[发明专利]燃料电池隔板用片状成形材料、其制造方法及燃料电池用隔板

说明书

技术领域

本发明涉及片状成形材料、其制造方法及使用该片状成形材料形成的燃料电池用隔板，该片状成形材料用于磷酸型燃料电池、直接甲醇型燃料、固体高分子型燃料电池等的燃料电池用隔板，这些燃料电池用于电池汽车电源、便携式电源、紧急电源等。

背景技术

将氢和氧的电化学反应获得的能量转化为电能的燃料电池，被广泛应用于便携式设备、汽车等各种用途。该燃料电池一般是将在电解质膜的两面上具备电极及碳纸(carbon paper)等的气体扩散层的膜、电极复合体(以下称为MEA)，用至少在一面上形成有用于对燃料(氢气等)、氧化剂(空气或氧)或者单元进行冷却的制冷剂用流路的两张隔板夹住的基本构成单元(以下称为单个单元)，数十个到数百个串联层叠而获得实用性电能。

所以，为了提高燃料电池的发电效率，对于这些燃料电池的隔板，要求其具有“导电性”的同时，根据燃料电池的小型化的要求，对隔板的“薄型化”也有很高的要求。另外，如上所述，为了获得实用性电能的燃料电池，通常将多张隔板沿厚度方向层叠后使用，因此，要求隔板本身具有非常精确的厚度，从而降低隔板和MEA之间及燃料电池单元之间的接触电阻，并且确保被导入燃料电池的各种气体或液封用的密封条或密封垫的气密性或水密性。从所述观点可知，期望一种具有高导电性和薄型化以及高精度厚度的、用于制造隔板的成形材料。另外，还需要一种能够低成本制造隔板的方法，从而获得经济性和高生产性。

因此提出了一种方案，即将导电剂和热塑性树脂混合后，通过挤压成形法或热轧制等惯用的方法，制成片状的成形材料，其次，用具备燃料及/或氧化剂流路的模具，将该片状成形材料制成规定的隔板(例如参考特许文献1及2)。

但是，在该方法中，在对热塑性树脂和作为导电剂使用的石墨等的导电性粒子的混合物进行混练的工序中，以及对该混合物进行挤出加工时，会向热塑性树脂和导电剂施加强剪断力和压力。由此，导电性粒子粉碎，从而造成导电性粒子数量增加，导电性粒子之间的接触电阻增加，该片材成形后制成的隔板的导电性下降等问题。

另外，为了提高隔板的导电性，使混合物中的导电剂的比率增加到80重量％以上时，在所述混合物的混练工序，薄片化工序以及成形工序中，需要更大的剪断力和压力。结果，难以获得隔板所要求的导电性能，并且由于含有高浓度的导电剂，使加工性变差而难以制成薄片。再者，对这样的片材成形后获得的隔板，缺乏模具形状的转印性，容易产生尺寸精度不良，厚度精度成为问题。

在专利文献3中，提出了另外一种方法，作为不向导电剂施加强剪断力或压力即可获得导电性薄片的方法，是在无纺布上涂布所谓的导电性涂料，该导电性涂料是将石墨等的导电性粒子均匀分散于环氧树脂中而成。

但是，根据该方法，为了将均匀分散有导电性微粒的环氧树脂均匀地涂布在无纺布上，需要将导电性微粒的添加量降低到35～60重量％左右，并确保其流动性，但以这样的导电性微粒量，想要获得燃料电池用隔板所要求的200mΩ·cm以下的导电性完全是不可能的。

所以，在现有的薄板冲压成形、薄板轧制成形、冲孔成形中，难以制成具有燃料电池用隔板所要求的高度的导电性的、适合生产薄而厚度精度高的隔板的成形材料。

另外，还提出了一种方案，即将使具有直径0.1～20μm的热塑性树脂纤维和内部具有均匀分布的导电性粉粒体的无纺布加热软化后，在模具中成形获得燃料电池用隔板(例如参考专利文献4)。但是在这种方法中，虽然可以制成厚度为0.05mm左右的片状成形材料，但由于在无纺布内部分布有导电性粉粒体，导致出现不能制成薄片状成形材料，同时不能制成超薄型的隔板的问题。另外，以热塑性树脂纤维和导电性粉粒体为原料，一旦包含制备无纺布的工序，所以不利于提高生产效率，而且制成的无纺布的厚度精度也有变低的倾向。

专利文献1：特开2001-122677号公报

专利文献2：特开2002-198062号公报

专利文献3：特开2003-89969号公报

专利文献4：特开2004-356091号公报

发明内容

所以，本发明的目的在于解决上述以往技术存在的问题，具体地讲，就是提供一种具有优良的导电性，比以往更薄的、且具有高精度厚度的、用于制备燃料电池隔板的片状成形材料和其制造方法，以及用该成形材料制成的燃料电池用隔板。