[发明专利]液体组合物的制造方法、催化剂层形成用涂覆液的制造方法和膜电极接合体的制造方法

说明书

提供：形成固体高分子电解质膜或催化剂层时能不易产生裂纹的液体组合物或催化剂层形成用涂覆液的制造方法；形成催化剂层、固体高分子电解质膜时能不易产生裂纹的膜电极接合体的制造方法。使含有具有环结构的构成单元和具有离子交换基团的构成单元的聚合物(x)、或含有侧基上具有2个离子交换基团的构成单元和短链的侧基上具有1个离子交换基团的构成单元中的任一者或两者的聚合物(y)分散于包含水和烃系醇的介质中，制备聚合物(x)或聚合物(y)的浓度为10～26质量％的分散液，将分散液和氟系溶剂混合，使得聚合物(x)或聚合物(y)的浓度与氟系溶剂的浓度的总计成为12～35质量％，从而制备液体组合物。

技术领域

本发明涉及液体组合物的制造方法、催化剂层形成用涂覆液的制造方法和膜电极接合体的制造方法。

背景技术

固体高分子形燃料电池例如为在2个分隔件之间夹持膜电极接合体而形成单元并将多个单元堆叠而成的燃料电池。膜电极接合体具备：具有催化剂层的阳极和阴极；以及，配置于阳极与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将包含具有离子交换基团的聚合物、水和有机溶剂的液体组合物涂布并干燥而形成。另外，膜电极接合体中的催化剂层例如通过将混合有液体组合物和催化剂的催化剂层形成用涂覆液涂布并干燥而形成(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

然而，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有如下问题：将催化剂层形成用涂覆液、液体组合物涂布后干燥时容易产生裂纹。特别是，具有离子交换基团的聚合物为包含具有环结构的构成单元和具有离子交换基团的构成单元的聚合物(x)的情况下，形成催化剂层、固体高分子电解质膜时容易产生裂纹。另外，即使在不包含具有环结构的构成单元的情况下，包含在侧基上具有2个离子交换基团的构成单元或在后述的式(u3)所示的短链的侧基上具有1个离子交换基团的构成单元作为具有离子交换基团的构成单元的聚合物(y)的情况下，形成催化剂层、固体高分子电解质膜时也容易产生裂纹。

为了在形成催化剂层、固体高分子电解质膜时不易产生裂纹，考虑了提高催化剂层形成用涂覆液、液体组合物的粘度。而且，为了提高催化剂层形成用涂覆液、液体组合物的粘度，考虑了提高催化剂层形成用涂覆液、液体组合物中的具有离子交换基团的聚合物的浓度。

然而，如果过度提高催化剂层形成用涂覆液、液体组合物中的聚合物(x)、聚合物(y)的浓度，则催化剂层形成用涂覆液、液体组合物容易凝胶化，不易形成均匀的催化剂层、固体高分子电解质。因此，对于提高催化剂层形成用涂覆液、液体组合物中的聚合物(x)、聚合物(y)的浓度使得催化剂层形成用涂覆液、液体组合物的粘度变得充分高而言存在限度。

专利文献1中，为了提高催化剂层形成用涂覆液的粘度，提出了以烃系醇与氟系溶剂的混合介质为分散介质的方案。然而，即使为专利文献1的催化剂层形成用涂覆液，粘度也没有充分高，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氟系溶剂的方案。然而，专利文献2的催化剂层形成用涂覆液是具有离子交换基团的聚合物不易增稠的聚合物，且其浓度低，因此，粘度不高，形成催化剂层时容易产生裂纹。

本发明提供：可以制造形成固体高分子电解质膜时能不易产生裂纹的液体组合物的方法；和可以制造形成催化剂层时能不易产生裂纹的催化剂层形成用涂覆液的方法；以及，形成催化剂层、固体高分子电解质膜时能不易产生裂纹的膜电极接合体的制造方法。