JP2011171111A - Manufacturing method of separator for fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for productively manufacturing a separator for a fuel cell hardly clogging a flow channel due to water produced at power generation, suppressing decrease in power generation efficiency and increase in contact resistance, having excellent mechanical strength and gas non-permeability, and superior in homogeneity. <P>SOLUTION: The manufacturing method of a separator 1 for a fuel cell is provided with a process for manufacturing a dense member 31 by making into a sheet-like shape and press-forming a slurry-like dense part forming material containing carbonaceous powder for dense part formation and a thermosetting resin binder for dense part formation, a process for manufacturing a preliminary molding sheet 21 for porous part formation by making a slurry-like porous part forming material containing carbonaceous powder for porous part formation, a resin binder for porous part formation and a thickener into a sheet-like shape, and a process for filling the dense member and the preliminary molding sheet for porous part formation and integrating by hot-press forming so as a molding surface and the preliminary molding sheet for porous part formation to face each other in a molding die having the molding surface corresponding to a gas flow channel shape. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用セパレータの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell separator.

燃料電池は、燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するもので、電気エネルギーへの変換効率が高く、騒音や振動も少ないことから、携帯機器、自動車、鉄道、コジェネレーション等の多様な分野における電源として今後の発展が期待されている。   Fuel cells convert the chemical energy of fuel directly into electrical energy, which has high conversion efficiency to electrical energy and low noise and vibration, so it can be used in various fields such as portable devices, automobiles, railways, and cogeneration. Future development is expected as a power source.

燃料電池のうち、固体高分子形燃料電池は、イオン伝導性を有する高分子膜(イオン交換膜)の両面を白金などの触媒を担持させたアノード電極板およびカソード電極板で挟み、その両外側に板状セパレータを配してなる単セルを基本構成単位とし、この単セルを数十〜数百個積層させたスタックとその外側に設けた2つの集電体等から構成されてなるものであり、代表的には、水素等の燃料ガス及び空気等の酸化剤ガスの流路としての溝を、各電極板のセパレータ側表面に刻設したリブ付電極方式と、各セパレータの表面に刻設したリブ付セパレータ方式等がある(例えば、特許文献1(特開2000−21421号公報)参照)。   Among the fuel cells, the polymer electrolyte fuel cell is sandwiched between an anode electrode plate and a cathode electrode plate carrying a catalyst such as platinum on both sides of an ion conductive polymer membrane (ion exchange membrane), and both outer sides thereof. The unit cell is composed of a single cell having a plate-like separator disposed thereon, and is composed of a stack in which several tens to several hundreds of the single cell are stacked, and two current collectors provided on the outside thereof. Typically, there is a ribbed electrode system in which grooves as flow paths for fuel gas such as hydrogen and oxidant gas such as air are engraved on the separator side surface of each electrode plate, and on the surface of each separator. There is a rib-type separator system provided (see, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-21421)).

上記板状セパレータは、燃料ガスと酸化剤ガスとを完全に分離した状態で電極に供給するために高度のガス不透過性が必要とされ、また、発電効率を高めるために、電池の内部抵抗を低減して高い導電性を有することが必要とされる。さらに、スタックを形成する際に単セル同士が密着するように強く締め付ける必要があるので高い材質強度を有することが求められるとともに、自動車に搭載した場合などには、振動、衝撃、温度変化などによる伸縮によって生じる亀裂や破損を抑制する材質特性が求められる。   The plate separator requires a high degree of gas impermeability in order to supply the fuel gas and the oxidant gas to the electrode in a completely separated state, and in order to increase power generation efficiency, the internal resistance of the battery Is required to have high conductivity. In addition, when forming a stack, it is necessary to strongly tighten the single cells so that they are in close contact with each other, so that it is required to have high material strength, and when mounted in an automobile, vibration, impact, temperature change, etc. Material properties that suppress cracks and breakage caused by expansion and contraction are required.

このような材質特性が要求されるセパレータには、従来から炭素質系の材料が用いられており、熱硬化性樹脂をバインダーとして黒鉛などの炭素粉末を結着、一体化した炭素−樹脂硬化成形体が好適に使用されている。   Carbon-based materials have been used for separators that require such material characteristics, and carbon-resin curable molding that combines and integrates carbon powders such as graphite with thermosetting resin as a binder. The body is preferably used.

ところで、上記燃料電池用セパレータにおいては、発電時に発生する水により、ガス流路である溝が閉塞され易いことから、本技術課題を解決する手段として、従来より、ガス流路である溝表面に撥水性を有する短繊維を設けたり(例えば、特許文献2参照)、親水化処理する等の方法が提案されているが、これ等の方法においては、親水化処理後に後処理が必要となったり、セパレータの接触抵抗が上昇するために電池性能が低下してしまうといった技術課題が存在していた。   By the way, in the fuel cell separator, since the groove that is the gas flow path is likely to be blocked by the water generated during power generation, as a means for solving this technical problem, the groove surface that is the gas flow path has been conventionally used. Methods such as providing short fibers having water repellency (see, for example, Patent Document 2) and hydrophilization have been proposed. In these methods, post-treatment is required after hydrophilization. In addition, there has been a technical problem that the battery performance deteriorates due to an increase in the contact resistance of the separator.

特開2000−21421号公報JP 2000-21421 A 特開平8−130024号公報JP-A-8-130024

上記技術課題を解決するために、本発明者が鋭意検討したところ、ガス流路壁面の少なくとも一部が多孔質部により形成されてなる、多孔質部と緻密質部とを有する燃料電池用セパレータであれば、発電時に発生する水を多孔質部で拡散し得るためにガス流路の閉塞を生じにくく、多孔質部とともに緻密質部を形成することにより、多孔質部の形成に伴って低減する強度とガス不透過性を緻密質部で補うことができるため、優れた燃料電池用セパレータが得られることを着想した。   In order to solve the above technical problem, the present inventors diligently studied. As a result, a fuel cell separator having a porous portion and a dense portion, in which at least a part of the wall surface of the gas channel is formed by the porous portion. If this is the case, the water generated during power generation can be diffused in the porous part, so that the gas flow path is less likely to be blocked, and by forming the dense part together with the porous part, it is reduced with the formation of the porous part. Since the strength and gas impermeability can be compensated for by the dense part, it was conceived that an excellent fuel cell separator can be obtained.

そこで、緻密質部形成用原料と多孔質部形成用原料をそれぞれ予め圧縮成形、熱硬化した後に、金型中で加熱圧縮する方法が考えられたが、この場合、得られるセパレータにおいて、多孔質部と緻密質部が十分に接合しないため、接合強度が低く、多孔質部と緻密質部の界面に接触抵抗を生じてしまうことが判明した。   Therefore, a method of compressing and heat-curing the dense part forming raw material and the porous part forming raw material in advance and then heat-compressing in a mold was considered. It has been found that the bonding strength is low and the contact resistance is generated at the interface between the porous portion and the dense portion because the portion and the dense portion are not sufficiently joined.

また、燃料電池用セパレータ材の製造方法としては、特許文献1に記載されているように、黒鉛粉末と熱硬化性樹脂とを混合し、乾燥、粉砕した後、成形型で成形する方法が一般的であるが、原料混合物を乾燥し、粉砕した後、粉末状粉砕物を成形型へ充填するといった一定の手間と処理時間とを必要とし、また、特に平均粒径が50μm以上の黒鉛粉末と熱硬化樹脂とを混合してスラリー状原料混合物を得る際には、黒鉛粉末が沈降し易いため黒鉛粉末の分散性に優れたスラリー状原料混合物が得られにくいことが判明した。近年、特に自動車用途においては、燃料電池スタックの小型化、セパレータの薄肉化が強く求められるようになっているが、スラリー状原料混合物中の黒鉛粉末の分散性が低下すると成形後にス(空隙)を生じたり厚みのバラツキを生じて均質なセパレータが得られにくくなる。   In addition, as described in Patent Document 1, a method of manufacturing a separator material for a fuel cell is generally a method in which graphite powder and a thermosetting resin are mixed, dried, pulverized, and then molded with a mold. However, after drying and pulverizing the raw material mixture, it requires a certain amount of time and processing time, such as filling the powdered pulverized product into a mold, and in particular, a graphite powder having an average particle size of 50 μm or more. When a slurry-like raw material mixture is obtained by mixing with a thermosetting resin, it has been found that a slurry-like raw material mixture having excellent dispersibility of the graphite powder is difficult to obtain because the graphite powder easily settles. In recent years, especially in automobile applications, there is a strong demand for downsizing of the fuel cell stack and thinning of the separator. However, if the dispersibility of the graphite powder in the slurry-like raw material mixture is lowered, the soot (void) after molding is reduced. Or a variation in thickness, making it difficult to obtain a homogeneous separator.

このような状況下、本発明は、発電時に発生する水による流路の閉塞が生じにくく、発電効率の低下や接触抵抗の上昇を抑制してなり、優れた強度およびガス不透化性を有し、均質性に優れた燃料電池用セパレータを、高い生産性で製造する方法を提供することを目的とするものである。   Under such circumstances, the present invention is less likely to block the flow path due to water generated during power generation, suppresses a decrease in power generation efficiency and an increase in contact resistance, and has excellent strength and gas impermeability. The object of the present invention is to provide a method for producing a fuel cell separator excellent in homogeneity with high productivity.

上記技術課題を解決するために本発明者がさらに検討したところ、燃料電池用セパレータの製造方法として、緻密質部形成用炭素質粉末と緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーとを含むスラリー状緻密質部形成材料を、シート化し、加圧成形することにより、緻密質部材を作製する工程と、多孔質部形成用炭素質粉末と多孔質部形成用樹脂バインダーと増粘剤とを含むスラリー状多孔質部形成材料を、シート化することにより、多孔質部形成用予備成形シートを作製する工程と、ガス流路形状に対応した成形面を有する成形型中に、該成形面と前記多孔質部形成用予備成形シートとが相対するように、前記緻密質部材と前記多孔質部形成用シートとを充填し、熱圧成形して一体化する工程とを施すことにより、ガス流路壁面の少なくとも一部が多孔質部により形成されてなる、多孔質部と緻密質部とを有する燃料電池用セパレータを製造する方法を採用することにより、上記技術課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。   In order to solve the above technical problem, the present inventors have further studied, and as a method for producing a fuel cell separator, a slurry containing carbonaceous powder for forming a dense part and a thermosetting resin binder for forming a dense part. Slurry comprising a step of producing a dense member by forming a dense portion forming material into a sheet and press-molding, a porous portion forming carbonaceous powder, a porous portion forming resin binder, and a thickener Forming a porous part forming material into a sheet by forming the porous part forming material into a sheet; and a forming die having a forming surface corresponding to the shape of the gas flow path. Gas channel wall surface by filling the dense member and the porous part forming sheet so as to face the mass part forming preformed sheet, and subjecting them to hot press molding and integration. At least one of Has been found to be able to solve the above technical problem by adopting a method for producing a fuel cell separator having a porous part and a dense part, wherein the present invention is completed. It came to.

すなわち、本発明は、
(1)ガス流路壁面の少なくとも一部が多孔質部により形成されてなる、多孔質部と緻密質部とを有する燃料電池用セパレータを製造する方法であって、
緻密質部形成用炭素質粉末と緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーとを含むスラリー状緻密質部形成材料を、シート化し、加圧成形することにより、緻密質部材を作製する工程と、
多孔質部形成用炭素質粉末と多孔質部形成用樹脂バインダーと増粘剤とを含むスラリー状多孔質部形成材料を、シート化することにより、多孔質部形成用予備成形シートを作製する工程と、
ガス流路形状に対応した成形面を有する成形型中に、該成形面と前記多孔質部形成用予備成形シートとが相対するように、前記緻密質部材と前記多孔質部形成用予備成形シートとを充填し、熱圧成形して一体化する工程と、
を施すことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法、
(2)前記スラリー状多孔質部形成材料に含まれる増粘剤がセルロース系増粘剤である上記(1)に記載の燃料電池用セパレータの製造方法、
(3)前記スラリー状多孔質部形成材料に含まれる多孔質部形成用炭素質粉末の体積平均粒径が50〜500μmである上記(1)または(2)に記載の燃料電池用セパレータの製造方法、
(4)前記スラリー状緻密部形成用材料または多孔質部形成用材料のシート化がドクターブレード法により行われる上記(1)〜(3)のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法、
(5)前記緻密質部材作成時における加圧力が20〜100MPaであり、前記緻密質部材と多孔質部形成用予備成形シートとの熱圧成形時における加圧力が1MPa以上20MPa未満である上記(1)〜(4)のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法、
(6)前記緻密質部材と前記多孔質部形成用シートとを成形型中に充填し、熱圧成形して一体化する工程の後工程として、さらに親水化処理工程を施す上記(1)〜(5)のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法
を提供するものである。
That is, the present invention
(1) A method for producing a fuel cell separator having a porous part and a dense part, wherein at least a part of a wall surface of a gas flow path is formed by a porous part,
Forming a dense member by forming a slurry-like dense part forming material containing a dense part-forming carbonaceous powder and a dense part-forming thermosetting resin binder into a sheet, and press-molding; and
A process for preparing a porous part forming preform sheet by forming a slurry-like porous part forming material containing a porous part forming carbonaceous powder, a porous part forming resin binder, and a thickener. When,
The dense member and the porous part forming preform sheet so that the molding surface and the porous part forming preform sheet are opposed to each other in a molding die having a molding surface corresponding to the gas flow path shape. Filling and integrating by hot pressing
A method for producing a separator for a fuel cell, characterized by:
(2) The method for producing a fuel cell separator according to the above (1), wherein the thickener contained in the slurry-like porous portion forming material is a cellulose-based thickener,
(3) Production of fuel cell separator according to (1) or (2) above, wherein the volume average particle size of the porous part forming carbonaceous powder contained in the slurry-like porous part forming material is 50 to 500 μm. Method,
(4) The method for producing a fuel cell separator according to any one of (1) to (3), wherein the slurry-like dense part forming material or the porous part forming material is formed into a sheet by a doctor blade method,
(5) The pressurizing force at the time of producing the dense member is 20 to 100 MPa, and the pressurizing force at the time of hot pressing the dense member and the porous part forming preformed sheet is 1 MPa or more and less than 20 MPa ( A method for producing a fuel cell separator according to any one of 1) to (4),
(6) The above-mentioned (1) to (1) to which a hydrophilization treatment step is further performed as a subsequent step of the step of filling the dense member and the porous portion forming sheet into a molding die and hot pressing to integrate them. The manufacturing method of the separator for fuel cells in any one of (5) is provided.

本発明によれば、得られる燃料電池用セパレータを構成するガス流路壁面の少なくとも一部が多孔質部により形成されてなるものであることにより、発電時に生じる水の拡散を容易にし、ガス流路の閉塞を抑制して、発電効率の低下を抑制することができるとともに、接触抵抗の上昇を抑制することができる。
また、本発明によれば、得られる燃料電池用セパレータが上記多孔質部とともに緻密質部を有することにより、優れた強度およびガス不透化性を得ることができる。
さらに、本発明によれば、スラリー状の成形材料をシート化して緻密質部や多孔質部を形成することから、緻密質部形成材料や多孔質部形成材料(原料混合物)の乾燥物を粉砕等する工程を省略することができ、また、粉砕物でなくシート状物として成形型中に供給できることから、成形型への充填操作をより容易に行うことができる。
加えて、本発明によれば、スラリー状多孔質部形成材料が増粘剤を含有することから、多孔質部形成用炭素質粉末が良好に分散して、均質性の高いセパレータを容易に得ることができる。
According to the present invention, since at least a part of the wall surface of the gas flow path constituting the obtained fuel cell separator is formed by the porous portion, diffusion of water generated during power generation is facilitated, and the gas flow It is possible to suppress the blockage of the road, to suppress a decrease in power generation efficiency, and to suppress an increase in contact resistance.
In addition, according to the present invention, the obtained fuel cell separator has a dense portion together with the porous portion, whereby excellent strength and gas impermeability can be obtained.
Furthermore, according to the present invention, a slurry-like molding material is formed into a sheet to form a dense part and a porous part, so that a dried product of the dense part forming material and the porous part forming material (raw material mixture) is pulverized. Further, the filling process into the mold can be performed more easily because the process can be omitted and the sheet can be supplied as a sheet instead of a pulverized product.
In addition, according to the present invention, since the slurry-like porous part-forming material contains a thickener, the porous part-forming carbonaceous powder is well dispersed and a highly homogeneous separator is easily obtained. be able to.

本発明で用いる緻密質部材の作製例を示す図である。It is a figure which shows the example of preparation of the dense member used by this invention. 本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the manufacturing method of the separator for fuel cells which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the manufacturing method of the separator for fuel cells which concerns on this invention. 本発明の方法で得られた燃料電池用セパレータを用いた燃料電池用単セルの説明図である。It is explanatory drawing of the single cell for fuel cells using the separator for fuel cells obtained by the method of this invention.

本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、
ガス流路壁面の少なくとも一部が多孔質部により形成されてなる、多孔質部と緻密質部とを有する燃料電池用セパレータを製造する方法であって、
緻密質部形成用炭素質粉末と緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーとを含むスラリー状緻密質部形成材料を、シート化し、加圧成形することにより、緻密質部材を作製する工程と、
多孔質部形成用炭素質粉末と多孔質部形成用樹脂バインダーと増粘剤とを含むスラリー状多孔質部形成材料を、シート化することにより、多孔質部形成用予備成形シートを作製する工程と、
ガス流路形状に対応した成形面を有する成形型中に、該成形面と前記多孔質部形成用予備成形シートとが相対するように、前記緻密質部材と前記多孔質部形成用シートとを充填し、熱圧成形して一体化する工程と、
を施すことを特徴とするものである。
The method for producing a fuel cell separator of the present invention comprises:
A method for producing a fuel cell separator having a porous part and a dense part, wherein at least a part of a wall surface of a gas flow path is formed by a porous part,
Forming a dense member by forming a slurry-like dense part forming material containing a dense part-forming carbonaceous powder and a dense part-forming thermosetting resin binder into a sheet, and press-molding; and
A process for preparing a porous part forming preform sheet by forming a slurry-like porous part forming material containing a porous part forming carbonaceous powder, a porous part forming resin binder, and a thickener. When,
In a mold having a molding surface corresponding to the gas flow path shape, the dense member and the porous part forming sheet are placed so that the molding surface and the porous part forming preformed sheet are opposed to each other. Filling, hot pressing and integrating,
It is characterized by giving.

<緻密質部材の作製>
本発明において、緻密質部材は、緻密質部形成用炭素質粉末と緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーとを含むスラリー状緻密質部形成材料を、シート化し、加圧成形することにより作製される。
<Preparation of dense material>
In the present invention, the dense member is prepared by forming a slurry-like dense part forming material containing a dense part-forming carbonaceous powder and a dense part-forming thermosetting resin binder into a sheet and press-molding it. Is done.

本発明の方法において、緻密質部材を作製する具体的態様としては、緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーを、必要に応じてフェノール樹脂硬化剤や硬化促進剤とともに有機溶剤に溶解してバインダー樹脂液を作製する工程(バインダー樹脂液作製工程)と、バインダー樹脂液に緻密質部形成用炭素質粉末を分散させてスラリー状緻密質部形成材料を作製する工程(スラリー状緻密質部形成材料作製工程)と、該スラリーをフィルム上に塗布し、乾燥した後、離型して緻密質部形成材であるグリーンシートを作製する工程(グリーンシート作製工程)と、得られたグリーンシートを成形型内に充填して加圧成形する工程とを施す方法を挙げることができる。   In the method of the present invention, as a specific mode for producing a dense member, a thermosetting resin binder for forming a dense part is dissolved in an organic solvent together with a phenol resin curing agent and a curing accelerator as necessary, and the binder is used. A step of producing a resin liquid (binder resin liquid production step) and a step of dispersing a dense part forming carbonaceous powder in the binder resin liquid to produce a slurry dense part forming material (slurry dense part forming material) Manufacturing step), applying the slurry onto a film, drying, and then releasing to form a green sheet as a dense part forming material (green sheet manufacturing step), and forming the obtained green sheet And a method of performing pressure forming by filling the mold.

(1)バインダー樹脂液作製工程
バインダー樹脂液(緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダー含有液)は、緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーを、必要に応じフェノール樹脂硬化剤や硬化促進剤とともに攪拌、混合し、さらに必要に応じ後述する緻密質部形成用炭素質粉末を分散し得る最低必要量の分散剤を、所望の質量比で適宜な有機溶剤に攪拌、溶解することにより作製することができる。
(1) Binder resin liquid preparation process Binder resin liquid (thermosetting resin binder-containing liquid for forming dense parts) is a thermosetting resin binder for forming dense parts, and if necessary, phenol resin curing agent or curing accelerator. The mixture is stirred and mixed, and further, the minimum necessary amount of dispersant capable of dispersing the dense part-forming carbonaceous powder described later is stirred and dissolved in an appropriate organic solvent at a desired mass ratio. be able to.

緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーとしては、スルホン酸などの電解質に対する耐酸性および燃料電池の作動温度に耐える耐熱性を有するものであれば特に限定されず、例えば、レゾールタイプのフェノール樹脂、ノボラックタイプのフェノール樹脂に代表されるフェノール樹脂系、フルフリルアルコール樹脂、フルフリルアルコールフルフラール樹脂、フルフリルアルコールフェノール樹脂などのフラン系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ピレン−フェナントレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、2官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂や多官能フェノール型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、ユリア樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂などが挙げられ、これらを単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   The thermosetting resin binder for forming the dense part is not particularly limited as long as it has acid resistance to an electrolyte such as sulfonic acid and heat resistance that can withstand the operating temperature of the fuel cell. For example, a resol type phenol resin, Furan resins such as phenol resin, furfuryl alcohol resin, furfuryl alcohol furfural resin, furfuryl alcohol phenol resin represented by novolac type phenol resin, polyimide resin, polycarbodiimide resin, polyacrylonitrile resin, pyrene-phenanthrene resin , Epoxy resins such as polyvinyl chloride resin, bifunctional aliphatic alcohol ether type epoxy resin and polyfunctional phenol type epoxy resin, urea resin, diallyl phthalate resin, unsaturated polyester resin, melamine resin, etc. It is, can be used in combination alone or in combination.

緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーとしては、2官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂、多官能フェノール型エポキシ樹脂、2官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂と多官能フェノール型エポキシ樹脂とを組み合わせてなる混合樹脂が好ましい。   As a thermosetting resin binder for forming dense parts, a bifunctional aliphatic alcohol ether type epoxy resin, a polyfunctional phenol type epoxy resin, a bifunctional aliphatic alcohol ether type epoxy resin and a polyfunctional phenol type epoxy resin are combined. The mixed resin is preferable.

2官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂としては、数平均分子量が1500〜3500であるとともに、数平均分子量/エポキシ当量が2以上である、下記一般式(I)で表される2官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂が好ましい。   The bifunctional aliphatic alcohol ether type epoxy resin has a number average molecular weight of 1500 to 3500 and a number average molecular weight / epoxy equivalent of 2 or more and is represented by the following general formula (I). Ether type epoxy resins are preferred.

G−O−(R−O)−G (I)
(ただし、Gはグリシジル基、Oは酸素原子、Rは炭素数が2〜10のアルキレン基、kは1以上の整数であり、kが2以上の整数である場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。)
G-O- (RO) k -G (I)
(However, when G is a glycidyl group, O is an oxygen atom, R is an alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, k is an integer of 1 or more, and k is an integer of 2 or more, a plurality of R are the same. It may or may not be.)

一般式(I)で表されるエポキシ樹脂において、2つのグリシジル基G、G間に存在するk個のアルキレン基Rに含まれる総炭素数が120超であると、樹脂の柔軟性が高くなるのでセパレータ材の破断歪みは大きくなるが、曲げ強度は例えば30MPa未満と低くなる。また、上記総炭素数が30未満では2つのグリシジル基G、G間の分子鎖が短すぎるので柔軟性が低くなる。また、kは8〜30であることが好ましく、15〜25であることがより好ましい。   In the epoxy resin represented by the general formula (I), when the total number of carbon atoms contained in the k alkylene groups R existing between the two glycidyl groups G and G is more than 120, the flexibility of the resin becomes high. Therefore, the breaking strain of the separator material is increased, but the bending strength is reduced to, for example, less than 30 MPa. On the other hand, if the total number of carbon atoms is less than 30, the molecular chain between the two glycidyl groups G and G is too short, so that the flexibility is lowered. Moreover, k is preferably 8-30, and more preferably 15-25.

一般式(I)で表される2官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂としては、例えば、ヘキサンジオール型エポキシ樹脂、ポリエチレングリコール型エポキシ樹脂、ポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂、ポリオキシテトラメチレングリコール型エポキシ樹脂などを挙げることができ、これ等の樹脂の中でも酸素原子数の割合が相対的に低いものが好ましく、酸素原子数の割合が相対的に低くなると、耐水性が向上し、得られるセパレータの吸水膨潤性を抑制することができる。   Examples of the bifunctional aliphatic alcohol ether type epoxy resin represented by the general formula (I) include a hexanediol type epoxy resin, a polyethylene glycol type epoxy resin, a polypropylene glycol type epoxy resin, and a polyoxytetramethylene glycol type epoxy resin. Among these resins, those having a relatively low proportion of oxygen atoms are preferable, and when the proportion of oxygen atoms is relatively low, water resistance is improved, and the water absorption swelling of the resulting separator Sex can be suppressed.

一般式(I)で表される2官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂は直鎖単結合構造であるため、分子鎖が可動し易く、柔軟性を有し、ゴム弾性を発揮しやすい構造を有しているため、セパレータに優れた可撓性、伸縮性、破断歪み特性を付与することができる。   Since the bifunctional aliphatic alcohol ether type epoxy resin represented by the general formula (I) has a linear single bond structure, the molecular chain is easy to move, has flexibility, and has a structure that easily exhibits rubber elasticity. Therefore, excellent flexibility, stretchability, and strain at break can be imparted to the separator.

一方、多官能フェノール型エポキシ樹脂は、分子中にフェノール骨格を有し、エポキシ基を2個以上有する化合物であれば特に制限されず、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格含有型エポキシ樹脂などを挙げることができる。   On the other hand, the polyfunctional phenol type epoxy resin is not particularly limited as long as it is a compound having a phenol skeleton in the molecule and having two or more epoxy groups. For example, bisphenol type epoxy resin, novolac type epoxy resin, orthocresol novolak Type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, naphthalene skeleton-containing type epoxy resin, and the like.

ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、2官能フェノール型エポキシ樹脂を挙げることができる。   Examples of bisphenol type epoxy resins include bifunctional phenol type epoxy resins.

2官能フェノール型エポキシ樹脂は分子中に2個のエポキシ基を有するものであり、2官能フェノール型エポキシ樹脂としては、例えば、一般式(II)で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂を挙げることができる。   The bifunctional phenol type epoxy resin has two epoxy groups in the molecule, and examples of the bifunctional phenol type epoxy resin include a bisphenol A type epoxy resin represented by the general formula (II). it can.

一般式(II)で表される2官能フェノール型エポキシ樹脂において、nは1〜10の整数であり、1〜5の整数であることが好ましく、2〜3の整数であることがより好ましい。   In the bifunctional phenol type epoxy resin represented by the general formula (II), n is an integer of 1 to 10, preferably an integer of 1 to 5, and more preferably an integer of 2 to 3.

一般式(II)で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂は、平面的なベンゼン環を有することから分子が運動し難く、柔軟性が低いが、その構造上、セパレータに高い曲げ強度を付与することができる。   The bisphenol A type epoxy resin represented by the general formula (II) has a planar benzene ring, so that the molecule does not move easily and has low flexibility, but its structure gives the separator high bending strength. Can do.

また、多官能フェノール型エポキシ樹脂としては、例えば、3以上の官能基を有する多官能フェノール型エポキシ樹脂を挙げることができる。このような多官能フェノール型エポキシ樹脂としては、例えば、一般式(III)で表されるエポキシ樹脂を挙げることができる。   Moreover, as a polyfunctional phenol type epoxy resin, the polyfunctional phenol type epoxy resin which has a 3 or more functional group can be mentioned, for example. As such a polyfunctional phenol type epoxy resin, the epoxy resin represented by general formula (III) can be mentioned, for example.

一般式(III)で表される多官能フェノール型エポキシ樹脂において、mは3〜8の整数であり、4〜8の整数であることが好ましく、5〜7の整数であることがより好ましい。   In the polyfunctional phenol type epoxy resin represented by the general formula (III), m is an integer of 3 to 8, preferably an integer of 4 to 8, and more preferably an integer of 5 to 7.

一般式(III)で表される多官能フェノール型エポキシ樹脂のうち、例えば、5官能フェノール型エポキシ樹脂(一般式(III)において、mが3であるエポキシ樹脂)は、分子中に5個のエポキシ基を有するとともに、分子骨格にベンゼン環を有するものであり、硬化すると三次元構造を形成して硬質でかつ脆い性質を示すが、その構造上、セパレータに高い曲げ強度を付与することができる。   Among the polyfunctional phenol type epoxy resins represented by the general formula (III), for example, a pentafunctional phenol type epoxy resin (an epoxy resin in which m is 3 in the general formula (III)) has 5 in the molecule. It has an epoxy group and a benzene ring in the molecular skeleton, and when cured, it forms a three-dimensional structure and exhibits a hard and brittle nature, but its structure can impart high bending strength to the separator. .

本発明の方法において、緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーとして、2官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂と多官能フェノール型エポキシ樹脂との混合樹脂を用いると、得られるセパレータが薄肉化した場合であっても、十分な可撓性(柔軟性)と曲げ強度を付与することができる。   In the method of the present invention, when a mixed resin of a bifunctional aliphatic alcohol ether type epoxy resin and a polyfunctional phenol type epoxy resin is used as a thermosetting resin binder for forming a dense part, the resulting separator is thinned Even so, sufficient flexibility (flexibility) and bending strength can be imparted.

そして、緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーとして、上記2官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂と多官能フェノール型エポキシ樹脂との混合樹脂を用いる場合、可撓性と強度とをバランスさせたセパレータを得るためには、該混合樹脂および後述するフェノール樹脂硬化剤の合計量に対する2官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂量の割合が、25〜50質量%であることが好ましく、30〜45質量%であることがより好ましく、35〜40質量%であることがさらに好ましい。上記割合が25質量%未満であると、セパレータの破断歪みが小さくなって割れ易くなり、50質量%超であると、セパレータの機械的強度が不十分となる。また、上記混合樹脂および後述するフェノール樹脂硬化剤の合計量に対する多官能フェノール型エポキシ樹脂量の割合が、25〜50質量%であることが好ましく、30〜45質量%であることがより好ましく、35〜40質量%であることがさらに好ましい。   And when using the mixed resin of the said bifunctional aliphatic alcohol ether type epoxy resin and a polyfunctional phenol type epoxy resin as a thermosetting resin binder for dense part formation, the separator which balanced flexibility and intensity | strength In order to obtain the ratio, the ratio of the amount of the bifunctional aliphatic alcohol ether type epoxy resin to the total amount of the mixed resin and the phenol resin curing agent described later is preferably 25 to 50% by mass, and preferably 30 to 45% by mass. It is more preferable that it is 35-40 mass%. When the ratio is less than 25% by mass, the breaking strain of the separator is reduced and the separator is easily cracked, and when it exceeds 50% by mass, the mechanical strength of the separator becomes insufficient. Moreover, it is preferable that the ratio of the amount of polyfunctional phenol type epoxy resin with respect to the total amount of the said mixed resin and the phenol resin hardening | curing agent mentioned later is 25-50 mass%, It is more preferable that it is 30-45 mass%, More preferably, it is 35-40 mass%.

緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダー量が少ないと得られるセパレータの強度が低下し、逆に緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダー量が多くなると電気抵抗が高くなる。   When the amount of the thermosetting resin binder for forming the dense part is small, the strength of the separator obtained is lowered. Conversely, when the amount of the thermosetting resin binder for forming the dense part is increased, the electric resistance is increased.

バインダー樹脂液を構成するフェノール樹脂硬化剤としては、分子中にフェノール構造を有するものであれば特に限定されず、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、キシレン型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、ビスフェノール型ノボラック樹脂などのノボラック樹脂、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、テトラブロモビスフェノールAなどのビスフェノール類、該ビスフェノール類を該ビスフェノール類のジグリシジルエーテルで高分子量化したり、エピクロルヒドリンと上記ビスフェノール類とを後者が過剰となる割合で反応させて得られるビスフェノール系樹脂などが挙げられる。   The phenol resin curing agent constituting the binder resin liquid is not particularly limited as long as it has a phenol structure in the molecule. Phenol novolak resin, cresol novolac resin, xylene type phenol resin, dicyclopentadiene type phenol resin, bisphenol Type novolac resins such as novolak resins, bisphenols such as bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, and tetrabromobisphenol A, the bisphenols may be polymerized with diglycidyl ether of the bisphenols, Examples thereof include bisphenol-based resins obtained by reacting the latter in excess.

フェノール樹脂硬化剤の含有割合は、緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーとして、多官能フェノール型エポキシ樹脂を用いる場合、該エポキシ樹脂中における全エポキシ基に対するフェノール樹脂中における全フェノール性水酸基の当量比(フェノール樹脂中における全フェノール性水酸基/エポキシ樹脂中における全エポキシ基)が0.5〜1.5であることが好ましく、0.7〜1.5であることがより好ましく、0.9〜1.1であることがさらに好ましく、1.0程度であることが特に好ましい。上記当量比が0.5未満であるか1.5を超えると、未反応の混合樹脂あるいはフェノール樹脂硬化剤の残存量が多くなるため、効率が低下してしまう。   When the polyfunctional phenol type epoxy resin is used as the thermosetting resin binder for forming the dense part, the content ratio of the phenol resin curing agent is equivalent to the total phenolic hydroxyl groups in the phenol resin with respect to the total epoxy groups in the epoxy resin. The ratio (total phenolic hydroxyl groups in phenol resin / total epoxy groups in epoxy resin) is preferably 0.5 to 1.5, more preferably 0.7 to 1.5, and 0.9 It is more preferable that it is -1.1, and it is especially preferable that it is about 1.0. If the equivalent ratio is less than 0.5 or exceeds 1.5, the remaining amount of the unreacted mixed resin or phenol resin curing agent increases, and the efficiency is lowered.

また、バインダー樹脂液を構成する硬化促進剤としては、リン系化合物、第3級アミン、イミダゾール、有機酸金属塩、ルイス酸、アミン錯塩などから選ばれる1種以上を挙げることができ、緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーとして、多官能フェノール型エポキシ樹脂を用いる場合、通常、樹脂100質量部に対し0.05〜3質量部の範囲で添加することができる。   Moreover, as a hardening accelerator which comprises a binder resin liquid, 1 or more types chosen from a phosphorus compound, a tertiary amine, imidazole, an organic acid metal salt, a Lewis acid, an amine complex salt, etc. can be mentioned, When using a polyfunctional phenol type epoxy resin as a thermosetting resin binder for part formation, it can usually be added in a range of 0.05 to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin.

また、上記バインダー樹脂液中に含まれる緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダー、フェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤の合計量は、緻密質部形成用炭素質粉末100質量部に対して、10〜35質量部であることが好ましい。   The total amount of the dense part-forming thermosetting resin binder, phenol resin curing agent, and curing accelerator contained in the binder resin liquid is 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the dense part-forming carbonaceous powder. It is preferable that it is -35 mass parts.

バインダー樹脂液を構成する有機溶媒としては、一般に入手可能なもので、緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーを溶解させ得るものであれば特に限定されず、例えば、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類が多く用いられ、これ等の有機溶媒のうち、後述するスラリーをドクターブレード成形してグリーンシート化する際の、スラリーの安定性や粘度、シートの乾燥速度などを考慮すると、メチルエチルケトンが最も好ましい。   The organic solvent that constitutes the binder resin liquid is not particularly limited as long as it is generally available and can dissolve the thermosetting resin binder for forming the dense part, and examples thereof include ethyl alcohol and isopropyl alcohol. Alcohols, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone are often used, and among these organic solvents, the slurry stability and viscosity and the sheet drying speed when forming a green sheet by forming the slurry described later into a doctor blade. In view of the above, methyl ethyl ketone is most preferable.

有機溶媒量が多くなると、緻密質部形成用炭素質粉末の沈降が速くなり、後述するグリーンシートの表裏に組織差が発生して反り上がりを生じる場合がある。逆に有機溶媒量が少なくなると、後述するスラリーの粘度が上昇し、グリーンシート形成時にブレードが凝集した炭素質粉末を引きずって表面に凹凸を生じるため、シート化が困難になる。   When the amount of the organic solvent is increased, the carbonaceous powder for forming the dense part is rapidly settled, and there may be a difference in structure between the front and back of the green sheet, which will be described later, resulting in warping. Conversely, when the amount of the organic solvent decreases, the viscosity of a slurry described later increases, and the formation of a sheet becomes difficult because the carbonaceous powder in which the blades are aggregated is dragged to form irregularities on the surface.

バインダー樹脂液を構成する分散剤としては、非イオン性界面活性剤、陽イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤等を挙げることができる。   Examples of the dispersant constituting the binder resin liquid include a nonionic surfactant, a cationic surfactant, and an anionic surfactant.

非イオン性界面活性剤としては、例えば、芳香族エーテル型、カルボン酸エステル型、アクリル酸エステル型、リン酸エステル型、スルホン酸エステル型、脂肪酸エステル型、ウレタン型、フッ素型、アミノアマイド型、アクリルアマイド型の各種ポリマーからなるものが挙げられる。   Examples of the nonionic surfactant include aromatic ether type, carboxylic acid ester type, acrylic acid ester type, phosphoric acid ester type, sulfonic acid ester type, fatty acid ester type, urethane type, fluorine type, aminoamide type, The thing which consists of various polymers of an acryl amide type is mentioned.

陽イオン界面活性剤としては、アンモニウム基、スルホニウム基、ホスホニウム基を含有する各種ポリマーからなるものが挙げられる。   Examples of the cationic surfactant include those made of various polymers containing an ammonium group, a sulfonium group, and a phosphonium group.

陰イオン界面活性剤としては、カルボン酸型、リン酸型、スルホン酸型、ヒドロキシ脂肪酸型、脂肪酸アマイド型の各種ポリマーからなるものが挙げられる。
上記各界面活性剤の分子量は、緻密質部形成用炭素質粉末を上記有機溶媒中に分散させるために、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算重量平均分子量で、2,000〜100,000の範囲にあることが望ましい。上記重量平均分子量が、2,000未満であると、分散剤が緻密質部形成用炭素質粉末表面に吸着した際にポリマー成分が充分な立体反発層を形成することができず、分散粒子の再凝集が起こるため好ましくない。また、上記重量平均分子量が、100,000を越えると製造再現性が低下したり、凝集剤として作用する場合がある。
Examples of the anionic surfactant include those made of various polymers of carboxylic acid type, phosphoric acid type, sulfonic acid type, hydroxy fatty acid type, and fatty acid amide type.
The molecular weight of each of the surfactants is a polystyrene-reduced weight average molecular weight by gel permeation chromatography in order to disperse the carbonaceous powder for forming the dense part in the organic solvent, and ranges from 2,000 to 100,000. It is desirable to be in When the weight average molecular weight is less than 2,000, the polymer component cannot form a sufficient three-dimensional repulsion layer when the dispersant is adsorbed on the surface of the dense part forming carbonaceous powder, This is not preferable because reaggregation occurs. On the other hand, if the weight average molecular weight exceeds 100,000, the production reproducibility may be reduced or the flocculant may act.

これらの界面活性剤は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
分散剤は、緻密質部形成用炭素質粉末100質量部に対して0.1〜5質量部加えることが好ましい。分散剤の添加量が、緻密質部形成用炭素質粉末100質量部に対して0.1質量部より少なくなると、緻密質部形成用炭素質粉末が分散せずにすぐに沈降してしまう。また、同添加量が緻密質部形成用炭素質粉末100質量部に対して5質量部より多くなると、樹脂特性を低下させ、結果的にセパレータ材の機械的特性の悪化(強度低下)を招くばかりか、耐薬品性、特に硫酸酸性液中における特性劣化を招くことになる。
These surfactants can be used alone or in admixture of two or more.
The dispersant is preferably added in an amount of 0.1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the dense part-forming carbonaceous powder. If the amount of the dispersant added is less than 0.1 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the dense part forming carbonaceous powder, the dense part forming carbonaceous powder will settle immediately without being dispersed. Moreover, when the addition amount is more than 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the dense part forming carbonaceous powder, the resin characteristics are deteriorated, and as a result, the mechanical characteristics of the separator material are deteriorated (strength reduction). In addition, chemical resistance, in particular, deterioration of characteristics in sulfuric acid acidic solution is caused.

また、バインダー樹脂液は、上記分散剤のほかにも、必要に応じて、例えば、濡れ浸透剤、防腐剤、消泡剤、表面調整剤などの添加剤を、本発明の目的を阻害しない範囲で適宜含有することできる。これ等の添加剤を含有することにより、安定したスラリーを作製して、表面の滑らかなグリーンシートを得ることができる。   In addition to the above dispersant, the binder resin liquid may contain additives such as a wetting penetrating agent, an antiseptic, an antifoaming agent, and a surface conditioner as long as it does not hinder the purpose of the present invention. It can contain suitably. By containing these additives, a stable slurry can be produced and a green sheet with a smooth surface can be obtained.

バインダー樹脂液は、上記有機溶媒中に、緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーを、必要に応じ、フェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤、分散剤等とともに添加して、攪拌機にて攪拌、混合することにより作製することができる。攪拌時間は1時間程度が好ましく、攪拌機の回転数は、100〜1000回転/分程度であることが好ましい。   The binder resin liquid is added to the above organic solvent with a thermosetting resin binder for forming a dense part together with a phenol resin curing agent, a curing accelerator, a dispersing agent, etc., if necessary, and stirred and mixed with a stirrer. It can produce by doing. The stirring time is preferably about 1 hour, and the rotation speed of the stirrer is preferably about 100 to 1000 rotations / minute.

(2)スラリー状緻密質部形成材料作製工程
上記(1)工程で得たバインダー樹脂液と、緻密質部形成用炭素質粉末とを混合して、緻密質部形成用炭素質粉末が分散したスラリー状緻密質部形成材を作製する。
(2) Slurry dense part forming material manufacturing process
The binder resin liquid obtained in the step (1) and the dense part forming carbonaceous powder are mixed to produce a slurry-like dense part forming material in which the dense part forming carbonaceous powder is dispersed.

緻密質部形成用炭素質粉末としては、人造黒鉛粉末、天然黒鉛粉末、膨張黒鉛粉末、あるいは、これらの混合物などの黒鉛粉末を挙げることができ、これらのうち、曲げ強度や破断歪み等のセパレータ材の機械的特性を考慮すると、人造黒鉛粉末単独あるいは人造黒鉛粉末と天然黒鉛粉末の混合粉末が好ましく、また、上記各黒鉛粉末は、適宜粉砕機により粉砕し篩分けして粒度調整してから使用することが好ましい。   Examples of the carbonaceous powder for forming the dense portion include graphite powder such as artificial graphite powder, natural graphite powder, expanded graphite powder, or a mixture thereof. Among these, separators such as bending strength and breaking strain are used. Considering the mechanical properties of the material, artificial graphite powder alone or a mixed powder of artificial graphite powder and natural graphite powder is preferable, and each of the above graphite powders is appropriately pulverized and sieved to adjust the particle size. It is preferable to use it.

緻密質部形成用炭素質粉末は、粒子径1〜30μmの粒子を30〜90質量%含み、最大粒子径が50〜150μmであるものが好ましい。   The dense part-forming carbonaceous powder preferably contains 30 to 90% by mass of particles having a particle diameter of 1 to 30 μm and a maximum particle diameter of 50 to 150 μm.

緻密質部形成用炭素質粉末を構成する粒子径1〜30μmの粒子の量が30〜90質量%であることにより、溶液量が少なくしても流動性がよく安定なスラリーとなり、グリーンシート成形時に乾燥収縮によるひび割れの発生を抑制して緻密化を図ることができ、機械的強度が向上したセパレータを得ることができる。一方、緻密質部形成用炭素質粉末を構成する粒子径1〜30μmの粒子の量が30質量%未満であると、得られるセパレータの機械的強度が低下し、90質量%を超えるとセパレータの抵抗値が上昇してしまう。また、緻密質部形成用炭素質粉末の最大粒子径が50μm未満であるとセパレータの抵抗値が増加してしまい、最大粒子径が150μmを超えるとガス不透過性が低下してしまう。さらに、炭素質粉末が粒子径1〜30μmの粒子と粒子径50〜150μmの粒子の両者を含むことにより、次工程のグリーンシート作製時に大きな粒子の間隙に小さな粒子が入り込む充填効果もあって、緻密なグリーンシートを得ることができる。   The amount of particles having a particle size of 1 to 30 μm constituting the dense part forming carbonaceous powder is 30 to 90% by mass, so that even if the amount of the solution is small, the fluidity is good and the slurry becomes stable, and the green sheet is formed. Occasionally, cracking due to drying shrinkage can be suppressed to achieve densification, and a separator with improved mechanical strength can be obtained. On the other hand, when the amount of particles having a particle diameter of 1 to 30 μm constituting the dense part forming carbonaceous powder is less than 30% by mass, the mechanical strength of the obtained separator is reduced. Resistance value will rise. Moreover, if the maximum particle size of the dense part forming carbonaceous powder is less than 50 μm, the resistance value of the separator increases, and if the maximum particle size exceeds 150 μm, the gas impermeability decreases. Furthermore, since the carbonaceous powder includes both particles having a particle diameter of 1 to 30 μm and particles having a particle diameter of 50 to 150 μm, there is also a filling effect that small particles enter into the gaps of the large particles when the green sheet is produced in the next step. A dense green sheet can be obtained.

上記粒径分布を有する炭素質粉末は、上記篩分けにより粒度調整した炭素質粉末を適宜な量比に混合することにより作製することができる。   The carbonaceous powder having the above particle size distribution can be produced by mixing the carbonaceous powder whose particle size is adjusted by the above sieving in an appropriate quantitative ratio.

また、緻密質部形成用炭素質粉末としては、圧縮反発率が120%以下のものが好ましく、100〜115%のものがより好ましく、100〜110%のものがさらに好ましい。圧縮反発率とは、炭素質粉末を50MPaで加圧圧縮した時点の体積と、除圧した後の体積の割合(除圧した後の体積/加圧圧縮した時点の体積)を百分率で表わしたものである。   Moreover, as the dense part forming carbonaceous powder, those having a compression repulsion rate of 120% or less are preferable, those having 100 to 115% are more preferable, and those having 100 to 110% are more preferable. The compression repulsion rate was expressed as a percentage of the volume when the carbonaceous powder was compressed under pressure at 50 MPa and the ratio of the volume after depressurization (volume after depressurization / volume when compressed and compressed). Is.

上記バインダー樹脂液と緻密質部形成用炭素質粉末とを混合、分散処理して、スラリー状緻密質部形成材料を作製する。   The binder resin solution and the dense part forming carbonaceous powder are mixed and dispersed to prepare a slurry-like dense part forming material.

緻密質部形成用炭素質粉末は、緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダー、フェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤の合計量(樹脂成分合計量)に対して、質量比で、樹脂成分合計量:緻密質部形成用炭素質粉末=10:90〜35:65となるようにバインダー樹脂液と混合することが好ましい。樹脂成分合計量の質量割合が10%未満であり、炭素質粉末の質量割合が90%超であると、熱硬化性樹脂バインダー量が低減するので、成形時の流動性が低下して均一に混合することが困難になり、組成が不均一になり易い。一方、樹脂成分合計量の質量割合が35%超であり、炭素質粉末の質量割合が65%未満であると、成形性は向上するが、炭素質粉末と熱硬化性樹脂バインダーからなる成形体の電気抵抗が大きくなり、得られるセパレータを用いて燃料電池を作製した際に、燃料電池の性能低下を招くことになる。   The carbonaceous powder for forming the dense part is the total amount of the resin component in a mass ratio with respect to the total amount (resin component total amount) of the thermosetting resin binder for forming the dense part, the phenol resin curing agent, and the curing accelerator. : Carbonaceous powder for forming dense part = 10: 90 to 35:65 It is preferable to mix with the binder resin liquid. If the mass proportion of the total amount of the resin components is less than 10% and the mass proportion of the carbonaceous powder is more than 90%, the amount of thermosetting resin binder is reduced, so that the fluidity at the time of molding is lowered and uniform. It becomes difficult to mix and the composition tends to be non-uniform. On the other hand, if the mass proportion of the total amount of the resin components is more than 35% and the mass proportion of the carbonaceous powder is less than 65%, the moldability is improved, but the molded article comprising the carbonaceous powder and the thermosetting resin binder. When the fuel cell is manufactured using the obtained separator, the performance of the fuel cell is deteriorated.

バインダー樹脂液と炭素質粉末との混合、分散処理は、万能撹拌機、超音波処理装置、カッターミキサー、三本ロール等の分散機を用いて行うことが好ましく、バインダー樹脂液中に炭素質粉末を分散させ、さらに適宜有機溶剤を添加して粘度が100〜2000mPa・s、好ましくは100〜1000mPa・sになるように調整し、スラリー化することが好ましい。スラリーの粘度が100mPa・sを下回ると、グリーンシートの作製時にドクターブレードから原料スラリーが流出し、シートが広がるため、均質な厚さのシートを形成することができなくなる。また、スラリーの粘度が2000mPa・sを超えると、グリーンシートの作製時に、ブレードが凝集した炭素質粉末を引きずって表面に凹凸を生じるため、シート化が困難になる。   The mixing and dispersing treatment of the binder resin liquid and the carbonaceous powder is preferably carried out using a dispersing machine such as a universal stirrer, ultrasonic treatment device, cutter mixer, three rolls, etc., and the carbonaceous powder in the binder resin liquid It is preferable to make a slurry by adjusting the viscosity to 100 to 2000 mPa · s, preferably 100 to 1000 mPa · s by adding an organic solvent as appropriate. When the viscosity of the slurry is less than 100 mPa · s, the raw material slurry flows out from the doctor blade when the green sheet is produced, and the sheet spreads, so that a sheet having a uniform thickness cannot be formed. On the other hand, when the viscosity of the slurry exceeds 2000 mPa · s, it becomes difficult to form a sheet because the blade is dragged by the agglomerated carbonaceous powder when the green sheet is produced, and the surface is uneven.

なお、グリーンシートの作製時において、上記混合、分散処理によって巻き込んだエアが、グリーンシート表面に凹凸を形成し均質性を低下する場合があるので、遠心処理や真空脱気等の手法により上記スラリー中のエアを脱気した上で、グリーンシートを作製することが望ましい。   In addition, when the green sheet is produced, the air entrained by the mixing and dispersing process may form irregularities on the surface of the green sheet and reduce the homogeneity. Therefore, the slurry may be obtained by a method such as centrifugation or vacuum deaeration. It is desirable to produce a green sheet after degassing the air inside.

(3)グリーンシート作製工程
上記(2)工程で調製したスラリーを、ドクターブレード法によりポリエステルなどのフィルム上に塗布する。この際、ドクターブレードとフィルム間のギャップを適宜0.2〜0.8mm程度に調整した後、ドクターブレードのスラリーホッパーにスターラーでよく攪拌したスラリーを流し込み、好ましくは離型剤を塗布したフィルム上に均等な厚みに塗布する。
(3) Green sheet preparation process The slurry prepared at the said (2) process is apply | coated on films, such as polyester, by the doctor blade method. At this time, after appropriately adjusting the gap between the doctor blade and the film to about 0.2 to 0.8 mm, the slurry which is well stirred with a stirrer is poured into the slurry hopper of the doctor blade, preferably on the film coated with a release agent. Apply to a uniform thickness.

得られるグリーンシートの厚みは、ドクターブレードとフィルムとのギャップ間隔やスラリー濃度を調整することにより調整することができ、乾燥後の厚みで0.1〜0.5mmになるように制御することが好ましい。   The thickness of the obtained green sheet can be adjusted by adjusting the gap distance between the doctor blade and the film and the slurry concentration, and can be controlled so that the thickness after drying is 0.1 to 0.5 mm. preferable.

得られたグリーンシートは、自然乾燥させたり、所望により、ある程度の長さにカットした上で扇風機などを用いて送風乾燥して、目視にて溶媒分が揮発するまで乾燥させることが好ましい。また、溶媒分が揮発し、表面が乾いた状態となってから、所定の寸法にカッターナイフで切れ目を入れたり、打ち抜き型で所定形状、寸法にした上で、更に所定時間、乾燥、或いは冷却することでフィルムから離形し易くしてから表面のフィルムを剥がして離型することが好ましい。   The obtained green sheet is preferably air-dried or, if desired, cut to a certain length and then blown and dried using a fan or the like, and dried until the solvent content is volatilized visually. In addition, after the solvent has evaporated and the surface is dry, a predetermined size is cut with a cutter knife, or a punching die is used for a predetermined shape and size, followed by drying or cooling for a predetermined time. It is preferable to release the film from the surface after making it easy to release from the film.

このように、ドクターブレード法は、炭素質粉末等の原料粉末、熱硬化性樹脂バインダー類、分散剤、有機溶剤等からなるスラリーをドクターブレード装置を用いてキャリヤフィルム上に一定の厚みになるように連続塗工した後、乾燥して有機溶剤を揮発・蒸発させることにより、グリーンシートを得る方法であり、シート成形、乾燥、巻き取り、打ち抜き加工等を連続的に行う生産方法であることから、高い生産効率で緻密質部形成材であるグリーンシートを作製することができる。このため、スラリー状原料混合物を乾燥させ、粉砕して成形粉を作製した上でセパレータを製造する従来法に比べ、セパレータ製造時における作業効率や生産性を向上させることができる。   Thus, in the doctor blade method, a slurry composed of raw material powder such as carbonaceous powder, thermosetting resin binders, dispersant, organic solvent, etc. is formed on the carrier film using a doctor blade device to a certain thickness. It is a method of obtaining a green sheet by drying and evaporating and evaporating the organic solvent after continuous coating, and a production method that continuously performs sheet forming, drying, winding, punching processing, etc. A green sheet which is a dense part forming material can be produced with high production efficiency. For this reason, the working efficiency and productivity at the time of separator manufacture can be improved compared with the conventional method which manufactures a separator, after drying a slurry-like raw material mixture and producing a molding powder.

このようにして得られたグリーンシートは、緻密な樹脂膜から構成されてなるものであることから、得られるセパレータ材のガス不透過性を向上させることができる。   Since the green sheet obtained in this way is composed of a dense resin film, the gas impermeability of the separator material obtained can be improved.

このようにして得られるグリーンシートは、厚さ0.1〜1.0mmであることが適当であり、0.15〜0.8mmであることがより適当であり、0.2〜0.6mmであることがさらに適当である。   The green sheet thus obtained is suitably 0.1 to 1.0 mm thick, more suitably 0.15 to 0.8 mm, and 0.2 to 0.6 mm. It is further appropriate that

(4)加圧成形工程
上記(3)工程で得たグリーンシートを、得ようとするセパレータ材の厚さに応じて適宜複数枚積層した上で加圧成形することにより、緻密質部材を作製することができる。
(4) Pressure forming step A dense member is produced by pressure forming after laminating a plurality of the green sheets obtained in the step (3) as appropriate according to the thickness of the separator material to be obtained. can do.

緻密質部形成用グリーンシートの加圧成形は、例えば、グリーンシートを所望枚数重ね合せた状態で金型内に配置し、ホットプレート等を用いて緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーの融点以上の温度或いは緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーを溶融して加熱硬化できる温度まで金型ごと予熱した後、プレス機に投入して加圧することにより行うことができる。加圧成形物は、金型の温度が室温まで低下する前に取り出すことが好ましい。   The pressure forming of the dense part forming green sheet is performed, for example, by placing a desired number of green sheets in a mold and using a hot plate or the like to melt the dense part forming thermosetting resin binder. This can be performed by preheating the mold together with the above temperature or a temperature at which the thermosetting resin binder for forming the dense part is melted and heat-cured, and then putting it in a press machine and applying pressure. The pressure-molded product is preferably taken out before the mold temperature is lowered to room temperature.

上記加圧成形は、例えば、図1(a)に示すような、緻密質本体部形成用グリーンシート31aと緻密質部縁部形成用グリーンシート31bとを用いて、この緻密質本体部形成用グリーンシート31aと緻密質部縁部形成用グリーンシート31bとを、図1(b)に示すように重ね合せた状態で、金型内に配置し、ホットプレート等を用いて金型ごと上記温度雰囲気下で予熱した後、プレス機に投入して、加圧することにより行うことができる。このようにして、図1(c)に示すような、縁部を有する緻密質部材31を得ることができる(図1(c)の上図が緻密質部材31の斜視図であり、図1(c)の下図が緻密質部材31の主表面に対する垂直断面図である)。緻密質本体部形成用グリーンシート31aや緻密質部縁部形成用グリーンシート31b等の積層数は、得ようとする緻密質部材の厚さに応じて適宜変更すればよい。   For example, the pressure molding is performed by using a dense body portion forming green sheet 31a and a dense portion edge portion forming green sheet 31b as shown in FIG. The green sheet 31a and the dense part edge forming green sheet 31b are placed in a mold in a state of being overlapped as shown in FIG. 1B, and the above temperature is set together with the mold using a hot plate or the like. After preheating in an atmosphere, it can be performed by putting in a press machine and pressurizing. In this way, a dense member 31 having an edge as shown in FIG. 1C can be obtained (the upper view of FIG. 1C is a perspective view of the dense member 31, FIG. (C) The lower figure is a vertical sectional view with respect to the main surface of the dense member 31). The number of layers of the dense body portion forming green sheet 31a, the dense portion edge forming green sheet 31b, and the like may be appropriately changed according to the thickness of the dense member to be obtained.

緻密質部材は、上記グリーンシートを2〜6枚積層してなるものであることが好ましく、緻密質部材が、図1(c)に示すような態様を採る場合には、緻密質本体部形成用グリーンシート31aを1〜3枚、緻密質部縁部形成用グリーンシート31bを1〜3枚積層し、加圧成形してなるものであることが好ましい。   It is preferable that the dense member is formed by laminating 2 to 6 green sheets. When the dense member takes an embodiment as shown in FIG. It is preferable that 1 to 3 green sheets 31a and 1 to 3 dense part edge forming green sheets 31b are laminated and pressure-molded.

また、緻密質部材31の形状は、同一サイズのグリーンシートを金型中に積層して加圧成形することにより平面状(平板状)としてもよい。   The dense member 31 may have a planar shape (flat plate shape) by laminating green sheets of the same size in a mold and press-molding them.

上記加圧成型(熱圧成形)時の圧力は10〜100MPaであることが好ましく、20〜80MPaであることがより好ましく、20〜60MPaであることがさらに好ましい。また、熱圧成形時の温度は、150〜250℃であることが好ましい。熱圧成形時の加圧時間は1秒〜600秒が好ましく、1秒〜300秒がより好ましく、1秒〜30秒がさらに好ましい。また、上記加圧時においては、加圧状態を連続的に維持するのではなく、適時加圧状態を開放して、ガス抜きを行ってもよい。加圧時の圧力が上記範囲内にあることにより、得られるセパレータに所望の強度およびガス不透過性を付与することができる。   The pressure at the time of the pressure molding (hot pressure molding) is preferably 10 to 100 MPa, more preferably 20 to 80 MPa, and still more preferably 20 to 60 MPa. Moreover, it is preferable that the temperature at the time of hot press molding is 150-250 degreeC. The pressing time at the time of hot pressing is preferably 1 second to 600 seconds, more preferably 1 second to 300 seconds, and further preferably 1 second to 30 seconds. Further, at the time of pressurization, the depressurization may be performed by releasing the pressurization state in a timely manner, instead of continuously maintaining the pressurization state. When the pressure at the time of pressurization is within the above range, desired strength and gas impermeability can be imparted to the obtained separator.

緻密質部材の厚さは、0.05〜0.5mmであることが適当であり、0.075〜0.4mmであることがより適当であり、0.1〜0.3mmであることがさらに適当である。なお、本明細書において、緻密質部材が図1(c)に示すような形態を採る場合は、図1(c)にtで示す厚さが緻密質部材の厚さに相当するものとする。   The thickness of the dense member is suitably 0.05 to 0.5 mm, more suitably 0.075 to 0.4 mm, and 0.1 to 0.3 mm. It is more appropriate. In this specification, when the dense member takes the form as shown in FIG. 1C, the thickness indicated by t in FIG. 1C corresponds to the thickness of the dense member. .

得られる緻密質部材は、上記緻密構造を有するグリーンシートから成るものであることから、厚さが薄い場合でも高度のガス不透過性を有するセパレータを作製することができる。   Since the obtained dense member is made of the green sheet having the dense structure, a separator having a high degree of gas impermeability can be produced even when the thickness is small.

<多孔質部形成用予備成形シートの作製>
本発明の方法において、多孔質部形成用予備成形シートは、多孔質部形成用炭素質粉末と多孔質部形成用樹脂バインダーと増粘剤とを含むスラリー状多孔質部形成材料をシート化することにより作製される。
<Preparation of preformed sheet for forming porous portion>
In the method of the present invention, the preform for forming a porous part forms a slurry-like porous part forming material containing a carbonaceous powder for forming a porous part, a resin binder for forming a porous part, and a thickener. It is produced by this.

本発明の方法において、多孔質部形成用予備成形シートを作製する具体的態様としては、多孔質部形成用樹脂バインダーおよび増粘剤を、必要に応じてフェノール樹脂硬化剤や硬化促進剤とともに有機溶剤に溶解してバインダー樹脂液を作製する工程(バインダー樹脂液作製工程)と、バインダー樹脂液に多孔質部形成用炭素質粉末を分散させてスラリー状多孔質部形成材料を作製する工程(スラリー状多孔質部形成材料作製工程)と、該スラリーをフィルム上に塗布し、乾燥した後、離型して多孔質部形成材であるグリーンシートを作製する工程(グリーンシート作製工程)とを施す方法を挙げることができる。   In the method of the present invention, as a specific embodiment for producing a preformed sheet for forming a porous part, a resin binder and a thickener for forming a porous part are combined with a phenol resin curing agent and a curing accelerator, if necessary. A step of preparing a binder resin solution by dissolving in a solvent (binder resin solution preparation step), and a step of preparing a slurry-like porous portion forming material by dispersing the porous carbon forming powder in the binder resin solution (slurry) And a step of producing a green sheet as a porous part forming material by releasing the slurry after applying the slurry on a film, drying, and applying the slurry (green sheet producing process) A method can be mentioned.

(1)バインダー樹脂液作製工程
バインダー樹脂液(多孔質部形成用樹脂バインダー含有液)は、多孔質部形成用樹脂バインダーおよび増粘剤を、必要に応じフェノール樹脂硬化剤や硬化促進剤とともに攪拌、混合し、さらに必要に応じ後述する多孔質部形成用炭素質粉末を分散し得る最低必要量の分散剤を、所望の質量比で適宜な有機溶剤に攪拌、溶解することにより作製することができる。
(1) Binder resin liquid preparation step The binder resin liquid (resin binder-containing liquid for forming the porous part) stirs the resin binder for forming the porous part and the thickener together with a phenol resin curing agent and a curing accelerator as necessary. The minimum required amount of a dispersant capable of mixing and further dispersing a carbonaceous powder for forming a porous part, which will be described later, if necessary, can be prepared by stirring and dissolving in an appropriate organic solvent at a desired mass ratio. it can.

多孔質部形成用樹脂バインダーとしては、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を挙げることができる。   Examples of the resin binder for forming the porous portion include a thermosetting resin or a thermoplastic resin.

多孔質部形成用樹脂バインダーが熱硬化性樹脂である場合、その具体例や配合割合は、上述した緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーを用いて緻密質部形成用バインダー樹脂液を作製する場合と同様であり、フェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤の具体例や配合割合も、上記緻密質部形成用バインダー樹脂液を作製する場合と同様である。   When the porous part forming resin binder is a thermosetting resin, specific examples and blending ratios thereof are used to prepare a dense part forming binder resin liquid using the above-described dense part forming thermosetting resin binder. The specific examples and blending ratios of the phenol resin curing agent and the curing accelerator are the same as in the case of producing the dense part forming binder resin liquid.

多孔質部形成用樹脂バインダーが熱可塑性樹脂である場合、熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリスルホン系樹脂などが挙げられる。これらの熱可塑性樹脂の中、耐薬品性、耐久性、機械的強度の点から、ポリフェニレンスルフィド系樹脂が好ましく、さらにはポリオレフィン系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂も好適に使用することができる。   When the resin binder for forming the porous portion is a thermoplastic resin, the thermoplastic resin includes polyolefin resin, polyester resin, polycarbonate resin, polystyrene resin, acrylic resin, polyamide resin, polyphenylene ether resin, polyphenylene sulfide. Resin, polysulfone resin and the like. Of these thermoplastic resins, polyphenylene sulfide resins are preferred from the viewpoint of chemical resistance, durability, and mechanical strength, and polyolefin resins and polyphenylene ether resins can also be suitably used.

バインダー樹脂液中に含まれる多孔質部形成用樹脂バインダーが熱可塑性樹脂である場合、その配合量は、多孔質部形成用炭素質粉末100質量部に対して、10〜35質量部であることが好ましい。   When the porous part forming resin binder contained in the binder resin liquid is a thermoplastic resin, the blending amount thereof is 10 to 35 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the porous part forming carbonaceous powder. Is preferred.

バインダー樹脂液(多孔質部形成用樹脂バインダー含有液)の調製に必要に応じて使用する分散剤の具体例は、上記緻密質部形成用バインダー樹脂液を作製する場合と同様である。   Specific examples of the dispersant used as necessary for the preparation of the binder resin liquid (resin binder-containing liquid for forming the porous part) are the same as those for producing the dense part forming binder resin liquid.

増粘剤としては、例えばセルロース系増粘剤等の有機高分子樹脂を挙げることができ、セルロース系増粘剤としては、セルロースアセテート(酢酸セルロース)、エチルセルロース、硝酸セルロース、硫酸セルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。   Examples of the thickener include organic polymer resins such as a cellulose-based thickener, and examples of the cellulose-based thickener include cellulose acetate (cellulose acetate), ethylcellulose, cellulose nitrate, cellulose sulfate, methylcellulose, hydroxy Examples include ethyl cellulose and carboxymethyl cellulose.

増粘剤としては、特に有機溶剤に可溶な有機高分子樹脂が好ましく、具体的には、セルロースアセテート(酢酸セルロース)、エチルセルロース、硝酸セルロース、硫酸セルロース、アミロースアセテート等が挙げられる。   As the thickener, an organic polymer resin soluble in an organic solvent is particularly preferable, and specific examples thereof include cellulose acetate (cellulose acetate), ethyl cellulose, cellulose nitrate, cellulose sulfate, and amylose acetate.

また、増粘剤としては、水溶性の有機高分子樹脂を挙げることができ、具体的には、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。増粘剤として水溶性の有機高分子樹脂を用いる場合、多孔質部形成用樹脂バインダーも水溶性フェノール樹脂等の水溶性のものを使用する。   In addition, examples of the thickener include water-soluble organic polymer resins, and specific examples include methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and the like. When a water-soluble organic polymer resin is used as the thickener, a water-soluble one such as a water-soluble phenol resin is also used as the porous portion forming resin binder.

増粘剤の配合割合は、後述する多孔質部形成用炭素質粉末100質量部に対して、0.1〜10質量部であることが好ましく、0.5〜10質量部であることがより好ましく、1〜10質量部であることがさらに好ましい。
増粘剤の配合割合が、後述する多孔質部形成用炭素質粉末100質量部に対して0.1〜10質量部であることにより、多孔質部成形用スラリーの粘度を所望範囲に制御し、多孔質部成用炭素質粉末の沈降を抑制することができることから均質性に優れたセパレータを得ることができる。
The blending ratio of the thickener is preferably 0.1 to 10 parts by mass and more preferably 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the porous part forming carbonaceous powder described later. Preferably, it is 1 to 10 parts by mass.
When the blending ratio of the thickener is 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbonaceous powder for forming a porous part to be described later, the viscosity of the slurry for forming the porous part is controlled within a desired range. Moreover, since the sedimentation of the carbonaceous powder for porous part formation can be suppressed, a separator having excellent homogeneity can be obtained.

また、上記バインダー樹脂液中に含まれる多孔質部形成用樹脂バインダー、増粘剤の合計量(樹脂バインダーが熱硬化性樹脂である場合には、さらにフェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤を加えた合計量)は、多孔質部形成用炭素質粉末100質量部に対して、10〜45質量部であることが好ましい。   Further, the total amount of the porous part forming resin binder and the thickener contained in the binder resin liquid (when the resin binder is a thermosetting resin, a phenol resin curing agent and a curing accelerator were further added. The total amount) is preferably 10 to 45 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the porous part forming carbonaceous powder.

本発明においては、多孔質部形成材料が増粘剤を含むことにより、多孔質部形成用炭素質粉末として平均粒径50μm以上の炭素質粉末を用いた場合であっても、黒鉛粉の沈降を抑制して均質なスラリーとすることができ、均質性の高いセパレータを容易に得ることができる。   In the present invention, the porous part forming material contains a thickener, so that even if a carbonaceous powder having an average particle size of 50 μm or more is used as the porous part forming carbonaceous powder, the graphite powder is precipitated. Can be made into a homogeneous slurry, and a highly homogeneous separator can be easily obtained.

バインダー樹脂液を構成する有機溶媒としては、一般に入手可能なもので、多孔質部形成用熱硬化性樹脂バインダーおよび増粘剤を溶解させ得るものであれば特に限定されず、例えば、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類が多く用いられ、これ等の有機溶媒のうち、後述するスラリーをドクターブレード成形してグリーンシート化する際の、スラリーの安定性や粘度、シートの乾燥速度などを考慮すると、メチルエチルケトンが最も好ましい。   The organic solvent constituting the binder resin liquid is not particularly limited as long as it is generally available and can dissolve the thermosetting resin binder for forming the porous portion and the thickener. For example, acetone, methyl ethyl ketone Of these organic solvents, methyl ethyl ketone is considered in view of the stability and viscosity of the slurry when the slurry described later is formed into a green sheet by forming a slurry, and the drying speed of the sheet. Is most preferred.

有機溶媒量が多くなると、多孔質部形成用炭素質粉末の沈降が速くなり、後述するグリーンシートの表裏に組織差が発生して反り上がりを生じる場合がある。逆に有機溶媒量が少なくなると、後述するスラリーの粘度が上昇し、グリーンシート形成時にブレードが凝集した炭素質粉末を引きずって表面に凹凸を生じるため、シート化が困難になる。   When the amount of the organic solvent is increased, the carbonaceous powder for forming the porous part is quickly settled, and there may be a difference in structure between the front and back of the green sheet, which will be described later, causing warping. Conversely, when the amount of the organic solvent decreases, the viscosity of a slurry described later increases, and the formation of a sheet becomes difficult because the carbonaceous powder in which the blades are aggregated is dragged to form irregularities on the surface.

また、バインダー樹脂液は、上記分散剤のほかにも、必要に応じて、例えば、濡れ浸透剤、防腐剤、消泡剤、表面調整剤などの添加剤を、本発明の目的を阻害しない範囲で適宜含有することできる。これ等の添加剤を含有することにより、安定したスラリーを作製して、表面の滑らかなグリーンシートを得ることができる。   In addition to the above dispersant, the binder resin liquid may contain additives such as a wetting penetrating agent, an antiseptic, an antifoaming agent, and a surface conditioner as long as it does not hinder the purpose of the present invention. It can contain suitably. By containing these additives, a stable slurry can be produced and a green sheet with a smooth surface can be obtained.

多孔質部形成用のバインダー樹脂液の調製方法は、緻密質部形成用のバインダー樹脂液の調製方法と同様である。   The method for preparing the binder resin liquid for forming the porous part is the same as the method for preparing the binder resin liquid for forming the dense part.

(2)スラリー状多孔質部形成材料作製工程
上記(1)工程で得たバインダー樹脂液と、多孔質部形成用炭素質粉末とを混合して、多孔質部形成用炭素質粉末が分散したスラリー状多孔質部形成材料を作製する。
(2) Slurry porous part forming material production process
The binder resin liquid obtained in the step (1) and the carbonaceous powder for forming the porous part are mixed to produce a slurry-like porous part forming material in which the carbonaceous powder for forming the porous part is dispersed.

多孔質部形成用炭素質粉末としては、人造黒鉛粉末、天然黒鉛粉末、膨張黒鉛粉末、あるいは、これらの混合物などの黒鉛粉末を挙げることができ、これらのうち、緻密質部材と一体化した後の接触抵抗を考慮すると、硬度の高いものが好ましい。また、多孔質部形成用炭素質粉末は、アスペクト比が1.0〜2.0であるものが好ましく、1.0〜1.7であるものがより好ましく、1.0〜1.5であるものがさらに好ましい。多孔質部形成用炭素質粉末のアスペクト比が1.0〜2.0程度であることにより、多孔質部形成用予備成形シートを緻密質部材と熱圧成形して一体化するときに、両者の界面において多孔質部形成用炭素質粉末が配向しにくくなり、多孔質部の一部が緻密質部に食い込んだ状態で一体化されるため、緻密質部と多孔質部の界面における接触抵抗を低くする(緻密質部と多孔質部の密着性を向上する)ことができる。
なお、本出願書類において、多孔質部形成用炭素質粉末のアスペクト比は、
走査型電子顕微鏡像により10個の炭素質粉末を測定したときの縦方向長さおよび横方向長さの比の平均値を意味する。
Examples of the carbonaceous powder for forming a porous part include graphite powder such as artificial graphite powder, natural graphite powder, expanded graphite powder, or a mixture thereof, and among these, after being integrated with a dense member In view of the contact resistance, a high hardness is preferable. Further, the porous part forming carbonaceous powder preferably has an aspect ratio of 1.0 to 2.0, more preferably 1.0 to 1.7, and 1.0 to 1.5. Some are more preferred. When the porous part forming carbonaceous powder has an aspect ratio of about 1.0 to 2.0, when the porous part forming preform sheet is integrated with the dense member by hot pressing, both Since the carbonaceous powder for forming the porous part is difficult to orient at the interface of the porous part and is integrated with a part of the porous part biting into the dense part, the contact resistance at the interface between the dense part and the porous part Can be lowered (adhesion between the dense portion and the porous portion can be improved).
In this application document, the aspect ratio of the carbonaceous powder for forming the porous portion is:
It means the average value of the ratio of the length in the vertical direction and the length in the horizontal direction when 10 carbonaceous powders are measured by a scanning electron microscope image.

多孔質部形成用炭素質粉末は、体積平均粒径が50〜500μmであるものが好ましく、50〜400μmであるものがより好ましく、50〜300μmであるものがさらに好ましい。多孔質部形成用炭素質粉末の平均粒径が50〜500μmであることにより、得られるセパレータに良好な排水性を付与することができる。   The porous part-forming carbonaceous powder preferably has a volume average particle size of 50 to 500 μm, more preferably 50 to 400 μm, and still more preferably 50 to 300 μm. When the average particle size of the carbonaceous powder for forming the porous portion is 50 to 500 μm, good drainage can be imparted to the obtained separator.

なお、本出願書類において、上記体積平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置によって測定された値を意味する。   In addition, in this application document, the said volume average particle diameter means the value measured by the laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus.

バインダー樹脂液と多孔質部形成用炭素質粉末との混合割合や、混合、分散処理してスラリー状多孔質部形成材料を作製する方法は、スラリー状緻密質部形成材料を作製する方法と同様である。   The mixing ratio of the binder resin liquid and the carbonaceous powder for forming the porous part, and the method for producing the slurry-like porous part forming material by mixing and dispersing are the same as the method for producing the slurry-like dense part forming material. It is.

本工程で得られるスラリー状多孔質部形成材料は、25℃における粘度が500〜5000mPa・sであることが好ましく、750〜4000mPa・sであることがより好ましく、1000〜3000mPa・sであることがさらに好ましい。スラリー状多孔質部形成材料の粘度は、増粘剤の種類や配合量を調整することにより調整することができる。   The slurry-like porous part forming material obtained in this step preferably has a viscosity at 25 ° C. of 500 to 5000 mPa · s, more preferably 750 to 4000 mPa · s, and 1000 to 3000 mPa · s. Is more preferable. The viscosity of the slurry-like porous part forming material can be adjusted by adjusting the type and blending amount of the thickener.

スラリー状多孔質部形成材料の粘度が上記範囲に調整されていることにより、スラリー中の炭素質粉末の沈降を抑制することができることから、均質性に優れたセパレータを得ることができる。   Since the viscosity of the slurry-like porous portion forming material is adjusted to the above range, the carbonaceous powder in the slurry can be prevented from settling, and thus a separator having excellent homogeneity can be obtained.

(3)グリーンシート作製工程
上記(2)工程で調製したスラリー状多孔質部形成材料を用いて、ドクターブレード法によりグリーンシートを作製する。
スラリー状多孔質部液性材料からグリーンシートを作製する方法は、上述したスラリー状緻密質部形成材料からグリーンシートを作製する方法と同様であり、得られるグリーンシートの厚みも同様である。
(3) Green sheet production process A green sheet is produced by the doctor blade method using the slurry-like porous part forming material prepared in the process (2).
The method for producing the green sheet from the slurry-like porous part liquid material is the same as the method for producing the green sheet from the slurry-like dense part forming material described above, and the thickness of the obtained green sheet is also the same.

<充填工程および熱圧成形工程>
本発明においては、ガス流路形状に対応した成形面を有する成形型中に、該成形面と前記多孔質部形成用予備成形シートとが相対するように、緻密質部材と前記多孔質部形成用予備成形シートとを充填し、熱圧成形して一体化する。
<Filling process and hot pressing process>
In the present invention, the dense member and the porous portion are formed so that the forming surface and the preformed sheet for forming the porous portion are opposed to each other in a forming die having a forming surface corresponding to the gas flow path shape. It is filled with a pre-formed sheet for use, and is formed by hot pressing.

成形型としては、一対の上型と下型からなるものを挙げることができ、得ようとするセパレータ形状に応じた成形面形状を有するものを挙げることができる。例えば、得ようとするセパレータが図2(c)に示すような断面形状を有するものである場合は、上型の成形面にガス流路形状に対応した凹凸成形面が形成されてなる成形型を挙げることができ、得ようとするセパレータが図3(c)に示すような断面形状を有するものである場合は、上型の成形面がガス流路部全体をコルゲート状に加工し得る形状に形成されてなる成形型を挙げることができる。成形型の成形面には、適宜離型剤を塗布してもよい。   As a shaping | molding die, what consists of a pair of upper mold | type and lower mold | type can be mentioned, What has a shaping | molding surface shape according to the separator shape to obtain can be mentioned. For example, when the separator to be obtained has a cross-sectional shape as shown in FIG. 2 (c), a molding die in which an uneven molding surface corresponding to the gas flow path shape is formed on the molding surface of the upper mold. In the case where the separator to be obtained has a cross-sectional shape as shown in FIG. 3C, the shape where the upper mold surface can be processed into a corrugated shape of the entire gas flow path portion. A molding die formed in the above can be mentioned. A mold release agent may be appropriately applied to the molding surface of the mold.

充填工程においては、例えば、図2(a)に示すような断面形状を有する緻密質部材31を下型上に充填した後、図2(b)に示すように、緻密質部材31上に、所望厚さの多孔質部が形成されるように所定枚数の多孔質部形成用グリーンシートを重ね合わせた多孔質部形成用予備成形シート21を充填して、多孔質部形成用予備成形シート21と、成形面にガス流路形状に対応した凹凸が形成された上型とを相対させる。   In the filling step, for example, after the dense member 31 having a cross-sectional shape as shown in FIG. 2 (a) is filled on the lower mold, as shown in FIG. 2 (b), on the dense member 31, A porous part forming preformed sheet 21 in which a predetermined number of porous part forming green sheets are stacked so as to form a porous part with a desired thickness is filled, and the porous part forming preformed sheet 21 is filled. And an upper mold in which irregularities corresponding to the shape of the gas flow path are formed on the molding surface.

また、図3(a)に示すような全体にコルゲート状の凹凸が形成された緻密質部材31を、上記コルゲート形状に対応した凹凸成形面を有する下型上に充填した後、図3(b)に示すように、緻密質部材31上に、所望厚さの多孔質部が形成されるように所定枚数の多孔質部成形用グリーンシートを重ね合わせた多孔質部成形用予備成形シート21を充填し、上記コルゲート形状に対応した凹凸成形面を有する上型と相対させてもよい(この場合、緻密質部材31下面の凹凸が下型成形面の凹凸に噛み合うとともに、緻密質部材31上面の凹凸が上型成形面の凹凸に噛み合うように緻密質部材31を配置する)。   Moreover, after filling the dense member 31 having corrugated irregularities formed as shown in FIG. 3A on the lower mold having the irregular surface corresponding to the corrugated shape, FIG. ), A porous part forming preformed sheet 21 in which a predetermined number of porous part forming green sheets are superposed on the dense member 31 so that a porous part having a desired thickness is formed. It may be filled and opposed to an upper mold having an uneven molding surface corresponding to the corrugated shape (in this case, the unevenness on the lower surface of the dense member 31 meshes with the unevenness on the lower mold forming surface, and the upper surface of the dense member 31 has an upper surface. The dense member 31 is arranged so that the irregularities mesh with the irregularities of the upper mold forming surface).

多孔質部形成用予備成形シート21としては、所望厚さの多孔質部が形成されるように所定枚数の多孔質部形成用グリーンシートを重ね合わせて熱圧成形した予備成形物を用いてもよく、予備成形時の熱圧成形条件は、以下に詳述する熱圧成形条件と同様の条件であることが好ましい。   As the porous part forming preformed sheet 21, a preform formed by hot press molding a predetermined number of porous part forming green sheets to form a porous part having a desired thickness may be used. Well, it is preferable that the hot press molding conditions at the time of preforming are the same as the hot press molding conditions described in detail below.

また、必要に応じて、上記緻密質部材と多孔質部形成用予備成形シートとの接合面にスプレーコート法等によりバインダー樹脂液を塗工した上で熱圧成形することが好ましい。バインダー樹脂液としては、上記緻密質部材の作製時に使用するものと同様のものを挙げることができ、接合面に対し、乾燥後の膜厚が1〜15μmとなる厚みとなるように塗工することが好ましい。緻密質部材と多孔質部形成用予備成形シートとの接合面にバインダー樹脂液を塗工することにより、両者の接着強度をより向上させることができる。   Further, if necessary, it is preferable to apply hot pressing to a bonding surface of the dense member and the porous portion forming preformed sheet by applying a binder resin solution by a spray coating method or the like. Examples of the binder resin liquid include those similar to those used in the production of the dense member, and are applied so that the thickness after drying becomes 1 to 15 μm on the joint surface. It is preferable. By applying the binder resin liquid to the joining surface between the dense member and the preformed sheet for forming the porous portion, the adhesive strength between the two can be further improved.

上記緻密質部材と多孔質部形成用予備成形シートとの熱圧成形時の温度は、150〜250℃程度であることが適当である。   The temperature at the time of hot-press molding of the dense member and the preformed sheet for forming the porous part is suitably about 150 to 250 ° C.

熱圧成形時の成形圧力は、1MPa以上20MPa未満であることが適当であり、1MPa〜15MPaであることがより適当であり、1MPa〜10MPaであることがさらに適当である。成形圧力が1MPa未満であると、多孔質部の形状を維持する程度の強度が得られない場合があり、20MPa以上であると、気孔が埋まってしまい、多孔質部が多孔質構造を採り得ない場合がある。   The molding pressure at the time of hot-pressure molding is suitably 1 MPa or more and less than 20 MPa, more suitably 1 MPa to 15 MPa, and even more suitably 1 MPa to 10 MPa. If the molding pressure is less than 1 MPa, the strength sufficient to maintain the shape of the porous portion may not be obtained. If the molding pressure is 20 MPa or more, the pores are buried, and the porous portion can take a porous structure. There may not be.

また、得られた熱圧成形物を、必要に応じて更に機械加工してもよく、また、必要に応じて、適宜150〜250℃程度の温度でアフターキュアを行ってもよい。   Further, the obtained hot-pressed product may be further machined as necessary, and may be after-cured at a temperature of about 150 to 250 ° C. as necessary.

得られた熱圧成形物は、適宜、親水化処理を施すことが好ましい。親水化処理は、例えば、オゾンガスで処理すること等により行うことができる。オゾンガス処理による親水化処理は、0〜100℃の温度雰囲気下、1000〜50000ppm(mg/L)の濃度のオゾンガスに、0.5〜10時間曝すことにより行うことが好ましい。   The obtained hot-pressed product is preferably subjected to a hydrophilic treatment as appropriate. The hydrophilic treatment can be performed, for example, by treatment with ozone gas. The hydrophilization treatment by ozone gas treatment is preferably performed by exposure to ozone gas having a concentration of 1000 to 50000 ppm (mg / L) in a temperature atmosphere of 0 to 100 ° C. for 0.5 to 10 hours.

上記熱圧成形により、緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーや多孔質部形成用熱硬化性樹脂バインダーを硬化させ、それぞれ緻密質部形成用炭素質粉末と多孔質部形成用炭素質粉末を結着して一体化するとともに、緻密質部と多孔質部とを強固に接合し、一体化して、両者の界面に生じる接触抵抗を低減させてなるセパレータを製造することができる。   By the above-described hot pressing, the dense part forming thermosetting resin binder and the porous part forming thermosetting resin binder are cured, and the dense part forming carbonaceous powder and the porous part forming carbonaceous powder are respectively obtained. It is possible to manufacture a separator in which the dense part and the porous part are firmly joined and integrated to reduce the contact resistance generated at the interface between the two while binding and integrating.

図2(c)および図3(c)に例示するように、本発明の方法において得られるセパレータ1は、ガス流路4を構成する壁面の少なくとも一部が多孔質部2により形成されてなる、多孔質部2と緻密質部3とを有する構造からなる。   As illustrated in FIG. 2C and FIG. 3C, the separator 1 obtained by the method of the present invention is formed by forming at least part of the wall surface constituting the gas flow path 4 with the porous portion 2. The structure has a porous portion 2 and a dense portion 3.

セパレータを構成する多孔質部は、厚みが0.1〜2.0mmであることが好ましく、0.2〜1.5mmであることがより好ましく、0.3〜1.0mmであることがさらに好ましい。なお、セパレータが図2(c)に示す構造(フラット構造)や図3(c)に示す構造(コルゲート構造)を採る場合、図2(c)および図3(c)にhで示す厚みが多孔質部の厚みに相当する。上記多孔質部は、気孔径が5〜60μmであることが好ましく、10〜55μmであることがより好ましく、15〜50μmであることがさらに好ましい。上記多孔質部は、気孔率が5〜50%であることが好ましく、12.5〜50%であることがより好ましく、20〜50%であることがさらに好ましい。なお、本出願書類において、上記気孔径および気孔率は、JIS R 1655に規定する水銀圧入法により測定した値を意味する。   The porous part constituting the separator preferably has a thickness of 0.1 to 2.0 mm, more preferably 0.2 to 1.5 mm, and further preferably 0.3 to 1.0 mm. preferable. When the separator adopts the structure shown in FIG. 2C (flat structure) or the structure shown in FIG. 3C (corrugated structure), the thickness indicated by h in FIGS. 2C and 3C is shown. It corresponds to the thickness of the porous part. The porous part preferably has a pore diameter of 5 to 60 μm, more preferably 10 to 55 μm, and still more preferably 15 to 50 μm. The porous part preferably has a porosity of 5 to 50%, more preferably 12.5 to 50%, and still more preferably 20 to 50%. In the present application documents, the pore diameter and porosity mean values measured by a mercury intrusion method defined in JIS R 1655.

本発明においては、緻密質部を形成する粉末材料と多孔質部を形成する粉末材料とを同じ成形型に入れて一度に熱圧成形したり、予めそれぞれ熱圧成形してなる多孔質部と緻密質部とを、同じ成形型に入れて加熱圧縮成形するのではなく、先ず、緻密質部形成材を加圧して緻密質部材を得た後、この緻密質部材と多孔質部形成用予備成形シートとを熱圧成形してセパレータを作製する。本発明においては、緻密質部形成材を予め所望圧力で加圧して緻密質部材を作製していることから、最終的に緻密質部に所望のガス不透過性を付与することができ、上記緻密質部材と多孔質部形成用予備成形シートとを積層充填した状態で熱圧成形する条件を制御することにより、所望の気孔率を有する多孔質部を形成することができる。   In the present invention, the powder material forming the dense part and the powder material forming the porous part are put in the same mold and hot-pressed at once, or each of the porous parts formed by hot-pressing in advance. Rather than putting the dense part in the same mold and heat compression molding, first, the dense part forming material is pressurized to obtain a dense member, and then the dense part and the porous part forming spare A separator is produced by hot-pressing the molded sheet. In the present invention, since the dense part forming material is preliminarily pressed at a desired pressure to produce a dense member, the dense part can be finally given a desired gas impermeability, A porous part having a desired porosity can be formed by controlling the conditions of hot-pressure forming in a state where the dense member and the porous part forming preform sheet are stacked and filled.

また、本発明によれば、スラリー状の成形材料をシート化して緻密質部や多孔質部を形成することから、緻密質部形成材料や多孔質部形成材料(原料混合物)の乾燥物を粉砕等する工程を省略することができ、さらに、粉砕物でなくシート状物として成形型中に供給できることから、成形型への充填操作をより容易に行うことができることから、生産性を向上することができる。加えて、本発明によれば、スラリー状多孔質部形成材料が増粘剤を含有することから、黒鉛粉末が良好に分散して好適な多孔質部形成用予備成形シートを作製することができ、このために均質性の高いセパレータを容易に製造することができる。   In addition, according to the present invention, a slurry-like molding material is formed into a sheet to form a dense part and a porous part, so that a dry product of the dense part forming material and the porous part forming material (raw material mixture) is pulverized. The process can be omitted, and since it can be supplied into the mold as a sheet instead of a pulverized product, the filling operation to the mold can be performed more easily, thereby improving productivity. Can do. In addition, according to the present invention, since the slurry-like porous part-forming material contains a thickener, the graphite powder can be well dispersed and a suitable porous part-forming preform sheet can be produced. For this reason, a separator with high homogeneity can be easily manufactured.

セパレータを構成する緻密質部は、厚みが0.15〜0.5mmであることが好ましく、0.15〜0.4mmであることがより好ましく、0.15〜0.3 mmであることがさらに好ましい。なお、セパレータが図2(c)および図3(c)に示す態様を採る場合、これ等の図にTで示す厚みが緻密質部の厚みに相当する。また、上記緻密質部は、ガス透過係数が1×10−12〜1×10−10mol・m・m−2・sec−1・MPa−1であることが適当であり、1×10−12〜5×10−11mol・m・m−2・sec−1・MPa−1であることがより適当であり、1×10−12〜1×10−11mol・m・m−2・sec−1・MPa−1であることがさらに適当である。 The dense part constituting the separator preferably has a thickness of 0.15 to 0.5 mm, more preferably 0.15 to 0.4 mm, and preferably 0.15 to 0.3 mm. Further preferred. In addition, when a separator takes the aspect shown in FIG.2 (c) and FIG.3 (c), the thickness shown by T in these figures is equivalent to the thickness of a dense part. Also, the dense portion is appropriate that the gas permeability coefficient is 1 × 10 -12 ~1 × 10 -10 mol · m · m -2 · sec -1 · MPa -1, 1 × 10 - 12 to 5 × 10 −11 mol · m · m −2 · sec −1 · MPa −1 is more appropriate, and 1 × 10 −12 to 1 × 10 −11 mol · m · m −2 · It is more suitable that it is sec < -1 > * MPa- 1 .

本出願書類において、上記ガス透過係数は、窒素ガスにより0.2MPaの差圧をかけた時の単位時間、単位断面積あたりのガス透過量を測定することにより求めることができる。   In the present application document, the gas permeability coefficient can be obtained by measuring the gas permeation amount per unit time and unit cross-sectional area when a differential pressure of 0.2 MPa is applied with nitrogen gas.

本発明によれば、得られる燃料電池用セパレータが多孔質部とともに緻密質部を有することにより、優れたガス不透化性を得ることができる。   According to the present invention, the obtained fuel cell separator has a dense portion together with a porous portion, whereby excellent gas impermeability can be obtained.

また、セパレータを構成する緻密質部と多孔質部の接触抵抗は1mΩ・cm以下であることが適当であり、0.5mΩ・cm以下であることがより適当である。
本出願書類において、上記接触抵抗は、セパレータを適宜切り出したテストピースに1MPaの圧力を加えながら通電量1Aで測定した時の値を意味する。
Further, the contact resistance of the dense portion and a porous portion constituting the separator is suitably be at 1 M.OMEGA · cm 2 or less, it is more appropriate is 0.5mΩ · cm 2 or less.
In the present application document, the contact resistance means a value when measured at an energization amount of 1 A while applying a pressure of 1 MPa to a test piece obtained by appropriately cutting a separator.

本発明によれば、得られる燃料電池用セパレータを構成するガス流路壁面の少なくとも一部が多孔質部により形成されてなるものであることにより、発電時に生じる水の拡散を容易にし、ガス流路の閉塞を抑制して、発電効率の低下を抑制することができるとともに、接触抵抗の上昇を抑制することができる。   According to the present invention, since at least a part of the wall surface of the gas flow path constituting the obtained fuel cell separator is formed by the porous portion, diffusion of water generated during power generation is facilitated, and the gas flow It is possible to suppress the blockage of the road, to suppress a decrease in power generation efficiency, and to suppress an increase in contact resistance.

本発明の方法で得られたセパレータは、固体高分子形燃料電池用セパレータとして好適に用いることができる。   The separator obtained by the method of the present invention can be suitably used as a separator for a polymer electrolyte fuel cell.

本発明の方法で得られたセパレータを用いた燃料電池の単セルは、例えば、図4(a)や図4(b)に示すように、イオン伝導性を有する高分子膜(イオン交換膜)5の両面を白金などの触媒を担持させたアノード電極板6およびカソード電極板7で挟み、その両外側に多孔質部2および緻密質部4を有する板状セパレータを配することにより形成することができる。   The single cell of the fuel cell using the separator obtained by the method of the present invention is, for example, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), a polymer membrane having ion conductivity (ion exchange membrane). 5 is sandwiched between an anode electrode plate 6 and a cathode electrode plate 7 supporting a catalyst such as platinum, and a plate-like separator having a porous portion 2 and a dense portion 4 is arranged on both outer sides thereof. Can do.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited at all by the following examples.

(実施例1)
1.緻密質部材の作製
(1)バインダー樹脂液の作製工程
緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーであるエポキシ樹脂(多官能フェノール型エポキシ樹脂、DIC(株)製、EPICLON N−680、軟化点85℃)と、硬化剤であるノボラック型フェノール樹脂(明和化成(株)製、H−1、軟化点85℃)とを、DIC(株)製EPICLON N−680と明和化成(株)製H−1が重量比で2:1となるように)混合して、後述する緻密質部形成用炭素質粉末である黒鉛粉末100質量部に対して20質量部となるように混合して混合樹脂を得るとともに、この混合樹脂に対し、さらに硬化促進剤である2−エチル−4−メチルイミダゾールを、エポキシ樹脂中の全エポキシ基に対するフェノール樹脂中の全フェノール性水酸基の当量比(フェノール樹脂中の全フェノール性水酸基/エポキシ樹脂中の全エポキシ基)が1となるように添加するとともに、溶剤であるメチルエチルケトン(MEK)を、後述する黒鉛粉末100質量部に対して110質量部の割合になるように加え、さらに分散剤である陰イオン界面活性剤(ポリカルボン酸型ポリマー、花王社製ホモゲノールL−18)を後述する黒鉛粉末100質量部に対して1質量部の割合になるように添加してバインダー樹脂液を作製した。
得られたバインダー樹脂液を構成する緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーの硬化温度は120℃とみなすことができる。
Example 1
1. Production of dense member (1) Production process of binder resin liquid Epoxy resin (polyfunctional phenol type epoxy resin, manufactured by DIC Corporation, EPICLON N-680, softening point 85) ℃) and a novolak type phenolic resin (Miwa Kasei Co., Ltd., H-1, softening point 85 ° C.) which is a curing agent, DIC Corporation EPICLON N-680 and Meiwa Kasei Co., Ltd. H- 1 so that the weight ratio is 2: 1) and mixed so as to be 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of graphite powder as a dense part-forming carbonaceous powder described later. In addition to this mixed resin, 2-ethyl-4-methylimidazole, which is a curing accelerator, is further equivalent to the total phenolic hydroxyl group in the phenolic resin relative to the total epoxy group in the epoxy resin. While adding so that (total phenolic hydroxyl group in phenol resin / total epoxy group in epoxy resin) becomes 1, 110 parts by mass of methyl ethyl ketone (MEK) as a solvent with respect to 100 parts by mass of graphite powder to be described later In addition, an anionic surfactant (polycarboxylic acid type polymer, Homogenol L-18 manufactured by Kao Co., Ltd.), which is a dispersant, is further added at a ratio of 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of graphite powder described later. It added so that binder resin liquid might be produced.
The curing temperature of the dense part forming thermosetting resin binder constituting the obtained binder resin liquid can be regarded as 120 ° C.

(2)スラリー作製工程
(1)工程で得たバインダー樹脂液の所望量に、粒子径1〜30μmの粒子を
50質量%含み、最大粒子径150μmに粒度調整した鱗片状天然黒鉛粉末を所望量投入して、適宜メチルエチルケトン(MEK)を添加しつつ、撹拌機により十分に混練して粘度を200mPa・sに調整し、遠心法により巻き込んだ空気を脱気することにより、(1)工程で得たバインダー樹脂液を構成する緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダー、フェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤の合計量(樹脂成分合計量)に対して、質量比で、樹脂成分合計量:緻密質部形成用炭素質粉末=17:83となるように混合した原料スラリーを得た。
(2) Slurry preparation step The desired amount of the scale-like natural graphite powder containing 50% by mass of particles having a particle size of 1 to 30 μm and adjusted to a maximum particle size of 150 μm in the desired amount of the binder resin liquid obtained in the step (1). It is obtained in the step (1) by adding the appropriate amount of methyl ethyl ketone (MEK), kneading sufficiently with a stirrer to adjust the viscosity to 200 mPa · s, and degassing the air entrained by the centrifugal method. The resin component total amount: dense with respect to the total amount (resin component total amount) of the thermosetting resin binder for forming the dense portion, the phenol resin curing agent, and the curing accelerator constituting the binder resin liquid. The raw material slurry mixed so that the carbon powder for part formation = 17: 83 was obtained.

(3)グリーンシート作製工程
(2)工程で得た原料スラリーを、ドクターブレードを有するグリーンシート成形装置内に注入して、ドクターブレード法によりシート状物を作製し、十分に乾燥することにより、厚さ0.3mm程度のグリーンシートを成形した。
(3) Green sheet production process (2) By injecting the raw material slurry obtained in the process into a green sheet molding apparatus having a doctor blade, producing a sheet-like material by the doctor blade method, and sufficiently drying, A green sheet having a thickness of about 0.3 mm was formed.

(4)加圧成形工程
(3)工程で得られたグリーンシートを打ち抜き型で所定形状に打ち抜き、グリーンシートをフィルムから剥がした後、それぞれ図1(a)に示す形態を有する、緻密質本体部形成用グリーンシート31a 2枚と緻密質部縁部形成用グリーンシート31b 2枚とを積層することにより、所定厚みになるように調整した、図1(b)に示すような形態を有するグリーンシート積層物を得た。
次いで、成形面にフッ素系の離型剤を塗布した一対の上型と下型からなる外形270×270mmの成形型中に上記グリーンシート積層物を挿入した。そして、上記グリーンシート積層物を挿入した状態で、180℃の温度条件下40MPaの圧力で60秒間加圧することにより、緻密質部材31を作製した。
得られた緻密質部材31は、最薄部の厚さが0.20mmであるものである。
(4) Pressure forming step (3) The green sheet obtained in step (3) is punched into a predetermined shape with a punching die, and after the green sheet is peeled off from the film, the dense main body has the form shown in FIG. A green having a form as shown in FIG. 1B, which is adjusted to have a predetermined thickness by laminating two green sheets 31a for part formation and two green sheets 31b for dense part edge formation. A sheet laminate was obtained.
Next, the green sheet laminate was inserted into a mold having an outer shape of 270 × 270 mm composed of a pair of an upper mold and a lower mold having a molding surface coated with a fluorine-based mold release agent. And in the state which inserted the said green sheet laminated body, the dense member 31 was produced by pressurizing for 60 second under the temperature conditions of 180 degreeC with the pressure of 40 Mpa.
The dense member 31 obtained has a thickness of the thinnest part of 0.20 mm.

2.多孔質部形成用粉末の作製
(1)バインダー樹脂液の作製工程
多孔質部形成用熱硬化性樹脂バインダーであるエポキシ樹脂(多官能フェノール型エポキシ樹脂、DIC(株)製、EPICLON N−680、軟化点85℃)と、硬化剤であるノボラック型フェノール樹脂(明和化成(株)製、H−1、軟化点85℃)とを、DIC(株)製EPICLON N−680と明和化成(株)製H−1が重量比で2:1となるように混合して、後述する多孔質部形成用炭素質粉末である黒鉛粉末100質量部に対して10質量部となる混合樹脂を得るとともに、この混合樹脂に、さらに硬化促進剤である2−エチル−4−メチルイミダゾールを、エポキシ樹脂中の全エポキシ基に対するフェノール樹脂中の全フェノール性水酸基の当量比(フェノール樹脂中の全フェノール性水酸基/エポキシ樹脂中の全エポキシ基)が1となるように添加するとともに、溶剤であるアセトンを、後述する黒鉛粉末100質量部に対して110質量部の割合になるように加え、さらに分散剤である陰イオン界面活性剤(ポリカルボン酸型ポリマー、花王社製ホモゲノールL−18)を後述する黒鉛粉末100質量部に対して1質量部の割合になるように添加するとともに、増粘剤である酢酸セルロースを後述する黒鉛粉末100質量部に対して5質量部の割合になるように添加して攪拌機でよく攪拌してバインダー樹脂液を作製した。
得られたバインダー樹脂液を構成する多孔質部形成用熱硬化性樹脂バインダーの硬化温度は120℃とみなすことができる。
2. Production of porous part forming powder (1) Production process of binder resin liquid Epoxy resin (polyfunctional phenol type epoxy resin, DIC Corporation, EPICLON N-680, which is a thermosetting resin binder for porous part formation) Softening point 85 ° C.) and novolak type phenolic resin (Miwa Kasei Co., Ltd., H-1, softening point 85 ° C.) as a curing agent, DIC Corporation EPICLON N-680 and Meiwa Chemical Mixing H-1 made so that the weight ratio is 2: 1 to obtain a mixed resin of 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of graphite powder as a porous part forming carbonaceous powder described later, To this mixed resin, 2-ethyl-4-methylimidazole, which is a curing accelerator, is further added, with an equivalent ratio of phenolic hydroxyl groups in the phenol resin to all epoxy groups in the epoxy resin (phenol). The total phenolic hydroxyl group in the resin / total epoxy group in the epoxy resin) is added to 1 and the solvent acetone is 110 parts by mass with respect to 100 parts by mass of graphite powder described later. In addition, an anionic surfactant (polycarboxylic acid type polymer, Homogenol L-18 manufactured by Kao Co., Ltd.), which is a dispersant, is added so as to have a ratio of 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of graphite powder described later. At the same time, cellulose acetate as a thickener was added so as to have a ratio of 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of graphite powder described later, and stirred well with a stirrer to prepare a binder resin liquid.
The curing temperature of the porous part forming thermosetting resin binder constituting the obtained binder resin liquid can be regarded as 120 ° C.

(2)スラリー作製工程
(1)工程で得たバインダー樹脂液の所望量に、平均粒子径160μmに粒度調整した人工黒鉛粉末(アスペクト比1.0〜2.0)100質量部投入して、適宜アセトンを添加しつつ、撹拌機により十分に混練して、遠心法により巻き込んだ空気を脱気して、多孔質部成形用原料スラリーを得た。得られた多孔質部成形用原料スラリーの25℃における粘度を、JIS K 7117−1の規定に従いB型粘度計により測定したところ、2000cpであった。結果を表1に示す。
なお、上記多孔質部成形用原料スラリーは、(1)工程で得たバインダー樹脂液を構成する緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダー、フェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤および増粘剤の合計量(樹脂成分合計量)に対して、質量比で、樹脂成分合計量:多孔質部形成用炭素質粉末=13:87となるように混合したものである。
(2) Slurry preparation step (1) Into the desired amount of the binder resin liquid obtained in the step, 100 parts by mass of artificial graphite powder (aspect ratio 1.0 to 2.0) whose particle size was adjusted to an average particle size of 160 μm was charged. While appropriately adding acetone, the mixture was sufficiently kneaded with a stirrer, and the air entrained by the centrifugal method was degassed to obtain a porous part forming raw material slurry. It was 2000 cp when the viscosity at 25 degreeC of the obtained raw material slurry for shaping | molding a porous part was measured with the B-type viscosity meter according to prescription | regulation of JISK7117-1. The results are shown in Table 1.
In addition, the said raw material slurry for porous part shaping | molding is the sum total of the thermosetting resin binder for dense part formation which comprises the binder resin liquid obtained at the (1) process, a phenol resin hardening | curing agent, a hardening accelerator, and a thickener. The resin component is mixed in such a manner that the resin component total amount: porous part forming carbonaceous powder = 13: 87 in terms of mass ratio with respect to the amount (resin component total amount).

(3)グリーンシート作製工程
(2)工程で得た原料スラリーを、ドクターブレードを有するグリーンシート成形装置内に注入して、ドクターブレード法によりシート状物を作製し、十分に乾燥することにより、平均厚み0.5mm程度のグリーンシートを形成した。
得られたグリーンシートを用いて、縦200mm、横200mmの測定サンプルの厚みをマイクロメーターを用いて測定し、最も厚い部分と最も薄い部分の差を平均厚み(0.5mm)で除し、多孔質部成形用グリーンシートの厚みの精度を求めたところ、3%であった。結果を表1に示す。
(3) Green sheet production process (2) By injecting the raw material slurry obtained in the process into a green sheet molding apparatus having a doctor blade, producing a sheet-like material by the doctor blade method, and sufficiently drying, A green sheet having an average thickness of about 0.5 mm was formed.
Using the obtained green sheet, the thickness of a measurement sample having a length of 200 mm and a width of 200 mm was measured using a micrometer, and the difference between the thickest part and the thinnest part was divided by the average thickness (0.5 mm) to obtain a porous The accuracy of the thickness of the green part forming green sheet was determined to be 3%. The results are shown in Table 1.

3.充填および熱圧成形
成形型として、一対の上型と下型からなり、上型成形面には、200×200mmの範囲内に幅1mm、深さ0.6mmの溝形状が彫刻され、表面にフッ素系の離型剤が塗布された、外形270×270mmの成形金型を用いた。
上記成形型の下型上に、図2(a)に示す断面形状を有する上記緻密質部材31を配置した後、図2(b)に示すように、さらに多孔質部形成用グリーンシートを1枚充填して多孔質部形成用予備成形シート21を成し、この状態のまま180℃の温度条件下、5MPaの圧力で60秒間熱圧成形することにより熱圧成形物を得た。
3. Filling and hot-pressure molding As the mold, it consists of a pair of upper and lower molds. On the upper mold surface, a groove shape with a width of 1 mm and a depth of 0.6 mm is engraved on the surface, within a range of 200 x 200 mm. A molding die having an outer shape of 270 × 270 mm coated with a fluorine-based mold release agent was used.
After placing the dense member 31 having the cross-sectional shape shown in FIG. 2 (a) on the lower mold of the molding die, as shown in FIG. The sheet was filled to form a porous part forming preformed sheet 21, and in this state, hot pressing was performed at a temperature of 180 ° C. and a pressure of 5 MPa for 60 seconds to obtain a hot pressing product.

得られた熱圧成形物に対し、25℃の温度雰囲気下、30000ppm(mg/L)の濃度のオゾンガスに5時間曝すことにより、親水化処理(酸化処理)を施して、図2(c)に示すような断面形状を有する燃料電池用セパレータを得た。   The obtained hot-pressed product is subjected to a hydrophilization treatment (oxidation treatment) by exposing it to ozone gas having a concentration of 30000 ppm (mg / L) in a temperature atmosphere of 25 ° C. for 5 hours. A fuel cell separator having a cross-sectional shape as shown in FIG.

得られた燃料電池用セパレータは、縦270mm、横270mm、緻密質部の厚さTが0.30mm、多孔質部の厚さhが0.30mmであった。   The obtained fuel cell separator had a length of 270 mm, a width of 270 mm, a dense portion thickness T of 0.30 mm, and a porous portion thickness h of 0.30 mm.

得られた燃料電池用セパレータにおける、多孔質部の気孔率および気孔径と、セパレータの固有抵抗と、多孔質部および緻密質部の界面における接触抵抗と、セパレータのガス透過係数と、発電時における排水性を、以下の方法で測定した。結果を表に示す。 In the obtained fuel cell separator, the porosity and pore diameter of the porous part, the specific resistance of the separator, the contact resistance at the interface between the porous part and the dense part, the gas permeability coefficient of the separator, The drainage was measured by the following method. The results are shown in Table 2 .

<多孔質部の気孔径(μm)および気孔率(%)>
JIS R 1655に規定する水銀圧入法により測定した。
<Porosity of porous part (μm) and porosity (%)>
It measured by the mercury intrusion method prescribed | regulated to JISR1655.

<セパレータの固有抵抗率(mΩ・cm)>
JIS C 2525の規定により測定した。
<Specific resistivity of separator (mΩ · cm)>
Measured according to JIS C 2525.

<多孔質部および緻密質部界面における接触抵抗(mΩ・cm)>
得られたセパレータを所望サイズに切断して得たテストピースに、1MPaの圧力をかけながら、通電量1Aの条件下で測定した。
<Contact resistance (mΩ · cm 2 ) at the interface between the porous portion and the dense portion>
The test piece obtained by cutting the obtained separator into a desired size was measured under the condition of an energization amount of 1 A while applying a pressure of 1 MPa.

<ガス透過係数(10−12mol・m・m−2・sec−1・MPa−1)>
窒素ガスにより、0.2MPaの差圧をかけた時の単位時間、単位断面積当たりのガス透過量を測定することにより求めた。
<Gas Permeation Coefficient (10 −12 mol · m · m −2 · sec −1 · MPa −1 )>
It was determined by measuring the gas permeation amount per unit time and unit cross-sectional area when a differential pressure of 0.2 MPa was applied with nitrogen gas.

<排水性>
発電時に発生する水の様子を目視観察し、フラッディングの有無により判断した。
<Drainage>
The state of water generated during power generation was visually observed and judged by the presence or absence of flooding.

デュポン社製Nafion膜を白金を担持させたアノード電極板およびカソード電極板で挟み、アノード側およびカソード側に実施例1で得られた燃料電池用セパレータをそれぞれ配してセルを形成し、該セルを用いて1時間発電した後、セルを分解し、セパレータの溝部の水のたまり具合を目視で観察し、フラッディングの有無により判断した。   A cell is formed by sandwiching a Dufon Nafion membrane between an anode electrode plate and a cathode electrode plate carrying platinum and arranging the fuel cell separator obtained in Example 1 on the anode side and the cathode side, respectively. After generating power for 1 hour, the cell was disassembled, and the water accumulation in the groove of the separator was visually observed, and judged by the presence or absence of flooding.

(実施例2)
実施例1の3.において、緻密質部材と多孔質部形成用予備成形シートとの熱圧成形を、180℃の温度雰囲気下、1MPaで加圧することにより行った以外は、実施例1と同様にして電池用セパレータを得た。
上記成形に用いた多孔質部成形用原料スラリーの粘度および多孔質部形成用グリーンシート厚みの精度を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
得られた燃料電池用セパレータにおける、多孔質部の気孔率および気孔径と、セパレータの固有抵抗と、多孔質部および緻密質部の界面における接触抵抗と、セパレータのガス透過係数と、発電時における排水性を、実施例1と同様の方法により測定した。結果を表2に示す。
(Example 2)
Example 1-3. In Example 1, a battery separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that the hot pressing of the dense member and the porous part forming preformed sheet was performed by pressurizing at 1 MPa in a temperature atmosphere of 180 ° C. Obtained.
The precision of the viscosity of the porous part forming raw material slurry used for the forming and the thickness of the porous part forming green sheet were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
In the obtained fuel cell separator, the porosity and pore diameter of the porous part, the specific resistance of the separator, the contact resistance at the interface between the porous part and the dense part, the gas permeability coefficient of the separator, The drainage was measured by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 2.

(実施例3)
実施例1の2.において、多孔質部形成用炭素質粉末として、体積平均粒径が240μmになるように粒度調整した人造黒鉛粉末を使用し、実施例1の3.において、緻密質部材と多孔質部形成用予備成形シートとの熱圧成形を、180℃の温度雰囲気下、10MPaで加圧することにより行った以外は、実施例1と同様にして燃料電池用セパレータを得た。
上記成形に用いた多孔質部成形用原料スラリーの粘度および、多孔質部形成用グリーンシート厚みの精度を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
得られた燃料電池用セパレータにおける、多孔質部の気孔率および気孔径と、セパレータの固有抵抗と、多孔質部および緻密質部の界面における接触抵抗と、セパレータのガス透過係数と、発電時における排水性を、実施例1と同様の方法により測定した。結果を表2に示す。
(Example 3)
Example 1-2. In Example 1, the artificial graphite powder whose particle size was adjusted to have a volume average particle size of 240 μm was used as the carbonaceous powder for forming the porous portion. The separator for a fuel cell in the same manner as in Example 1 except that the hot pressing of the dense member and the preformed sheet for forming the porous portion was performed at a pressure of 10 MPa in a temperature atmosphere of 180 ° C. Got.
The viscosity of the porous part forming raw material slurry used for the forming and the accuracy of the porous part forming green sheet thickness were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
In the obtained fuel cell separator, the porosity and pore diameter of the porous part, the specific resistance of the separator, the contact resistance at the interface between the porous part and the dense part, the gas permeability coefficient of the separator, The drainage was measured by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 2.

(実施例4)
実施例1の2.において、多孔質部形成用炭素質粉末として、体積平均粒径が500μmになるように粒度調整した人造黒鉛粉末を使用し、増粘剤の添加量を多孔質部形成用炭素質粉末100質量部に対して7質量部の割合にするとともに、実施例1の3.において、緻密質部材と多孔質部形成用予備成形シートとの熱圧成形を、180℃の温度雰囲気下、15MPaで加圧することにより行った以外は、実施例1と同様にして燃料電池用セパレータを得た。
上記成形に用いた多孔質部成形用原料スラリーの粘度および多孔質部形成用グリーンシート厚みの精度を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
得られた燃料電池用セパレータにおける、多孔質部の気孔率および気孔径と、セパレータの固有抵抗と、多孔質部および緻密質部の界面における接触抵抗と、セパレータのガス透過係数と、発電時における排水性を、実施例1と同様の方法により測定した。結果を表2に示す。
Example 4
Example 1-2. In the above, as the carbonaceous powder for forming the porous part, an artificial graphite powder whose particle size is adjusted so that the volume average particle diameter is 500 μm is used, and the addition amount of the thickener is 100 parts by mass of the carbonaceous powder for forming the porous part. In addition to the ratio of 7 parts by mass relative to the In the same manner as in Example 1, except that the hot pressing of the dense member and the preformed sheet for forming the porous portion was performed by pressurizing at 15 MPa in a temperature atmosphere of 180 ° C. Got.
The precision of the viscosity of the porous part forming raw material slurry used for the forming and the thickness of the porous part forming green sheet were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
In the obtained fuel cell separator, the porosity and pore diameter of the porous part, the specific resistance of the separator, the contact resistance at the interface between the porous part and the dense part, the gas permeability coefficient of the separator, The drainage was measured by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 2.

(実施例5)
実施例1の2.において、多孔質部形成用炭素質粉末として、体積平均粒径が50μmになるように粒度調整した人造黒鉛粉末を使用し、増粘剤の添加量を多孔質部形成用炭素質粉末100質量部に対して3質量部の割合にするとともに、実施例1の3.において、緻密質部材と多孔質部形成用予備成形シートとの熱圧成形を、180℃の温度雰囲気下、1MPaで加圧することにより行った以外は、実施例1と同様にして燃料電池用セパレータを得た。
上記成形に用いた多孔質部成形用原料スラリーの粘度および多孔質部形成用グリーンシート厚みの精度を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
得られた燃料電池用セパレータにおける、多孔質部の気孔率および気孔径と、セパレータの固有抵抗と、多孔質部および緻密質部の界面における接触抵抗と、セパレータのガス透過係数と、発電時における排水性を、実施例1と同様の方法により測定した。結果を表2に示す。
(Example 5)
Example 1-2. In the above, as the carbonaceous powder for forming the porous part, artificial graphite powder whose particle size is adjusted so as to have a volume average particle diameter of 50 μm is used, and the amount of the thickener added is 100 parts by mass of the carbonaceous powder for forming the porous part. And 3 parts by mass in Example 1. In the same manner as in Example 1, except that the hot pressing of the dense member and the preformed sheet for forming the porous portion was performed by pressurizing at 1 MPa in a temperature atmosphere of 180 ° C. Got.
The precision of the viscosity of the porous part forming raw material slurry used for the forming and the thickness of the porous part forming green sheet were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
In the obtained fuel cell separator, the porosity and pore diameter of the porous part, the specific resistance of the separator, the contact resistance at the interface between the porous part and the dense part, the gas permeability coefficient of the separator, The drainage was measured by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 2.

(実施例6)
実施例1の1.において、緻密質部材作成時の成形圧力を80MPaとした以外は、実施例1と同様にして燃料電池用セパレータを得た。
上記成形に用いた多孔質部成形用原料スラリーの粘度および多孔質部形成用グリーンシート厚みの精度を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
得られた燃料電池用セパレータにおける、多孔質部の気孔率および気孔径と、セパレータの固有抵抗と、多孔質部および緻密質部の界面における接触抵抗と、セパレータのガス透過係数と、発電時における排水性を、実施例1と同様の方法により測定した。結果を表2に示す。
(Example 6)
Example 1 In Example 1, a fuel cell separator was obtained in the same manner as in Example 1 except that the molding pressure at the time of forming the dense member was 80 MPa.
The precision of the viscosity of the porous part forming raw material slurry used for the forming and the thickness of the porous part forming green sheet were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
In the obtained fuel cell separator, the porosity and pore diameter of the porous part, the specific resistance of the separator, the contact resistance at the interface between the porous part and the dense part, the gas permeability coefficient of the separator, The drainage was measured by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 2.

(比較例1)
実施例1の1.で得られた緻密質部材に対して、多孔質部形成用予備成形シートを積層して熱圧成形することなくセパレータを形成した以外は、実施例1と同様にして燃料電池用セパレータを得た。
得られた燃料電池用セパレータにおける、セパレータの固有抵抗と、セパレータのガス透過係数と、発電時における排水性を、実施例1と同様の方法により測定した。結果を表2に示す。
(Comparative Example 1)
Example 1 A separator for a fuel cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that a porous member-forming preformed sheet was laminated on the dense member obtained in Step 1 to form a separator without hot pressing. .
In the obtained fuel cell separator, the specific resistance of the separator, the gas permeability coefficient of the separator, and the drainage during power generation were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

(比較例2)
実施例1の2.において増粘剤を添加せずに、多孔質部成形用原料スラリーを作製した以外は実施例1と同様にして多孔質部成形用原料スラリーを作製したところ、グリーンシートの作製時にドクターブレードから原料スラリーが流出し、シートが広がるため、均質な厚さのシートを形成することができなかった。
上記成形に用いた多孔質部成形用原料スラリーの粘度を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
Example 1-2. A porous part forming raw material slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that a porous part forming raw material slurry was prepared without adding a thickener in step 1. Since the slurry flowed out and the sheet spread, a uniform thickness sheet could not be formed.
The viscosity of the porous part molding raw material slurry used for the molding was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

表1の結果より、実施例1〜実施例6においては、多孔質部形成材料が増粘剤を含むものであることから、多孔質部形成用炭素質粉末を良好に分散させて、高い厚み精度を有する多孔質部成形用グリーンシートを得ることができ、このために均質性の高いセパレータを容易に作製し得るのに対して、比較例2においては、多孔質部形成材料が増粘剤を含まないものであることから、均質な厚みを有する多孔質部成形用グリーンシートを作製できないことが分かる。   From the results of Table 1, in Examples 1 to 6, since the porous part forming material contains a thickener, the carbon part powder for forming the porous part is well dispersed, and high thickness accuracy is obtained. A porous part forming green sheet can be obtained, and for this reason, a separator with high homogeneity can be easily produced, whereas in Comparative Example 2, the porous part forming material contains a thickener. Since it is not, it turns out that the green sheet for porous part shaping | molding which has uniform thickness cannot be produced.

また、表2の結果より、実施例1〜実施例6で得られた燃料電池用セパレータは、緻密質部を形成する緻密質部材を、予め加圧成形して作製しつつ、この緻密質部材を多孔質部形成用予備成形シートとともに熱圧成形していることから、セパレータの作製時に、緻密質部と多孔質部は、異なる圧力を加えられて作製されている。このため、実施例1〜実施例6で得られた燃料電池用セパレータは、緻密質部が高いガス不透過性を付与するとともに、多孔質部が高い気孔率と気孔径を有することにより、優れた排水性を付与し得ることが分かる。
一方、比較例1においては、セパレータが多孔質部を有するものでないことから、排水性が低いことが分かる。
Further, from the results of Table 2, the fuel cell separators obtained in Examples 1 to 6 were prepared by press-molding a dense member forming the dense part in advance. Is molded together with the preformed sheet for forming the porous portion, the dense portion and the porous portion are produced by applying different pressures when the separator is produced. For this reason, the fuel cell separators obtained in Examples 1 to 6 are excellent in that the dense part imparts high gas impermeability and the porous part has high porosity and pore diameter. It can be seen that the drainage can be imparted.
On the other hand, in Comparative Example 1, since the separator does not have a porous portion, it can be seen that drainage is low.

また、多孔質部形成用予備成形シートに使用する黒鉛粉のアスペクト比が1.0〜2.0の範囲内にあることから、緻密質部材と熱圧成形、一体化する際に、多孔質部の一部が緻密質部に食い込んだ状態で一体化されるため、界面における接触抵抗を低減する(緻密質部と多孔質部の密着性が高い)ことが分かる。   Moreover, since the aspect ratio of the graphite powder used for the preformed sheet for forming the porous portion is in the range of 1.0 to 2.0, the porous member is porous when being compacted and integrated with the dense member. It can be seen that the contact resistance at the interface is reduced (the adhesiveness between the dense part and the porous part is high) because the part is integrated in a state where a part of the part has penetrated into the dense part.

さらに、実施例1〜実施例6によれば、スラリー状の形成材料をシート化して緻密質部や多孔質部を形成することから、緻密質部形成材料や多孔質部形成材料(原料混合物)の乾燥物を粉砕する工程等を省略することができ、また、粉砕物でなくシート状物として成形型中に供給できることから、成形型への充填操作をより容易に行うことができることから、セパレータの生産性を向上することができる。   Furthermore, according to Examples 1 to 6, since the slurry-like forming material is formed into a sheet to form the dense part and the porous part, the dense part forming material and the porous part forming material (raw material mixture) The step of pulverizing the dried product can be omitted, and since it can be supplied into the mold as a sheet instead of the pulverized product, the filling operation into the mold can be performed more easily. Productivity can be improved.

本発明によれば、発電時に発生する水による流路の閉塞が生じにくく、発電効率の低下や接触抵抗の上昇を抑制してなり、優れた強度およびガス不透化性を有し、均質性に優れた燃料電池用セパレータを、生産性よく製造する方法を提供することができる。   According to the present invention, the flow path is not easily clogged by water generated during power generation, and it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency and an increase in contact resistance, and has excellent strength and gas impermeability, and homogeneity. It is possible to provide a method for producing a fuel cell separator excellent in productivity with high productivity.

1 燃料電池用セパレータ
2 多孔質部
3 緻密質部
4 ガス流路
21 多孔質部形成用予備成形シート
31 緻密質部材
31a 緻密質本体部形成用グリーンシート
31b 緻密質部縁部形成用グリーンシート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell separator 2 Porous part 3 Dense part 4 Gas flow path 21 Porous part forming preform sheet 31 Dense member 31a Dense body part forming green sheet 31b Dense part edge forming green sheet

Claims (6)

ガス流路壁面の少なくとも一部が多孔質部により形成されてなる、多孔質部と緻密質部とを有する燃料電池用セパレータを製造する方法であって、
緻密質部形成用炭素質粉末と緻密質部形成用熱硬化性樹脂バインダーとを含むスラリー状緻密質部形成材料を、シート化し、加圧成形することにより、緻密質部材を作製する工程と、
多孔質部形成用炭素質粉末と多孔質部形成用樹脂バインダーと増粘剤とを含むスラリー状多孔質部形成材料を、シート化することにより、多孔質部形成用予備成形シートを作製する工程と、
ガス流路形状に対応した成形面を有する成形型中に、該成形面と前記多孔質部形成用予備成形シートとが相対するように、前記緻密質部材と前記多孔質部形成用予備成形シートとを充填し、熱圧成形して一体化する工程と、
を施すことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
A method for producing a fuel cell separator having a porous part and a dense part, wherein at least a part of a wall surface of a gas flow path is formed by a porous part,
Forming a dense member by forming a slurry-like dense part forming material containing a dense part-forming carbonaceous powder and a dense part-forming thermosetting resin binder into a sheet, and press-molding; and
A process for preparing a porous part forming preform sheet by forming a slurry-like porous part forming material containing a porous part forming carbonaceous powder, a porous part forming resin binder, and a thickener. When,
The dense member and the porous part forming preform sheet so that the molding surface and the porous part forming preform sheet are opposed to each other in a molding die having a molding surface corresponding to the gas flow path shape. Filling and integrating by hot pressing
The manufacturing method of the separator for fuel cells characterized by performing these.
前記スラリー状多孔質部形成材料に含まれる増粘剤がセルロース系増粘剤である請求項1に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   The method for producing a fuel cell separator according to claim 1, wherein the thickener contained in the slurry-like porous portion forming material is a cellulose-based thickener. 前記スラリー状多孔質部形成材料に含まれる多孔質部形成用炭素質粉末の体積平均粒径が50〜500μmである請求項1または請求項2に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   3. The method for producing a fuel cell separator according to claim 1, wherein the volume-average particle size of the carbonaceous powder for forming a porous part contained in the slurry-like porous part forming material is 50 to 500 μm. 前記スラリー状緻密部形成用材料または多孔質部形成用材料のシート化がドクターブレード法により行われる請求項1〜請求項3のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   The method for producing a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 3, wherein the slurry-like dense portion forming material or the porous portion forming material is formed into a sheet by a doctor blade method. 前記緻密質部材作成時における加圧力が20〜100MPaであり、前記緻密質部材と多孔質部形成用予備成形シートとの熱圧成形時における加圧力が1MPa以上20MPa未満である請求項1〜請求項4のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   The pressing force at the time of creating the dense member is 20 to 100 MPa, and the pressing force at the time of hot pressing the dense member and the preformed sheet for forming the porous portion is 1 MPa or more and less than 20 MPa. Item 5. A method for producing a fuel cell separator according to Item 4. 前記緻密質部材と前記多孔質部形成用シートとを成形型中に充填し、熱圧成形して一体化する工程の後工程として、さらに親水化処理工程を施す請求項1〜請求項5のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   6. The hydrophilization treatment step is further performed as a subsequent step of the step of filling the dense member and the porous portion forming sheet into a mold and integrating them by hot pressing. The manufacturing method of the separator for fuel cells in any one.
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