JP2023026150A - セパレータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
導電性に優れたセパレータおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】
本発明は、表面３１に流路としての溝３０，３２を備えたプレート２と、溝３０，３２とプレート２の溝３０，３２以外の表面３１とを含み、プレート２の厚さ方向の両側の表面３１に形成されている層であって、プレート２よりガスバリア特性に優れたバリア層６，７と、を備え、プレート２は、グラファイトと樹脂とを含む中層プレート５と、グラファイトと樹脂と導電繊維とを含むプレートであって中層プレート５の厚さ方向の両側の表面に積層される表層プレート３，４と、を備えるセパレータ１およびその製造方法に関する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、セパレータおよびその製造方法に関する。

燃料電池は、水素と酸素の反応を利用してエネルギーを取り出す電池である。当該反応によって生成するのは水であるため、燃料電池は地球環境に優しい電池として知られている。特に、固体高分子型燃料電池は、高出力密度を可能とし、小型で軽量であることから、自動車、通信機器、電子機器等のバッテリーとして有力視され、一部実用化されている。燃料電池は、複数個のセルを積み重ねて構成されたセルスタックである。セルとセルとの間には、セパレータと称する板状部材が配置されている。セパレータは、隣同士になる水素と酸素の通路を仕切る隔壁板であり、水素と酸素がイオン交換膜の全面にわたって均一に接触して流れる役割を担っている。このため、セパレータには、その流路となる溝が形成されている。

セパレータは、その構成材料の観点で、金属材料系と、炭素材料系とに大別される。金属材料系のセパレータには、一般的に、ステンレススチール、アルミニウム若しくはその合金、あるいはチタニウム若しくはその合金が使用される。金属材料系のセパレータは、金属特有の強度と延性に起因して、加工性に優れ、かつ薄型化が可能である。しかし、金属材料系のセパレータは、後述の炭素材料系のセパレータに比べて比重が大きく、燃料電池の軽量化に反する。さらに、金属材料系のセパレータは、耐腐食性が低く、材料によっては不動態皮膜を形成するという欠点を有する。金属材料の腐食あるいは不動態皮膜は、セパレータの電気抵抗の上昇につながるので、好ましくない。金属材料系のセパレータの耐食性を改善するために貴金属をめっきあるいはスパッタ等によるコートする場合には高コスト化を招くが、当該高コスト化を防ぐために、セパレータの表面に形成される流路の凸部をフォトレジスト膜で形成する方法が知られている（特許文献１を参照）。

一方、炭素材料系のセパレータは、金属材料系のセパレータに比べて比重が小さく、耐食性にも優れるという利点を有する。しかし、炭素材料系のセパレータは、加工性および機械的強度に劣る。また、さらなる低電気抵抗化（すなわち、さらなる高導電性化）の要求もある。機械的強度の改善方法としては、例えば、熱可塑性樹脂に黒鉛粒子を分散させたセパレータが知られている（特許文献２を参照）。

特開２０１１－０９０９３７号公報 特開２００６－２９４４０７号公報

本出願人に属する発明者らは、先に、炭素材料系のセパレータの厚さ方向両面に、樹脂（特に、ポリポリフェニレンスルファイドが好ましい）製のフィルムを備えたセパレータを開発した（特願２０２０－０７２０３６）。当該セパレータは、樹脂製のフィルムを備えることにより、従来よりも高強度であると共に、高いガスバリア性能も有する。しかし、燃料電池を含む電池のセル間に配置されるセパレータには、さらなる高導電性化が望まれている。

本発明は、強度、ガスバリア性および導電性に優れたセパレータおよびその製造方法を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するための一実施形態に係るセパレータは、表面に流路としての溝を備えたプレートと、前記溝と前記プレートの前記溝以外の表面とを含み、前記プレートの厚さ方向の両側の表面に形成されている層であって、前記プレートよりガスバリア特性に優れたバリア層と、を備え、前記プレートは、グラファイトと樹脂とを含む中層プレートと、グラファイトと樹脂と導電繊維とを含むプレートであって前記中層プレートの厚さ方向の両側の表面に積層される表層プレートと、を備える。
（２）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記バリア層は、前記プレートと異なるフィルム状の被覆層であっても良い。
（３）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記バリア層は、樹脂若しくはゴムが前記プレートを構成する粒子若しくは繊維の間を充填している充填層であっても良い。
（４）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記バリア層は、前記充填層と、前記プレートと異なるフィルム状の被覆層とを含んでいても良い。
（５）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記表層プレートは、その厚さ方向の前記バリア層側に前記導電繊維が偏在していても良い。
（６）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記導電繊維は、炭素繊維であっても良い。
（７）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記表層プレートは、前記樹脂とは別のアラミド繊維をさらに含んでも良い。
（８）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記表層プレートは、前記樹脂としてポリエーテルエーテルケトンおよびポリフェニレンスルファイドの内の少なくとも１つを含んでも良い。
（９）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記中層プレートは、前記樹脂とは別のアラミド繊維をさらに含んでも良い。
（１０）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記中層プレートは、金属繊維をさらに含んでも良い。
（１１）別の実施形態に係るセパレータは、好ましくは、燃料電池のセル同士の間に用いられる燃料電池用セパレータであっても良い。
（１２）上記目的を達成するための一実施形態に係るセパレータの製造方法は、上述のいずれかに記載のセパレータを製造する方法であって、前記バリア層を形成するためのフィルムを金型内に配置する第１フィルム配置工程と、グラファイトと樹脂と導電繊維とを少なくとも含む第１被成形物を前記フィルム上に配置する第１被成形物配置工程と、グラファイトと樹脂とを少なくとも含む第２被成形物を、前記金型内の前記第１被成形物上に配置する第２被成形物配置工程と、前記第１被成形物を前記第２被成形物上に配置する第３被成形物配置工程と、前記バリア層を形成するためのフィルムを、前記第１被成形物、前記第２被成形物および前記第１被成形物を含む積層物上に配置する第２フィルム配置工程と、前記積層物を前記フィルムによって挟んだ状態にて前記金型を閉じて成形を行い、前記プレートの厚さ方向の両側の表面に前記バリア層を形成する成形工程と、を含む。
（１３）別の実施形態に係るセパレータの製造方法は、好ましくは、前記第１被成形物配置工程および前記第３被成形物配置工程に先立って、前記グラファイトと前記樹脂と前記導電繊維とを少なくとも含む第１混合物から半硬化状態の前記第１被成形物を得る第１前成形工程をさらに含み、前記第１被成形物配置工程は、前記半硬化状態の第１被成形物を前記フィルム上に配置し、前記第３被成形物配置工程は、前記半硬化状態の第１被成形物を前記第２被成形物上に配置しても良い。
（１４）別の実施形態に係るセパレータの製造方法において、好ましくは、前記第１前成形工程は、前記第１混合物から、前記導電繊維が前記第１被成形物の厚さ方向の片側に偏在する前記半硬化状態の第１被成形物を得るものであり、前記第１被成形物配置工程は、前記第１被成形物における前記導電繊維が偏在する側の表面が前記金型内の前記フィルムに接するように、前記半硬化状態の第１被成形物を前記フィルム上に配置し、前記第３被成形物配置工程は、前記第１被成形物における前記導電繊維が偏在する側と反対側の表面が前記金型内の前記第２被成形物に接するように、前記半硬化状態の第１被成形物を前記第２被成形物上に配置しても良い。
（１５）別の実施形態に係るセパレータの製造方法は、好ましくは、前記第２被成形物配置工程に先立って、前記グラファイトと前記樹脂とを少なくとも含む第２混合物から半硬化状態の前記第２被成形物を得る第２前成形工程をさらに含み、前記第２被成形物配置工程は、前記半硬化状態の前記第２被成形物を前記第１被成形物上に配置しても良い。
（１６）別の実施形態に係るセパレータの製造方法において、好ましくは、前記金型は、その内側に前記溝の転写用の凹凸を備え、前記成形工程は、前記凹凸を備えた前記金型を用いて、前記積層物の成形および前記溝の形成を行っても良い。

本発明によれば、導電性に優れたセパレータおよびその製造方法を提供できる。

図１は、本発明の実施形態に係るセパレータの平面図を示す。 図２Ａは、図１のセパレータのＡ－Ａ線断面図およびその一部Ｂの拡大図をそれぞれ示す。 図２Ｂは、図２Ａの一部Ｂにおける一部Ｃのバリエーションａ，ｂ，ｃの各拡大図を示す。 図３は、本発明の実施形態に係るセパレータの製造方法の主な工程のフローの一例を示す。 図４は、図３の製造方法の各工程の状況を断面視にて示す。 図５は、図４に続く各工程の状況を断面視にて示す。 図６は、変形例に係るセパレータの製造方法の各工程の状況を断面視にて示す。 図７は、図６に続く各工程の状況を断面視にて示す。

次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。

１．セパレータ
図１は、本発明の実施形態に係るセパレータの平面図を示す。図２Ａは、図１のセパレータのＡ－Ａ線断面図およびその一部Ｂの拡大図をそれぞれ示す。

この実施形態に係るセパレータ１は、平面視で略矩形の板状体である。セパレータ１は、例えば、燃料電池において、電解質膜の両面を空気極と水素極によって挟んだ膜／電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ： ＭＥＡ）の両側から挟む板状体である。この実施形態では、セパレータ１は、水素極（「アノード電極」ともいう）側に配置されるアノード側セパレータと、空気極（「カソード電極」ともいう）側に配置されるカソード側セパレータと、を含むように広義に解釈される。この実施形態では、セパレータ１は、炭素材料系のセパレータである。また、セパレータ１は、燃料電池用に限定されず、他の電池（好ましくは蓄電池）のセルとセルとの間に配置される板状部材に用いることもできる。

セパレータ１は、その厚さ方向に貫通する貫通孔１１，１２，２１，２２を備える。貫通孔１１，２１は、セパレータ１の一端側に配置されている。貫通孔１２は、セパレータ１を平面視した際に、貫通孔２１と対向して、セパレータ１の上記一端側と反対に位置する他端側に配置されている。貫通孔２２は、セパレータ１を平面視した際に、貫通孔１１と対向するように、セパレータ１の上記一端側と反対に位置する他端側に配置されている。セパレータ１の一面側（表面側）には、流路としての溝３０が形成されている。溝３０以外の表面３１は、溝３０に対して凸面となっている。また、セパレータ１の上記一面側の反対側の面（裏面側）には、流路としての溝３２が形成されている。溝３２以外の表面３１は、溝３２に対して凸面となっている。

セパレータ１がカソード側セパレータの場合、貫通孔１１は、酸化ガスの供給口である。貫通孔１２は、酸化ガスの排出口である。貫通孔２１は、水素ガスの排出口である。貫通孔２２は、水素ガスの供給口である。酸化ガスは、例えば、空気であるが、酸素でも良い。セパレータ１の表面側の溝３０は、酸化ガスを流すための流路である。セパレータ１の裏面側の溝３２は、冷却水を流すための流路である。図１では、白矢印にて、酸化ガスの流れを示す。

セパレータ１がアノード側セパレータの場合、貫通孔１１は、水素ガスの供給口である。貫通孔１２は、水素ガスの排出口である。貫通孔２１は、酸化ガスの排出口である。貫通孔２２は、酸化ガス供給口である。セパレータ１の表面側の溝３０は、水素ガスを流すための流路である。セパレータ１の裏面側の溝３２は、冷却水を流すための流路である。

セパレータ１は、プレート２と、バリア層８と、を少なくとも備えている。プレート２は、表層プレート３，４と、中層プレート４と、を備えている。プレート２は、表面３１に流路としての溝３０，３２を備えている。

（中層プレート）
中層プレート５は、グラファイトと樹脂とを含むプレートである。中層プレート５は、グラファイトと樹脂とを含む成形体であり、溶融後に固化した樹脂中にグラファイトが分散した微細構造を有する。中層プレート５は、グラファイトと樹脂に加えて、当該樹脂とは別の繊維を備えていても良い。当該繊維は、樹脂繊維、炭素繊維、セラミックス繊維等のいかなる種類の非金属繊維でも良いが、好ましくは樹脂繊維、さらに好ましくはアラミド繊維である。当該アラミド繊維の繊維径は、好ましくは５～２０μｍ、より好ましくは９～１５μｍである。当該アラミド繊維の繊維長は、好ましくは１～１５ｍｍ、より好ましくは３～９ｍｍである。繊維径および繊維長は、顕微鏡（大きさにより光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡を使い分けている）により独立した２０本の繊維を選び、当該視野から計測した繊維径および繊維長をいう。平均繊維径または平均繊維長を求める場合には、２０個の繊維径または繊維長を平均する。以下の繊維径、繊維長、平均繊維径および平均繊維長についても同様である。中層プレート５に繊維を加えることによって、中層プレート５の強度を高めることができる。中層プレート５は、グラファイトと樹脂に加えて、金属繊維を備えていても良い。金属繊維は、銅、ステンレススチール、チタン、鉄、アルミニウム、ニッケル、金、銀、クロム等の金属からなる繊維であり、好ましくは銅、ステンレススチール、チタンからなる繊維であり、より好ましくは銅からなる繊維である。金属繊維の繊維径は、好ましくは５～１００μｍ、より好ましくは２０～６０μｍである。金属繊維の繊維長は、好ましくは０．５～３．５ｍｍ、より好ましくは１．５～２．５ｍｍである。中層プレート５の平面視における面積は、好ましくは１０～１０００ｃｍ^２、より好ましくは１００～７５０ｃｍ^２である。中層プレート５の厚さは、好ましくは０．１～２．０ｍｍ、より好ましくは０．２～１．５ｍｍである。

中層プレート５を構成する樹脂は、特に制約されないが、好ましくは熱可塑性樹脂である。中層プレート５としてより好適な樹脂は、耐熱性に優れた樹脂であり、具体的には、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）およびポリスルフォン（ＰＳＵ）を例示できる。これらの中でも、ＰＰＳまたはＰＥＥＫが特に好適である。ＰＰＳとしては、東レ（株）製のＭ２８８８、Ｅ２１８０、大日本インキ化学工業（株）製のＦＺ－２１４０、ＦＺ－６６００を例示できる。

中層プレート５の成形前に用いられる樹脂の平均粒径は、好ましくは１μｍ以上３００μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上１５０μｍ以下、さらにより好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下である。ここで、平均粒径は、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定法にて測定される粒径をいう。以後の平均粒径の測定方法も同様である。

中層プレート５を構成するグラファイトは、人造黒鉛、膨張黒鉛、天然黒鉛等のいずれでも良い。ここで、膨張黒鉛とは、グラファイト（黒鉛）の正六角形平面を重ねた構造の特定の一面に他の物質層が入り込むこと（＝インターカレーション）によって黒鉛層間を拡張させた黒鉛若しくは黒鉛層間化合物をいう。膨張黒鉛としては、例えば、富士黒鉛工業（株）製のＢＳＰ－６０Ａ（平均粒子径６０μｍ）あるいはＥＸＰ－５０ＳＭを、人造黒鉛としては、例えば、オリエンタル産業（株）製の１７０７ＳＪ（平均粒子径１２５μｍ）、ＡＴ－Ｎｏ．５Ｓ（平均粒子径５２μｍ）、ＡＴ－Ｎｏ．１０Ｓ（平均粒子径２６μｍ）、ＡＴ－Ｎｏ．２０Ｓ（平均粒子径１０μｍ）、あるいは日本黒鉛工業（株）製ＰＡＧ，ＨＡＧを、天然黒鉛としては、富士黒鉛工業（株）製のＣＮＧ－７５Ｎ（平均粒子径４３μｍ）あるいは日本黒鉛工業（株）製のＣＰＢ（鱗状黒鉛粉末、平均粒子径１９μｍ）を、それぞれ用いることができる。また、黒鉛粒子の形状については、特に制約は無く、薄片状、鱗片状、球状等適宜選択することができる。さらに、グラファイトは、非晶質の炭素（アモルファスカーボン）を一部に含んでいても良い。

中層プレート５の成形前に用いられるグラファイトの平均粒径は、好ましくは１μｍ以上５００μｍ、より好ましくは３μｍ以上３００μｍ以下、さらにより好ましくは１０μｍ以上１５０μｍ以下である。

グラファイトと樹脂とは、別々に粒径を調整してから混合して中層プレート５の成形用に用いても良く、あるいは先に混錬後、粉砕し、粒径を調整して中層プレート５の成形用に用いても良い。グラファイトと樹脂とを混錬後、粉砕し、粒径を調整する場合には、混合粉末の平均粒径は、好ましくは１μｍ以上５００μｍ、より好ましくは３μｍ以上３００μｍ以下、さらにより好ましくは１０μｍ以上１５０μｍ以下である。

中層プレート５を構成するグラファイトと樹脂の質量比は、グラファイト：樹脂＝７０～９５質量部：３０～５質量部である。例えば、５質量部の樹脂に対して、７０質量部以上９５質量部以下の範囲のグラファイトを混合してセパレータ１の構成材料とすることができる。また、例えば、３０質量部の樹脂に対しても、同様に、７０質量部以上９５質量部以下の範囲のグラファイトを混合してセパレータ１の構成材料とすることができる。セパレータ１は、樹脂よりもグラファイトを質量比にて多く含むのが好ましい。グラファイトと樹脂とのより好適な質量比は、樹脂１質量部に対して、グラファイト１０質量部、若しくはグラファイト１０．１質量部以上２０質量部以下である。上述のように、樹脂の質量部よりもグラファイトの質量部を多くすると、従来のセパレータよりも、グラファイト同士の接触部位が多くなり、もって、セパレータ１の電気抵抗をより低く（すなわち、導電性をより高く）することができる。セパレータ１の代表的なサンプルでは、接触抵抗値は５ｍΩ・ｃｍ^２またはそれ以下である。接触抵抗値とは、プレート２の厚さ方向の一方の表面に形成されているバリア層８（後述のフィルム６）とプレート２の厚さ方向の他方の表面に形成されているバリア層８（後述のフィルム７）との間の抵抗値を意味する。

（表層プレート）
表層プレート３，４は、中層プレート５の厚さ方向の両側の表面に積層されるプレートであって当該プレートの表面に流路としての溝３０，３２を備えている。表層プレート３，４は、グラファイトと樹脂と導電繊維とを含むプレートである。表層プレート３，４は、グラファイトと樹脂と導電繊維とを含む成形体であり、溶融後に固化した樹脂および導電繊維中にグラファイトが分散した微細構造を有する。導電繊維は、好ましくは、炭素繊維、銅およびニッケルの二層メッキを施したポリエステル繊維等であり、より好ましくは炭素繊維である。炭素繊維は、特に制約されないが、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、またはこれらの組み合わせ等が挙げられる。これらの中では、セパレータ１の可撓性および強度等の観点から、ＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。炭素繊維としては、例えば、帝人（株）製のＨＴ Ｃ１３７（平均繊維径７μｍ、平均繊維長６ｍｍ）を用いることができる。炭素繊維の繊維径は、好ましくは２～５０μｍ、より好ましくは５～１５μｍである。炭素繊維の繊維長は、好ましくは１～１５ｍｍ、より好ましくは３～９ｍｍである。表層プレート３は、好ましくは、表層プレート３の厚さ方向のバリア層８（後述のフィルム６）側に導電繊維が偏在している。また、表層プレート４は、好ましくは、表層プレート４の厚さ方向のバリア層８（後述のフィルム７）側に導電繊維が偏在している。このように導電繊維を偏在させることにより、セパレータ１の電気抵抗（接触抵抗）をより低く（すなわち、導電性をより高く）することができる。

表層プレート３，４は、グラファイトと樹脂と導電繊維に加えて、当該樹脂および導電繊維とは別の繊維を備えていても良い。当該繊維は、樹脂繊維、セラミックス繊維等のいかなる種類の繊維でも良いが、好ましくは樹脂繊維、さらに好ましくはアラミド繊維である。表層プレート３，４に当該繊維を備えることによって、表層プレート３，４の強度をより高めることができる。表層プレート３，４は、セパレータ１の溝３０，３２に相当する溝を備えている。表層プレート３，４を構成する樹脂は、中層プレート５を構成する樹脂の上記好適な選択肢の内の１または２以上の樹脂であり、より好ましくはＰＥＥＫおよびＰＰＳの内の少なくとも１つである。また、表層プレート３，４を構成するグラファイトは、中層プレート５を構成するグラファイトの上記好適な選択肢の内の１または２以上のグラファイトである。表層プレート３，４を構成する樹脂およびグラファイトの平均粒径は、上述の中層プレート５を構成する樹脂およびグラファイトの平均粒径と同様である。

（バリア層）
バリア層８は、この実施形態では、溝３０，３２とプレート２の溝３０，３２以外の表面３１とを含み、プレート２の厚さ方向の両側の表面を被覆している。すなわち、バリア層８は、溝３０，３２の内側の面も含めてプレート２の表側の面および裏側の面の両面を被覆している。バリア層８は、例えば、プレート２と異なるフィルム状の被覆層であり、表側の面を被覆するバリア層８の一例であるフィルム６および裏側の面を被覆するバリア層８の一例であるフィルム７の２種類を分離して、あるいは融着して成る。この実施形態では、バリア層８は、フィルム６とフィルム７とに分かれている。フィルム６は、プレート２の厚さ方向の片側の面、より具体的には、表層プレート３の厚さ方向における中層プレート５と反対側の面を被覆している。フィルム７は、当該厚さ方向の別の片側の面、より具体的には、表層プレート４の厚さ方向における中層プレート５と反対側の面を被覆している。しかし、バリア層８は、フィルム６とフィルム７とを接合した状態にてプレート２の外側表面を包む袋形状であっても良い。

図２Ｂは、図２Ａの一部Ｂにおける一部Ｃのバリエーションａ，ｂ，ｃの各拡大図を示す。

形態ａは、プレート２（表層プレート３，４）の表面に、好ましくは樹脂またはゴムを主材とするフィルムを備えた形態である。形態ａでは、バリア層８は、プレート２と異なるフィルム状の被覆層Ｆである。また、形態ｂは、プレート２（主に、表層プレート３，４）の表面近傍に樹脂またはゴムが含侵したバリア層８を備えた形態である。形態ｂでは、バリア層８は、樹脂若しくはゴムがプレート２を構成する粒子若しくは繊維の間を充填している充填層Ｍである。さらに、形態ｃでは、バリア層８は、充填層Ｍと、被覆層Ｆとを含む。このように、バリア層８は、好ましくは、ａ、ｂまたはｃの形態をとる。ただし、バリア層８は、プレート２よりもガスバリア特性に優れている限り、形態ａ，ｂ，ｃ以外の形態をとっていても良い。本願における「ガスバリア特性」または「ガスバリア性能」とは、ガスの透過を防ぐ性質を意味する。以下、形態ａのバリア層８を主体に説明する。

バリア層８は、好ましくは、樹脂またはゴムである。バリア層８は、プレート２（表層プレート３，４および中層プレート５）を構成する樹脂の上記好適な選択肢の内の１または２以上を主材とし、より好ましくは、ＰＥＥＫおよびＰＰＳの内の少なくとも１つを主材とする。ここで、「主材」とは、バリア層８の５０質量％を超える比率を占める材料を意味する。主材は、バリア層８の質量に対して５０質量％を超える限り、例えば、５１質量％、６０質量％、７０質量％、８０質量％、９０質量％、９５質量％または１００質量％でも良い。

バリア層８の厚さは、好ましくは２μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは４μｍ以上３５μｍ以下である。バリア層８の厚さを２μｍ以上、さらには４μｍ以上とすると、セパレータ１のガスバリア性をより高く、かつ強度（曲げ強度）をより高くすることができ、取り扱いやすさが向上する。一方、バリア層８の厚さを５０μｍ以下、さらには３５μｍ以下とすると、セパレータ１におけるバリア層８間の接触抵抗をより低く（すなわち、導電性をより高く）できる。この実施形態では、強度は、ＪＩＳ Ｋ７１７１にて測定される曲げ強さを意味する。

表層プレート３，４を構成する樹脂と、バリア層８を構成する樹脂とを同一種の熱可塑性樹脂とすることもできる。その場合、表層プレート３，４のバリア層８近くの樹脂と、バリア層８とを部分的に一体化できるので、セパレータ１のさらなる強度向上を図ることができる。当該熱可塑性樹脂としては、好ましくはＰＥＥＫまたはＰＰＳである。

２．セパレータの製造方法
次に、本発明の実施形態に係るセパレータの製造方法について説明する。

セパレータ１の製造方法（以下、単に「製造方法」ともいう。）は、フィルム６を金型内に配置する第１フィルム配置工程と、グラファイトと樹脂と導電繊維とを少なくとも含む第１被成形物をフィルム６上に配置する第１被成形物配置工程と、グラファイトと樹脂とを少なくとも含む第２被成形物を金型内の第１被成形物上に配置する第２被成形物配置工程と、第１被成形物を第２被成形物上に配置する第３被成形物配置工程と、第１被成形物、第２被成形物および第１被成形物を含む積層物上にフィルム７を配置する第２フィルム配置工程と、積層物をフィルム６，７によって挟んだ状態にて金型を閉じて成形を行う成形工程と、を含む。また、セパレータ１の製造方法は、第１被成形物配置工程および第３被成形物配置工程に先立って、グラファイトと樹脂と導電繊維とを少なくとも含む第１混合物から半硬化状態の第１被成形物を得る第１前成形工程をさらに含む。また、セパレータ１の製造方法は、第２被成形物配置工程に先立って、グラファイトと樹脂とを少なくとも含む第２混合物から半硬化状態の第２被成形物を得る第２前成形工程をさらに含む。セパレータの製造方法は、以下の実施形態では、好ましくは、燃料電池のセル同士の間に用いられる燃料電池用セパレータを製造する方法である。また、セパレータ１は、好ましくは炭素材料系のセパレータである。ただし、セパレータ１は、燃料電池用に限定されず、他の電池（好ましくは蓄電池）のセルとセルとの間に配置される板状部材に用いることもできる。

図３は、本発明の実施形態に係るセパレータの製造方法の主な工程のフローの一例を示す。図４は、図３の製造方法の各工程の状況を断面視にて示す。図５は、図４に続く各工程の状況を断面視にて示す。

セパレータ１は、第１混合物形成工程（Ｓ１００）と、第１前成形工程（Ｓ１１０）と、第２混合物形成工程（Ｓ２００）と、第２前成形工程（Ｓ２１０）と、第１フィルム配置工程（Ｓ３００）と、第１被成形物配置工程（Ｓ３１０）と、第２被成形物配置工程（Ｓ３２０）と、第３被成形物配置工程（Ｓ３３０）と、第２フィルム配置工程（Ｓ３４０）と、成形工程（Ｓ３５０）と、を経て製造可能である。以下、Ｓ１００～Ｓ３５０について、図３～５を参照して詳述する。

（１）第１混合物形成工程（Ｓ１００）
この工程は、グラファイトと樹脂と導電繊維とを少なくとも含む第１混合物を形成する工程である。具体的には、グラファイトと樹脂と導電繊維とを水またはアルコール水溶液中で混合分散してスラリーを作製する。この工程において、グラファイト、樹脂および導電繊維に、さらに当該樹脂とは別の繊維を加えてスラリーを作製しても良い。

（２）第１前成形工程（Ｓ１１０）
この工程は、第１混合物から半硬化状態の第１被成形物を得る工程である。具体的には、第１混合物をメッシュ構造のシート機により液体をろ過分離した湿潤シートに形成し、この湿潤シートをプレス機にて加熱しながら加圧する。これにより、半硬化状態の第１被成形物（以下、「プリ表層プレート」ともいう。）を得ることができる。この工程において得られるプリ表層プレートは、好ましくは、その厚さ方向の片側に導電繊維が偏在している。この実施形態では、表層プレート３．４の前成形体である２つのプリ表層プレートが一度に成形される。しかし、２つのプリ表層プレートを個別に成形しても良い。また、この工程は、少なくとも表層プレート３の前成形体であるプリ表層プレートを製造する工程で足りる。表層プレート４の前成形体であるプリ表層プレートは、第３被成形物配置工程（Ｓ３３０）より前であればどの段階で製造されても良い。また、グラファイトと樹脂と導電繊維とを少なくとも含むプレートを製造せずに、購入等の手法によって入手可能な場合には、第１混合物形成工程（Ｓ１００）および第１前成形工程（Ｓ１１０）を省略可能である。

（３）第２混合物形成工程（Ｓ２００）
この工程は、グラファイトと樹脂とを少なくとも含む第２混合物を形成する工程である。具体的には、グラファイトと樹脂とを水またはアルコール水溶液中で混合分散してスラリーを作製する。この工程において、グラファイト、樹脂および導電繊維に、さらに当該樹脂とは別の繊維および／または金属繊維を加えてスラリーを作製しても良い。

（４）第２前成形工程（Ｓ２１０）
この工程は、第２混合物から半硬化状態の第２被成形物を得る工程である。具体的には、第２混合物をメッシュ構造のシート機により液体をろ過分離した湿潤シートに形成し、この湿潤シートをプレス機にて加熱しながら加圧する。これにより、半硬化状態の第２被成形物（以下、「プリ中層プレート」ともいう。）を得ることができる。グラファイトと樹脂とを少なくとも含むプレートを製造せずに、購入等の手法によって入手可能な場合には、第２混合物形成工程（Ｓ２００）および第２前成形工程（Ｓ２１０）を省略可能である。

（５）第１フィルム配置工程（Ｓ３００）
この工程は、バリア層８を形成するためのフィルム６を金型６０内に配置する工程である。具体的には、金型６０を構成する下金型４０を用意し、下金型４０の凹部４１にフィルム６を敷く（図４（ａ）を参照）。下金型４０は、凹部４１の内底面に、溝３２を転写形成可能な凹凸４２を備える。

（６）第１被成形物配置工程（Ｓ３１０）
この工程は、半硬化状態の第１被成形物であるプリ表層プレート７２をフィルム６上に配置する工程である。具体的には、下金型４０に敷かれたフィルム６上に、プリ表層プレート７２を配置する（図４（ｂ）を参照）。この工程において、プリ表層プレート７２における導電繊維が偏在する側の表面がフィルム６に接するように、プリ表層プレート７２をフィルム６上に配置することが好ましい。

（７）第２被成形物配置工程（Ｓ３２０）
この工程は、半硬化状態の第２被成形物であるプリ中層プレート７４をプリ表層プレート７２上に配置する工程である。具体的には、下金型４０の凹部４１に配置されたフィルム６上のプリ表層プレート７２上にプリ中層プレート７４を配置する（図４（ｃ）を参照）。

（８）第３被成形物配置工程（Ｓ３３０）
この工程は、半硬化状態の第１被成形物であるプリ表層プレート７２をプリ中層プレート７４上に配置する工程である。具体的には、下金型４０内のプリ中層プレート７４上に、プリ表層プレート７２を配置する（図４（ｄ）を参照）。この工程において、プリ表層プレート７２における導電繊維が偏在する側と反対側の表面がプリ中層プレート７４に接するように、プリ表層プレート７２をプリ中層プレート７４上に配置することが好ましい。

（９）第２フィルム配置工程（Ｓ３４０）
この工程は、第３被成形物配置工程（Ｓ３３０）の後に、金型６０内のプリ表層プレート７２、プリ中層プレート７４およびプリ表層プレート７２を含む積層物７０上に、バリア層８を形成するためのフィルム７を配置する工程である。具体的には、下金型４０の凹部４１に配置された積層物７０のプリ表層プレート７２上にフィルム７を配置する（図４（ｅ）を参照）。このとき、当該プリ表層プレート７２における導電繊維が偏在する側の表面がフィルム７に接するように、当該プリ表層プレート７２上にフィルム７が配置される。

（１０）成形工程（Ｓ３５０）
この工程は、積層物７０をフィルム６，７によって挟んだ状態にて金型６０を閉じて成形を行う工程である。具体的には、金型６０を構成する上金型５０を用意し、下金型４０の凹部４１側に重ね、下金型４０と上金型５０とを閉める（図５（ｆ），（ｇ）を参照）。上金型５０は、下金型４０の凹部４１と対向する面に凹部５１を有する。凹部５１は、その内底面に、溝３０を転写形成可能な凹凸５２を備える。金型６０の型締後、加温して、積層物７０の成形を行う。この結果、積層物７０は硬化してプレート２を形成する。また、凹凸４１，５１の転写によって、バリア層８（フィルム６およびフィルム７）にて覆われた状態の溝３０，３２が形成される（図５（ｈ）を参照）。

成形工程（Ｓ３５０）後に、金型６０を開き、セパレータ１が完成する。

図６は、変形例に係るセパレータの製造方法の各工程の状況を断面視にて示す。図７は、図６に続く各工程の状況を断面視にて示す。

この変形例では、プリ表層プレート７２に代えて、厚さ方向の一方の表面に溝が形成されたプリ表層プレート７２ａを用いてセパレータ１が製造される。具体的には、第１前成形工程（Ｓ１１０）において、第１混合物形成工程（Ｓ１００）にて形成された第１混合物から、厚さ方向の一方の表面に溝が形成されたプリ表層プレート７２ａを得る。より具体的には、第１混合物をメッシュ構造のシート機により液体をろ過分離した湿潤シートに形成し、内底面に凹凸が形成された金型内に当該湿潤シートを配置した状態でプレス機にて加熱しながら加圧する。このとき、湿潤シートの導電繊維が偏在している側の表面が金型内の凹凸に接するように、金型内に湿潤シートが配置されることが好ましい。これにより、導電繊維が偏在している側の表面に溝が形成されたプリ表層プレート７２ａを得ることができる。そして、先述の製造方法（図３を参照）と同様に、第２混合物形成工程（Ｓ２００）、第２前成形工程（Ｓ２１０）および第１フィルム配置工程（Ｓ３００）を経て、第１被成形物配置工程（Ｓ３１０）が行われる（図６（ａ），（ｂ）を参照）。

第１被成形物配置工程（Ｓ３１０）において、プリ表層プレート７２ａの溝が凹凸４２に合うように、下金型４０に敷かれたフィルム６上にプリ表層プレート７２ａを配置する（図６（ｂ）を参照）。そして、先述の製造方法（図３を参照）と同様に、第２被成形物配置工程（Ｓ３２０）を経て、第３被成形物配置工程（Ｓ３３０）において、プリ表層プレート７２ａの溝がプリ中層プレート７４と反対側に配置されるように、下金型４０内のプリ中層プレート７４上にプリ表層プレート７２ａを配置する（図６（ｃ），（ｄ）を参照）。第２フィルム配置工程（Ｓ３４０）において、下金型４０の凹部４１に配置されたプリ表層プレート７２ａ、プリ中層プレート７４およびプリ表層プレート７２ａを含む積層物７０ａ上にフィルム７を配置する（図６（ｅ）を参照）。

成形工程（Ｓ３５０）において、プリ表層プレート７２ａの溝に上金型５０の凹凸５２を合わせて下金型４０と上金型５０とを閉め、金型６０を型締めする（図７（ｆ），（ｇ）を参照）。そして、成形工程（Ｓ３５０）後に、金型６０を開き、セパレータ１が完成する。なお、プリ表層プレート７２ａに形成されている溝は、溝３０，３２と同等の大きさの溝であっても良いし、溝３０，３２より浅い溝であっても良い。プリ表層プレート７２ａに形成されている溝が溝３０，３２より浅い溝である場合、成形工程（Ｓ３５０）にて金型６０を閉じて成形した際に、予め形成された上記浅い溝を深くして、溝３０，３２に変化させることができる。

＜その他の実施形態＞
上述のように、本発明の好適な各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されることなく、種々変形して実施可能である。

セパレータ１の溝３０は、図１の白矢印で示す方向にガスを流す流路以外の流路を形成する溝でも良い。また、溝３２は、如何なる形態の流路を形成する溝でも良い。例えば、溝３０をセパレータ１の一端から他端に向かう直線的な流路を形成する溝とし、溝３２を溝３０に対して略直角方向の直線的な流路を形成する溝としても良い。また、セパレータ１は、溝３０および溝３２の少なくとも一方を形成していないものでも良い。

上記実施形態では、中層プレート５は、溝３０，３２に相当する溝を全く備えていないが、厚さ方向の少なくとも一方の表面に溝３０，３２に相当する溝を備えていても良い。その場合、成形工程（Ｓ３５０）にて金型６０を閉じて成形した際に、凹凸４１，５１の転写によって、溝を有さないプリ中層プレート７４に溝を形成し、溝３０，３２を備える中層プレート５が製造されても良い。また、プリ中層プレート７４は、プリ表層プレート７２ａ（図６を参照）と同様に、予め溝３０，３２に相当する溝が形成されていても良い。その場合、第２前成形工程（Ｓ２１０）にて、第２混合物から厚さ方向の少なくとも一方の表面に溝が形成されたプリ中層プレート７２ａが形成されても良い。

上記実施形態では、表層プレート３，４は、厚さ方向の一方の面にそれぞれ溝３０，３２を備えていたが、厚さ方向の両面に溝３０，３２をそれぞれ備えていても良い。その場合、成形工程（Ｓ３５０）にて金型６０を閉じて成形した際に、凹凸４１，５１の転写によって、厚さ方向の両面に溝３０，３２を備える表層プレート３，４が製造されても良い。また、第１前成形工程（Ｓ１１０）にて、プリ表層プレート７２ａに代えて、厚さ方向の両面に溝が形成されたプリ表層プレートを形成しても良い。

第１被成形物配置工程（Ｓ３１０）に先立って、プリ表層プレート７２，７２ａ、プリ中層プレート７４およびプリ表層プレート７２，７２ａを含む積層体７０，７０ａを形成しておき、第１被成形物配置工程（Ｓ３１０）にて当該積層体７０，７０ａをフィルム６上に配置しても良い。その場合、第２被成形物配置工程（Ｓ３２０）および第３被成形物配置工程（Ｓ３３０）は省略すれば良い。なお、その場合、本発明の第１被成形物配置工程、第２被成形物配置工程および第３被成形物配置工程は、第１被成形物配置工程（Ｓ３１０）に相当する。

成形工程の後に、フィルム６，７の余分な領域をトリミングするトリミング工程を行っても良い。

上記実施形態の製造方法では、バリア層８が樹脂またはゴムの層である燃料電池用セパレータの製造方法であるが、バリア層８が図２Ｂの形態ｂまたは形態ｃの層の燃料電池用セパレータの製造方法であっても良い。

次に、本発明の実施例を、比較例と比較しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

１．中層プレートの主な原料
（１）グラファイト
セパレータの中層プレートの構成材料となるグラファイト粉末には、オリエンタル工業（株）製の品番：１７０７ＳＪ（人造黒鉛，平均粒径１２５μｍ）およびオリエンタル工業（株）製の品番：ＡＴ－Ｎｏ．５Ｓ（人造黒鉛、平均粒径５２μｍ）の２種類のグラファイト粉末を用いた。
（２）樹脂
セパレータの中層プレートの構成材料となる樹脂として、ポリフェニレンフルファイ（ＰＰＳ）の粉末を用いた。ＰＰＳには、東レ（株）製のトレリナＭ２８８８のフレーク状のＰＰＳ粉末を冷凍粉砕して平均粒径５０μｍに調整したＰＰＳ微粉末を用いた。
（３）アラミド繊維
セパレータの中層プレートの構成材料となるアラミド繊維には、帝人（株）製のテクノーラＴ３２ＰＮＷ ３－１２（平均繊維長３．２ｍｍ、平均繊維径１８μｍ）、トワロン（登録商標）１０９４（平均繊維長１．１ｍｍ、比表面積１３．６ｍ^２／ｇ）およびトワロン（登録商標）Ｄ８０１６（平均繊維長０．８ｍｍ）の３種類のアラミド繊維を用いた。
（４）金属繊維
セパレータの中層プレートの構成材料となる金属繊維には、虹技株式会社製の銅製金属繊維（平均繊維長１．８８ｍｍ、平均繊維径５２．０８μｍ）を用いた。

２．表層プレートの主な原料
（１）グラファイト
セパレータの表層プレートの構成材料となるグラファイト粉末には、オリエンタル工業（株）製の品番：１７０７ＳＪ（人造黒鉛，平均粒径１２５μｍ）およびオリエンタル工業（株）製の品番：ＡＴ－Ｎｏ．５Ｓ（人造黒鉛、平均粒径５２μｍ）の２種類のグラファイト粉末を用いた。
（２）樹脂
セパレータの表層プレートの構成材料となる樹脂として、ポリフェニレンフルファイ（ＰＰＳ）の粉末を用いた。ＰＰＳには、東レ（株）製のトレリナＭ２８８８のフレーク状のＰＰＳ粉末を冷凍粉砕して平均粒径５０μｍに調整したＰＰＳ微粉末を用いた。
（３）炭素繊維
セパレータの表層プレートの構成材料となる炭素繊維には、帝人（株）製のＨＴ Ｃ１３７（平均繊維長６．０ｍｍ、平均繊維径７μｍ）を用いた。
（４）アラミド繊維
セパレータの表層プレートの構成材料となるアラミド繊維には、帝人（株）製のトワロン（登録商標）Ｄ８０１６（平均繊維長０．８ｍｍ）を用いた。

３．フィルム
セパレータ用のフィルムには、ＰＰＳ製のフィルムを用いた。ＰＰＳ製のフィルムには、東レ（株）製の厚さ９μｍのフィルム（品番：トレリナ９－３０１７）を用いた。

４．金型
金型としては、上下分割式の大同特殊鋼（株）製プリハードン鋼ＮＡＫ８０を工材とした金型を用いた。閉じた状態の金型内部には、セパレータを成形可能な空間（約６３ｃｍ^３）が形成されている。また、上下各金型の内側の底部には、セパレータの溝を形成するための凹凸が形成されている。

５．評価方法
セパレータ同士の接触抵抗値は、次の測定方法により測定を行った。まず、２つのセパレータを重ね、さらにその両側を２つの電極で挟持した状態で、電極を含む積層体全体に所定の圧力（０．８ＭＰａ）をかけながら、日置電機株式会社製の抵抗計（品番：ＲＭ３５４４）を用いて一定の電流を流して電気抵抗値を測定した。得られた抵抗値（以下、「積層体の接触抵抗値」と称する。）は、一方のセパレータと当該セパレータに接触する一方の電極との接触抵抗値と、他方のセパレータと当該セパレータに接触する他方の電極との接触抵抗値と、セパレータ同士の接触抵抗値とを合算した値である。
次に、一方のセパレータを２つの電極で挟持した状態で、所定の圧力（０．８ＭＰａ）をかけながら、日置電機株式会社製の抵抗計（品番：ＲＭ３５４４）を用いて一定の電流を流して電気抵抗値を測定した。得られた抵抗値は、当該セパレータ両面と電極との接触抵抗値を合算した値となるため、これを２で除して当該セパレータ片面と電極との接触抵抗値（以下、「一方のセパレータの接触抵抗値」と称する。）とした。
次に、他方のセパレータを２つの電極で挟持した状態で、所定の圧力（０．８ＭＰａ）をかけながら、日置電機株式会社製の抵抗計（品番：ＲＭ３５４４）を用いて一定の電流を流して電気抵抗値を測定した。得られた抵抗値は、当該セパレータ両面と電極との接触抵抗値を合算した値となるため、これを２で除して当該セパレータ片面と電極との接触抵抗値（以下、「他方のセパレータの接触抵抗値」と称する。）とした。
そして、積層体全体の接触抵抗値から、一方のセパレータの接触抵抗値および他方のセパレータの接触抵抗値を減じて得られた値をセパレータ同士の接触抵抗値とした。セパレータ同士の接触抵抗値が５ｍΩ・ｃｍ^２未満の場合には合格と評価した。

６．セパレータの製造
＜実施例＞
人造黒鉛粒子（品番：１７０７ＳＪ）１０８３．３質量部、ＰＰＳ粉末１００質量部、アラミド繊維（品番：Ｔ３２ＰＮＷ ３－１２）６２．５質量部、アラミド繊維（品番：トワロン（登録商標）１０９４）４．２質量部および金属繊維１３８．９質量部を用意し、これらを水中で混合分散して固形分１％のスラリーを作製した。１質量部は０．１ｇに相当する。これは実施例の以後の記載でも同様である。このスラリーを２５ｃｍ角の投入口を備えるろ過機へ投入し、ろ過によって得られる残渣であるシート状の湿潤シートを成形した。その湿潤シートを１５０℃に加熱したプレス機にセットして面圧１３．４ＭＰａの圧力で約２０分間加圧加熱し、湿潤シートを乾燥させて水分を除去することにより、人造黒鉛粒子、ＰＰＳ粒子、アラミド繊維、金属繊維が分散した厚さ１．４ｍｍ、坪量１４３５ｇ／ｍ^２のプリ中層プレートを製造した。
人造黒鉛粒子（品番：１７０７ＳＪ）９７７．８質量部、人造黒鉛粒子（品番：ＡＴ－Ｎｏ．５Ｓ）２４４．４質量部、ＰＰＳ粉末１００質量部、炭素繊維６２．５質量部およびアラミド繊維（品番：トワロン（登録商標）Ｄ８０１６）４．２質量部を用意し、これらを水中で混合分散して固形分１％のスラリーを作製した。このスラリーをメッシュ構造の２５ｃｍ角の投入口を備えるろ過機へ投入し、ろ過によって得られる残渣であるシート状の湿潤シートを成形した。その湿潤シートを１５０℃に加熱したプレス機にセットして面圧１３．４ＭＰａの圧力で約２０分間加圧加熱し、湿潤シートを乾燥させて水分を除去することにより、厚さ方向の片側に炭素繊維が偏在した厚さ０．３ｍｍ、坪量３４９ｇ／ｍ^２のプリ表層プレートを製造した。
次に、分割式の金型を構成する下金型の内側の凹部に、ＰＰＳフィルムを敷き、当該フィルム上に、上記プリ表層プレート、上記プリ中層プレート、上記プリ表層プレートを順に積層した。このとき、プリ表層プレートにおける炭素繊維が偏在する側と反対側の表面がプリ中層プレートと接するように、プリ表層プレート、プリ中層プレートおよびプリ表層プレートを積層した。そして、プリ中層プレート上に積層されたプリ表層プレートの上からＰＰＳフィルムを載せた。次に、分割式の金型を構成する上金型と、上記下金型とを閉じて成形を行った。成形は、面圧１３．４ＭＰａにて、金型の温度が３４０℃迄上昇するように加熱し、面圧５３．７ＭＰａまで昇圧して、１分間保持した。その後、圧力をそのままに保ちながら金型を３０℃になるまで加圧冷却した。成形終了後に、金型を開き、成形体を取り出し、セパレータの製造を終了した。このセパレータは、フィルム、表層プレート、中層プレート、表層プレート、フィルムの５層構造である。セパレータは、上記評価方法にて評価した。

＜比較例＞
（１）比較例１
人造黒鉛粒子（品番：１７０７ＳＪ）９７７．８質量部、人造黒鉛粒子（品番：ＡＴ－Ｎｏ．５Ｓ）２４４．４質量部、ＰＰＳ粉末１００質量部、アラミド繊維（品番：Ｔ３２ＰＮＷ ３－１２）６２．５質量部およびアラミド繊維（品番：トワロン（登録商標）Ｄ８０１６）４．２質量部を用意し、これらを水中で混合分散して固形分１％のスラリーを作製した。このスラリーをメッシュ構造の２５ｃｍ角のシート機により湿潤シートに形成し、湿潤シートを１５０℃に加熱したプレス機にセットして面圧１３．４ＭＰａの圧力で約２０分間加圧加熱し、湿潤シートを乾燥させて水分を除去することにより、人造黒鉛粒子、ＰＰＳ粒子およびアラミド繊維が分散した厚さ２．０ｍｍ、坪量２０８９ｇ／ｍ^２のプリ中層プレートを製造した。
次に、分割式の金型を構成する下金型の内側の凹部に、ＰＰＳフィルムを敷き、当該フィルム上に、上記プリ中層プレートを供した。そして、プリ中層プレート上からＰＰＳフィルムを載せた。次に、分割式の金型を構成する上金型と、上記下金型とを閉じて成形を行った。成形は、面圧１３．４ＭＰａにて、金型の温度が３４０℃迄上昇するように加熱し、面圧５３．７ＭＰａまで昇圧して、１分間保持した。その後、圧力をそのままに保ちながら金型を３０℃になるまで加圧冷却した。成形終了後に、金型を開き、成形体を取り出し、セパレータの製造を終了した。比較例１は、表層プレートを用いずに実施した。すなわち、比較例１のセパレータは、フィルム、中層プレート、フィルムの３層構造である。また、比較例１は、金属繊維を含まない中層プレートを用いて実施した。セパレータは、上記評価方法にて評価した。
（２）比較例２
分割式の金型を構成する下金型の内側の凹部に、ＰＰＳフィルムを敷き、当該フィルム上に、実施例１のプリ中層プレートを２つ積層した。プリ中層プレートは、厚さ方向の片側にアラミド繊維が偏在したプレートである。このとき、アラミド繊維が偏在する側と反対側の表面どうしが接するように、２つのプリ中層プレートを積層した。そして、プリ中層プレート上からＰＰＳフィルムを載せた。次に、分割式の金型を構成する上金型と、上記下金型とを閉じて成形を行った。成形は、面圧１３．４Ｍｐａにて、金型の温度が３４０℃迄上昇するように加熱し、面圧５３．７ＭＰａまで昇圧して、１分間保持した。その後、圧力をそのままに保ちながら金型を３０℃になるまで加圧冷却した。成形終了後に、金型を開き、成形体を取り出し、セパレータの製造を終了した。このセパレータは、フィルム、中層プレート、中層プレート、フィルムの４層構造である。セパレータは、上記評価方法にて評価した。

７．結果
表１に、実施例および各比較例の製造条件および評価結果を示す。

比較例２については、接触抵抗値が大きく不合格であった。これに対して、実施例は合格となった。

以上の結果から、実施例と比較例１，２との比較から、フィルム下に導電繊維を含有する表層プレートを使用する効果が確認できた。

本発明に係るセパレータは、電池、特に蓄電池におけるセル間のセパレータに利用できる。

１・・・セパレータ、２・・・プレート、３，４・・・表層プレート、５・・・中層プレート、６，７・・・フィルム、８・・・バリア層、３０，３２・・・溝、３１・・・表面、４０・・・下金型（金型の一構成部品）、４１，５１・・・凹部、４２，５２・・・凹凸、５０・・・上金型（金型の一構成部品）、６０・・・金型、７０，７０ａ・・・積層物、７２，７２ａ・・・プリ表層プレート（第１被成形物の一例）、７４・・・プリ中層プレート（第２被成形物の一例）、Ｆ・・・被覆層、Ｍ・・・充填層。

Claims (16)

1. 表面に流路としての溝を備えたプレートと、
   前記溝と前記プレートの前記溝以外の表面とを含み、前記プレートの厚さ方向の両側の表面に形成されている層であって、前記プレートよりガスバリア特性に優れたバリア層と、
   を備え、
   前記プレートは、
   グラファイトと樹脂とを含む中層プレートと、
   グラファイトと樹脂と導電繊維とを含むプレートであって前記中層プレートの厚さ方向の両側の表面に積層される表層プレートと、
   を備えることを特徴とするセパレータ。
2. 前記バリア層は、前記プレートと異なるフィルム状の被覆層であることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ。
3. 前記バリア層は、樹脂若しくはゴムが前記プレートを構成する粒子若しくは繊維の間を充填している充填層であることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ。
4. 前記バリア層は、前記充填層と、前記プレートと異なるフィルム状の被覆層とを含むことを特徴とする請求項３に記載のセパレータ。
5. 前記表層プレートは、その厚さ方向の前記バリア層側に前記導電繊維が偏在していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のセパレータ。
6. 前記導電繊維は、炭素繊維であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のセパレータ。
7. 前記表層プレートは、前記樹脂とは別のアラミド繊維をさらに含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のセパレータ。
8. 前記表層プレートは、前記樹脂としてポリエーテルエーテルケトンおよびポリフェニレンスルファイドの内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のセパレータ。
9. 前記中層プレートは、前記樹脂とは別のアラミド繊維をさらに含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のセパレータ。
10. 前記中層プレートは、金属繊維をさらに含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のセパレータ。
11. 燃料電池のセル同士の間に用いられる燃料電池用セパレータであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のセパレータ。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載のセパレータを製造する方法であって、
    前記バリア層を形成するためのフィルムを金型内に配置する第１フィルム配置工程と、
    グラファイトと樹脂と導電繊維とを少なくとも含む第１被成形物を前記フィルム上に配置する第１被成形物配置工程と、
    グラファイトと樹脂とを少なくとも含む第２被成形物を、前記金型内の前記第１被成形物上に配置する第２被成形物配置工程と、
    前記第１被成形物を前記第２被成形物上に配置する第３被成形物配置工程と、
    前記バリア層を形成するためのフィルムを、前記第１被成形物、前記第２被成形物および前記第１被成形物を含む積層物上に配置する第２フィルム配置工程と、
    前記積層物を前記フィルムによって挟んだ状態にて前記金型を閉じて成形を行い、前記プレートの厚さ方向の両側の表面に前記バリア層を形成する成形工程と、
    を含むセパレータの製造方法。
13. 前記第１被成形物配置工程および前記第３被成形物配置工程に先立って、前記グラファイトと前記樹脂と前記導電繊維とを少なくとも含む第１混合物から半硬化状態の前記第１被成形物を得る第１前成形工程をさらに含み、
    前記第１被成形物配置工程は、前記半硬化状態の第１被成形物を前記フィルム上に配置し、
    前記第３被成形物配置工程は、前記半硬化状態の第１被成形物を前記第２被成形物上に配置することを特徴とする請求項１２に記載のセパレータの製造方法。
14. 前記第１前成形工程は、前記第１混合物から、前記導電繊維が前記第１被成形物の厚さ方向の片側に偏在する前記半硬化状態の第１被成形物を得るものであり、
    前記第１被成形物配置工程は、前記第１被成形物における前記導電繊維が偏在する側の表面が前記金型内の前記フィルムに接するように、前記半硬化状態の第１被成形物を前記フィルム上に配置し、
    前記第３被成形物配置工程は、前記第１被成形物における前記導電繊維が偏在する側と反対側の表面が前記金型内の前記第２被成形物に接するように、前記半硬化状態の第１被成形物を前記第２被成形物上に配置することを特徴とする請求項１３に記載のセパレータの製造方法。
15. 前記第２被成形物配置工程に先立って、前記グラファイトと前記樹脂とを少なくとも含む第２混合物から半硬化状態の前記第２被成形物を得る第２前成形工程をさらに含み、
    前記第２被成形物配置工程は、前記半硬化状態の前記第２被成形物を前記第１被成形物上に配置することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載のセパレータの製造方法。
16. 前記金型は、その内側に前記溝の転写用の凹凸を備え、
    前記成形工程は、前記凹凸を備えた前記金型を用いて、前記積層物の成形および前記溝の形成を行うことを特徴とする請求項１２から１５のいずれか１項に記載のセパレータの製造方法。
    
    

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