゼロまたはゼロより大きな整数であるが但し（ｊ＋ｋ＋ｍ'＋ｎ'＋ｘ''＋ｙ''）＞０であり、
式中Ｍ１は式（１ｅ）によって表される基であり：
Ｒ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２ ………式（１ｅ）
Ｄ１は式（１ｆ）によって表される基であり：
Ｒ５Ｒ６ＳｉＩ２／２ ………式（１ｆ）
Ｄ２は式（１ｇ）によって表される基であり：
Ｒ７Ｒ８ＳｉＩ２／２ ………式（１ｇ）
Ｔ１は式（１ｈ）によって表される基であり：
Ｒ９ＳｉＩ３／２ ………式（１ｈ）
Ｑ１は式（１ｉ）によって表される基であり：
ＳｉＩ４／２ ………式（１ｉ）
Ｍ２は式（１ｊ）によって表される基であり：
Ｒ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２ ………式（１ｊ）
Ｒ２～Ｒ１２は独立してＲ、Ｒ１、Ｒ１'、またはＲ１''であり、
ＩはＯまたはＣＨ２基であるが分子中に偶数個のＯ１／２および偶数個の（ＣＨ２）１／２を含むという制限を受け、
式（１ｃ）中のＺは独立してウレタン、尿素、無水物、アミド、イミド、水素ラジカル、または１価の環状または非環状の脂肪族または芳香族の置換または未置換炭化水素、または１～２０の炭素原子を有するフッ素化炭化水素であり；
ここで表面改質剤は、電気化学基材の表面と接触した場合に基材表面を改質する。
【0076】
１つまたはより多くの実施形態において、表面改質組成物は２成分を含み、１成分目において式１のＷは次式によって表され：
（Ｙ１）ｈ（Ｚ１）ｉ ………式（１ｋ）；そして
２成分目において式１のＷは次式によって表され：
（Ｙ２）ｈ（Ｚ２）ｉ ………式（１ｌ）
式中Ｙ１は
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（Ｍ２）ｙ'' （１ｋ'）
式中Ｍ１はＲ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２；
Ｄ１はＲ５Ｒ６ＳｉＩ２／２；
Ｄ２はＲ７Ｒ８ＳｉＩ２／２；および
Ｍ２はＲ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２；
式中Ｒ２およびＲ１２はそれぞれ独立してアルケンラジカルから選択され；Ｒ３～Ｒ８およびＲ１０～Ｒ１１はそれぞれ独立してＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル；Ｃ１～Ｃ２０置換または未置換炭化水素から選択され；および
式中Ｙ２は
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（Ｍ２）ｙ'' （１ｌ'）
によって表され、ここでＭ１はＲ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２；
Ｄ１はＲ５Ｒ６ＳｉＩ２／２；
Ｄ２はＲ７Ｒ８ＳｉＩ２／２；および
Ｍ２はＲ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２；
式中Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２はそれぞれ独立してＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、置換アルキルラジカル、または水素から選択され；Ｒ２～Ｒ８およびＲ１１～Ｒ１２基の少なくとも１つは水素であり；そしてＺ１およびＺ２は独立してＺから選択される。これらの実施形態の幾つかにおいて、組成物のＲ２およびＲ１２は末端位置にある。幾つかの実施形態において、組成物のＲ２およびＲ１２は末端位置にあり、そしてそれぞれ独立してＣ１～Ｃ２０フッ素原子を含有するアルケンラジカルである。
（Ｙ１）ｈ（Ｚ１）ｉ ………式（１ｋ）；そして
２成分目において式１のＷは次式によって表され：
（Ｙ２）ｈ（Ｚ２）ｉ ………式（１ｌ）
式中Ｙ１は
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（Ｍ２）ｙ'' （１ｋ'）
式中Ｍ１はＲ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２；
Ｄ１はＲ５Ｒ６ＳｉＩ２／２；
Ｄ２はＲ７Ｒ８ＳｉＩ２／２；および
Ｍ２はＲ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２；
式中Ｒ２およびＲ１２はそれぞれ独立してアルケンラジカルから選択され；Ｒ３～Ｒ８およびＲ１０～Ｒ１１はそれぞれ独立してＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル；Ｃ１～Ｃ２０置換または未置換炭化水素から選択され；および
式中Ｙ２は
（Ｍ１）ｘ''（Ｄ１）ｊ（Ｄ２）ｋ（Ｍ２）ｙ'' （１ｌ'）
によって表され、ここでＭ１はＲ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２；
Ｄ１はＲ５Ｒ６ＳｉＩ２／２；
Ｄ２はＲ７Ｒ８ＳｉＩ２／２；および
Ｍ２はＲ１０Ｒ１１Ｒ１２ＳｉＩ１／２；
式中Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２はそれぞれ独立してＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、置換アルキルラジカル、または水素から選択され；Ｒ２～Ｒ８およびＲ１１～Ｒ１２基の少なくとも１つは水素であり；そしてＺ１およびＺ２は独立してＺから選択される。これらの実施形態の幾つかにおいて、組成物のＲ２およびＲ１２は末端位置にある。幾つかの実施形態において、組成物のＲ２およびＲ１２は末端位置にあり、そしてそれぞれ独立してＣ１～Ｃ２０フッ素原子を含有するアルケンラジカルである。
【0077】
１つの実施形態において、Ｙ１は式（１ｍ）を有し、式中ｎは１から１０００の範囲の整数である：
【化18】
【0078】
１つの実施形態において、Ｙ２は式（１ｎ）を有し、式中ｎは１から１０００の範囲の整数である：
【化19】
【0079】
さらに別の実施形態において、表面改質剤はカーボネート基（－Ｏ－Ｃ（Ｏ）－Ｏ－）を含んでいてよい。カーボネート官能基は、ポリカーボネート官能基を与える繰り返し構造の基であることができる。表面改質剤は式１に従い、そこにおいて表面改質剤はカーボネート官能基を含むことができる。１つの実施形態において、表面改質剤はポリジメチルシロキサンであって末端に脂肪族または芳香族のポリカーボネートブロックを有する。幾つかの実施形態において、Ｒ２およびＲ１２は式（１ｋ）を有し、末端位置にあってＣ１～Ｃ２０カーボネートである。１つの実施形態において、表面改質剤は：
によって表され、式中ｎは１から１０００の範囲にある整数である。
【化20】
によって表され、式中ｎは１から１０００の範囲にある整数である。
【0080】
幾つかの実施形態において、表面改質剤はポリアルキレンオキシド基を含むシロキサン系の化合物である。こうした表面改質剤は式１（ｃ）に包含される構造を有していてよく、式中Ｙは式（１ｄ）に基づくシロキサン構造を有し、式中Ｍ１、Ｍ２、Ｄ１、Ｄ２、またはＴ１のＲ２からＲ１２の１つまたはより多くはポリアルキレンオキシド基である。幾つかの実施形態において、表面改質剤はポリアルキレンオキシド官能基を含むシロキサン系の化合物であり、ここで式１のＷは：
（Ｍ１）ｘ'' 式（１ｄ'）
によって表され、式中ｘ''＞０、そして式中Ｍ１は式（１ｅ）によって表される基であり：
Ｒ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２ ………式（１ｅ）
式中Ｒ２～Ｒ４基の１つまたはより多くのはポリアルキレンオキシド官能基であり；そしてＩはＯであるが但し分子中に偶数個のＯ１／２を含む。１つの実施形態において、表面改質剤は：
によって表され、式中ｍおよびｎは独立して１から５００の範囲にある整数である。
（Ｍ１）ｘ'' 式（１ｄ'）
によって表され、式中ｘ''＞０、そして式中Ｍ１は式（１ｅ）によって表される基であり：
Ｒ２Ｒ３Ｒ４ＳｉＩ１／２ ………式（１ｅ）
式中Ｒ２～Ｒ４基の１つまたはより多くのはポリアルキレンオキシド官能基であり；そしてＩはＯであるが但し分子中に偶数個のＯ１／２を含む。１つの実施形態において、表面改質剤は：
【化21】
によって表され、式中ｍおよびｎは独立して１から５００の範囲にある整数である。
【0081】
別の実施形態において、表面改質剤はシリル化ポリウレタンである。１つまたはより多くの実施形態において、式１の表面改質剤はシリル化ポリウレタン（ＳＰＵＲ）であり、そこにおいて式１（ｃ）のＺはウレタンであり、そしてＹ、ｉ、およびｈは式１について上述した意味を有する。１つの実施形態において、式１の表面改質剤はシリル化ポリウレタン（ＳＰＵＲ）であってよく、そこにおいて式１（ｃ）のＺはウレタンであり、そしてＹはシロキサンポリマー鎖を表し、ｈおよびｉは両方とも独立して１または１を超える。これらの実施形態において、表面改質組成物は水分硬化性組成物である。水分硬化性組成物は、（ｉ）イソシアネート末端ポリウレタン（ＰＵＲ）プレポリマーを適切なシラン、例えばアルコキシその他のようにケイ素原子上の加水分解官能性、および第２にメルカプタン、１級アミンまたは２級アミン、好ましくは後者、その他のような活性水素含有官能性の両方を有するシランと反応させること、または（ｉｉ）ヒドロキシル末端ＰＵＲ（ポリウレタン）プレポリマーを適切なイソシアネート末端シラン、例えば１つから３つのアルコキシ基を有するものと反応させることなどの、種々の方法によって得られてよい。これらの反応の詳細、およびそこで用いられるイソシアネート末端およびヒドロキシル末端ＰＵＲプレポリマーを調製するための方法の詳細は特に：米国特許第４,９８５,４９１号；第５,９１９,８８８号；第６,２０７,７９４号；第６,３０３,７３１号；第６,３５９,１０１号；および第６,５１５,１６４号、並びに公開された米国特許公開第２００４／０１２２２５３号および米国特許公開第２００５／００２０７０６号（イソシアネート末端ＰＵＲプレポリマー）；米国特許第３,７８６,０８１号および第４,４８１,３６７号（ヒドロキシル末端ＰＵＲプレポリマー）；米国特許第３,６２７,７２２号；第３,６３２,５５７号；第３,９７１,７５１号；第５,６２３,０４４号；第５,８５２,１３７号；第６,１９７,９１２号；および第６,３１０,１７０号（イソシアネート末端ＰＵＲプレポリマーと反応性シラン、例えばアミノアルコキシシランとの反応によって得られた水分硬化性ＳＰＵＲ（シラン変性／末端ポリウレタン））；および、米国特許第４,３４５,０５３号；第４,６２５,０１２号；第６,８３３,４２３号；および公開された米国特許公開第２００２／０１９８３５２号（ヒドロキシル末端ＰＵＲプレポリマーとイソシアネートシランとの反応によって得られた水分硬化性ＳＰＵＲ）において見出すことができる。これらの米国特許文献の全内容は、参照することによって本願に取り入れられる。水分硬化性ＳＰＵＲ材料の他の例には、米国特許第７,５６９,６５３に記載のものが含まれ、この開示は全体が、参照することによって本願に取り入れられる。
【0082】
幾つかの実施形態において、表面改質剤ははしご状構造またはかご状構造を有する高度に架橋したポリマーであり、所望の官能基を含んでいる。以下においては用語「はしご状」はまた、「はしご型構造」として用いられ、また用語「かご状」は以下において、「かご型構造」としても用いられる。１つの実施形態において、はしご状またはかご状のシリコーン構造はエポキシ官能基を含み、エポキシ官能性シリコーンポリマーがもたらされる。１つの実施形態において、エポキシ官能基はグリシジルエーテル官能基である。エポキシ官能性シリコーンポリマーは、所望に応じて他の官能基を含んでいてよい。１つの実施形態において、エポキシ官能基を含有するはしご状またはかご状のシリコーンポリマーはさらに、Ｒ、Ｒ１、Ｒ１'、またはＲ１''から選択される任意の他の官能基を含んでいてよい。実施形態において、はしご状またはかご状のシリコーンポリマーは、エーテル基（例えば、－Ｏ－（ＣＨ２）ｂ'ＣＨ３ここでｂ'は０～１０）、Ｃ１～Ｃ１０アルキルラジカル、またはこれらの組み合わせを含む。
【0083】
１つの実施形態において、Ｙは：
（Ｔ１）ｍ ………式（１ｄ''）
によって表されるシロキサンであり、式中Ｍは１または１を超える整数であり、そしてＴ１は式（１ｈ）によって表される基であり：
Ｒ９ＳｉＩ３／２ 式（１ｈ）
式中Ｒ９はＲ、Ｒ１、Ｒ１'、またはＲ１''であり、ここでＲ、Ｒ１、Ｒ１'またはＲ１''は請求項１に規定された意味を有する基であり、そして
ここでＩはＯであるが但し分子中に偶数個のＯ１／２を含んでいる。
（Ｔ１）ｍ ………式（１ｄ''）
によって表されるシロキサンであり、式中Ｍは１または１を超える整数であり、そしてＴ１は式（１ｈ）によって表される基であり：
Ｒ９ＳｉＩ３／２ 式（１ｈ）
式中Ｒ９はＲ、Ｒ１、Ｒ１'、またはＲ１''であり、ここでＲ、Ｒ１、Ｒ１'またはＲ１''は請求項１に規定された意味を有する基であり、そして
ここでＩはＯであるが但し分子中に偶数個のＯ１／２を含んでいる。
【0084】
１つの実施形態において、Ｒ９はＣ１～Ｃ２０アルコキシラジカル、Ｃ１～Ｃ２０アルキルラジカル、またはこれらの組み合わせである。幾つかの実施形態において、Ｒ９はエーテル基－Ｏ－（ＣＨ２）ｂ'ＣＨ３であり、ここでｂ'は０～１０である。
【0085】
実施形態において、表面改質剤は式（１ｄ''）を有し、はしご型構造またはかご型構造を有する。
【0086】
幾つかの実施形態において、表面改質剤は式（１－ｏ－ｉから１－ｏ－ｉｘ）によって表されるはしご型構造を有し、式中ｎは１から５００の範囲にある整数である：
【化22】
【化23】
【化24】
【化25】
【化26】
【化27】
【化28】
【化29】
【化30】
【0087】
１つの実施形態において、表面改質剤はかご型構造を有し式（１－ｏ－ｘ）によって表されるシルセスキオキサンであり、式中ｎは１から５００の範囲にある整数である：
【化31】
【0088】
１つの実施形態において、表面改質組成物は表面改質剤を含み、ここで表面改質剤はシランである。こうした実施形態においては、式１の組成物において、ａ''が０のときａは１；またはａ''が１のときａは０、但しｂは０であり、表面改質剤は式（１ｂ'）：
によって表され、式中Ｒ１、Ｒ１'、Ｒ１''、およびＲ１'''はそれぞれ独立して水素またはＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、Ｃ１～Ｃ２０アルコキシラジカル、Ｃ６～Ｃ２０芳香族ラジカル、ヒドロキシルラジカル、水素ラジカル、Ｃ１～Ｃ２０未置換または置換炭化水素、Ｃ１～Ｃ２０フッ素化炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレンアルキレン、１価の環状または非環状メタクリレート、置換または未置換カルボキシレートラジカルまたはエポキシラジカル、Ｃ１～Ｃ１０カーボネートまたはカーボネートエステルである。
【化32】
によって表され、式中Ｒ１、Ｒ１'、Ｒ１''、およびＲ１'''はそれぞれ独立して水素またはＣ１～Ｃ２０アルキルラジカル、Ｃ１～Ｃ２０アルコキシラジカル、Ｃ６～Ｃ２０芳香族ラジカル、ヒドロキシルラジカル、水素ラジカル、Ｃ１～Ｃ２０未置換または置換炭化水素、Ｃ１～Ｃ２０フッ素化炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレンアルキレン、１価の環状または非環状メタクリレート、置換または未置換カルボキシレートラジカルまたはエポキシラジカル、Ｃ１～Ｃ１０カーボネートまたはカーボネートエステルである。
【0089】
電気化学セル
【0090】
本発明の実施態様において、表面改質組成物は電気化学セルにおいて用いることができる。電気化学セルは、限定するものではないが、アノード、カソード、セパレーター、結合剤、および電解質を含んでいる。
【0091】
上記したように、表面改質剤は、電気化学基材の表面と接触している場合に、基材表面を改質する。こうした実施形態において、電気化学基材は電極、セパレーター、結合剤、電極活物質、またはこれらの組み合わせである。
【0092】
１つまたはより多くの実施形態において、表面改質剤はフィルムを形成することによって基材の表面を改質する。幾つかの実施形態において、表面改質剤はコーティングを形成することによって基材の表面を改質する。１つの実施形態において、表面改質組成物はセパレーター上にコーティングを形成するために使用される。幾つかの他の実施形態において、表面改質剤は基材の粒子を結合することによって基材の表面を改質する。こうした実施形態において、表面改質組成物はアノードまたはカソードの活物質のための結合剤として用いられる。さらに別の実施形態において、表面改質組成物は電気化学セルに用いられる活性粒子のための表面改質剤として用いられる。
【0093】
電気化学セルの種類は特に限定されず、技術的に知られた種類の電池であってよい。具体的には、本発明の電気化学セルは、リチウム金属２次電池、リチウムイオン２次電池、リチウムポリマー２次電池、またはリチウムイオンポリマー２次電池といった、リチウム２次電池であっよい。幾つかの実施形態において、電気化学基材は非水系２次電池内に配置される。
【0094】
本願では表面改質組成物を調製するためのプロセスもまた提供される。このプロセスは、１つまたはより多くの表面改質剤を溶媒と接触させてスラリーを調製することを含み、そこにおいて１つまたはより多くの表面改質剤は式１によって表される。
【0095】
表面改質された電気化学基材を調製するためのプロセスもまた提供され、そこにおいてプロセスは、表面改質組成物を電気化学基材に接触させることを含んでいる。
【0096】
本発明の電気化学セルを製造するための方法は特に限定されず、技術分野において一般に使用されている任意の方法を使用してよい。電気化学セルを製造する方法の非限定的な例は以下の通りである：ポリマー系のセパレーターを電池の正極と負極の間に配置し、次いで電解質溶液を充填するようにして電池を充填する。１つの実施形態において、セパレーターは表面改質剤を含む表面改質組成物から形成されたフィルムでコーティングされている。１つの実施形態において、正極または負極は表面改質剤を含む結合剤材料を含む組成物から形成される。
【0097】
本発明の電気化学セルを構成する電極は、本発明の技術分野において一般に使用されている方法によって電極活物質が電極集電体に結合される形態において製造することができる。本発明の１つの実施形態において使用される電極活物質について、カソード活物質は特に限定されるものではなく、本発明の技術分野で一般に使用されているカソード活物質が使用されてよい。正極活物質の非限定的な例には、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウム鉄酸化物、またはこれらの組み合わせのリチウム複合酸化物が含まれる。
【0098】
本発明の１つの実施形態において使用される電極活物質の負極活物質は特に限定されず、本発明の技術分野で一般に使用されている負極活物質であってよい。負極活物質の非限定的な例には、リチウム金属またはリチウム合金、カーボン、石油コークス、活性炭、グラファイト（グラファイト）その他のカーボンおよびその他のような、リチウム吸着材料が含まれる。本発明の１つの実施形態において使用される電極集電体は特に限定されず、本発明の技術分野で一般的に使用されている電極集電体を使用してよい。
【0099】
本発明の正極集電体材料の非限定的な例は、アルミニウム、ニッケル、またはこれらの組み合わせから作成された箔であってよい。電極集電体の負極集電体材料の非限定的な例は、銅、金、ニッケル、銅合金、またはこれらの組み合わせによって製造された箔であってよい。
【0100】
本発明において使用される電解質溶液は特に限定されず、本発明の技術分野において使用される任意の適切な電気化学セル電解質溶液であってよい。この電解質溶液は、Ａ＋Ｂ－のような構造を有する塩が有機溶媒中に溶解または解離している溶液であってよい。Ａ＋の非限定的な例には、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、またはＫ＋、またはこれらの組み合わせのようなアルカリ金属カチオンからなるカチオンが含まれる。Ｂ－アニオンの非限定的な例には、ＰＦ６
－、ＢＦ４
－、Ｃｌ－、Ｂｒ－、Ｉ－、ＣｌＯ４
－、ＡｓＦ６
－、ＣＨ３ＣＯ２
－、ＣＦ３ＳＯ３
－、Ｎ（ＣＦ３ＳＯ２）２
－またはＣ（ＣＦ２ＳＯ２）３
－、或いはこれらの組み合わせからなるアニオンが含まれる。有機溶媒の非限定的な例には、炭酸プロピレン（ＰＣ）、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸ジプロピル（ＤＰＣ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトニトリル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、炭酸エチルメチル（ＥＭＣ）、ガンマブチロラクトン（ＧＢＬ）、その他が含まれる。これらは単独で、またはこれらの２つまたはより多くの組み合わせで使用してよい。
【0101】
セパレーターコーティング
【0102】
表面改質剤（単数または複数）を含む表面改質組成物は、セパレーター材料の一部として用いることができる。１つの実施形態において、表面改質剤（単数または複数）を含む表面改質組成物は、ポリマーフィルムまたは基材セパレーター上にコーティングまたはフィルムを形成するために使用される。１つの実施形態において、表面改質剤（単数または複数）を含む表面改質組成物は基材上に塗布され、硬化されてフィルムを形成する。
【0103】
セパレーターは、電気化学セル内のセパレーターとして適切な任意の材料から形成することができる。１つの実施形態において、セパレーターフィルム／基材は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、エチレン－αオレフィンコポリマーといったポリオレフィン；ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルアクリレートといったアクリル系ポリマーおよびコポリマー；ポリビニルメチルエーテルといったポリビニルエーテル；ポリアクリロニトリル；ポリビニルケトン；ポリスチレンといったポリビニル芳香族化合物；ポリ酢酸ビニルといったポリビニルエステル；エチレン－メタクリル酸メチルコポリマー、アクリロニトリル－スチレンコポリマー、ＡＢＳ樹脂、およびエチレン－酢酸ビニルコポリマーといったビニルモノマー同士やオレフィンとのコポリマー；ブタジエン－スチレンコポリマー、ポリイソプレン、合成ポリイソプレン、ポリブタジエン、ブタジエン－アクリロニトリルコポリマー、ポリクロロプレンゴム、ポリイソブチレンゴム、エチレン－プロピレンゴム、エチレン－プロピレン－ジエンゴム、イソブチレン－イソプレンコポリマー、およびポリウレタンゴムを含む天然ゴムまたは合成ゴム；ポリエチレンテレフタレートのようなポリエステル；ポリカーボネート；ポリイミド；およびポリエーテルから形成される。支持基材について特に適切な材料は、ポリプロピレンまたはポリエチレンのようなポリオレフィンである。
【0104】
１つの実施形態において、セパレーターの基材は、本願に記載した表面改質剤を含む表面改質組成物から形成されたフィルムでコーティングされている。１つの非限定的な実施形態において、表面改質組成物は式１の表面改質剤を含んでいる。１つの実施形態において、表面改質剤は、例えば式（１ｘ）および（１ｘ－ｉ）の材料のような、ビニルフルオロシロキサン樹脂およびシリルヒドリドを含んでいる：
式中ｎは１～１０００の整数であることができ；
式中ｎは１～１０００の整数であることができる。
【化33】
式中ｎは１～１０００の整数であることができ；
【化34】
式中ｎは１～１０００の整数であることができる。
【0105】
別の実施形態において、フィルムを形成するための表面改質組成物は、シルセスキオキサンのはしご型ポリマーまたはかご型ポリマーを含む。こうした材料の例には、限定するものではないが、本願でこれまでに説明した式（１－ｏ－ｉから１－ｏ－ｘ）のポリマーが含まれる。
【0106】
１つの実施形態において、セパレーター上にフィルムを形成するための表面改質組成物は、ポリアルキレンオキシド官能基で変性されたシロキサン系化合物から選択された表面改質剤を含んでいる。こうした材料の例には、限定するものではないが、本願でこれまでに説明した式（１－ｏ－ｉから１－ｏ－ｘ）の材料が含まれる。
【0107】
理解されるように、セパレーターをコーティングするための組成物は、２つまたはより多くの異なるシリコーン含有ポリマーの組み合わせを含むことができる。
【0108】
セパレーターをコーティングするための表面改質組成物は、任意選択的にフィラーを含んでいる。セパレーターをコーティングするための表面改質組成物は１つまたはより多くのフィラーを含んでよく、そこにおいてフィラーは、限定するものではないが、アルミナ、シリコン、マグネシア、セリア、ハフニア、酸化ランタン、酸化ネオジム、サマリア、酸化プラセオジム、トリア、ウラニア、イットリア、酸化亜鉛、ジルコニア、サイアロン、ホウケイ酸ガラス、チタン酸バリウム、炭化ケイ素、シリカ、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化ジルコニウム、ホウ化ジルコニウム、二ホウ化チタン、十二ホウ化アルミニウム、重晶石、硫酸バリウム、アスベスト、重晶石、珪藻土、長石、石膏、ホルマイト、カオリン、マイカ、霞石閃長岩、パーライト、葉状石、スメクタイト、タルク、バーミキュライト、ゼオライト、方解石、炭酸カルシウム、珪灰石、メタケイ酸カルシウム、粘土、ケイ酸アルミニウム、タルク、ケイ酸アルミニウムマグネシウム、アルミナ水和物、酸化アルミニウム水和物、シリカ、二酸化ケイ素、二酸化チタン、ガラス繊維、ガラスフレーク、クレイ、剥離粘土、または他の高アスペクト比の繊維、ロッド、またはフレーク、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、マグネシア、チタニア、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、ワラストナイト、アルミナ、窒化アルミニウム、グラファイト、グラフェン、金属被覆グラファイト、金属被覆グラフェン、アルミニウム粉末、銅粉末、青銅粉末、真鍮粉末、炭素繊維またはウィスカー、グラファイト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、銀、酸化亜鉛、カーボンナノチューブ、窒化ホウ素ナノシート、酸化亜鉛ナノチューブ、黒リン、銀コートアルミニウム、銀コートガラス、銀メッキアルミニウム、ニッケルメッキ銀、ニッケルアルミメッキ、構造の異なるカーボンブラック、モネルメッシュおよびワイヤー、並びにこれらの２つまたはより多くの組み合わせを含んでいる。
【0109】
１つの実施形態において、フィラーはメチルシルセスキオキサン樹脂微粒子から選ばれるポリマー粒子から選択可能である。こうした材料の非限定的な例には、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社から入手可能な商品名ＴＯＳＰＥＡＲＬ登録商標の下に販売されている材料が含まれる。適切なフィラーの幾つかの例には、限定するものではないが、ＴＯＳＰＥＡＲＬ登録商標１５０ＫＡ、ＴＯＳＰＥＡＲＬ登録商標１１１０Ａ、ＴＯＳＰＥＡＲＬ登録商標１２０Ａ、ＴＯＳＰＥＡＲＬ登録商標１４５Ａ、ＴＯＳＰＥＡＲＬ登録商標２０００Ｂ、ＴＯＳＰＥＡＲＬ登録商標３０００Ａが含まれる。
【0110】
１つの実施形態において、フィラーは配合物に関して約７０重量％まで添加することができる。フィラーはコーティングの乾燥重量に基づいて、約０.１重量％から約５重量％、約０.１重量％から約１０重量％、または約０.１重量％から約２０重量％の量で含まれることができる。
【0111】
セパレーターをコーティングするための表面改質組成物は、任意選択的に溶媒を含むことができる。溶媒は特定の目的または意図する用途に対して所望に応じて選択することができる。溶媒は、メタノール、エタノール、ｎ－ブタノール、ｔ－ブタノール、ｎ－オクタノール、ｎ－デカノール、１－メトキシ－２－プロパノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ヘキサン、デカン、イソオクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ビス（２－メトキシエチル）エーテル、１,２－ジメトキシエタン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、アニリン、フェニレンジアミン、フェニレンジアミン、クロロホルム、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ－メチルピロリジノン（ＮＭＰ）、およびプロピレンカーボネートのような、極性溶媒および／または非極性溶媒であってよい。
【0112】
セパレーターをコーティングするための表面改質組成物は、配合物を適切なポリマー基材（例えば、ポリカーボネート基材）上に塗布した後に、ＵＶ硬化してよい。
【0113】
表面改質組成物は、任意の適切な照射源を使用して硬化してよい。実施形態において、照射源として使用されるのは、好ましくは１８０から６００ｎｍ、より好ましくは１９０から５００ｎｍの範囲にある波長をもたらす紫外線源である。光照射強度（単位体積当たりの照射線量×曝露時間）は、選択したプロセス、選択した組成、組成物の温度の関数として、十分な処理時間が与えられるように選択される。本発明の照射工程においては、商業的に入手可能な照射源を使用してよい。適切な照射源の例には、ダイマックス社から入手可能な照射源が含まれる。照射源は、約１２０から約２００ｍＷ／ｃｍ２において約２００から約１,０００ｍＪ／ｃｍ２の出力を有していてよい。他の入手可能な光源には、ＵＶフュージョン社から入手可能な光源が含まれる。平均曝露時間（照射ユニット（単数または複数）を通過するのに必要な時間）は、例えば少なくとも１秒、好ましくは２から５０秒である。例えば、本願に開示された組成物は紫外（ＵＶ）または可視スペクトルにおいて化学線によって硬化されてよく、これらは両方とも電磁放射線または電子ビーム（ＥＢ）放射線を包含することができる。
【0114】
セパレーターをコーティングするための表面改質組成物は、触媒を含んでいてよい。適切な触媒には、限定するものではないが、ジブチルスズジラウレートおよびジブチルスズアセテートのようなジアルキルスズジカルボキシレート、３級アミン、オクチル酸スズや酢酸スズのようなカルボン酸のスズ塩、およびその他が含まれる。他の有用な触媒には、限定するものではないが、キングインダストリーズ社により供給されているＫＡＴ ＸＣ６２１２、Ｋ－ＫＡＴ ＸＣ－Ａ２０９およびＫ－ＫＡＴ ３４８のようなジルコニウム含有およびビスマス含有錯体、デュポン社から入手可能なＴＹＺＥＲ登録商標タイプおよびケンリッチペトロケミカルズ社から入手可能なＫＲタイプのようなアルミニウムキレート、およびその他の有機金属触媒、例えばＺｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、およびその他のような金属を含有する有機金属触媒が含まれる。
【0115】
幾つかの実施形態において、組成物は約０.０００１重量％から約０.１重量％の触媒を含有する。幾つかの他の実施形態において、組成物は約０.０００５重量％から約０.００１重量％の触媒を含有する。幾つかの他の実施形態において、組成物は約０.００１重量％から約０.１重量％の触媒を含有する。幾つかの他の実施形態において、組成物は約０.００５重量％から約０.１重量％の触媒を含有する。幾つかの他の実施形態において、組成物は約０.００５重量％から約１重量％の触媒を含有する。
【0116】
１つの実施形態において、本発明の表面改質組成物でコーティングされた電気化学基材は、２００℃で３分間加熱された場合に、１０％またはそれ未満、７.５％またはそれ未満、５％またはそれ未満、２.５％またはそれ未満、１％またはそれ未満、さらには０.５％またはそれ未満の収縮率を有する。
【0117】
１つの実施形態において、本発明の表面改質組成物でコーティングされた電気化学基材は、コーティングされていない基材と比較して、２５℃において１００％またはより大きな電解質の取り込みを示す。
【0118】
結合剤
【0119】
１つの実施形態において、表面改質組成物は、アノード活物質組成物中で結合剤（バインダー）材料として用いることができる。アノード活物質組成物はスラリーとして提供されることができ、本願ではアノードスラリーと呼ばれてよい。アノードスラリーは、活物質、導電剤、結合剤材料、および溶媒を含むことができる。表面改質組成物は、スラリーと混合される。
【0120】
適切な活物質の例には、限定するものではないが、グラファイト、黒鉛結晶、シリコン、または炭化ケイ素が含まれる。適切なグラファイト材料には、人工グラファイト、天然グラファイト、繊維グラファイトその他が含まれる。アノードスラリー中の活性アノード材料の量は、約５０重量％から約９０重量％、約６０重量％から約８５重量％、または約７０重量％から約８０重量％であることができる。
【0121】
１つの実施形態において、導電剤は、カーボンブラック、アセチレンブラック、またはグラファイトから選択される。この活性剤は、約１重量％から約２０重量％、約５重量％から約１５重量％、または約７重量％から約１０重量％の量で存在することができる。
【0122】
結合剤は、本発明による表面改質剤を含有する表面改質組成物を含むことができる。表面改質組成物は単独で、または他の材料と共に使用されて、結合剤を形成することができる。
【0123】
１つの実施形態において、結合剤はポリアルキレンオキシドで変性されたシリコーンポリマーを含んでいる。１つの実施形態において、結合剤はポリアルキレンオキシドで変性されたシリコーンポリマーおよびアクリレートエマルジョンポリマーを含有する組成物を含んでいる。アクリレートエマルジョンポリマーは、スチレンアクリレートエマルジョンポリマーであることができる。「スチレンアクリレートエマルジョンポリマー」とは、エチレン性不飽和（メタ）アクリレートまたはスチレンの両者から誘導されたポリマー単位を少なくとも５０重量％含んでいるエマルジョンポリマーであり、そこにおいてポリマーは、これらの種類のポリマー単位のそれぞれを少なくとも５％含んでいる。適切なスチレンアクリレートエマルジョンポリマーの例には、限定するものではないが、商品名ＲｈｏｐｌｅｘＴＭの下に販売されているものが含まれる。ポリアルキレンオキシドで変性されたシリコーンポリマーおよびアクリルエマルジョンの混合物を含む結合剤組成物において、ポリアルキレンオキシドは約１重量％から約７０重量％、約０.５重量％から約５０重量％、または約０.１重量％から約７０重量％の量で存在し、そしてエマルジョンポリマーは約０.１重量％から約５０重量％、約０.５重量％から約７０重量％、または約０.１重量％から約７０重量％の量で存在する。
【0124】
１つの実施形態において、結合剤として用いられる表面改質組成物は、式１ｄのポリアルキレン変性されたシリコーンポリマーから選択され、ここでＭ１またはＤ１またはＴまたはＱのＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ１８、Ｒ１９、およびＲ２０の１つまたはより多くはポリアルキレンオキシド基から選択される。１つの実施形態において、Ｒ５またはＲ６の一方はポリアルキレンオキシド官能基である。
【0125】
１つの実施形態において、結合剤は構造：
を有し、式中ｎおよびｍは１から５００の間であることができる。
【化35】
を有し、式中ｎおよびｍは１から５００の間であることができる。
【0126】
さらに別の実施形態において、結合剤はシリル化ポリウレタン材料から選択される。
【0127】
結合剤材料は、１０重量％までの量で存在することができる。１つの実施形態において、結合剤は約０.１重量％から約１０重量％、約１重量％から約８重量％、約２重量％から約６重量％、または約４重量％から約５重量％の量で存在する。
【0128】
アノードスラリーはまた、溶媒を含んでいてよい。溶媒は、特定の目的または意図する用途に対して所望に応じて選択することができる。１つの実施形態において、溶媒は水である。１つの実施形態において、溶媒は、限定するものではないが、Ｎ－メチル－２ピロリドン（ＮＭＰ）、アセトン、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）、およびジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）のような有機溶媒である。
【0129】
アノードスラリーはまた、限定するものではないが、増粘剤、分散剤その他を含む、組成物にとって適切な他の材料を含んでいてよい。
【0130】
結合剤は、電極（即ち、アノードまたはカソード）に付着するよう十分に接着性でなければならない。必要であれば、結合剤組成物はさらに、接着を容易にするために１つまたはより多くの接着剤を含むことができる。適切な接着材料には、限定するものではないが、ポリ（酢酸ビニル）系の接着剤（ＰＶＡｃ）、ポリエステルまたはポリオール系のポリウレタン、スチレン－ブタジエンコポリマーおよびターポリマー、エチレン－プロピレンおよびエチレン－プロピレン－ジエン合成ゴム、ポリオレフィン、ポリ（フッ化ビニリデン）、およびポリアミドといったポリマーおよびコポリマーが含まれる。こうした結合剤の混合物もまた有用である。例示的な結合剤は、ポリ（酢酸ビニル）、ポリ（酢酸ビニル－コ－ビニルアルコール）、およびポリ（エチレン－コ－酢酸ビニル）のようなポリ（酢酸ビニル）系材料である。
【0131】
電極活物質
【0132】
１つの実施形態において、表面改質剤を含む表面改質組成物は、電極活物質（例えば、アノード活物質またはカソード活物質）をコーティングするために用いることができる。実施形態において、活物質をコーティングするための表面改質組成物は、本願に記載した式（１ｂ'）のシランを含んでいる。コーティングされるアノード活物質は特に限定されず、意図する目的または用途について所望に応じて選択することができる。カソード電極材料の例には、限定するものではないが、ＭｎＯ２、ＮｉＯ、ＮｉＯＯＨ、Ｃｕ（ＯＨ）２、酸化コバルト、ＰｂＯ２、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｃｕ２Ｏ３、ＣｕＡｇＯ２、ＣｕＭｎＯ２、およびこれらの２つまたはより多くの適切な組み合わせを含むことができる。１つの実施形態において、アノード活物質は、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｃｅ、Ｎｉ、Ｆｅおよびこれらの酸化物からなる群より選択される少なくとも１つの元素または化合物を含んでいてよい。別の実施形態において、アノード活物質は、限定するものではないが、グラファイト、球状天然グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、およびカーボン繊維（例えば、メソフェーズカーボン繊維）を含む。
【0133】
１つの実施形態において、粒子状であってよい電極活物質を本発明の表面改質組成物で改質すると、粒子凝集体がもたらされる。こうした粒子凝集体は、改質していない粒子と比較して、電極の容量維持率の向上を示すことが見出されている。１つの実施形態において、電極活物質を表面改質剤で改質することにより形成された粒子凝集体は、５００サイクル後に１００ｍＡ／ｇの電流密度において、３８％またはより大きい、４０％またはより大きい、４５％またはより大きい、５０％またはより大きい、さらには８０％またはより大きく、９９％よりは小さな比容量維持率を示す。
【0134】
本記載では、ベストモードを含めて発明を開示し、またデバイスまたはシステムを作成および使用し、関連する方法を実施することを含めて、技術分野のすべての当業者に発明の実施を可能にするために実施例を用いる。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲によって規定され、また当業者に想起される他の実施例を含んでいてよい。そうした他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構成要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言と実質的でない相違を有する均等な構成要素を含む場合には、特許請求の範囲内に包含されることが意図されている。
【0135】
実施例
【0136】
実施例１：フルオロシリコーン表面改質組成物の調製
【0137】
典型的な手順においては、ビニルフルオロシリコーン（第１部）およびヒドリド（第２部）が、特定の比率（３：１、１：１、１：３）で混合され、そして特定量のＰｔ／ＰＤＭＳ触媒（２０ｐｐｍ）が添加されて十分に混合された。この混合物は次いでドクターブレードを用いて、ポリプロピレンセパレーター上に拡延された。コーティングされたセパレーターは次いで、ＵＶ光の下に１８０秒間曝露された。ＵＶに対する曝露は触媒を活性化してビニルとヒドリドを硬化させて、セパレーター表面上に非粘着性の表面をもたらした。コーティングされたセパレーターは次いで、分析のために使用されることができる。
【0138】
実施例２：ポリカーボネート－ｂ－ポリジメチルシロキサン－ｂ－ポリカーボネート（ＰＣ－ｂ－ＰＤＭＳ－ｂ－ＰＣ）表面改質組成物の調製
【0139】
滴下漏斗と凝縮器を備えた２口丸底フラスコに、窒素雰囲気下でヒドロキシル末端ＰＤＭＳを入れた。トルエンを添加して１１０℃に加熱し、そしてオクタン酸スズ（反応物質の０.０１重量％）を添加した。次いで、１,３－ジオキサン－２－オンを滴下漏斗から滴下して添加し、反応物を１１０℃で２４時間にわたって撹拌した。反応混合物を冷却し、氷冷したメタノールを滴下して添加し、固体ポリマーを得た（収率９０％）。固体ポリマーは次いでトルエン中に溶解し、ポリプロピレンセパレーターの表面全体に滴下した。コーティングしたセパレーターは次いで７０℃に保持した熱風オーブン中で乾燥し、溶媒を蒸発させた。コーティングしたセパレーターは次いで、分析に使用した。
【0140】
実施例３：シリル化ポリウレタン（ＳＰＵＲ）系表面改質組成物の調製
【0141】
工程１：ＳＰＵＲ配合物は、ポリオール、ＩＰＤＩ、イソシアネートシランおよび水分捕捉剤を含む。この配合物は入手状態のままであり、追加的に、付加促進剤（Ａ２３５）、水分捕捉剤（Ａ１７１）および疎水化剤（Ａ１２３７）を添加した。すべての成分は十分に混合し、最後にＤＢＴＤＬ（ジブチルスズジラウレート）を添加して十分に混合した。ＳＰＵＲ－８０重量％、１３７Ａ－（アルコキシオリゴマー）－１０重量％（疎水化）；Ａ２３５－２重量％（付加促進剤）、Ａ１７１－１重量％（水分捕捉剤）、触媒－０.１重量％。
【0142】
工程２：ＳＰＵＲ混合物は次いで電極活物質に添加し、乳鉢と乳棒を用いて手作業で粉砕した。この活物質／ＳＰＵＲ混合物に対してスラリーを得るためにＮＭＰを計算した量で添加し、このスラリーで集電体をコーティングした。活物質－９０重量％、導電性ブラック－６重量％、結合剤（ＳＰＵＲ配合物）－４重量％。
【0143】
実施例４：ＰＯＳＳ（はしご型／かご型）系表面改質組成物の調製
【0144】
典型的な手順においては、ポリシルセスキオキサン分子は、溶媒（ＴＨＦ／水）および炭酸カリウムのような塩基の存在下に４０℃で１６時間にわたってシランモノマーを反応させることによって合成された。シランモノマーは、Ａ１７４、Ａ１８７、フェニルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシランのような分子を含んでいる。次いでポリマー混合物は有機溶媒に抽出し、水で洗浄して残留塩基を除去する。ポリマー混合物中の揮発性物質はロータリーエバポレーターで除去し、高真空で処理してさらに精製する。得られた生成物は、固形分含量が９０％を超える粘稠な液体である。上記の樹脂を備えた配合物は、樹脂、溶媒およびＵＶ開始剤、並びにフィラーを用いて調製され、そしてＵＶ光の下に硬化される。使用されたＵＶ開始剤はトリス（ペンタフルオロフェニル）ボレートである。フィラーはＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ジルコニアその他を含むことができる。
【0145】
表面改質した電気化学セパレーターの評価
【0146】
電気化学デバイス用のセパレーターを評価するために、ポリオレフィンおよびセラミックでコーティングしたポリオレフィンを基準として使用し、本発明のシリコーン含有ポリマーでコーティングした場合の性能の特性変化を調べた。典型的な実験例では、セパレーターコーティング配合物は、全配合物に対して樹脂を０～５０重量％とフィラーを０～２０重量％、および溶媒を含んでいる。組成物はまた、０.０１～１重量％の触媒を含んでいる。コーティング組成物は２つまたはより多くの樹脂のブレンドであり、それぞれの樹脂は０～４０重量％である。
【0147】
コーティングされる組成物は周囲雰囲気下で調製され、流延コーティングまたはドクターブレードを用いた拡延によって、セパレーター膜の表面上にコーティングされる。続いてコーティングされたセパレーターは数分間風乾され、紫外線光または加熱オーブン中で所定時間にわたって硬化される。コーティングされたセパレーターは次いで様々な寸法に切断され、ＡＳＴＭ標準によって種々の電気化学特性および物理化学特性が試験される。試料の引張試験はＡＳＴＭ Ｄ８８２およびＡＳＴＭ Ｄ４１２を用いて行い、セパレーターの穿刺強度はＡＳＴＭ Ｄ３７６３を使用して決定した。コーティングされたセパレーターの電気化学試験は２０３２型のコインセルの調製を含み、これについてコインセルのサイクリックボルタンメトリー、サイクル安定性、およびインピーダンス解析を行った。加えて、機械特性、熱特性、収縮性、濡れ性、溶媒取り込み能その他といった性質を、コーティングしたセパレーターについて測定した。
【0148】
実施例５：５％のはしご型ポリシルセスキオキサンで変性したポリプロピレンの調製
【0149】
プロピルおよびエポキシペンダント基を有するはしご状ポリシルセスキオキサン（ＲＨＥＰ）５重量％を１－メトキシプロパノールに分散した。１重量％のトリス（ペンタフルオロフェニル）ボレート（ＲＨＥＰの重量に対して）を分散液に添加し、十分に混合した。流延コーティングを使用して、８ｃｍ×１０ｃｍの大きさのＰＰシートをこの分散液でコーティングした。典型的な手順においては、樹脂と触媒はセパレーター膜上に流延される適切な溶媒中に溶解した。得られたコーティングされたＰＰシートは熱風オーブン中で６０℃において３分間にわたって乾燥し、続いて３８０ｎｍで１８０秒間（それぞれの側について９０秒間）にわたりＵＶ硬化を行った。試験のために調製されたコーティングおよび結合剤の種々の配合物を以下の表１に示している。これらの配合物において、Ｔｏｓｐｅａｒｌは０～２０重量％の間で変化させることができる。配合物中のＲＨＥおよびＲＨＥＰの範囲は、０～１００重量％の間で変化させることができる。配合物中のグリシジルＰＯＳＳの範囲は、０～１００重量％の間で変化させることができる。コポリマー中のＰＣおよびＰＤＭＳの範囲は、ＰＣ：ＰＤＭＳが５：９５からＰＣ：ＰＤＭＳが９５：５の間で変化させてよい。このコポリマーはさらに、他の成分を含む配合物中で０～１００重量％の間で変化させることができる。配合物中のフルオロビニルシロキサンの範囲は、０～９０重量％の間で変化させてよい。
【0150】
材料：実施例において用いられた材料および指定品には、ポリプロピレン（ＰＰ）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）でコーティングしたポリプロピレンのセパレーターフィルムの試料が含まれており、これらは中国のセパラテックス社から購入した。フルオロビニルシロキサン（ＦＳ）、エポキシ含有はしご状ポリシルセスキオキサン（ＲＨＥ）；エポキシおよびプロピル含有はしご状ポリシルセスキオキサン（ＲＨＥＰ）；グリシジル基含有ポリオルガノシルセスキオキサン（ＧＰ、かご状構造）；ポリカーボネート－ポリジメチルシロキサンブロックコポリマー（ＰＣ－ＰＤＭＳ）は研究室で開発し；ＴＯＳＰＥＡＲＬ登録商標粒子（Ｔ１２０；Ｔ１４５：Ｔ３０００；Ｔ４０００）はモメンティブ社から内部的に入手した。合成グラファイト（＜２０μｍ）、ＰＶＤＦはインドのシグマアルドリッチ社から購入した。ＳｕｐｅｒＰ導電性カーボンは、インドのアルファエイサー社から購入した。
【表1】
【0151】
種々のコーティング組成物結合剤の特性を表２に示す。
【表2】
【0152】
ＰＯＳＳのはしご型およびかご型分子並びに配合物、およびビニルフルオロシロキサンをコインセルシステムにおけるセパレーターのコーティングとして試験して、電気化学的性質を決定した。表２において、未コーティングのポリプロピレン（ＰＰ）電池セパレーターを試料１として特定し、アルミナでコーティングしたポリプロピレンを試料２として特定した。試料１および試料２は比較試料であり、これに対して試料番号３から２２は本発明の組成物でコーティングしたポリプロピレンセパレーター基材である。
【0153】
表２から理解されるように、ＰＰは２００℃で３分間にわたって処理した場合にその寸法が２８％収縮することが示されたが、これに対してアルミナでコーティングされたポリプロピレンはその寸法が１００％収縮することが示された。ポリプロピレンセパレーター基材を本発明の組成物でコーティングすると（試料番号３～２２）、収縮特性における顕著な改善があることが着目され、最大で１０％の収縮が観察された。セパレーターの端部における反り挙動もまた着目された。上記のポリプロピレンセパレーター基材は本発明の組成物でコーティングされた場合に、セパレーターが作業中の熱処理に際して反りを生じなかったことが観察された。このことは、ＰＰ表面と本発明のコーティング組成物の間において高い界面相互作用があることを示唆している。このことはまた、本発明の表面改質剤でコーティング／改質された電気化学膜が、従来の未コーティングのＰＰセパレーター膜と比較して、電気化学膜セパレーターの寸法安定性を一貫して改善することを示している。このことは、アルミナでコーティングされたセパレーター基材（試料番号２）または未コーティングのポリプロピレン基材と比較して、本発明の組成物でコーティングされた場合にはセパレーターにおける寸法安定性が維持可能であることを示している。
【0154】
加えて、ＰＰおよびＡｌ２Ｏ３コーティングされたＰＰセパレーターのＬｉＰＦ６／ＥＣ／ＥＭＣ（１Ｍ）電解質取り込み能と比較して、本発明の組成物でコーティングされたセパレーター（試料番号３から２２）は、改善された電解質取り込みを示した。未コーティングのＰＰを基準とすると、本発明のコーティングされた電気化学膜セパレーターが著しく改善された電解質取り込み（＞１００％）を有することが、表２から明らかに示される。リチウムイオンの取り込みが大きければ、より大きな電荷移動が可能となり、これは次いで、比容量の維持を助けることになる。
【0155】
表面改質された電極粒子の評価
【0156】
シリコーン含有ポリマー材料を結合剤として評価することには、結合剤材料を電極活物質および導電剤と物理的に混合することが含まれる。典型的な実験では、１～１０重量％の結合剤が電極活物質（５０～８０重量％）および導電剤（５～１０重量％）と混ぜられて、均一な固相が得られるまで十分に混合された。その後計算された量の溶媒が添加されてスラリーが生成され、このスラリーが次いで集電体上にコーティングされる。この電極は、特定の温度で乾燥した後にコイン形状に切断される。リチウムイオンコインセルが組み立てられ、種々の電流密度においてサイクル安定性および比容量について試験された。加えて、表面改質剤または結合剤材料のそれぞれについて、モルホロジー、空気中熱安定性、粘度その他の各々を決定した。図９Ａは表面改質剤で処理していない電極粒子を示しており、凝集体は形成されていない。図９Ｂは、本発明の表面改質剤を含む粒子凝集体を示している。
【0157】
水性シロキサンおよびＳＰＵＲをコインセルシステムにおける結合剤として試験して、電気化学特性を決定した。
【0158】
表面改質されたセパレーターおよび電極粒子の電気化学的評価
【0159】
方法：
【0160】
半電池の製造：
活物質としてグラファイト、カーボンブラック、およびＰＶＤＦ（７０：２０：１０）を使用し、またＮ－メチルピロリドンを添加することによってスラリーを調製して、半電池を製造した。このスラリーは銅箔上にコーティングし、真空下に６時間にわたり６０℃で乾燥した。電解質添加剤を基準となる電解質ＬｉＰＦ６／ＥＣ／ＥＭＣに対して１重量％添加した。リチウムを対電極として使用した。
活物質としてグラファイト、カーボンブラック、およびＰＶＤＦ（７０：２０：１０）を使用し、またＮ－メチルピロリドンを添加することによってスラリーを調製して、半電池を製造した。このスラリーは銅箔上にコーティングし、真空下に６時間にわたり６０℃で乾燥した。電解質添加剤を基準となる電解質ＬｉＰＦ６／ＥＣ／ＥＭＣに対して１重量％添加した。リチウムを対電極として使用した。
【0161】
コインセルの構造：
セルは２つの電極の間に配置されるセパレーターを種々用いることによって構成し、それらのセルの性能を評価した。新規な結合剤の電気化学的性能については、成分の量は同じに維持したまま、ＰＶＤＦを代替的な結合剤と置き換えることによって活物質スラリーを調製した。
サイクル安定性および比容量の測定：
セルは２つの電極の間に配置されるセパレーターを種々用いることによって構成し、それらのセルの性能を評価した。新規な結合剤の電気化学的性能については、成分の量は同じに維持したまま、ＰＶＤＦを代替的な結合剤と置き換えることによって活物質スラリーを調製した。
サイクル安定性および比容量の測定：
【0162】
測定方法：
バイオロジック社のテスターを用いて１０サイクルにわたり０.２ｍＶ／ｓの掃引速度でサイクリックボルタモグラムを記録した。サイクル安定性およびレート能力はネウェア社の電池デスターＢＴＳ４０００を用いて電流レートを異ならせて試験し、その場合に電流密度は銅の集電体上に装荷された質量に関して計算した。サイクル安定性は５０サイクルにわたって評価し、レート能力は５０サイクルにわたり５つの異なる電流密度において評価した。
バイオロジック社のテスターを用いて１０サイクルにわたり０.２ｍＶ／ｓの掃引速度でサイクリックボルタモグラムを記録した。サイクル安定性およびレート能力はネウェア社の電池デスターＢＴＳ４０００を用いて電流レートを異ならせて試験し、その場合に電流密度は銅の集電体上に装荷された質量に関して計算した。サイクル安定性は５０サイクルにわたって評価し、レート能力は５０サイクルにわたり５つの異なる電流密度において評価した。
【0163】
表面改質された電気化学セパレーター：
【0164】
実施例６：セパレーターコーティングとしてのＰＣ－ＰＤＭＳコポリマー
【0165】
ＰＰ電池セパレーター上のセパレーターコーティングとしてＰＣ－ＰＤＭＳコポリマーを使用した。アノード配合物はグラファイトおよびカーボンブラックからなると共にＰＶＤＦが結合剤として使用されており、またリチウム金属箔が対電極として使用された。コインセルは１００ｍＡ／ｇの電流密度で５０サイクルにわたって分析し、対応する電気化学データを図１Ａに示している。このサイクル安定性の分析では、５０サイクルの終わりの時点で維持された比容量は、最初のサイクルの比容量に対して８０％を超えることが示されている。このことはさらに、ＰＣ－ＰＤＭＳコポリマーが多数サイクルにわたってセパレーター全体についてのリチウムイオンの容易な搬送を可能にし、それによって長いサイクルの間、比容量維持をサポートすることを示唆している。加えて、物理化学特性について、ＰＣ－ＰＤＭＳはまたセルの電気化学的機能をもサポートする。
【0166】
実施例７：シロキサン樹脂（Ｔｏｓｐｅａｒｌ登録商標）でコーティングしたセパレーターの未コーティングのセパレーターと比較してのサイクル安定性
【0167】
サイクル安定性を未コーティングのＰＰセパレーター（塗布されたコーティングなし）およびＴ１４５／ＲＨＥＰ／ＧＰでコーティングされたＰＰセパレーターについて１００ｍＡ／ｇの電流密度で測定し、また２５℃の温度において５０サイクルにわたりセルの分析を行った。未コーティングのＰＰセパレーターおよびＴ１４５／ＲＨＥＰ／ＧＰでコーティングされたＰＰセパレーターの１００ｍＡ／ｇの電流密度におけるサイクル安定性のデータを図１Ｂに示す。この図から、未コーティングのＰＰセパレーターを含むセルおよびＴ１４５／ＲＨＥＰ／ＧＰでコーティングされたＰＰセパレーターを含むセルのいずれの場合においても、５０サイクルの終わりの時点における比容量は同様のままであることが理解される。またこの実験から、Ｔ１４５／ＲＨＥＰ／ＧＰでコーティングされたＰＰは未コーティングのセパレーターと比較して、長いサイクルの間にわたり同様の電気化学的安定性を示すことも理解される。加えて、Ｔ１４５／ＲＨＥＰ／ＧＰでコーティングされたＰＰセパレーターはまた、表２（組成物１３）に示すように、未コーティングのＰＰセパレーターと比較して、反りがなく、収縮がなく、電解質の取り込みが増大するといった、改良された物理化学特性をも示す。これらの改良された特性はすべて、本発明の組成物の存在に基づくものでありえ、本発明の組成物は電気化学セルのサイクルの間における拡張安全性にとって本質的な耐熱性および細孔特性を全般的にもたらす。
【0168】
表面改質された電極粒子：
【0169】
実施例８：結合剤としてのシロキサンおよびスチレンアクリレート（ＳＳＴ２）の水性エマルジョン
【0170】
結合剤：
コインセルの結合剤を試験するために、２０３２型コインセルの半電池を構成した。このプロセスでは、銅箔をカソード用の集電体として使用し、裸のリチウム箔をアノードとして使用した。銅箔はグラファイト、導電性カーボンブラックおよびＳＳＴ２を含むスラリーを結合剤としてコーティングした。未コーティングのポリプロピレンをコインセルのセパレーターとして使用し、コーティングされた銅電極とリチウム対電極の間に配置した。
コインセルの結合剤を試験するために、２０３２型コインセルの半電池を構成した。このプロセスでは、銅箔をカソード用の集電体として使用し、裸のリチウム箔をアノードとして使用した。銅箔はグラファイト、導電性カーボンブラックおよびＳＳＴ２を含むスラリーを結合剤としてコーティングした。未コーティングのポリプロピレンをコインセルのセパレーターとして使用し、コーティングされた銅電極とリチウム対電極の間に配置した。
【0171】
電極の機械的一体性：
シロキサンとスチレンアクリレートの水性エマルジョンである結合剤ＳＳＴ２を使用して、０.２ｍＶ／ｓのランプ速度でサイクリックボルタモグラムすなわちＣＶを行った。このデータを図２に提示する。このサイクリックボルタモグラムは、０.１～３.０Ｖの間の電位ウインドウ内における電極の電気化学的作用を示している。ＣＶ曲線は、充電および放電の間のグラファイトに対応する典型的な電気化学的酸化還元ピークの存在を伴う、電極の一貫した作動可能性を示している。ＳＳＴ２結合剤を用いたグラファイト電極が示す最初の放電曲線は１.２Ｖあたりから始まるトラフ形状を示し、それはより低い電圧までつながっていて、グラファイトの層間の内側へとリチウムイオンがインターカレーションしたことが示される。逆に酸化の間には、０.７Ｖあたりに盛り上がりがあり、それはグラファイト構造からリチウムイオンが出たことを示している。この挙動は何サイクルにもわたって繰り返されることが理解される。このことは、充放電サイクルの間に電気化学的環境の下で、ＳＳＴ２の存在がアノード活物質に対して構造的安定性および機械的一体性をもたらしうることを示唆している。
シロキサンとスチレンアクリレートの水性エマルジョンである結合剤ＳＳＴ２を使用して、０.２ｍＶ／ｓのランプ速度でサイクリックボルタモグラムすなわちＣＶを行った。このデータを図２に提示する。このサイクリックボルタモグラムは、０.１～３.０Ｖの間の電位ウインドウ内における電極の電気化学的作用を示している。ＣＶ曲線は、充電および放電の間のグラファイトに対応する典型的な電気化学的酸化還元ピークの存在を伴う、電極の一貫した作動可能性を示している。ＳＳＴ２結合剤を用いたグラファイト電極が示す最初の放電曲線は１.２Ｖあたりから始まるトラフ形状を示し、それはより低い電圧までつながっていて、グラファイトの層間の内側へとリチウムイオンがインターカレーションしたことが示される。逆に酸化の間には、０.７Ｖあたりに盛り上がりがあり、それはグラファイト構造からリチウムイオンが出たことを示している。この挙動は何サイクルにもわたって繰り返されることが理解される。このことは、充放電サイクルの間に電気化学的環境の下で、ＳＳＴ２の存在がアノード活物質に対して構造的安定性および機械的一体性をもたらしうることを示唆している。
【0172】
サイクル安定性：
同様のプロトタイプを一定の電流レートにおいて、またＰＶＤＦを結合剤とした場合と比較してサイクル安定性に関して分析した。このデータを図３に示している。サイクル安定性分析は２５℃で１００ｍＡ／ｇの電流密度において、５０サイクルにわたって行った。５０サイクルの終わりの時点において、ＳＳＴ２を結合剤とするコインセルの場合には、最初のサイクルの比容量の値に対する比容量の維持率は８０％であることが示された。しかしながら、ＰＶＤＦを結合剤とした場合には、電極は最初の比容量値に対して２２％程度の比容量を維持できた。ＳＳＴ２を結合剤として用いることにより比容量の維持率が高いことは、それが潜在的に、電極の機械的一体性を維持可能であることを示唆している。このことは、アクリル部分およびシロキサン部分の存在に基づくものであってよく、強い静電相互作用および機械的可撓性がもたらされ、セルのサイクルの間に電極の安定性が維持される。
同様のプロトタイプを一定の電流レートにおいて、またＰＶＤＦを結合剤とした場合と比較してサイクル安定性に関して分析した。このデータを図３に示している。サイクル安定性分析は２５℃で１００ｍＡ／ｇの電流密度において、５０サイクルにわたって行った。５０サイクルの終わりの時点において、ＳＳＴ２を結合剤とするコインセルの場合には、最初のサイクルの比容量の値に対する比容量の維持率は８０％であることが示された。しかしながら、ＰＶＤＦを結合剤とした場合には、電極は最初の比容量値に対して２２％程度の比容量を維持できた。ＳＳＴ２を結合剤として用いることにより比容量の維持率が高いことは、それが潜在的に、電極の機械的一体性を維持可能であることを示唆している。このことは、アクリル部分およびシロキサン部分の存在に基づくものであってよく、強い静電相互作用および機械的可撓性がもたらされ、セルのサイクルの間に電極の安定性が維持される。
【0173】
実施例９：結合剤としてのシラン改質ポリウレタン（ＳＰＵＲ）
【0174】
（Ｉ）炭化ケイ素アノードの使用：
シリル化ポリウレタンまたはＳＰＵＲを電極の結合剤として使用した。この実施例においては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）をアノード活物質として、カーボンブラックと共に使用した。電極はＳｉＣ（７０重量％）、カーボンブラック（２０重量％）およびＳＰＵＲ（１０重量％）を含み、ここでＳＰＵＲは結合剤として用いられた。ＣＶが記録され、記録されたスペクトルが図４に示されている。このデータは、結合剤としてのＳＰＵＲの存在下での最初の放電サイクルにおけるトラフから示されるように、最初のサイクル中にＳＥＩ層が形成されたことを示している。その後は一貫した安定な酸化還元サイクルが観察され、ＳＰＵＲが結合剤として容積吸収マトリックスを発現しうることが示唆される。このことはまた、ＳＰＵＲの主鎖に存在するポリマーのソフトセグメントの存在に起因するものであってよく、それは電極活物質における容積膨張を緩和することができる。
シリル化ポリウレタンまたはＳＰＵＲを電極の結合剤として使用した。この実施例においては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）をアノード活物質として、カーボンブラックと共に使用した。電極はＳｉＣ（７０重量％）、カーボンブラック（２０重量％）およびＳＰＵＲ（１０重量％）を含み、ここでＳＰＵＲは結合剤として用いられた。ＣＶが記録され、記録されたスペクトルが図４に示されている。このデータは、結合剤としてのＳＰＵＲの存在下での最初の放電サイクルにおけるトラフから示されるように、最初のサイクル中にＳＥＩ層が形成されたことを示している。その後は一貫した安定な酸化還元サイクルが観察され、ＳＰＵＲが結合剤として容積吸収マトリックスを発現しうることが示唆される。このことはまた、ＳＰＵＲの主鎖に存在するポリマーのソフトセグメントの存在に起因するものであってよく、それは電極活物質における容積膨張を緩和することができる。
【0175】
（ＩＩ）グラファイト、ＳｉＯおよびカーボンブラックアノードの使用：
別の実施例においては、ＳＰＵＲ（６重量％）がグラファイト（７７重量％）、ＳｉＯ（１３重量％）およびカーボンブラック（４重量％）を含むアノード用の結合剤として使用された。このアノードは、室温において６時間にわたり湿気に曝露することによって硬化された。コインセルの分析は、結合剤としてのＳＰＵＲの存在下における電気化学的性能は繰り返してのサイクルにわたって一貫性があることを示しており、それが図５に示されている。ＣＶデータ（図５）は、電極活物質内へのリチウムイオンのインターカレーションおよびデインターカレーションに起因する、典型的な電気化学的応答を示している。ＳｉＯの存在下において、ＳＰＵＲはサイクルの継続に伴って一貫した電気化学的応答を示した。このことは、アノード活物質（ＳｉＯのような）の表面とＳＰＵＲとの間に適切な相溶性があることを示しており、それによりサイクルの間における電極の機械的な一体性の保持が導かれる。
別の実施例においては、ＳＰＵＲ（６重量％）がグラファイト（７７重量％）、ＳｉＯ（１３重量％）およびカーボンブラック（４重量％）を含むアノード用の結合剤として使用された。このアノードは、室温において６時間にわたり湿気に曝露することによって硬化された。コインセルの分析は、結合剤としてのＳＰＵＲの存在下における電気化学的性能は繰り返してのサイクルにわたって一貫性があることを示しており、それが図５に示されている。ＣＶデータ（図５）は、電極活物質内へのリチウムイオンのインターカレーションおよびデインターカレーションに起因する、典型的な電気化学的応答を示している。ＳｉＯの存在下において、ＳＰＵＲはサイクルの継続に伴って一貫した電気化学的応答を示した。このことは、アノード活物質（ＳｉＯのような）の表面とＳＰＵＲとの間に適切な相溶性があることを示しており、それによりサイクルの間における電極の機械的な一体性の保持が導かれる。
【0176】
実施例１０：結合剤としてのシロキサンポリエーテル
【0177】
別の実施例において、トリシロキサンポリエーテル（Ｓｉｌｗｅｔ４０８）が結合剤配合物のための水性添加剤として使用された。この実施例においては、電気化学的アノード配合物は、グラファイト、一酸化ケイ素、カーボンブラックをアノード活物質として含み、またＳＢＲおよびトリシロキサンポリエーテル（Ｓｉｌｗｅｔ４０８またはＳ４０８のような）を結合剤添加剤として含む。
【0178】
比較例として、結合剤ＳＢＲおよびＣＭＣを２：１の比率で含む対照配合物を調製した。試験用の配合物は、ＳＢＲおよびトリシロキサンポリエーテル（Ｓｉｌｗｅｔ４０８）添加剤を２：１の比率で用いて調製した。
【0179】
対照例：
充電および放電を含む１０の連続サイクルにわたって対照配合物および試験配合物の両者についてＣＶデータを記録し、図６に示した。ＳＢＲ／ＣＭＣ結合物含有セルについての最初の放電サイクルは１.２Ｖあたりにピークを示し、その後は０.７Ｖを超えたところでピークが継続的に低下した。１.２Ｖあたりのピークはグラファイト面間へのリチウムイオンの挿入に起因して形成されたものであってよく、また０.７Ｖを超えたところのピークの低下は、グラファイトの基底面とエッジに対するリチウムイオンの連続的な挿入に起因して生ずるものであってよい。対応する酸化のピークは、酸化プロセスにおけるリチウムイオンの取り出しを示唆している。
充電および放電を含む１０の連続サイクルにわたって対照配合物および試験配合物の両者についてＣＶデータを記録し、図６に示した。ＳＢＲ／ＣＭＣ結合物含有セルについての最初の放電サイクルは１.２Ｖあたりにピークを示し、その後は０.７Ｖを超えたところでピークが継続的に低下した。１.２Ｖあたりのピークはグラファイト面間へのリチウムイオンの挿入に起因して形成されたものであってよく、また０.７Ｖを超えたところのピークの低下は、グラファイトの基底面とエッジに対するリチウムイオンの連続的な挿入に起因して生ずるものであってよい。対応する酸化のピークは、酸化プロセスにおけるリチウムイオンの取り出しを示唆している。
【0180】
試験例：
ＳＢＲおよびＳｉｌｗｅｔ４０８を含有するコインセルについて行った後続のサイクルにおいて、上記の対照例において示されたのと類似する傾向が記録され、電極の安定性が示された。Ｓｉｌｗｅｔ４０８を共結合剤として含有するコインセルは対照例と同様の結果を示した。このデータを図７に示す。加えて、共結合剤をＣＭＣからＳｉｌｗｅｔ４０８に変更した場合、付加的なピークは記録されず、Ｓｉｌｗｅｔ４０８が電気化学的プロセスに対する何らかの干渉を生成しなかったことが示された。この研究は、ＣＭＣまたはＳｉｌｗｅｔ４０８が共結合剤としてＳＢＲと共に存在する場合の、電極の安定性を明らかにしている。連続するサイクルについてＣＶ挙動が変化しないことは、Ｓｉｌｗｅｔ４０８が共結合剤として添加された場合にＣＭＣと同様の性能をもたらしうることを示している。
ＳＢＲおよびＳｉｌｗｅｔ４０８を含有するコインセルについて行った後続のサイクルにおいて、上記の対照例において示されたのと類似する傾向が記録され、電極の安定性が示された。Ｓｉｌｗｅｔ４０８を共結合剤として含有するコインセルは対照例と同様の結果を示した。このデータを図７に示す。加えて、共結合剤をＣＭＣからＳｉｌｗｅｔ４０８に変更した場合、付加的なピークは記録されず、Ｓｉｌｗｅｔ４０８が電気化学的プロセスに対する何らかの干渉を生成しなかったことが示された。この研究は、ＣＭＣまたはＳｉｌｗｅｔ４０８が共結合剤としてＳＢＲと共に存在する場合の、電極の安定性を明らかにしている。連続するサイクルについてＣＶ挙動が変化しないことは、Ｓｉｌｗｅｔ４０８が共結合剤として添加された場合にＣＭＣと同様の性能をもたらしうることを示している。
【0181】
セルのサイクル安定性は１００ｍＡ／ｇの定電流において５００サイクルにわたって分析され、定電流充放電の観察記録が図８に示されている。
【0182】
実施例１１：アノード材料としてのグラファイト／ＳｉＯ
【0183】
対照実験例：
電極は、グラファイト、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、およびカーボンブラックから重量％で７７／１３／６の比率で構成された。対照試料の電極では、ＳＢＲ－ＣＭＣ（２：１）の混合物が結合剤として使用された。一定の１００ｍＡ／ｇの電流密度における定電流充電－放電挙動は、最初のサイクルでは６８７ｍＡｈ／ｇの比容量がもたらされ、そしてこの比容量が５００サイクル後に６８ｍＡｈ／ｇまで低下したことを示し、５００サイクル後には最初のサイクルに対して僅かに１０％の比容量しか維持されなかったことが示唆された。１０サイクル目では比容量は１９９ｍＡｈ／ｇまで低下し、このことは１０サイクル目において比容量が７０％低下したことを示していた。しかしながら１０サイクル目以降では、単位当たりの充放電効率は１に近かった。多数サイクルを超えての比容量の減少は、繰り返しての膨潤による電極の機械的一体性の喪失や、活物質組成物における一酸化ケイ素の存在に起因するものでありうる。これは、サイクルの間においてグラファイト／ＳｉＯのアノードが受ける容量の拡張が、ＳＢＲ－ＣＭＣの結合剤配合物によって緩和されないことを示唆している。
電極は、グラファイト、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、およびカーボンブラックから重量％で７７／１３／６の比率で構成された。対照試料の電極では、ＳＢＲ－ＣＭＣ（２：１）の混合物が結合剤として使用された。一定の１００ｍＡ／ｇの電流密度における定電流充電－放電挙動は、最初のサイクルでは６８７ｍＡｈ／ｇの比容量がもたらされ、そしてこの比容量が５００サイクル後に６８ｍＡｈ／ｇまで低下したことを示し、５００サイクル後には最初のサイクルに対して僅かに１０％の比容量しか維持されなかったことが示唆された。１０サイクル目では比容量は１９９ｍＡｈ／ｇまで低下し、このことは１０サイクル目において比容量が７０％低下したことを示していた。しかしながら１０サイクル目以降では、単位当たりの充放電効率は１に近かった。多数サイクルを超えての比容量の減少は、繰り返しての膨潤による電極の機械的一体性の喪失や、活物質組成物における一酸化ケイ素の存在に起因するものでありうる。これは、サイクルの間においてグラファイト／ＳｉＯのアノードが受ける容量の拡張が、ＳＢＲ－ＣＭＣの結合剤配合物によって緩和されないことを示唆している。
【0184】
試験的実験例：
試験的実験例においては、トリシロキサンポリエーテル（Ｓｉｌｗｅｔ４０８として商業的に入手可能）を、結合剤としてのＣＭＣに代えて、上記の対照試験例において記載したのと同じアノード材料の組み合わせに対して添加した。
試験的実験例においては、トリシロキサンポリエーテル（Ｓｉｌｗｅｔ４０８として商業的に入手可能）を、結合剤としてのＣＭＣに代えて、上記の対照試験例において記載したのと同じアノード材料の組み合わせに対して添加した。
【0185】
グラファイト、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、およびカーボンブラックを含む電極を、ＳＢＲ／Ｓｉｌｗｅｔ４０８と組み合わせて用いた。初期比容量は１００ｍＡ／ｇの電流密度において８３６ｍＡｈ／ｇであることが示され、これは対照試料（上記）の電極と比較してより高かった。加えて、５００サイクル後における維持容量は３８％であることが示され、これは対照試料の電極と比較して顕著に高い。さらに、１０サイクル目以降のサイクルあたりの効率は１に近かった。同じアノード材料の組み合わせにおいて結合剤としてＣＭＣに代えてトリシロキサンポリエーテル（Ｓｉｌｗｅｔ４０８）を塗布すると、電極の安定性が増大される結果になる。
【0186】
本発明は、リチウムイオン２次電池用の電気化学セルにおける電気化学セパレーターの構造的属性を著しく変化させる表面改質組成物を提供する。この表面改質剤は、セパレーター基材を収縮に対して抵抗性（１０％またはそれ未満の範囲）とし、また端部における反りに対して抵抗性とすることによってその寸法安定性を首尾よく増大させるだけでなく、セパレーター基材の電解質取り込みを顕著に増大させる。かくして、電気化学セルの性能および安全属性は大きく改善される。さらに、本発明の表面改質剤は電極粒子を改質し、結果として粒子凝集体をもたらす。こうした粒子凝集体は、電極の容量維持の向上を示す。換言すれば、本発明の表面改質剤は、リチウムイオン電池用の電気化学セルの性能および安全属性に対し、これまで知られていなかった大きな影響を有している。
【0187】
以上においては本技術の実施形態を記載しており、本明細書を読了および理解すれば、修正および変更が他者に想起されてよいことは明らかである。以下の特許請求の範囲は、請求項またはその均等物の範囲内に入るすべての修正および変更を包含することを意図している。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【国際調査報告】