[发明专利]液态组合物、催化剂层形成用涂覆液及膜电极接合体的制造方法

说明书

本发明提供能在形成固体高分子电解质膜或催化剂层时不易产生裂纹的液态组合物、催化剂层形成用涂覆液及膜电极接合体的制造方法。使具有‑[CF₂‑CF{(OCF₂CFX)_mO_p(CF₂)_nSO₃H}]‑(其中，X为F或CF₃、m为1～3、p为0或1、n为1～12的整数。)表示的结构单元和来源于四氟乙烯的结构单元的共聚物分散在包含水和烃系醇的介质(其中不包含含氟溶剂。)中，制备前述共聚物的浓度为13～26质量％的分散液，将前述分散液及含氟溶剂以前述共聚物的浓度和前述含氟溶剂的浓度的总和为17～35质量％的方式混合，制备液态组合物。

技术领域

本发明涉及液态组合物、催化剂层形成用涂覆液及膜电极接合体的制造方法。

背景技术

固体高分子型燃料电池是例如在2个分隔件之间夹持膜电极接合体而形成单元电池，将多个单元电池层叠进行堆叠而得到的。膜电极接合体具备：具有催化剂层的阳极及阴极、和配置在阳极和阴极之间的固体高分子电解质膜。

膜电极接合体中的固体高分子电解质膜例如通过涂布包含具有离子交换基团的聚合物、水和有机溶剂的液态组合物并进行干燥来形成。此外，膜电极接合体中的催化剂层例如通过涂布将液态组合物和催化剂混合而得到的催化剂层形成用涂覆液并进行干燥来形成(专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-236122号公报

专利文献2：日本特开2010-146965号公报

发明内容

发明要解决的问题

一直以来，包含具有离子交换基团的聚合物的催化剂层、固体高分子电解质膜存在如下的问题：在涂布催化剂层形成用涂覆液、液态组合物之后进行干燥时容易破裂。为了在形成催化剂层、固体高分子电解质膜时不易产生破裂，可以考虑提高催化剂层形成用涂覆液、液态组合物的粘度。而且，为了提高催化剂层形成用涂覆液、液态组合物的粘度，可以考虑提高催化剂层形成用涂覆液、液态组合物中的具有离子交换基团的聚合物的浓度。

作为具有离子交换基团的聚合物，通常使用具有后述的式(u1)表示的结构单元和来源于四氟乙烯的结构单元的共聚物(H)。但是，如果过度提高催化剂层形成用涂覆液、液态组合物中的共聚物(H)的浓度，则催化剂层形成用涂覆液、液态组合物容易凝胶化，难以形成均匀的催化剂层、固体高分子电解质。因此，在提高催化剂层形成用涂覆液、液态组合物中的共聚物(H)的浓度以使得催化剂层形成用涂覆液、液态组合物的粘度足够高的方面存在限度。

专利文献1中，为了提高催化剂层形成用涂覆液的粘度，提出了将烃系醇和含氟溶剂的混合介质作为分散介质。但是，专利文献1的催化剂层形成用涂覆液的粘度也并非足够高，其在形成催化剂层时容易产生裂纹。

专利文献2中，为了形成不易产生液泛的催化剂层，提出了使催化剂层形成用涂覆液的分散介质中包含含氟溶剂。但是，专利文献2的催化剂层形成用涂覆液由于共聚物(H)的浓度低因而粘度不高，在形成催化剂层时容易产生裂纹。

本发明提供能够制造能在形成固体高分子电解质膜时不易产生裂纹的液态组合物的方法；及能够制造能在形成催化剂层时不易产生裂纹的催化剂层形成用涂覆液的方法；以及能在形成催化剂层、固体高分子电解质膜时不易产生裂纹的膜电极接合体的制造方法。

用于解决问题的方案

本发明具有以下方案。