碳构件、碳构件的制造方法、氧化还原液流电池和燃料电池技术

本发明专利技术涉及可以很好地作为氧化还原液流电池、燃料电池的电池构件使用的碳构件，其特征在于，是将第1层、第2层、和隔着所述第2层与所述第1层对向配置的第3层熔接、一体化而成的，所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且熔体流动速率为0.01～10g/10min，所述第2层含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且熔体流动速率为5～1000g/10min且比所述第1树脂组合物大，熔点为80℃以上且比所述第1树脂组合物低10℃以上，所述第3层由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳构件、碳构件的制造方法、氧化还原液流电池和燃料电池
本专利技术涉及具有碳树脂组合物材料层和多孔质碳材料层一体化了的多层结构的碳构件和其制造方法，特别是涉及适合作为氧化还原液流电池、燃料电池等电池中使用的电池构件的碳构件和其制造方法。本申请基于与2013年4月11日在日本提出的申请特愿2013－082949而要求优先权，将其内容引入本说明书中。
技术介绍
过去，作为电极等的电池构件使用的碳构件的材料，多使用通过高温处理而被烧结了的烧结碳。通过使用烧结碳，能够得到电阻低、耐热性、耐腐蚀性优异的高性能的碳构件。但是，由烧结碳构成的碳构件，存在以下问题：容易破裂，弯曲强度不充分、难以操作。因此，在使用由烧结碳构成的碳构件来制造电池时，操作性和加工性不足，得不到充分的生产性。因此，近年来作为碳构件的材料使用由碳和树脂构成的碳树脂复合材料。由碳树脂复合材料制成的碳构件，容易具有充分的弯曲强度，而且能够使用树脂加工技术容易地进行制造和加工，所以优选。但是，由碳树脂复合材料制成的碳构件，与由烧结碳制成的碳构件相比较，电阻高。因此，例如在将由碳树脂复合材料制成的碳构件与其他的电池构件层叠、配置而形成电池时，存在碳构件和其他电池构件之间的接触电阻大的问题。特别是，在其他电池构件由无纺布、毡、织布等压缩弹性模量小的材料形成时，在以低面压与由碳树脂复合材料制成的碳构件层叠时，接触电阻变得更大。在形成具有由多个电池构件层叠的层叠结构的电池时，为了降低多个电池构件间的接触电阻，将相邻接的电池构件间紧密结合是有效的。例如，作为通过将多个电池构件一体化而降低接触电阻的技术，有专利文献1～专利文献4中记载的技术。此外，作为降低电池的内部电阻的技术，已经提出了含有气相法碳纤维的电极材料(参照例如专利文献5。)。此外，为了提高电池的双极板的导电性，提出了含有碳纳米管的双极板(参照例如专利文献6。)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开昭62－276761号公报专利文献2:日本特开平1－065776号公报专利文献3:日本特开平6－290796号公报专利文献4:日本特开2004－273299号公报专利文献5:日本特开2006－156029号公报专利文献6:日本特开2011－228059号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题在以往的碳构件中，当将相邻的电池构件间用接合剂接合时，电池构件界面的导通不充分。为了解决这样的问题，考虑了作为接合剂含有导电剂。但是，在使用含有导电剂的接合剂来将相邻接的电池构件间接合时，在为了使电池构件界面的导通充分而含有大量导电剂时，接合材的接合性变得不充分，存在电池构件容易剥离的问题。此外，过去在使用由碳构件制成的电池构件来制造电池时，要求能够得到优异的生产性的碳构件。本专利技术鉴于上述现状而完成，其课题是提供能够作为氧化还原液流电池、燃料电池的电池构件很好地使用、具有充分的导电性和弯曲强度，在将其作为电池构件使用来制造电池时，能够得到优异的生产性的碳构件。解决课题的手段【1】.一种碳构件，其特征在于，是将第1层、与所述第1层的至少一侧主面接触而配置的第2层、和隔着所述第2层与所述第1层对向配置的第3层熔接、一体化而成的，所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率为0.01～10g/10min，所述第2层含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且熔体流动速率为5～1000g/10min且比所述第1树脂组合物大，熔点为80℃以上且比所述第1树脂组合物低10℃以上，所述第3层由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成。【2】.如【1】所述的碳构件，其特征在于，所述第1碳材料和/或所述第2碳材料含有平均纤维径0.01～0.3μm的碳纤维1～50质量％。【3】.如【1】或【2】所述的碳构件，其特征在于，所述多孔质碳材料由平均纤维径0.01～0.3μm的碳纤维形成。【4】.如【1】～【3】的任一项所述的碳构件，其特征在于，所述第1碳材料和/或所述第2碳材料含有硼0.01～4质量％。【5】.如【1】～【4】的任一项所述的碳构件，其特征在于，所述第1树脂组合物含有聚丙烯树脂10～99质量％和苯乙烯系热塑性弹性体1～40质量％。【6】.如【1】～【5】的任一项所述的碳构件，其特征在于，所述第2树脂组合物含有选自以下(a)～(c)中的至少一种α－烯烃聚合物10～100质量％，(a)主单体单元丙烯单元与乙烯单元共聚而成的丙烯乙烯共聚物，(b)主单体单元乙烯单元与碳原子数3～10的α－烯烃单元共聚而成的乙烯系共聚物，或、(c)主单体单元1－丁烯单元、与1－丁烯以外的碳原子数2～10的α－烯烃共聚而成的聚丁烯系树脂。【7】.如【1】～【6】的任一项所述的碳构件，其特征在于，所述第2树脂组合物含有无规立构聚丙烯2～40质量％、粘接赋予树脂1～30质量％和苯乙烯系热塑性弹性体0.5～40质量％。【8】.如【1】～【7】的任一项所述的碳构件，其特征在于，所述多孔质碳材料是由碳纤维形成的无纺布，该碳纤维彼此的接触部的至少一部分碳化并结合在一起。【9】.一种碳构件的制造方法，其特征在于，具有以下工序：共挤出成型出第1层和第2层，形成所述第2层与所述第1层的至少一侧主面接触而配置、且所述第1层和所述第2层一体化了的层叠体的工序，以及在所述层叠体的所述第1层上隔着所述第2层对向配置由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成的第3层，在所述第2层的熔点以上的温度下使所述第2层与所述第3层熔接的工序，所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率为0.01～10g/10min，所述第2层含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，熔体流动速率为5～1000g/10min且比所述第1树脂组合物大，熔点为80℃以上且比所述第1树脂组合物低10℃以上。【10】.一种碳构件的制造方法，其特征在于，具有以下工序：挤出成型第1层的第1成型工序，所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率为0.01～10g/10min，挤出成型第2层的第2成型工序，所述第2层含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，熔体流动速率为5～1000g/10min且比所述第1树脂组合物大，熔点为80℃以上且比所述第1树脂组合物低10℃以上，以及与所述第1层的至少一侧主面接触地配置所述第2层，在所述第1层和所述第2层的熔点以上的温度下使所述第1层与所述第2层熔接，形成所述第1层和所述第2层一体化了的层叠体的工序，在所述层叠体的所述第1层上隔着所述第2层对向配置由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成的第3层，在所述第2层的熔点以上的温度下使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳构件，其特征在于，是将第1层、与所述第1层的至少一侧主面接触而配置的第2层、和隔着所述第2层与所述第1层对向配置的第3层熔接、一体化而成的，所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率为0.01～10g/10min，所述第2层含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且熔体流动速率为5～1000g/10min且比所述第1树脂组合物大，熔点为80℃以上且比所述第1树脂组合物低10℃以上，所述第3层由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.11 JP 2013-0829491.一种碳构件，其特征在于，是将第1层、与所述第1层的至少一侧主面接触而配置的第2层、和隔着所述第2层与所述第1层对向配置的第3层熔接、一体化而成的，所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率为0.01～10g/10min，所述第2层含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且熔体流动速率为5～1000g/10min且比所述第1树脂组合物大，熔点为80℃以上且比所述第1树脂组合物低10℃以上，所述第3层由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成，所述多孔质碳材料由平均纤维径0.01～0.3μm的碳纤维形成，所述多孔质碳材料是由碳纤维形成的无纺布，该碳纤维彼此的接触部的至少一部分碳化并结合在一起。2.如权利要求1所述的碳构件，其特征在于，所述第1碳材料和/或所述第2碳材料含有平均纤维径0.01～0.3μm的碳纤维1～50质量％。3.如权利要求1所述的碳构件，其特征在于，所述第1碳材料和/或所述第2碳材料含有硼0.01～4质量％。4.如权利要求1所述的碳构件，其特征在于，所述第1树脂组合物含有聚丙烯树脂10～99质量％和苯乙烯系热塑性弹性体1～40质量％。5.如权利要求1所述的碳构件，其特征在于，所述第2树脂组合物含有选自以下(a)～(c)中的至少一种α－烯烃聚合物10～100质量％，(a)主单体单元丙烯单元与乙烯单元共聚而成的丙烯乙烯共聚物，(b)主单体单元乙烯单元与碳原子数3～10的α－烯烃单元共聚而成的乙烯系共聚物，或(c)主单体单元1－丁烯单元、与1－丁烯以外的碳原子数2～10的α－烯烃共聚而成的聚丁烯系树脂。6.如权利要求1所述的碳构件，其特征在于，所述第2树脂组合物含有无规立构聚丙烯2～40质量％、粘接赋予树脂1～30质量％和苯乙烯系热塑性弹性体0.5～40质量％。7.一种碳构件的制造方法，其特征在于，具有以下工序：共挤出成型出第1层和第2层，形成所述第2层与所述第1层的至少一侧主面接触而配置、且所述第1层和所述第2层一体化了的层叠体的工序，以及在所述层叠体的所述第1层上隔着所述第2层对向配置由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成的第3层，在所述第2层的熔点以上的温度下使所述第2层与所述第3层熔接的工序，所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且在230℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：饭野匡，铃木俊也，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP