碳板及复合碳板制造技术

本发明专利技术提供具有柔软性、且压缩强度也优异、也具有导电性的薄板状的具有柔软性的碳板。碳板(1)是将(a)包含膨胀石墨粉末95～30wt％及石墨粉末5～70wt％的碳粉末97～80wt％、和(b)不含有氨的酚醛树脂3～20wt％的混合物进行压缩成型、制成厚度0.05～2.0mm而成的，其中，压缩强度为3MPa以上，以弯曲变形为0.6％以上而没有裂缝，接触电阻为6mΩ·cm2以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可作为用于例如固体高分子型燃料电池的燃料电池用隔板、或者作为 用于各种装置的包装使用的、具有柔软性、且压缩强度也优异、也具有导电性的石墨制的薄 板（以下，称为"碳板"），进一步涉及气体不透过性及机械强度增大的、一体地接合了碳板 和金属板的复合碳板。
技术介绍
近年来，作为例如电动汽车的发电装置，固体高分子型燃料电池备受关注。图7及 图8(a)、（b)示出涉及的燃料电池及燃料电池用隔板的一例。 图7是表示构成燃料电池10的单元电池的构成的分解图，图8是表示图7所示的 燃料电池用隔板1的构成的图。图8(a)为平面图，图8(b)为在图8(a)的线X-Y上取得的 剖面图。 固体高分子型燃料电池10成为如下构成：将MEA (membrane electrode assembly:膜/电极接合体）作为单元电池并设数十个~数百个，对阳极7供给作为流体的 燃料气体（氢气），对阴极8供给作为流体的氧化气体（氧气），由此从外部电路中取出电 流，所述MEA是由2张的燃料电池用隔板1将固体高分子电解质膜6、阳极（燃料电极）7和 阴极（氧化剂电极）8经由密封垫9接合而成的。如图8(a)、（b)所示，燃料电池用隔板1为在薄壁的板状体的单面或两面具有多个 的气体供给排出用沟11、对气体供给排出用沟11供给燃料气体或氧化气体的开口部12、用 于并设MEA的固定孔13的形状，具有以使燃料电池内流动的燃料气体和氧化气体不混合的 方式分离的作用，同时，担负通过MEA将发电的电能向外部传递、或通过MEA将产生的热向 外部放热的重要的作用。因此，作为燃料电池用隔板1所要求的特性，可列举：组装时的螺栓拧紧、或相对 于汽车等的振动具有充分的强度、为了减少发电损失而缩小电阻、用于将燃料气体和氧化 气体在其两面完全分离并供给电极的气体不透过性。 作为这样的燃料电池用隔板1，提出了将从生产率或成本方面考虑为有利的热固 化性树脂用作粘合剂的碳复合材料（例如参照专利文献1、2、3等）。 现有技术文献 专利文献 专利文献1:特开昭59-26907号公报 专利文献2:特开2000-173630号公报 专利文献3:特许第3715642号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题 特别是在上述专利文献1、2、3中记载有：通过将碳粉末和热固化性树脂的混合物 利用加压装置进行加热压缩成型、或进行冷态压缩成型，制造燃料电池用隔板。另外，公开 有使用石墨粉末或膨胀石墨粉末作为碳粉末。另外，在专利文献3中记载有：作为热固化性 树脂，从成型性良好等理由出发，优选使用酚醛树脂。 但是，本专利技术人等对上述专利文献中所记载的燃料电池用隔板进一步进行了研究 实验，结果得知存在如下的问题。 作为燃料电池用隔板中使用的热固化性树脂的酚醛树脂在化学上稳定，为阻燃 性，另外，与石墨粉末或膨胀石墨粉末等碳粉末的相容性也良好，进而与环氧树脂等进行比 较时，耐酸性也良好，具有许多优点。 但是，使用石墨粉末作为碳粉末、将该石墨粉末和酚醛树脂一体地结合而制作的 0.05~2mm左右的薄板状的碳板，虽然导电性、耐腐蚀性优异，但过硬而脆，弯曲变形超过 0. 6%时，产生裂缝，在柔软性上存在问题。因此可知：在作为例如燃料电池用隔板使用的情 况下，关于稳定的水路（沟）形成、耐久性，需要进一步改良。另一方面，将膨胀石墨粉末和 酚醛树脂一体地结合而制作的膨胀石墨制的薄板状碳板具有放热性、耐腐蚀性，但过于柔 软，压缩强度为低于3MPa，容易永久变形。因此，作为燃料电池用隔板、包装等使用困难。 这样，可知：现有的石墨制的薄板状碳板作为燃料电池用隔板，另外，为了作为包 装使用，在柔软性及压缩强度方面需要进一步改良。 本专利技术人等许多研究实验的结果找到：作为碳粉末，将膨胀石墨粉末和石墨粉末 以特定的比例进行混合，将该碳粉末与特定量的酚醛树脂、尤其是不含有氨的酚醛树脂同 时进行压缩成型而制作的石墨制薄板状的碳板，在柔软性、压缩强度、进而导电性可以充分 地满足燃料电池用隔板、包装等所要求的值。 即，在制作具有上述良好的特性的碳板时，使用不含有氨的酚醛树脂是重要的。酚 醛树脂目前广泛使用氨作为聚合催化剂，氨残留在树脂中。但是，如后所述，可知：含有氨的 酚醛树脂的情况，保持于温水中时，弯曲变形的性能劣化，不能得到使用膨胀石墨时的碳板 的柔软性和弯曲变形的特性。 进一步可知：将具有上述良好的特性的碳板和金属板一体地接合成的复合碳板， 具有优异的气体不透过性，另外，拉伸强度等机械强度也增大。 即，本专利技术的目的在于，提供具有柔软性、且压缩强度也优异、也具有导电性的薄 板状的碳板。 本专利技术的其它目的在于，提供将上述碳板和金属板一体地接合而构成、气体不透 过性优异、另外拉伸强度等机械强度增大的复合碳板。用于解决课题的手段上述目的通过本专利技术的碳板及复合碳板来实现。如果进行简要，则第1本专利技术提 供碳板，其是将（a)包含膨胀石墨粉末95~30wt %及石墨粉末5~70wt %的碳粉末97~ 80wt%、和 (b)不含有氨的酚醛树脂3~20wt %的混合物进行压缩成型、制成厚度0? 05~ 2. 0mm而成的，其特征在于， 压缩强度为3MPa以上，以弯曲变形为0.6%以上而没有裂缝，接触电阻为 6m Q ? cm2以下。 根据第1本专利技术的一实施方式，10点接触电阻的最大值为6mn? cm2以下。 根据第1本专利技术的其它实施方式，所述石墨粉末被所述酚醛树脂包覆。 根据第2本专利技术，提供复合碳板，其是在厚度为10~150 ym的金属板的至少一侧 的面一体地接合了碳板， 其特征在于，所述碳板为上述构成的碳板。 根据第2本专利技术的一实施方式，所述金属板为不锈钢、钢、铝、铝合金、铜、铜合金、 镍、或、镍合金等。 专利技术的效果 本专利技术的薄板状的碳板具有柔软性，且压缩强度也优异，也具有导电性，作为燃料 电池用隔板、或者作为各种设备的包装，能够有效地使用。另外，本专利技术的复合碳板具有作 为上述碳板的特长，同时，与碳板相比，气体不透过性优异，另外拉伸强度等机械强度增大。【附图说明】 图1是说明本专利技术涉及的碳板的一实施例的构成的概略图。 图2(a)是表示加热压缩成型工序或冷态压缩成型工序中使用的加压装置的构成 的概略图，图2(b)是表示树脂固化工序中使用的加热装置的构成的概略图。 图3(a)是用于说明测定接触电阻的方法的图，图3(b)是用于说明用于测定10点 接触电阻的最大值的成形样品中的测定场所的图。 图4(a)、（b)分别是说明本专利技术涉及的复合碳板的第一、第二实施例的构成的概 略图。 图5(a)、（b)是说明本专利技术涉及的复合碳板的制造方法的实施例的概略图。 图6是表示用于制造本专利技术涉及的复合碳板的、在与图2(a)同样的加热压缩成型 工序或冷态压缩成型工序中使用的加压装置的构成的概略图。 图7是表示构成燃料电池的单元电池的构成的分解图。 图8(a)是表示燃料电池用隔板的一实施例的平面图，图8(b)是在图8(a)的线 X-Y上取得的剖面图。【具体实施方式】 以下，按照附图，对本专利技术的碳板进一步详细地进行说明。 实施例1 首先，参照图1，对本专利技术涉及的碳板1的一实施例的整体构成进行说明。本实施 例中，本专利技术涉及的石墨制薄板状的碳板1例如如上所述，本文档来自技高网...

【技术保护点】
碳板，其是将(a)包含膨胀石墨粉末95～30wt％及石墨粉末5～70wt％的碳粉末97～80wt％、和(b)不含有氨的酚醛树脂3～20wt％的混合物进行压缩成型、制成厚度0.05～2.0mm而成的，其特征在于，压缩强度为3MPa以上，以弯曲变形为0.6％以上而没有裂缝，接触电阻为6mΩ·cm2以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：津岛荣树，村上信吉，中塚淳，上村贤一，饭岛孝，
申请(专利权)人：新日铁住金高新材料株式会社，株式会社FJ复合材料，新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP