WO2006068051A1 - 燃料電池セパレータ用シート状成形材料、その製造方法及び燃料電池用セパレータ - Google Patents

Abstract

　　本発明は、薄肉化が可能で、かつ優れた導電性と厚み精度を有する燃料電池セパレータを得るためのシート状成形材料とその製造方法および該成形材料を成形してなる燃料電池用セパレータを提供する。樹脂シートの少なくとも片面に炭素粒子層を有するシート状成形材料であって、前記シート状成形材料中の炭層粒子の割合が７０～９０重量％であることを特徴とする燃料電池セパレータ用シート状成形材料およびその製造方法に関する。

Description

燃料電池セパレータ用シート状成形材料、その製造方法及び燃料電池 用セパレータ

技術分野

[0001] 本発明は、自動車用電源、ポータブル電源、非常用電源等に用いる燐酸型燃料電 池、ダイレクトメタノール型燃料電池、固体高分子型燃料電池等の燃料電池用セパ レータに供するシート状成形材料、その製造方法およびそれを用いてなる燃料電池 用セパレータに関する。 背景技術

[0002] 水素と酸素との電気化学反応により得られるエネルギーを電力として取り出す所謂 燃料電池は、ポータブル機器、自動車等種々の用途に広く利用されると予想されて いる。この燃料電池は、電解質膜の両面に電極及びカーボンペーパー等のガス拡 散層を備えた膜，電極接合体 (以下 MEAと ヽぅ）を、少なくとも片面に燃料 (水素ガス など）、酸化剤 (空気又は酸素)或いはセルを冷却するための冷媒用流路が形成され た 2枚のセパレータで挟んだ基本構成単位 (以下単セルと 、う）を直列に数十力も数 百セル積層することにより実用的な電力を確保するのが一般的である。

従って、これらの燃料電池に用いられるセパレータには、燃料電池の発電効率を高 めるため、「導電性」が求められると同時に、燃料電池の小型化への要求から、セパ レータの「薄型化」への要望も高い。又、上記のように、実用的な電力を得るための燃 料電池は、通常複数枚のセパレータを厚み方向に積層して用いられるため、セパレ ータ自体に高度な「厚み精度」を具備させ、セパレータと MEAの間及び燃料電池セ ル間の接触抵抗を低減するとともに、燃料電池に導入される各種ガスまたは液体シ ール用のパッキンやガスケットの気密性あるいは水密性を確保することが期待されて いる。かかる観点から、高度な導電性と薄型でかつ厚み精度の高いセパレータ生産 に適した成形材料が望まれている。また、経済的な面から高い生産性を有し低コスト でセパレータを製造することができる方法も求められている。

[0003] このような理由で、導電剤と熱可塑性榭脂を混合した後、押し出し成形法あるいは 熱圧延等の慣用の方法でシート状の成形材料を作製し、次いでこのシート状成形材 料を燃料および/あるいは酸化剤流路を具備する金型を用い所定のセパレータを成 形する方法が提案されて!ヽる（例えば特許文献 1及び 2参照)。

[0004] しかし、これらの方法では、熱可塑性榭脂と導電剤として用いられる黒鉛等の導電 性粒子との混合物の混練工程、および該混合物を押出加工する際に、熱可塑性榭 脂と導電剤に強い剪断力と圧力を力けることとなる。これにより、導電性粒子が破砕さ れるため、導電性粒子数が増加し、導電性粒子間の接触抵抗が増加し、該シート材 料を成形して得られるセパレータの導電性が低下するという問題がある。

又、セパレータの導電性を向上させる目的で、混合物中の導電剤の比率を 80重量 %以上に増加させると、前記混合物の混練工程、シート化工程および成形工程で更 に大きな剪断力と圧力が必要となり、結果としてセパレータに望まれる導電性能を得 ることが困難となるとともに、高濃度の導電剤を含むことから、加工性が悪く薄いシー トを得ることが難しくなる。さらに、このようなシート材料を成形して得られるセパレータ は、金型形状の転写性に乏しぐ寸法精度の不良が発生し易ぐ厚み精度が問題と なる。

[0005] 特許文献 3には、導電剤に強い剪断力あるいは圧力を付加することなく導電性の 薄いシートを得る方法として、エポキシ榭脂に黒鉛などの導電性微粒子を均一に分 散した所謂導電性塗料を不織布表面に塗布する方法が提案されている。

しかし、この方法によれば、導電性微粒子を均一に分散したエポキシ榭脂を不織布 の上に均一に塗布するためには、導電性粒子の添加量を 35〜60重量％程度と低く し、流動性を確保する必要があり、この導電性粒子の量では燃料電池用セパレータ に要求される 200m Ω cm以下の導電性を得ることは到底不可能と言わざるを得ない ものであった。

従って、従来のシートスタンビング成形、シート圧延成形、打抜成形では、燃料電 池用セパレータに求められる高度な導電性を有し、薄くて厚み精度の高いセパレー タ生産に適した成形材料を作成することは困難であった。

[0006] また直径 0. 1〜20 mの熱可塑性榭脂繊維と内部に均一に分布する導電性粉粒 体とを有する不織布を加熱軟化させて金型内で成形して得られた燃料電池用セパレ ータ（例えば特許文献 4参照）が提案されている。し力しこの方法では、厚みが 0. 05 mm程度のシート状成形材料は得られるが、不織布内部に導電性粉粒体が分布して いるため、これより薄いシート状成形材料は得られず、超薄型のセパレータが得られ な!、と 、う問題があった。また熱可塑性榭脂繊維と導電性粉粒体とを原料として!、つ たん不織布を作製する工程を含むことになるため、生産効率の点で不利であり、しか も得られる不織布の厚み精度が低くなる傾向にあつた。

特許文献 1 :特開 2001— 122677号公報

特許文献 2：特開 2002— 198062号公報

特許文献 3：特開 2003— 89969号公報

特許文献 4:特開 2004— 356091号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 従って、本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを課題とするもので、具 体的には、優れた導電性を有し、従来よりも薄肉化が可能でかつ高い厚み精度を有 する燃料電池セパレータを得るためのシート状成形材料とその製造方法及び該成形 材料を成形してなる燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明者らは、上記した技術課題を解決するために鋭意検討した結果、榭脂シ一 トの表面に導電性粒子を層状に付着させてシート状成形材料を作製し、そのシート 状成形材料を成形することにより、榭脂と導電性粒子の混練工程が省略され、シート も比較的緩やかな条件で作製が可能となり、導電性粒子の破砕を極めて少なくでき るため、導電性に優れ、薄肉でかつ厚み精度の高い燃料電池セパレータを効率よく 製造することができることを発見した。

即ち、本発明は榭脂シートの少なくとも片面に、導電性粒子を含む粒子カゝらなる 1 つの導電性の粒子層を有するシート状成形材料であって、前記シート状成形材料中 の導電性粒子の含有量が 70〜95重量％であることを特徴とする燃料電池セパレー タ用シート状成形材料を提供するものである。

又、本発明は、榭脂シートの少なくとも片面について、下記の工程（1)、工程 (2)及 び工程 (3)を順次実施することを特徴とする燃料電池セパレータ用シート状成形材 料の製造方法。

工程（1)；榭脂シートの表面に導電性粒子を均一に散布する工程

工程 (2)；前記榭脂シートに前記導電性粒子の一部を付着する工程 工程 (3)；前記工程 (2)において榭脂シートに付着していない導電性粒子を除去 する工程。

さらに本発明は、前記したシート状成形材料を成形してなる燃料電池用セパレータ を提供するものである。

発明の効果

[0009] 本発明のシート状成形材料を用いると、従来になく導電性に優れ、薄肉でかつ厚 み精度の高 、燃料電池セパレータを効率よく製造することができ、かかるセパレータ はポータブル電源、自動車電源、非常用電源等の燃料電池に有効に用いることがで きる。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]2種類の熱硬化性榭脂の複合シートの概念図である。

[図 2]2種類の熱可塑性榭脂の複合シートの概念図である。

[図 3]熱硬化性榭脂と熱可塑性榭脂との複合シートの概念図である。

[図 4]本発明の一実施形態に係わる、片面に黒鉛粒子を散布し、スキージ板で全面 に広げて 、る状態を表す榭脂シートの平面図及び断面図 (A— A)である。

[図 5]榭脂シートに前記黒鉛粒子の一部を付着する状態を表す概念図である。

[図 6]燃料電池セパレ—タ成形用シ―ト状成形材料前駆体力ゝら非付着黒鉛粒子を除 去する装置の概念図である。

[図 7]燃料電池セパレータ成形用シート状成形材料の模式断面図である。

[図 8]積層したシート状成形材料を榭脂の溶融状態下でプレス加圧した時の各段階 の概念図である。

[図 9]本発明の燃料電池用セパレータを示す部分斜視図である。

[図 10]厚み測定点を記入した燃料電池用セパレータの平面図（a)とその断面図 (b) である。 符号の説明

[0011] 1 熱硬化性榭脂層

2 1以外の熱硬化性榭脂層

3 熱硬化性榭脂の複合シート

4 熱可塑性榭脂層

5 4以外の熱可塑性榭脂層

3' 熱可塑性榭脂の複合シート

3グ 熱可塑性榭脂と熱可塑性榭脂との複合シート

6 榭脂シート

7 黒鉛粒子

8 スぺーサー

9 スキージ板

10 カレンダーローノレ

r . · · · ·付着黒鉛粒子

7" · · · · ·非付着黒鉛粒子

11 榭脂シートと黒鉛粒子との熱融着部

12 セパレータ

13 ガス又は液体の流路

14 セパレータのリブ部の頂点

発明を実施するための最良の形態

[0012] 以下本発明をさらに詳しく説明する。

本発明の燃料電池セパレータ用シート状成形材料は、榭脂シートの少なくとも片面 に 1つの導電性の粒子層を有し、該シート状成形材料中の導電性粒子の含有量が、

70〜95重量％であることを特徴とする。導電性粒子の含有量が上記範囲である限り 、前記粒子層は該シート状成形材料の片面のみに形成されても良いし、両面に形成 されても良い。

本発明のシート状成形材料は、シートの表面 (片面或いは両面）に導電性粒子が 存在し、シートの厚さ方向に偏在して 1つの層を形成していることを特徴とする。本発 明の燃料電池セパレータ用シート状成形材料の断面を模式的に図 7に示した。

[0013] 本発明の榭脂シートとしては、空隙を有さなくとも、有していてもよいが、空隙を有す る方が、導電性粒子の比率が高くなり、導電性に優れたセパレータが得られる。また 榭脂シ―トの真比重が大き!、場合 (榭脂シ―ト厚みが最も薄くなる)でも、厚みが大き Vヽシートを本発明に適用でき、得られるシート状成形材料の取扱 、性が向上するの で好ましい。

[0014] 本発明に用いる榭脂シート中の空隙の存在位置、空隙の形状は特に限定するもの ではなぐ榭脂シートの内部に存在してもよぐ榭脂シートの表面に存在してもよい。 使用する導電性粒子の付着を容易にするために、空隙は榭脂シートの表面に開口し た状態で存在することが好ましぐ榭脂シートの表面で空隙の開口面積が大きぐシ ート内部で開口面積力 、さい方が、榭脂シートへの導電性粒子の付着がより確実と なり、より好ましい。

又、使用する導電性材料の形状は空隙の形状に類似したものを選択することが好 ましい。

[0015] 好適な榭脂シートの空隙率は、榭脂シートにより多量の導電性粒子を嵌入すること ができる点、導電性粒子の榭脂シートへの固定が容易になる点、榭脂シートおよび シ―ト状成形材料の取扱い性等から、 30〜90%が好ましぐ更に好ましくは 50〜85 %である。

ここで、榭脂シートの空隙率は、式 (I)により算出することができる。

榭脂シートの空隙率 (％) =[1—（榭脂シートの真の体積) Z (榭脂シートの見力け上 の体積)] X 100 (I)

榭脂シートの真の体積は、榭脂シートの重量を測定し、その数値をシートの比重で 割ることにより算出することができる。また榭脂シートの見かけ上の体積は、シートの 見かけ上の厚み、幅、長さの測定値力も算出することができる。本発明の榭脂シート は、表面に空隙が開口している場合、見かけ上の厚みは榭脂シートの上下平面間の 厚みとする。

[0016] 榭脂シートの空隙の大きさは、使用する導電性粒子の大きさを考慮して決定される 。即ち、大きい導電性粒子を用いる場合は榭脂シ—トの空隙を大きぐ小さい導電性 粒子を用いる場合は榭脂シ—トの空隙を小さくする。

本発明においては、後記の導電性粒子の平均粒子径の範囲から、空隙の平均孔 径は 10〜800 μ mであることが好ましぐ 50〜500 μ mが特に好ましい。

空隙の平均孔径が、この範囲にあれば、導電性粒子を榭脂シートの上に均一に散 布することができ、また、導電性粒子が嵌入した榭脂シートの空隙力も抜け落ちること が少なぐ均質なシート状成形材料を得ることができる。

ここで、空隙の平均孔径は、実体顕微鏡等を用いて得られるシート表面の拡大像 の外接円直径とし、 10mm角のシートに存在する空隙の平均孔径の加重平均値で ある。この場合、空隙がシ―トの厚み方向に貫通している場合は、貫通部の内接円 の最短直径を採用する。

[0017] 本発明で使用する榭脂シートの目付は、 5〜300gZm²であることが好ましぐ 5〜2 OOgZm²であることが特に好ましい。榭脂シートの目付が 5〜300g/m²の範囲にあ れば、後述する導電性粒子の重量と榭脂シートの重量の比率が好適なシート状成形 材料が得られる。これを用いて薄型で厚みバラツキの小さ 、燃料電池用セパレータ を成形することができる。

又、榭脂シートの厚みは、 5〜300 μ mであることが好ましぐ 50〜200 μ mである ことが特に好ましい。榭脂シートの厚みが 5〜300 μ mの範囲であれば、成形して得 られるセパレータの厚み精度を保持し易く、且つ最終的に得られるセパレ タの導電 性を確保する点で好ましい。より厚い榭脂シートを用いると、シートを複数枚積層して セパレータ形状に成形した時に、導電性粒子同士の接点が充分確保できず、セパレ ータの導電性が低下することになる。

[0018] 本発明で使用する榭脂シートの榭脂としては、熱硬化性榭脂、熱可塑性榭脂が挙 げられる。力かる熱硬化性榭脂としては、例えばフエノール榭脂、エポキシ榭脂、ビ- ルエステル榭脂、尿素樹脂、メラミン榭脂、不飽和ポリエステル榭脂、シリコーン榭脂 、ジァリルフタレート榭脂、マレイミド榭脂、ポリイミド榭脂等を挙げることができる。 熱硬化性榭脂は 1種類の榭脂からなるもののみではなぐ 2種類以上の榭脂を混合 しても、 2種類以上の榭脂を層状に形成した複合シートも使用することができる (図 1 参照)。熱硬化性榭脂からなるシートは、熱硬化性榭脂と硬化触媒を溶剤で希釈した 榭脂溶液を作製し、この溶液を離型紙等の上に塗布した後、加熱や減圧を行い塗膜 力 溶剤を除去すること〖こより得ることができる。但し、この榭脂シ一トは、最終的にセ パレータ成形工程で硬化させるベぐ未硬化状態、あるいは未硬化状態又はいわゆ る Bステージ状態で使用することは言うまでもな 、。

[0019] 一方熱可塑性榭脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、シクロォレフイン ポリマー、ポリスチレン、シンジォタクティックポリスチレン、ポリ塩化ビュル、 ABS榭脂 、ポリアミド榭脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフエ-レンエーテル、変性ポ リフエ二レンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポ リブチレンテレフタレート、ポリシクロへキシレンテレフタレート、ポリフエ二レンスノレフィ ド、ポリチォエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート、ポリサル ホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、熱可塑性ポリイミド 、液晶ポリマー、ポリテトラフルォロエチレン共重合体、ポリビ-リデンフルオライドなど のフッ素榭脂、全芳香族ポリエステル、半芳香族ポリエステル、ポリ乳酸、ポリエステ ル .ポリエステルエラストマ一、ポリエステル .ポリエーテルエラストマ一などの熱可塑 性エラストマ一等が挙げられる。

又、熱硬化性榭脂と同様に、熱可塑性榭脂は 1種類の榭脂からなるもののみでは なぐ 2種類以上の榭脂を混合しても、 2種類以上の榭脂を層状に形成した複合シー トも使用することができる (図 2参照)。

熱可塑性榭脂からなるシートは、通常押出機中で溶融させた榭脂を所定の厚みの スリット状ダイスを通して押し出しカ卩ェすることにより得ることができる。

[0020] また本発明の榭脂シートは、熱硬化性榭脂と熱可塑性榭脂を混合したシ―トや 2種 類以上の榭脂を層状に形成した複合シートの使用もできる（図 3参照)。熱硬化性榭 脂が液体状である場合には、榭脂シ—トと導電性粒子との接着剤としても使用可能 である。

[0021] 更に、前記各榭脂シートに繊維などの補強材を添加することもできる。補強材として 使用できる繊維は、ガラス繊維、カーボン繊維、金属繊維または榭脂からなる繊維等 を挙げることができる。

[0022] 前記の熱可塑性榭脂は、各燃料電池の動作温度に対する耐熱性や耐久性に応じ 、適宜選択して用いることができる。

例えば、燐酸型燃料電池に用いる場合、耐蝕性、耐熱性の点から、ポリフエ-レン スルフイド榭脂（以下 PPSという）が好ましぐまた固体高分子型燃料電池、燃料とし てメタノールを用いる所謂ダイレクトメタノール型燃料電池に用いる場合、耐蝕性、機 械的強度の点力 PPSやポリプロピレンが好ましい。 PPSは、溶融粘度が低く導電性 粒子との親和性が高ぐ成形品の導電性や機械的強度を高めることができるので、特 に好ましい。

[0023] これまでの発明者による検討結果から、燃料電池用セパレータに求められる数百 m

Ω ' cm以下の体積抵抗率を、導電性粒子と絶縁体である榭脂を用いて達成するた めには、導電性粒子を 70重量％以上用いる必要があることが判って 、る。

理論上、導電性粒子の径が小さぐ真比重が大きい榭脂シートを用いて導電性粒 子の重量比率を大きくするためには、榭脂シ—トの厚みを薄くする必要がある。 力かる点を考慮すると、本発明に使用する榭脂シ—トの榭脂は、一般的に熱可塑 性榭脂の機械的強度が未硬化の熱硬化性榭脂の機械的強度よりも優れている点と 、本発明のシート状成形材料の取扱い易さを考え合わせると、熱可塑性榭脂が好ま しい。

[0024] 本発明に使用する榭脂シートの具体例としては、例えば合成樹脂のシート、合成繊 維の織物、不織布などが挙げられる。これらのうち、取扱い性に優れ、空隙率が高い 点で不織布が好ましい。

不織布の目付や厚みバラツキは、厚みと空隙率により影響を受けるが、一般に ± 5 〜10%と言われている。本発明の榭脂シ—トの厚みや空隙率の範囲内においては 、不織布自体の厚みバラツキが多少あってもシート状成形材料の作製やそれを用い たセパレ タの作製工程の中で、最終的なセパレータの厚み精度を十分に確保する ことができる。

[0025] 一般的に不織布とは、繊維同士を化学的方法、機械的方法、又はそれらの組み合 わせにより結合や絡み合わせを行った構造物を ヽぅ。

前記不織布は、いかなる種類の不織布でもよぐ例えば、接着剤によって接合され たもの、ニードルパンチ等により機械的に接合されたもの、スパンボンドのように直接 溶融によって接合されたものがいずれも使用できる。不織布の厚み精度がよい点か ら、スパンボンドのように直接溶融によって接合された不織布が好ましい。

[0026] 不織布を構成する繊維の種類は特に制限されないが、容易に繊維化することがで きる点で、熱可塑性榭脂繊維が好ましい。熱可塑性榭脂繊維の熱可塑性榭脂として は、前記榭脂シートの熱可塑性榭脂として例示したものを使用することができる。 また組成の異なる複数の繊維を組み合わせて用いても良い。この場合、繊維の融 点が 10°C以上、好ましくは 30°C以上異なる繊維を組み合わせるのが好ましぐ特に 、芯部が高融点で、鞘部が低融点の繊維で構成された繊維を用いた不織布であるこ とが好ましい。カゝかる不織布であれば、表面に散布した導電性粒子を不織布に付着 させる際に、芯部の高融点繊維の形態が保持したまま、低融点の繊維を溶融させる だけで不織布の繊維表面に導電性粒子を容易に付着させることができる。

[0027] また本発明のシート状成形材料として、炭素繊維を含む不織布を用いることができ る。炭素繊維を用いることにより、成形時の熱膨張を抑えることができ、また成形品の 強度を向上させることができる。かかる炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維、レーョ ン系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維等を挙げることができ、これらを単独、 又は 2種以上の混合物として用いることができる。

更に、シ―ト状成形材料中の導電性粒子の重量範囲を逸脱しない範囲で、不織布 中の炭素繊維表面を前記した熱硬化性榭脂で表面処理して力 用いることができる 。この場合熱硬化性榭脂は、シ―ト状成形材料において、不織布と炭素繊維とのバ インタ、 として作用するだけでなく、後記する本シ ト状成形材料をセパレータ形状 に成形する際には、セパレ—タ中の炭素材料のバインダ—としても効果を発揮する。 例えばエポキシ榭脂と硬化剤とを溶剤に希釈した榭脂溶液に、不織布を浸漬した後 、あるいは不織布に該榭脂溶液をスプレー等の方法で塗布した後、脱溶剤すること により、不織布を表面処理することができる。

[0028] 次に、本発明のシート状成形材料を構成する導電性粒子を含む粒子からなる導電 性の粒子層につ 、て説明する。

本発明は、力かる導電性の粒子層が 1層であることが特徴であり、具体的には、図 7 に例示される。 また粒子層は、導電性の点で導電性粒子を 75重量％以上含むものであることが好 ましぐ 100重量％であるのが最も好ましい。

この粒子層は、榭脂シートの表面に層状に形成されていればよぐ榭脂シートに付 着して、このシートの表面上に形成されていても、粒子が榭脂シート表面の開口した 空隙に嵌入して榭脂シートの表層に形成されて 、てもよ 、。

粒子が榭脂シートの表面に付着せず開口した空隙の中に存在している場合には、 前記の榭脂シートの空隙の平均孔径と導電性粒子の平均粒子径とは一定の関係を 有することが必要である。この関係については、前記した空隙の大きさについて説明 したとおりである。

[0029] 導電性粒子としては、例えば炭素粒子、金属、金属化合物などの粉粒体等を挙げ ることができ、これらの導電性粒子の 1種あるいは 2種以上を組み合わせて使用する ことができる。また本発明は、前記導電性粒子に非導電性粒子あるいは半導電性粒 子を混合して使用することができる。

[0030] 非導電性粒子としては、例えば炭酸カルシウム、シリカ、カオリン、クレー、タルク、 マイ力、ガラスフレーク、ガラスビーズ、ガラスパウダー、ハイド口タルサイト、ウォラスト ナイト等が挙げられる。

半導電性粒子としては、例えば酸ィ匕亜鉛、酸化錫、酸ィ匕チタン等が挙げられる。

[0031] 前記の炭素粒子としては、例えば人造黒鉛、天然黒鉛、ガラス状カーボン、カーボ ンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどが挙げられる。これらの炭素粒 子を単独で、もしくは 2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの炭素粒子 の形状に特に制限はなぐ箔状、鱗片状、板状、針状、球状、無定形等の何れであつ てもよい。また、黒鉛をィ匕学処理して得られる膨張黒鉛も使用することができる。導電 性を考慮すれば、より少量で高度の導電性を有するセパレータが得られるという点で 、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛が好ましい。

[0032] また前記の金属、金属化合物としては、例えば、アルミニウム、亜鉛、鉄、銅、金、ス テンレス、パラジウム、チタンなど、更には、チタン、ジルコニウム、ノ、フニゥム等のホウ 化物などが挙げられる。これらの金属、金属化合物を単独で、もしくは 2種以上を組 み合わせて用いることができる。これらの金属、金属化合物の粉粒体の形状に特に 制限はなぐ箔状、鱗片状、板状、針状、球状、無定形等の何れであってもよい。更 に、これらの金属、金属化合物が非導電性あるいは半導電性材料の粉粒体表面に 被覆されたものも使用可能である。

[0033] 導電性粒子の大きさは、榭脂シートの上に均一に分布させることができる限り特に 制限されないが、成形して得られる燃料電池用セパレータの導電性と機械的性質の 点から、平均粒子径が 1〜800 μ mの範囲のものが好ましぐ特に 50〜600 μ mが 好ましい。

導電性粒子の粒子径の測定方法は、レーザー光回折法、ふるい法などの方法があ る。

レーザー光回折法は、粒子の回折光の強度分布が粒子径の関数であることを利用 するものであり、具体的には炭素粉体を分散させた懸濁液をレーザー光路中に流し 、次々に通過する粒子の回折光をレンズで平面波とし、その半径方向の強度分布を 回転スリットでフォトディテクターに投影して検出するものである。

[0034] また導電性粒子のシート表面での散布の均一性や分布の均一性を損なわな ヽ範 囲で、炭素繊維を併用することができる。この炭素繊維の併用によりセパレ一タの弹 性率を改善することができる。

炭素繊維としては、シート状成形材料表面の導電性粒子と炭素繊維分布を均質と する観点から、炭素繊維の繊維長は 3mm以下、好ましくは lmm以下のものが適用 される。

本発明のシート状成形材料は、成形品の厚みバラツキを小さくするため、見かけ上 の平均厚みは導電性粒子の平均粒子径との関係で 0. 1〜0. 6mmであることが好ま しく、特に 0. 1〜0. 4mmであることが好ましい。

[0035] 次に、本発明の燃料電池セパレータ用シート状成形材料の製造方法について説 明する。

本発明の燃料電池セパレ—タ用シート状成形材料の製造方法としては、例えば (a )榭脂シ トに接着剤を介さず導電性粒子を付着させる方法、 (b)樹脂シートに接着 剤を介して導電性粒子を接着する方法等が挙げられる。これらの方法のうち、導電性 粒子の含有量を高くすることができ、高 、導電性が得られる点で (a)の方法が好まし い。

次に前記 (a)の方法である本発明の燃料電池セパレータ用シート状成形材料の製 造方法について更に詳細に説明する。

即ち、この製造方法は、榭脂シートの片面について、下記の工程（1)、工程 (2)及 び工程（3)を順次実施することにより行われる。

工程（1)は榭脂シートの表面に導電性粒子を均一に散布する工程である。

[0036] 散布方法としては、榭脂シ—ト表面の全面を導電性粒子が覆うように散布し、導電 性粒子と榭脂シートの接触面積がなるべく大きくなるように散布することが好ましい。 導電性粒子の具体的な散布方法としては、特に限定はないが、例えば (A1)多数 のノズルを有する散布装置で必要な量の導電性粒子を均等に榭脂シート上に散布 する方法、（A2)多めの導電性粒子を榭脂シート表面の一端に載せ、スキージ板で 榭脂シートの全面に均一に広げる方法が挙げられる。より均一で凹凸のない導電性 粒子層が得られる点で (A2)の方法が好ましい。この場合、導電性粒子の量は付着 することが予定されて 、る量の 2倍以上の量を散布することが好ま 、。

[0037] 図 4は榭脂シート 6の片面に導電性粒子 7を散布する工程（1)を表す概念図である 上記 (A2)の方法を図 4に基いて説明する。榭脂シート 6の上に導電性粒子を載せ 、次に、導電性粒子を榭脂シート 6の全面に広げる。導電性粒子を広げる方法は種 々ある力 例えば導電性粒子の平均直径の 3〜10倍の高さにあるスぺーサー 8を榭 脂シート 6の両側（上下、又は左右）に置き、スぺーサ一の片側からもう一方の側に沿 つてスキージ板 9で導電性粒子を均一に榭脂シート 6の全面に広げる。スキージ板 9 でシート 6の全面に広げることにより、榭脂シート 6上に一定厚みを有する導電性粒子 の均一な層が形成される。

前記 (b)の接着剤を介する方法は、榭脂シートの表面に導電性粒子を散布する前 に、予め接着剤を塗布するものである。

[0038] 力かる接着剤として使用できる化合物としては、特に限定されず、水性型、溶剤型 及び無溶剤型の!、ずれでもよ 、。

無溶剤型は常温で液体状であることが必要であり、この場合液体状熱硬化性榭脂 であることが好ましい。水性型や溶剤型の接着剤を使用する場合は、榭脂シ—ト上に これらを塗布した後、導電性粒子を散布してから加熱や減圧を行うことにより、接着さ せることができる。又いずれの型の接着剤においても、榭脂シートの融点温度で熱的 に安定なものを使用することが必要である。

榭脂シート及び導電性粒子の両方への接着性に優れる接着剤としては、カルボキ シル基、ヒドロキシル基、アミノ基、スルホン酸基、リン酸基等の官能基を単独又は 2 種以上含有する化合物が好ましいものとして挙げられる。

接着剤を介する方法では、榭脂シートの表面に接着剤層と導電性粒子層を有する 成形材料が得られる。

[0039] 工程 (2)は、前記榭脂シートに導電性粒子の一部を付着する工程である。

榭脂シートに導電性粒子を付着する方法としては、榭脂シート表面に導電性粒子 を散布した後、（B1)加圧口ールゃプレスを用いて導電性粒子を榭脂シートに押しつ け、導電性粒子を榭脂シ—トに付着させる方法、（B2)榭脂シ—トが不織布等繊維か ら構成される場合には、導電性粒子を榭脂シ—トに押しつけて、導電性粒子と繊維と の絡まりを起こさせる方法、（B3)榭脂シートが加熱により軟化もしくは溶融する場合 には、榭脂シート及び Z又は導電性粒子に熱を加えて榭脂シートの全部又は一部を 溶融させた後、冷却して導電性粒子を榭脂シートに熱融着する方法が挙げられる。 又、上記した (B1)〜（B3)の方法を組み合わせても良い。

[0040] 前記方法 (B3)における熱融着の方法としては、例えばカレンダーロール、熱風ヒ 一ター、赤外線ヒーター、水蒸気による加熱などの方法があるが、本発明では、導電 性粒子の飛散防止の点から、カレンダーロール又は赤外線ヒーターによる加熱が好 ましい。

[0041] カレンダーロール加熱の方法を、図 5に基いて具体的に説明する。まずカレンダー ロール 10を榭脂シート 6の熱軟ィ匕温度より 5〜20°C高い温度までに加熱し、工程（1) で用意した榭脂シート 6と導電性粒子 7との積層物の上に、導電性粒子 7と接触させ ながら通過させ、加熱したカレンダーロール 10の熱を導電性粒子 7に伝え、導電性 粒子 7に蓄蔵した熱で導電性粒子 7と接触する榭脂シート 6の局部を溶融させる。次 V、で溶融した榭脂シート 6が自然冷却し、榭脂シート 6と接触した導電性粒子 7が榭 脂シート 6と融着する。

このカレンダー加熱の方法は、榭脂シート 6全体を加熱せず、導電性粒子 7と接触 する榭脂シート 6の局部のみを加熱し他の部分には熱が伝わらないため、熱による榭 脂シート 6の伸縮が生じることがないので、より均一なシート状成形材料を得ることが できる点で好ましい。この際、カレンダーロールの押付圧力が 5kgfZcm以下であれ ば、導電性粒子を破壊せずに榭脂シートに付着することができる。工程 (2)が終了し た時点で、榭脂シ—トに導電性粒子が付着して存在し、更にその上に榭脂シ—ト〖こ 付着していない導電性粒子が載った燃料電池セパレータ用シート状成形材料前駆 体を得ることができる。

また工程（1)において予め榭脂シートに接着剤を塗布した前記 b)の方法では、こ の工程（2)において、例えば接着剤として液体状熱硬化性榭脂を用いる場合には、 この樹脂と接している導電性粒子を、カレンダ—口—ル加熱法等に用いて榭脂シート と接着させることにより導電性粒子の一部を榭脂シートに付着することができる。

[0042] 工程 (3)は、前記工程 (2)で榭脂シートに付着して 、な 、導電性粒子を除去する 工程である。榭脂シート 6と直接接触していない導電性粒子は融着せず、これらの融 着していない導電性粒子を除去することにより、本発明の導電性粒子層を有するシ ート状成形材料を得ることができる。

榭脂シートに付着して 、な 、導電性粒子を除去する方法としては、 (C1)前記燃料 電池セパレータ用シート状成形材料前駆体の天地をひっくり返して榭脂シートに付 着して 、な 、導電性粒子を榭脂シート上力 落下させる方法、（C2)該前駆体の上 方力も吸引ノズルを用いて榭脂シ一トに付着して 、な 、導電性粒子を吸引除去する 方法、（C3)該前駆体の上方力も気体を吹き付け、榭脂シ—トに付着していない導電 性粒子を吹き飛ばして除去する方法が挙げられる。

前記 (C1)の方法により、燃料電池セパレータ用シート状成形材料前駆体を図 6に 示す装置を用いれば、連続的に付着して 、な 、導電性粒子を該前駆体力 除去で きる。この除去した導電性粒子は回収し、再利用することができる。

図 7中の符号 11は熱可塑性榭脂シート 6と導電性粒子 7との熱融着部である。

[0043] 以上の工程（1)、工程 (2)及び工程 (3)を順次実施することにより、榭脂シ—トの片 面に導電性粒子が層状に付着した燃料電池セパレータ用シート状成形材料を製造 することができる。

榭脂シートのもう一方の面に導電性粒子層を形成させる場合には、前記工程で得 られたシート状成形材料の天地をひっくり返し、工程（1)、工程 (2)及び (3)を順次実 施すれば良い。

[0044] 本発明のシート状成形材料の製造方法は、榭脂シートに貫入、熱融着または接着 により導電性粒子を付着して、シート状成形材料を成形する方法を採るので、各工程 にお 、て原料として使用した導電性粒子が殆ど破砕されることがなく、その粒子径が 保持されやす ヽと 、う特徴がある。

本発明の方法によれば、導電性粒子の大きさ及び形状と榭脂シートの表面積を適 宜選択することにより、榭脂シートに付着する導電性粒子の量が設計できる。単位面 積当たりの榭脂シートに付着する導電性粒子の量は、榭脂シートの表面積と導電性 粒子の大きさ及び形状によって規定されるため、通常使用されている榭脂シート及び 導電性粒子を用いることにより、極めてシート状成形材料の厚みと導電性粒子付着 量のノラツキの小さい燃料電池セパレ—タ用シ—ト状成形材料が製造できる。

[0045] 本発明の燃料電池用セパレータは、前記の各工程を経て得られるシート状成形材 料を一枚又は複数枚積層したものを、成形すること〖こより得ることができる。

力かる成形の方法としては、従来から実施されているプレス成形、スタンパブル成 形等が挙げられる。シ―ト状成形材料が熱可塑性榭脂からなる場合と熱硬化性榭脂 力もなる場合に分けて、以下に具体的に説明する。

[0046] シート状成形材料が熱可塑性榭脂からなる場合は、セパレータ形状を具備するキ ャビティ—金型に上記シ―ト状成形材料を少なくとも 1枚設置する。この場合、金型 温度は榭脂シートの融点以下であることが好ましい。金型温度が榭脂シートの融点 以上である場合は、該シート状成形材料を金型に設置すると短時間で該シートが収 縮などの変形を生じ、榭脂と導電性粒子の部分的な分布が不均一になる傾向がある ため好ましくない。

次に、コア金型を上記シート状成形材料に設置し、該シート状成形材料をコア金型 とキヤビティ金型で 0.05MPa〜10MPaの圧力で押圧しながら、加温プレス等を用 、て榭脂シートの融点以上の温度まで加温した後、金型温度を榭脂シートの融点以 下、好ましくは融点以下〜 50°Cまでの温度まで冷却プレス等を用いて冷却しながら 、該シート状成形材料に 0.5MPa〜100MPaの圧力を印加する。金型が冷却された 後、除圧して金型力 セパレ一タを取り出す。

[0047] シート状成形材料が熱硬化性榭脂からなる場合は、熱硬化性榭脂の硬化温度に 加温されたセパレータ金型を用いて該シート状成形材料を圧縮成形法によりセパレ ータを作製する。この場合の成形圧力は、 0.5MPa〜100MPaの範囲で適宜選択 する。

[0048] 前記シート状成形材料の榭脂が溶融し加圧されて!ヽる状態を考えると、プレスから 負荷される圧力が固体である導電性粒子を介して溶融樹脂に伝達され、圧力負荷 方向の導電性粒子の間に介在する溶融榭脂は、圧力により圧力負荷方向と直行す る方向に押し出される。

即ち、加圧前に絶縁層として存在した該シート状成形材料中の榭脂は、加圧過程 で導電性粒子間に形成される空隙部分に押し出されることにより、セパレータの厚み 方向の導電性が確保できることになる。（図 8参照）

[0049] 従来の技術では、厚みが lmm以下のセパレータを成形することが困難であつたが 、本発明のシート状成形材料の見かけ上の厚みの範囲が 0. 1〜0. 6mmであるため 、それを積層することによって、厚みバラツキの小さい lmm以下の薄肉セパレータを 容易に得ることができる。

本発明のシート状成形材料を成形して得られるセパレータの厚みバラツキは、 15 μ m以下であることが好ましい。

[0050] 本発明のシート状成形材料を用いて成形した燃料電池用セパレータは、導電性粒 子を特に熱可塑性榭脂マトリックスに高密度に均一に分布させることができ、その結 果、導電性に優れるセパレータを得ることができる。

一般に、燃料電池用セパレータを成形する際、原料として使用した導電性粒子の 平均粒子径が最終的に得られる燃料電池用セパレータにおいて、できる限り保持さ れている方力 燃料電池用セパレータの導電性の観点力 好ましい。かかる観点か ら、最終的に得られる燃料電池用セパレータに含有される導電性粒子の平均粒子径 力 榭脂シートを成形する前の平均粒子径の 60%以上であるのが好ましぐ 70%以 上であることがより好ましぐさらに 80%以上であることが特に好ましい。

[0051] 前記燃料電池用セパレータは、燃料電池の基本構成単位、即ち単セルのみ力ゝら構 成される燃料電池に使用できるのは勿論であるが、カゝかる単セルを複数積層した燃 料電池スタックにも使用することができる。

燃料電池は、化石燃料を改質して得られた水素を主燃料として、この水素と酸素と の電気化学反応により生成するエネルギーを電力として取り出す発電装置である。 通常この発電を生ぜしめる単セルを直列に複数重ねたスタック構造とし、スタックの 両端に設けた集電板で集電することにより形成されるものである。

本発明で得られる燃料電池用セパレータの形状は、特に制限はないが、例えば図 9に示される燃料電池用セパレータ 12が挙げられる。この図 9において、ガス又は液 体の流路 13を片面又は両面に有する形状のセパレータが示されている。

本発明の燃料電池セパレータ用シート状成形材料は、力かる構造を有する、いわ ゆるリブ付き形状を有する燃料電池用セパレータを製造するのに特に適している。 本発明の燃料電池用セパレータは、具体的には、ヒドラジン型、ダイレクトメタノール 型、アルカリ型、固体高分子型、リン酸型等、種々の形式の燃料電池用のセパレータ として使用できる。

本発明の燃料電池用セパレータを用いて得られる燃料電池は、衝撃に対して強く かつ小型化が可能であるため、例えば電気自動車用電源、ポータブル電源、非常用 電源等の他、人工衛星、飛行機、宇宙船等各種の移動体用電源として使用すること ができる。

実施例

[0052] 次に、本発明の実施態様を実施例で説明する。実施例及び比較例中、「部」及び「 %」は特に断りのない限り、「重量部」及び「重量％」を表すものとする。

実施例 1

大きさが 150mm X 150mmの PPS繊維不織布（目付は 15g/m²、厚みは 60 μ m、 空隙の平均孔径は 38 /z m 空隙率は 85%、軟ィ匕温度は 260°C)の上に、人造黒鉛 (無定形、平均粒子径は 88 m)粒子 5gを散布し、続いて不織布の両端に高さが 0 . 8mmのスぺーサーを置き、スぺーサ一の片側からもう一方の側に沿ってスキージ 板を移動し、人造黒鉛粒子が不織布全面に載るように広げた。

次に、予め 265〜280°Cに加熱したカレンダーロールを前記不織布の黒鉛側に押 し付けながら、片側力ももう一方の側に移動した。次いで自然冷却した後、 5kgfZc _m ²でエアーブローし、不織布繊維と融着していない黒鉛を除去することにより、見か け上の厚みが 0. 15mm,目付が 75g/m²、空隙率が約 73%であるシート状成形材 料を得た。

前記シート状成形材料を 20枚積み重ねたものを加熱炉中で 300°Cに加熱し、 PPS 繊維を溶融させ、直ちにプレス成形機に装着された 150°Cに加熱した金型に供給し 、 40MPaで加圧することにより賦型し冷却固化させ、図 10に示す形状を有する幅 15 cm、平均厚み 1. 09mm,長さ 15cmのリブ付成形品を得た。成形サイクルは 30秒で めつに。

前記と同様の操作を行い、幅 15cm、厚み約 lmm、長さ 15cmの平板状成形品も 成形した。

該成形品の体積抵抗率は 6mQ 'cm、曲げ強さは 53MPa、厚みバラツキ 0. 009 mm、成形品中の黒鉛の平均粒子径は 81 μ mであった。

実施例 2

PPS繊維不織布 (目付は 20g/m²、厚みは 80 μ m、空隙の平均孔径は 38 m、空 隙率は 85%)を用い、実施例 1と同様の原料、方法および条件で操作を行い、見か け上の厚みが 0. 16mm,目付が 80g/m²、空隙率が約 75%であるシート状成形材 料を得た。

このシート状成形材料を用いて実施例 1と同様の操作を行い、図 10に示す形状を 有する幅 15cm、平均厚み 1. lmm,長さ 15cmのリブ付成形品を得た。成形サイク ルは 30秒であった。

得られたシート状成形材料を用いて、前記と同様の操作を行い、幅 15cm、厚み約 lmm、長さ 15cmの平板状成形品を成形した。

該成形品の体積抵抗率は 16πιΩ 'cmであり、曲げ強さは 60MPa、厚みバラツキ 0 . 007mm,成形品中の黒鉛の平均粒子径は 83 mであった。 [0054] 実施例 3

PPS繊維不織布（目付は 25g/m²、厚みは 100 m、空隙の平均孔径は 38 m、 空隙率は 85%)を用い、実施例 1と同様の原料、方法および条件で操作を行い、見 かけ上の厚みが 0. 17mm,目付が 85g/m²、空隙率が約 77%であるシート状成形 材料を得た。

このシート状成形材料を用いて実施例 1と同様の操作を行い、図 10に示す形状を 有する幅 15cm、平均厚み 1. lmm,長さ 15cmのリブ付成形品を得た。成形サイク ルは 30秒であった。

得られたシート状成形材料を用いて、前記と同様の操作を行い、幅 15cm、厚み約 lmm、長さ 15cmの平板状成形品を成形した。

該成形品の体積抵抗率は 17m Ω 'cmであり、曲げ強さは 64MPa、厚みバラツキ 0 . 007mm,成形品中の黒鉛の平均粒子径は 83 mであった。

であった。

[0055] 実施例 4

PPS繊維不織布の代わりに、 PP/PE繊維不織布（目付は 10g/m²、厚みは 45 m、空隙の平均孔径は 37 m、空隙率は 85%、軟ィ匕温度は 100°C)を用い、カレン ダーロールの温度を 140°Cまでに加熱することに変えた以外は、実施例 1と同様の 方法と条件で操作を行い、見かけ上の厚みが 0. 15mm,目付が 70g/m²、空隙率が 約 75%であるシート状成形材料を得た。

このシート状成形材料を 22枚積み重ねたものを加熱炉中で 185°Cに加熱し、ポリ ォレフィン榭脂繊維を溶融させ、直ちにプレス成形機に装着された 80°Cに加熱した 金型に供給し、 40MPaで加圧することにより賦型し冷却固化させ、図 10に示す形状 を有する幅 15cm、平均厚み 0. 97mm,長さ 15cmのリブ付成形品を得た。成形サイ クルは 30秒であった。

得られたシート状成形材料を用いて、前記と同様に操作を行い、幅 15cm、厚み約 lmm、長さ 15cmの平板状成形品を成形した。

該成形品の体積抵抗率は 8m Ω 'cmであり、曲げ強さは 40MPa、厚みバラツキ 0. Olmm,成形品中の黒鉛の平均粒子径は 81 μ mであった。 [0056] 実施例 5

PPZPE繊維不織布（目付は 15g/m²、厚みは 68 m、空隙の平均孔径は 37 m 、空隙率は 85%、軟ィ匕温度は 100°C)を用い、実施例 1と同様の方法と条件で操作 を行い、見かけ上の厚みが 0. 16mm, 目付が 75g/m²、空隙率が約 77%であるシ ート状成形材料を得た。

このシート状成形材料を 22枚積み重ねたものを加熱炉中で 185°Cに加熱し、ポリ ォレフィン榭脂繊維を溶融させ、直ちにプレス成形機に装着された 80°Cに加熱した 金型に供給し、 40MPaで加圧することにより賦型し冷却固化させ、図 10に示す形状 を有する幅 15cm、平均厚み 0. 99mm,長さ 15cmのリブ付成形品を得た。成形サイ クルは 30秒であった。

得られたシート状成形材料を用いて、前記と同様に操作を行い、幅 15cm、厚み約 lmm、長さ 15cmの平板状成形品を成形した。

該成形品の体積抵抗率は 10m Ω 'cmであり、曲げ強さは 43MPa、厚みバラツキ 0 . 009mm,成形品中の黒鉛の平均粒子径は 80 mであった。

[0057] 実施例 6

前記シート状成形材料の製造方法である b)榭脂シートに接着剤を介して導電性粒 子を接着する方法に基づいて、大きさが 150mm X 150mmの PPZPE繊維不織布 (目付は 5g/m²、厚みは 20 μ m、空隙の平均孔径は 37 μ m、空隙率は 80%)の上 にェピクロン 830 (粘度 4000mPa. sのエポキシ榭脂、大日本インキ化学工業株式 会社製 （登録商標)）を雰囲気温度 40°Cの環境下で、エポキシ榭脂が 15g/m²にな るように塗布し、またその上に人造黒鉛 (無定形、平均粒子径は 88 m)粒子 5gを散 布し、続いて不織布の両端に高さが 0. 8mmのスぺーサーを置き、スぺーサ一の片 側からもう一方の側に沿ってスキージ板を移動し、人造黒鉛がエポキシ榭脂を塗布し た不織布の全面に載るように広げた後、不織布と接着して!/ヽな ヽ黒鉛粒子を除去す ることにより、不織布、エポキシ榭脂と黒鉛粒子力もなる複合シートを得た。

この複合シートを 60°Cの乾燥炉に 2時間をかけ半硬化させた後、不織布繊維と接 着していない黒鉛を除去することにより、見かけ上の厚みが 0. 15mm, 目付が 75g/ m²であるシート状成形材料を得た。 このシート（150mm X 150mm)を 20枚積み重ね、予め予熱した 150°Cの金型に 充填し、 40MPaでカ卩圧することにより、幅 15cm、平均厚み 1. 06mm,長さ 15cmの リブ付成形品を得た。成形サイクルは 45分であった。

前記と同様に操作を行い、幅 15cm、厚み約 lmm、長さ 15cmの平板状成形品も 成形した。該成形品らの体積抵抗率は 22m Ω . cmであり、曲げ強さは 44MPa、厚み ノ ラツキ 0. Ol lmm,成形品中の黒鉛の平均粒子径は 80 mであった。

[0058] 比較例 1

実施例 1で用いた人造黒鉛と同様の人造黒鉛 70部と PPS30部とを、ミキサーを用 い 10分間乾式混合した。この混合物を、成形圧力 20MPa、 320°Cの条件でロール プレス成形し厚み 4mmのスタンパブルシートを得た。

得られたスタンパブルシートを所定サイズ（120mm X 120mm)に裁断し、加熱炉 中 320°Cで 10分間に加熱し、 PPSを溶融させ、直ちにプレス成形機に装着された 1 50°Cに加熱した金型に供給し、 40MPaで加圧することにより賦型し冷却固化させ、 幅 15cm、平均厚み 1. lmm、長さ 15cmのリブ付成形品を得た。成形サイクルは 30 秒であった。同様に、幅 15cm、厚み約 lmm、長さ 15cmの平板状成形品も成形し た。該成形品らの体積抵抗率は 116m Ω . cmであり、曲げ強さは 61MPa、厚みバラ ツキ 0. 110mm,成形品中の黒鉛の平均粒子径は 14 mであった。

[0059] 比較例 2

実施例 1で用いた人造黒鉛と同様の人造黒鉛 60部とェピクロン 830 40部とを雰 囲気温度 40°Cの環境下で 2分間十分に混合撹拌し、均一な分散体を調製した。得 られた分散体を前記実施例 3で用いた PPZPE繊維不織布（目付は 10g/m²、厚み は 45 /ζ πι、空隙の平均孔径は 37 m、空隙率は 85%、軟化温度は 100°C)の片面 にスキージ板を用いて、 90g/m²となるように塗布し、榭脂シート（黒鉛含有量； 54%) を得た。この榭脂シートを 60°Cの乾燥炉に 2時間をかけ半硬化させた。このようなシ ート（150mm X 150mm)を 20枚積み重ね、予め予熱した 150°Cの金型に充填し、 40MPaでカ卩圧することにより、幅 15cm、平均厚み 1. 27mm,長さ 15cmのリブ付成 形品を得た。成形サイクルは 45分であった。同様に、幅 15cm、厚み約 lmm、長さ 1 5cmの平板状成形品も成形した。該成形品らの体積抵抗率は 466m Ω .cmであり、 曲げ強さは 46MPa、厚みバラツキ 0. 165mm,成形品中の黒鉛の平均粒子径は 8 0 μ mであつ 7こ。

比較例 3

実施例 1で用いた人造黒鉛と同様の人造黒鉛 40部と粘度 4000mPa. sのェピクロ ン 830 60部とを雰囲気温度 40°Cの環境下で 2分間十分に混合撹拌し、均一な分 散体を調製した。得られた分散体を前記実施例 3で用いた PPZPE繊維不織布（目 付は 10g/m²、厚みは 45 m、空隙の平均孔径は 37 m、空隙率は 85%、軟ィ匕温 度は 100°C)の片面にスキージ板を用いて、 90g/m²となるように塗布し、榭脂シ一ト（ 黒鉛含有量； 36重量％)を得た。この榭脂シートを 60°Cの乾燥炉に 2時間をかけ半 硬化させた。このようなシート（150mm X I 50mm)を 20枚積み重ね、予め予熱した 150°Cの金型に充填し、 40MPaでカ卩圧することにより、幅 15cm、平均厚み 1. 25m m、長さ 15cmのリブ付成形品を得た。成形サイクルは 45分であった。同様に、幅 15 cm、厚み約 lmm、長さ 15cmの平板状成形品も成形した。該成形品らの体積抵抗 率は 783m Ω . cmであり、曲げ強さは 49MPa、厚みバラツキ 0. 143mm、成形品中 の黒鉛の平均粒子径は 80 μ mであった。

[0060] 以上のことにより、本発明の燃料電池セパレータ用シート状成形材料を用いること により、導電性に優れた薄肉の厚み精度の高い燃料電池セパレータを容易に製造 することができる。

[0061] [表 1]

*1 ) ；単位は ηιΩ · cmである。

Claims

請求の範囲

[I] 榭脂シートの少なくとも片面に、導電性粒子を含む粒子カゝらなる 1つの導電性の粒子 層を有するシート状成形材料であって、前記シート状成形材料中の導電性粒子の含 有量が 70〜95重量％であることを特徴とする燃料電池セパレータ用シート状成形材 料。

[2] 前記粒子層中の導電性粒子の含有量が、 75重量％以上である請求項 1記載の燃料 電池セパレータ用シート状成形材料。

[3] 前記榭脂シートが、空隙を有する請求項 1記載の燃料電池セパレータ用シート状成 形材料。

[4] 前記榭脂シートの空隙率が、 30〜90%である請求項 1記載の燃料電池セパレータ 用シート状成形材料。

[5] 前記榭脂シートの空隙の平均孔径が、 10〜800 μ mである請求項 1記載の燃料電 池セパレータ用シート状成形材料。

[6] 前記榭脂シートの榭脂が、熱可塑性榭脂である請求項 1記載の燃料電池セパレータ 用シート状成形材料。

[7] 前記榭脂シートが、不織布である請求項 1記載の燃料電池セパレータ用シート状成 形材料。

[8] 前記導電性粒子が、黒鉛である請求項 1記載の燃料電池セパレータ用シート状成形 材料。

[9] 平均厚みが 0. 1〜0. 6mmである請求項 1記載の燃料電池セパレータ用成形材料。

[10] 榭脂シートの少なくとも片面について、

工程（1) :榭脂シートの表面に導電性粒子を均一に散布する工程と、 工程 (2) :前記榭脂シートに前記導電性粒子の一部を付着する工程と、 工程 (3)：前記工程 (2)において榭脂シートに付着していない導電性粒 子を除去する工程と、

を順次含むことを特徴とする燃料電池セパレータ用シート状成形材料の製造方法

[II] 前記工程（1)が、 榭脂シートの表面に導電性粒子を散布する工程と、

次いで前記散布された導電性粒子を榭脂シート全面に均一に広げる 工程と、

を含む請求項 10記載の燃料電池セパレータ用シート状成形材料の製造方法。

[12] 前記榭脂シートの榭脂が熱可塑性榭脂であり、かつ前記工程 (2)が、工程 (1)で得 られた導電性粒子が散布された榭脂シートを加熱することにより、榭脂シートに前記 導電性粒子の一部を熱融着する工程

を含む請求項 10記載の燃料電池セパレータ用シート状成形材料の製造方法。

[13] 前記榭脂シートが、空隙を有する請求項 10記載の燃料電池セパレータ用シート状成 形材料の製造方法。

[14] 前記導電性粒子が、黒鉛である請求項 10記載の燃料電池セパレータ用シート状成 形材料の製造方法。

[15] 請求項 1項に記載のシート状成形材料を成形してなる燃料電池用セパレータ。

[16] 厚みバラツキが 15 m以下である請求項 15記載の燃料電池セパレータ。