JP2001085030A

JP2001085030A - 燃料電池用セパレータの製造法、該製造法で得られた燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータを用いた燃料電池

Info

Publication number: JP2001085030A
Application number: JP25866599A
Authority: JP
Inventors: Akitsugu Tashiro; 了嗣田代; Atsushi Fujita; 藤田　　淳; Tomonori Seki; 智憲関
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2001-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】低価格で寸法精度がよく、電気特性、機械強
度、ガスの不浸透性、液膨潤性等のセパレータ特性に問
題のない燃料電池用セパレータの製造法、該製造法で得
られた燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータ
を用いた燃料電池を提供する。【解決手段】膨張黒鉛粉及び成形用樹脂を含む成分を
均一に混合し、次いでタブレットを成形した後、該タブ
レット成形時の温度より高い温度及び高い圧力で本成形
することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造法、
前記の製造法により得られる燃料電池用セパレータ及び
前記のセパレータを有してなる燃料電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用セパレ
ータの製造法、該製造法で得られた燃料電池用セパレー
タ及び燃料電池用セパレータを用いた燃料電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は近年、省エネルギー、無公害
の観点から急速に注目を浴びつつある。燃料電池を構成
する部材の中で大半を占めるのがセパレータであり、こ
のセパレータは、使用ガス（酸素、水素等）を電解質層
まで安定供給することや、ガス同士の反応で発生する生
成水を速やかに系外に排出するなどの燃料電池にとって
非常に重要な働きをする。

【０００３】従来型の燃料電池用セパレータの材質は、
信頼性や寸法精度の問題から、黒鉛ブロックを加工し不
浸透化した物が中心であった。しかし、黒鉛ブロックを
加工するには、高精度の切削機や技術が必要となる。ま
た、加工品のセパレータは重く、燃料電池１台当たりに
数百枚使用された場合、電池の持ち運びが困難になるば
かりでなく、ＥＶ車に搭載した場合エネルギーの消費が
大きくなる。さらに、黒鉛ブロックを加工したものは硬
く脆いという欠点もあり、特性向上のため薄板化を計り
これを電池に使用する方法もあるが、この方法では、セ
パレータを重ねたときに発生する面圧により、加工品に
クラックなどが生じることもある。

【０００４】一方、量産性が可能で低価格が期待できる
モールド系のセパレータは、黒鉛粉と樹脂との混合型が
一般的である。しかし、強度の向上を計るためマトリッ
クスとなる樹脂の配合比率が多いことにより、電池とし
て最も重要な電気特性が悪いという欠点を有していた。

【０００５】そこで上記の欠点を解消し、低価格で特性
のよいセパレータを供給することを目的に、本発明者ら
は、黒鉛結晶のＣ軸方向を膨張処理した黒鉛（膨張黒
鉛）の強度に着目し、特殊樹脂と併用し成形することで
安定した強度及び電気特性を有し、かつ低価格のセパレ
ータが得られることを見い出した。

【０００６】しかしながら、上記したセパレータの製法
は、樹脂と膨張黒鉛粉の混合物を直接高温に加熱した金
型に投入して成形するため、投入に時間を有しその結果
生産効率が低下すること、また最初に投入した樹脂分と
最後に投入した樹脂分との間に反応時間の差が生じ、寸
法的に安定した成形品が得られ難いという問題点があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】請求項１〜４記載の発
明は、低価格で寸法精度がよく、電気特性、機械強度、
ガスの不浸透性、液膨潤性等のセパレータ特性に問題の
ない燃料電池用セパレータの製造法を提供するものであ
る。請求項５記載の発明は、低価格で寸法精度がよく、
電気特性、機械強度、ガスの不浸透性、液膨潤性等のセ
パレータ特性に問題のない燃料電池用セパレータを提供
するものである。請求項６及び７記載の発明は、低価格
で寸法精度がよく、電気特性、機械強度、ガスの不浸透
性、液膨潤性等のセパレータ特性に問題のないセパレー
タを有する、高性能な燃料電池を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、膨張黒鉛粉及
び成形用樹脂を含む成分を均一に混合し、次いでタブレ
ットを成形した後、該タブレット成形時の温度及び圧力
より高い温度及び高い圧力で本成形することを特徴とす
る燃料電池用セパレータの製造法に関する。また、本発
明は、成形用樹脂が、開環重合により硬化反応するフェ
ノール樹脂である前記の燃料電池用セパレータの製造法
に関する。また、本発明は、タブレット成形温度が、成
形用樹脂の一部を熱溶融させる温度である前記の燃料電
池用セパレータの製造法に関する。

【０００９】また、本発明は、タブレット成形温度が、
成形用樹脂の一部を反応させる温度である前記の燃料電
池用セパレータの製造法に関する。また、本発明は、前
記の製造法により得られる燃料電池用セパレータに関す
る。また、本発明は、前記のセパレータを有してなる燃
料電池に関する。さらに、本発明は、固体高分子型であ
る前記の燃料電池に関する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、膨張黒鉛粉及び成形用
樹脂を含む成分を均一に混合し、次いで低温でタブレッ
トを成形した後、該タブレット成形時より高温及び高圧
力で本成形することにより、生産効率が向上し、寸法精
度、電気特性、機械強度、ガスの不浸透性、液膨潤性等
の特性に優れた低価格の燃料電池用セパレータを製造す
ることができる。

【００１１】本発明に用いられる膨張黒鉛粉は、例えば
原料黒鉛を、酸性物質及び酸化剤を含む溶液中に浸漬し
て黒鉛層間化合物を生成させる工程、前記黒鉛層間化合
物を加熱して黒鉛結晶のＣ軸方向を膨張させて膨張黒鉛
とする工程、前記膨張黒鉛を圧縮成形した後粉砕する工
程、また必要に応じて行う前記粉砕粉の硫酸根を低減さ
せるため水洗乾燥又は高温処理を行い得ることができ
る。

【００１２】前記の原料黒鉛としては特に制限はない
が、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解黒鉛等の高度に結
晶が発達した黒鉛が好ましいものとして挙げられる。得
られる特性と経済性のバランスを考慮すると天然黒鉛が
好ましい。用いる天然黒鉛としては、特に制限はなく、
Ｆ４８Ｃ（日本黒鉛(株)製、商品名）、Ｈ−５０（中越
黒鉛(株)製、商品名）等の市販品を用いることができ
る。

【００１３】原料黒鉛の処理に用いられる酸性物質は、
一般に硫酸又は硫酸と硝酸との混液が使用される。酸の
濃度は、９５重量％以上であることが好ましい。酸性物
質の使用量については特に制限はなく、目的とする膨張
倍率で決定され、例えば、黒鉛１００重量部に対して１
００〜１０００重量部使用することが好ましい。

【００１４】また、酸性物質と共に用いられる酸化剤と
しては、過酸化水素、塩酸を用いることが、良好な膨張
黒鉛粉が得られるので好ましい。酸化剤として過酸化水
素を用いる場合、過酸化水素の濃度については特に制限
はないが、２０〜４０重量％が好ましい。その量につい
ても特に制限はないが、黒鉛１００重量部に対して過酸
化水素水として５〜６０重量部配合することが好まし
い。

【００１５】前記黒鉛を膨張黒鉛にする方法に特に制限
はなく、公知の方法としては、前記黒鉛を硫酸又は硫酸
と硝酸との混液である酸性物質に浸漬し、さらに過酸化
水素、塩酸等の酸化剤を添加して処理することにより黒
鉛層間化合物を生成させ、次いで水洗してから急速加熱
して、黒鉛結晶のＣ軸方向を膨張処理する方法が挙げら
れる。これにより、膨張した黒鉛が虫状形となり方向性
のない複雑に絡み合った形態となる。

【００１６】前記に示すような方法で得られた膨張黒鉛
粉は、密度が０．７g/cm³〜１．７g/cm³であることが好
ましい。前記のような密度の膨張黒鉛粉を得るには、前
記膨張黒鉛粉を、ロール、プレス等で加圧して、膨張黒
鉛同士の接触を大きくして、密度が０．７g/cm³〜１．
７g/cm³の、例えばシート状の成形体に成形する。次い
でこれを粉砕し、必要に応じて分級することにより得る
ことができる。

【００１７】ここで、密度が０．７g/cm³未満のシート
を使用した場合、電気特性の向上があまり認められず、
一方、１．７g/cm³を越えるシートを使用した場合、成
形体の製造時に大きな圧力が必要となり、成形性及び量
産性が低下する傾向にある。

【００１８】また、膨張黒鉛粉の平均粒径に特に制限は
ないが、粉末状の樹脂との乾式混合などを考慮すると、
２５μｍ〜５００μｍの範囲が好ましい。ここで、平均
粒径が２５μｍ未満の膨張黒鉛粉を使用した場合、低温
で成形したタブレットの強度が低下し、脱型時にタブレ
ットが破損する傾向があり、一方、５００μｍを越える
膨張黒鉛粉を使用した場合、粉末状の樹脂との混合性が
低下し均一な成形体が得られ難くなる傾向にある。

【００１９】本発明において、前記膨張黒鉛粉と共に用
いられる成形用樹脂（熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂）
としては、粉末状の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用
いることが好ましい。その構造、官能基数、反応形式等
については特に制限はなく、例えば、粉末状エポキシ樹
脂（粉末状硬化剤及び硬化促進剤を併用）、粉末状メラ
ミン樹脂及びレゾールタイプ及びノボラックタイプ等の
粉末状フェノール樹脂、粉末状ポリアミド樹脂、粉末状
ポリアミドイミド樹脂、粉末状フェノキシ樹脂等が使用
される。上記に示す樹脂の中で、優れた特性バランスを
示し、経済性、作業性等にも優れることから、フェノー
ル樹脂が好ましい。

【００２０】フェノール樹脂としては、硬化反応時に発
生ガスが少なく、成形性がよくまた良好な諸特性を有す
る開環重合により硬化反応するフェノール樹脂が特に好
ましいものとして用いられる。開環重合により硬化反応
するフェノール樹脂としては、粉末状の樹脂が好まし
く、一般式（ａ）

【化１】に示されるジヒドロベンゾオキサジン環を含む樹脂が成
形性、耐熱性等に優れ、好ましい。この樹脂は、加熱に
より開環重合反応を起こし、触媒や硬化剤を用いること
なく、揮発分を発生させることなく優れた特性を持つ架
橋構造を形成することができる。

【００２１】前記ジヒドロベンゾオキサジン環を含む樹
脂としては、一般式（ｂ）

【化２】（式中、芳香環に結合する水素はヒドロキシル基のオル
ト位の１つを除き、置換基で置換されていてもよい）に
示す化学構造単位と一般式（ｃ）

【化３】（式中、Ｒ¹は炭化水素基であり、芳香環に結合する水
素は、置換基で置換されていてもよい）に示す化学構造
単位を含むものが揮発性ガスの発生を抑制する効果が高
いので好ましく、一般式（ｂ）／一般式（ｃ）のモル比
が４／１〜１／９で含むものが耐熱性等の点でより好ま
しい。なお、この比は、用いる材料の比率等により調整
できる。

【００２２】前記一般式（ｂ）及び一般式（ｃ）で示さ
れる化学構造単位において、芳香環に結合する水素の代
わりに置換されていてもよい置換基としては特に制限は
ないが、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル
基などの炭素原子数１〜１０のアルキル基が好ましいも
のとして挙げられる。また、一般式（ｂ）において、ヒ
ドロキシル基のオルト位の１つは硬化反応のために水素
を持つ。また、一般式（ｃ）において、Ｒ¹で示される
炭化水素基としては、メチル基、エチル基、シクロヘキ
シル基、フェニル基、置換フェニル基等の炭素原子数１
〜１０のものが挙げられる。

【００２３】前記各化学構造単位の数は、１分子中に含
まれる一般式（ｂ）の数をｍ、一般式（ｃ）の数をｎと
するときに、ｍが１以上、ｎが１以上であればよいが、
数平均でｍ＋ｎが３〜１０であることが、硬化物の特
性、例えば耐熱性等の点で好ましい。

【００２４】前記各化学構造単位は、互いに直接結合し
ていてもよく、各種の基を介して結合していてもよい。
このような基としては、有機基として、アルキレン基、
キシリレン基等の炭化水素基などが好ましいものとして
挙げられ、具体的には、

【化４】で示される基（但し、Ｒ²は、水素原子又はメチル基、
エチル基、プロピル基、イソプロピル基、フェニル基、
置換フェニル基等の炭素原子数１〜２０の炭化水素基を
示す）、炭素原子数５〜２０の鎖状アルキレン基等が挙
げられる。これは、原料として用いるフェノール性水酸
基を有する化合物の種類などにより選択できる。

【００２５】前記ジヒドロベンゾオキサジン環を含む樹
脂は、例えば、フェノール性水酸基を有する化合物、ホ
ルムアルデヒド類及び第１級アミンから合成することが
できる。これらの材料からジヒドロベンゾオキサジン環
を含む樹脂を合成する方法としては、フェノール性水酸
基を有する化合物と第１級アミンとの混合物を好ましく
は７０℃以上に加熱したホルムアルデヒド類中に添加し
て、好ましくは７０℃〜１１０℃、より好ましくは９０
℃〜１００℃で、好ましくは２０分〜１２０分反応さ
せ、その後好ましくは１２０℃以下の温度で減圧乾燥す
る方法が挙げられる。

【００２６】前記フェノール性水酸基を有する化合物と
しては、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビフェ
ノール等のビスフェノール化合物、トリスフェノール化
合物、テトラフェノール化合物等の低分子フェノール化
合物やフェノール樹脂を挙げることができる。フェノー
ル樹脂としては、フェノール若しくはキシレノール、ｔ
−ブチルフェノール、オクチルフェノール等のアルキル
フェノールなどの１価のフェノール化合物、レゾルシノ
ール、ビスフェノールＡ等の多価フェノール化合物とホ
ルムアルデヒド類を反応させて得られるノボラック樹脂
若しくはレゾール樹脂、フェノール変性キシレン樹脂、
メラミン変性フェノール樹脂、ポリブタジエン変性フェ
ノール樹脂等が挙げられる。

【００２７】前記ホルムアルデヒド類としては、ホルム
アルデヒドの他、ホルマリン、パラホルムアルデヒドや
ヘキサメチレンテトラミンのようなホルムアルデヒドを
発生するものを用いることもできる。第１級アミンとし
ては、メチルアミン、シクロヘキシルアミン等の脂肪族
アミン、アニリン、置換アニリン等の芳香族アミンが挙
げられる。耐熱性の面からは、芳香族アミンが好まし
い。

【００２８】これらの配合比に特に制限はないが、例え
ば、フェノール性水酸基を有する化合物のヒドロキシル
基（そのオルト位の少なくとも１つが水素であるもの）
１モルに対し、第１級アミンを０．２〜０．９モル、ホ
ルムアルデヒド類を第１級アミンの２倍モル量以上の比
で反応させることが好ましい。

【００２９】成形用樹脂として粉末状のフェノール樹脂
を用いる場合、その粒度分布に特に制限はないが、膨張
黒鉛粉などの粉末炭素材料との混合性（特に乾式混合法
の場合）、成形時に於ける樹脂の流れ性を考慮すると、
数平均粒径で１μｍ〜１００μｍが好ましく、５μｍ〜
５０μｍがさらに好ましい。

【００３０】本発明で使用する膨張黒鉛粉と成形用樹脂
の混合比率は、膨張黒鉛粉／成形用樹脂＝９０／１０〜
５０／５０（重量比）の範囲が好ましく、８０／２０〜
４０／６０の範囲がさらに好ましい。ここで混合する膨
張黒鉛粉と成形用樹脂の混合比率が９０／１０を越える
場合、機械的強度が急激に低下する傾向があり、一方、
５０／５０未満の場合、導電性が低下する傾向がある。

【００３１】膨張黒鉛粉と成形用樹脂の混合方法に特に
制限はなく、成形用樹脂がブロック状又は粉末状の場
合、成形用樹脂を溶媒に溶解して、膨張黒鉛粉とよく混
合し、使用樹脂の反応が進行しない条件下で脱溶媒し、
得られた混合物を最適な大きさに粉砕、分級する方法や
膨張黒鉛粉と粉末状の成形用樹脂とを一度に配合し、乾
式で混合する方法（シエイカー、ミキサー等により溶媒
無しで混合する方法）などが用いられる。乾式混合法に
よればコスト及び作業性の点で好ましい。

【００３２】上記の混合方法で得られた混合粉は、セパ
レータ成形品となる本成形（熱成形）前にタブレット化
し、生産性及び寸法精度の向上が計られる。タブレット
を成形する方法に特に制限はないが、ロール又は圧縮成
形機を使用して成形すれば、コストが安く、またタブレ
ットの寸法精度がよく、最終セパレータ成形品に大きく
影響する。

【００３３】タブレット成形は、後の本成形時の温度及
び圧力より低い温度及び低い圧力で成形することが必要
である。ここで常温で成形するとハンドリングに耐える
タブレットを得るには、比較的高い成形圧力が必要とな
り、密度（高さ）の調整が難しくタブレット自身が薄物
となり、本成形終了品のリブ（突起）部頂点の充填不足
が度々発生し、品質の安定化に問題が生じる傾向があ
る。また、本成形時と同程度の温度で成形すると、この
時点で成形用樹脂が完全に溶融し、本成形時において圧
力を加えてもセパレータのような複雑な形状の成形体を
得ることができない場合がある。

【００３４】タブレット成形において、タブレットの成
形時間、圧力、最終成形品に配合される成形用樹脂分の
メルティングポイント（軟化温度）及びゲル化時間、設
定密度、寸法等により任意に設定されるが、前述のこと
を考慮すれば一般的な熱硬化性樹脂を含むタブレットの
成形条件（圧縮成形）としては、８０℃〜１６０℃の範
囲が好ましい。特にタブレットに、配合された成形用樹
脂の一部が熱溶融する温度で成形すれば、成形用樹脂に
べたつき性を付与し、成形用樹脂と膨張黒鉛粉との結束
力を大きくする効果をもたらすと共に、タブレット成形
時の圧力が小さくて済み、その結果、厚手のタブレット
の成形が可能となり、充填量の不足による欠陥が発生し
ないので好ましい。

【００３５】また、タブレット成形時に、材料の流れ性
などを考慮して本成形時に支障のない程度に、成形用樹
脂の一部を反応（Ｂステージ化）させて、タブレットの
強度を増し、ハンドリングの向上を計ることもできる。
タブレットの成形条件（圧縮条件）において、成形時間
は１分〜３０分及び成形圧力は凸金型の自重〜３０kgf/
cm²（２．９４MPa）の範囲が好ましい。

【００３６】得られたタブレットは、本成形（熱成形）
される。本成形は、通常の圧縮成形でタブレット成形時
の温度及び圧力より高い温度及び高い圧力の条件にて行
う必要があり、例えば１５０℃〜２００℃、好ましくは
１６０℃〜１９０℃の温度に昇温したセパレータ成形用
金型に、前記タブレットを挿設し、４０kgf/cm²〜８０k
gf/cm²（３．９２MPa〜７．８４MPa）の圧力を加えて成
形することができる。なお本成形時の加熱加圧保持時間
は、使用する成形用樹脂の成形温度での反応時間が目安
となり決定されるが、通常は５分〜１０分の範囲で十分
である。

【００３７】本発明における燃料電池用セパレータの大
きさ、厚さ、形状等に特に制限はない。図１に、本発明
の燃料電池用セパレータの一例の斜視図を示す。一般
に、燃料電池用セパレータ１には、反応ガスの流路を確
保するため、図１に示されるようなリブが設けられてい
る。２はリブ部、３は溝部である。図１の（ａ）は両面
にリブが設けられているものであり、（ｂ）は片面にリ
ブが設けられているものである。

【００３８】本発明における燃料電池用セパレータは、
固体高分子型、固体酸化物型、溶融炭酸塩型、アルカリ
水溶液型、酸水溶液型等種々の型式の燃料電池用セパレ
ータとして使用可能である。燃料電池は、一般に、電解
質層をはさんで燃料極及び空気極の各電極層が存在し、
その両側から挟むセパレータを単位とするセルを含む。
電解質としては、アルカリ水溶液型の場合は水酸化カリ
ウムなどが用いられ、酸水溶液型の場合はリン酸などが
用いられ、固体高分子型の場合はイオン交換膜などが用
いられ、溶融炭酸塩型の場合は炭酸リチウムなどが用い
られ、固体酸化物型の場合は安定化ジルコニアなどが用
いられる。電極の基材としては、カーボン繊維などのよ
うなカーボン材などが挙げられ、必要に応じて、白金、
パラジウム、銀、ニッケル等の触媒層を表面に設けたも
のが用いられる。燃料ガスである水素、炭化水素等は、
天然ガス、石油、石炭、メタノール等を反応させて改質
ガスを取り出し、これを用いることにより供給される。
本発明のセパレータは中でも、固体高分子型燃料電池用
として、特に好適である。

【００３９】図２に固体高分子型燃料電池の一例のセル
の構造を表す斜視図を示す。電池の反応を起こす最小単
位のセル４は、固体高分子電解質膜５、燃料極６、空気
極７の各層から構成される３層膜８と、それを両側から
挟むセパレータ９ａ、９ｂにより構成されている。この
ように構成されたセル３が図１に示すように数段積み重
ねられ、集合体としてのセルスタック１０が得られる。

【００４０】

【実施例】以下本発明を実施例により説明する。実施例１（１）膨張黒鉛粉の製造硫酸（濃度９９重量％）６００ｇと硝酸（濃度９９重量
％）２００ｇを３リットルのガラスビーカに入れた。こ
のものに黒鉛Ｆ４８Ｃ（固定炭素９９重量％以上、日本
黒鉛(株)製、商品名）４００ｇを配合し、ガラスはねを
取り付けた撹拌モータ（６０rpm）で６分間撹拌し、そ
の後、過酸化水素（濃度３５重量％）３２ｇを配合し、
１５分間撹拌した。撹拌終了後、減圧濾過で酸化黒鉛と
酸成分を分離し、得られた酸化黒鉛を別容器に移し、５
リットルの水を加え、１０分間撹拌し、減圧濾過で洗浄
酸化黒鉛と洗浄水を分離した。

【００４１】得られた洗浄酸化黒鉛をホーロー製のバッ
トに移し平らに均し、１１０℃に昇温した乾燥器で１時
間熱処理して水分を乾燥させた。このものを更に８００
℃に昇温した加熱炉に５分間入れ、膨張黒鉛を得た。こ
の膨張黒鉛をロールで圧延して密度が１．０g/cm³のシ
ートに加工し、得られたシートを粗粉砕機（ホソカワミ
クロン(株)製、ロートプレックス（商品名））で粉砕
後、微粉砕機（奈良機械製作所(株)製、自由粉砕機Ｍ−
３（商品名））で粉砕し、平均粒径が１５０μｍ及び密
度が１．０g/cm³の膨張黒鉛粉を得た。

【００４２】（２）開環重合するフェノール樹脂（ジヒ
ドロベンゾオキサジン環を含む樹脂）の製造フェノール１．９kg、ホルマリン（３７重量％水溶液）
１．０kg及びしゅう酸４ｇを５リットルのフラスコに仕
込み、環流温度で６時間反応させ、引き続き、内部を６
６６６．１Pa（５０mmHg）以下に減圧して未反応のフェ
ノール及び水を除去し、フェノールノボラック樹脂を合
成した。得られた樹脂は、軟化点８４℃（環球法）、３
核体〜多核体／２核体比９２／１８（ゲルパーミエーシ
ョンクロマトグラフィー法によるピーク面積比）であっ
た。

【００４３】次に合成したフェノールノボラック樹脂
１．７kg（ヒドロキシル基１６モルに相当）をアニリン
０．９３kg（１０モルに相当）と混合し、８０℃で５時
間撹拌し、均一な混合溶液を調製した。次いで５リット
ルフラスコ中に、ホルマリン１．６２kgを仕込み９０℃
に加熱し、さらに前記のノボラック／アニリン混合溶液
を３０分かけて少しずつ添加した。添加終了後、３０分
間、環流温度に保ち、しかる後に１００℃で２時間６６
６６．１Pa（５０mmHg）以下に減圧して縮合水を除去
し、反応し得るヒドロキシル基の７１モル％がジヒドロ
ベンゾオキサジン化されたジヒドロベンゾオキサジン環
を含む樹脂を得た。すなわち、上記ジヒドロベンゾオキ
サジン環を含む樹脂は、前記一般式（ｂ）と一般式
（ｃ）のモル比を前者／後者で１／２．４５で含むもの
である。この後前記の樹脂を粉砕機で微粉化し、反応時
発生するガスの少ない粉末状のフェノール樹脂を得た。
得られたフェノール樹脂の軟化点は８２℃であり、ゲル
化時間は２００℃で２分１０秒であった。

【００４４】なお、前記フェノールノボラック樹脂にお
いて反応し得るヒドロキシル基の量は、下記のようにし
て算出したものである。すなわち、前記フェノールノボ
ラック樹脂１．７kg（ヒドロキシル基１６モルに相当）
をアニリン１．４（１６モルに相当）、ホルマリン２．
５９kgと反応させ、反応し得るヒドロキシル基のすべて
にジヒドロベンゾオキサジン環が導入された樹脂を合成
した。過剰のアニリン及びホルマリンは乾燥中にのぞか
れ、収量は３．３４kgであった。このことから、前記フ
ェノールノボラック樹脂において、反応し得るヒドロキ
シル基の量は１４モル反応し、ジヒドロベンゾオキサジ
ン環化したことを示している。

【００４５】（３）タブレットの成形実施例１（１）で得た膨張黒鉛粉７０ｇと（２）で得た
粉末状のフェノール樹脂３０ｇ（膨張黒鉛粉／樹脂＝７
０／３０（重量比））を、ビニール袋に計り取り空気を
入れて袋を膨らませた状態で約３０秒間乾式混合を行っ
た。

【００４６】次に、１００℃に昇温した平板成形用金型
（縦１５０mm及び横１００mm）内に、前記混合粉２０ｇ
（最終成形品密度が１．３g/cm³）を均一に充填した。
このものを１００℃に加熱した熱板上に乗せ７０トン圧
縮成形機を用いて、ゲージ圧力２kgf/cm²（０．１９６M
Pa）及び成形時間２０分の条件で成形した。成形終了
後、脱型し厚さが３．３mmのハンドリング性のよい、タ
ブレットを得た。

【００４７】（４）セパレータの製造（３）で得たタブレットを、１８０℃に加熱した片面リ
ブセパレータ成形用金型（縦１５０mm、横１００mm及び
高さ２mmのリブ形成突起２５本保有）内に挿設し、１８
０℃に加熱した熱板上に乗せ７０トン圧縮成形機を用い
て、ゲージ圧力６０kgf/cm²（５．８８MPa）及び成形時
間１０分の条件で成形し、得られた成形品を２００℃で
３０分後硬化し、最終成形品となる燃料電池用セパレー
タを得た。

【００４８】実施例２タブレットの成形条件において、実施例１（３）で得た
混合粉の充填及び成形温度を１３０℃に、また成形圧力
をゲージ圧力で１kgf/cm²（９．８×１０⁴Pa）及び成形
時間を１０分で行った以外は、実施例１と同様の材料及
び実施例１と同様の工程を経て厚さが３．５mmのタブレ
ットを成形し、以下実施例１（４）と同様の工程を経て
燃料電池用セパレータを得た。

【００４９】比較例１タブレットを作製せず、実施例１（３）で得た混合粉２
０ｇを直接１８０℃に加熱した片面リブセパレータ成形
用金型に充填し、以下実施例１（４）と同様の工程を経
て燃料電池用セパレータを得た。

【００５０】評価上記実施例１、２及び比較例１で得たタブレットのハン
ドリング性、最終成形時における材料の挿設又は充填時
の時間及び燃料電池用セパレータの外観並びに寸法精度
について測定した。その結果を表１に示す。

【００５１】

【表１】

【００５２】タブレットのハンドリング：脱型時の成形
体の外観、触れたときの成形体の脆さ。材料の挿設又は充填時の時間：セパレータ成形用金型へ
のタブレットの挿設又は混合粉の充填に要した時間。最終成形品の外観：目視判定。最終成形品の寸法精度：マイクロメータで成形品の１本
のリブにつき、上部、中部及び下部に分け３点の高さを
測定し、全部で１０本測定し、その平均を求めた。

【００５３】

【発明の効果】請求項１〜４記載の燃料電池用セパレー
タの製造法によれば、低価格で寸法精度がよく、電気特
性、機械強度、ガスの不浸透性、液膨潤性等のセパレー
タ特性に問題のない燃料電池用セパレータを製造するこ
とができる。請求項５記載の燃料電池用セパレータは、
低価格で寸法精度がよく、電気特性、機械強度、ガスの
不浸透性、液膨潤性等のセパレータ特性に問題のない燃
料電池用セパレータである。請求項６及び７記載の燃料
電池は、低価格で寸法精度がよく、電気特性、機械強
度、ガスの不浸透性、液膨潤性等のセパレータ特性に問
題のない燃料電池用セパレータを有する、高性能な燃料
電池である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池用セパレータの一例を示す斜
視図であり、（ａ）は両面にリブが存在するもの、
（ｂ）は片面にリブが存在するものである。

【図２】本発明の燃料電池の一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１セパレータ２リブ部３溝部４セル５固体高分子電解質膜６燃料極７空気極８３層膜９ａ、９ｂセパレータ１０セルスタック

フロントページの続き (72)発明者関智憲茨城県日立市鮎川町三丁目３番１号日立化成工業株式会社山崎事業所内Ｆターム(参考） 4F071 AA41 AA78 AB03 AH15 BA01 BB03 BC03 BC08 5H026 AA06 BB01 BB02 BB08 CC03 CX07 EE06 EE18 HH08 HH09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】膨張黒鉛粉及び成形用樹脂を含む成分を
均一に混合し、次いでタブレットを成形した後、該タブ
レット成形時の温度及び圧力より高い温度及び高い圧力
で本成形することを特徴とする燃料電池用セパレータの
製造法。
【請求項２】成形用樹脂が、開環重合により硬化反応
するフェノール樹脂である請求項１記載の燃料電池用セ
パレータの製造法。
【請求項３】タブレット成形温度が、成形用樹脂の一
部を熱溶融させる温度である請求項１又は２記載の燃料
電池用セパレータの製造法。
【請求項４】タブレット成形温度が、成形用樹脂の一
部を反応させる温度である請求項１又は２記載の燃料電
池用セパレータの製造法。
【請求項５】請求項１〜４記載の製造法により得られ
る燃料電池用セパレータ。
【請求項６】請求項５記載のセパレータを有してなる
燃料電池。
【請求項７】固体高分子型である請求項６記載の燃料
電池。