JPS61211958A - ガス拡散電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、空気電池、燃料電池などに用いられるガス拡
散電極を製造する方法に関し、更に詳しくはガス拡散電
極の触媒層と撥水性多孔質膜とを強固に接着せしめる方
法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 例えば、空気中の酸素を正極活物質として利用する空気
電池においてはガス拡散電極が収納されている。このガ
ス拡散電極は、１１ね、第１図に断面図として示したよ
うな構造のシートである。第１図で、ｌは集電体として
機俺する例えばニッケルネット、２は活性炭のような触
媒体を例えばポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）樹
脂で結着して成る触媒層のシートである。３は微細な空
気透過孔が分布する撥水性多孔質膜で除膜は接着剤層４
を介して触媒層２に接着されている。

このような構造のガス拡散電極において、触媒層２と撥
水性多孔質膜３を接着して一体化する方法としては、従
来から次のような方法が知られている。

例えば、触媒層の表面に直接撥水性多孔質膜を当接して
これを圧着する方法や、特開昭５７−目５２７１号公報
に開示されているように、撥水性多孔質膜の片面に触媒
体粉末とフッ素樹脂のような撥水性の結着剤から成るペ
ーストを塗布し、これを　１００〜４００℃の温度で熱
処理する方法である。

しかしながら、前者の方法にあっては、撥水性多孔質膜
を圧着する際に加える圧力の調節が困難で、この圧着力
が小さすぎると、電池の保存中若しくは放電中に触媒層
と撥水性多孔質膜との間に電解液が溜ってしまい、電池
の放電特性の低下のみならず空気極側から電解液が漏洩
するという事ｙ島を招く・。

また、他の方法として、触媒層若しくは撥水性多孔質膜
の片面に例えば６０％ＰＴＦＥディスパージョンを均一
に吹きつけ、加熱処理を施したのち、両者を圧着して一
体化する方法も知られている。

この方法によれば、上記した不都合な事態はある程度解
消される。しかし、ディスパージョン中のＰＴＦＥ粉末
を撥水性多孔質膜によく接着するが他方の触媒層表面と
はなじまないので、一体化シートにおける両者間の接着
力は必ずしも充分とはいえない。

両者間の接着強度を高めるためには両者を圧着する力を
大きくすればよいが、しかしその場合には、撥水性多孔
質膜が備える微細孔をつぶしてしまい、その結果、酸素
の流入が抑制され電池からは必要とする電流が取りだせ
なくなる。

このようなことから、撥水性多孔質膜の微細孔をつぶす
ことなく除膜と触媒層とを強固に接着する方法の改善が
強く求められている。

［発明の目的］ 本発明は、上記要請に応え、触媒層と撥水性多孔質膜と
が強固に接着されたガス拡散電極の製造方法の提供を目
的とする。

［発明の概要］ 本発明のガス拡散電極の製造方法は、触媒層と撥水性多
孔質膜とを接着剤を介して接着するガス拡散電極の製造
方法において、該接着剤を別物質の表面に一旦塗布した
のち、該塗布面を触媒層に圧接して該接着剤を該触媒層
に転写し、ついで。

転写された接着剤の上に撥水性多孔質膜を載置して圧着
することを特徴とする。

本発明方法にあっては、まず、触媒層と撥水性多孔質膜
との接着に用いる接着剤を、両者のいずれかの表面に塗
布するのではなく、一旦別物質の表面に塗布する。

用いる接着剤としては、撥水性樹脂ディスパージョン又
は撥水性樹脂粉末である。前者の好適例としては２０〜
８０％のＰＴＦＥのディスバージボン。

後者のそれは粒径Ｑ、２〜ｔＯＵのＰＴＦＥ粉末をあげ
ることができる。

また、これら接着剤がその表面に一旦塗布される別物質
は、比較的機械的強度が大きい材料を基材とし、その表
面に該接着剤とのなじみが悪い材木４が被菫されている
ようなものが好適である。

例えば、ガラスクロスや金属板の表面にＰＴＦＨに代表
されるフッ素樹脂を吹付は法若しくは静電塗装法によっ
て被着せしめたようなものをあげることができる。とり
わけ、被着せしめたのち、この被着層を焼付けたものは
、被着層の強度があがるとともに接着剤の濡れ性が低下
するので好適である。

このような別物質の表面に接着剤を塗布するにあたり、
この接着剤の塗布量が少なすぎると塗布層の厚みが薄く
なって後述する触媒層と撥水性多孔質膜を接着したとき
に両者間の接着力低下を招き、また逆に塗布量が多すぎ
ると接着剤層の厚みが大きくなって酸素透過能の低下を
きたし電池性能が落ちるので、通常は７〜４０ｇ／ｍ″
程度の塗布量であることが好ましい、塗布方法としては
、吹き付け、刷毛塗り、スクリーン印刷等常法が適用で
きる。

ついで、この接着剤の塗布面を触媒層の表面に圧接する
。この工程を経ることにより、別物質の表面に形成され
ていた接着剤層が触媒層の表面に転写される。触媒層は
１通常空気電池等に用いられているものであれば何であ
ってもよいが、例えば所定粒径の活性炭粉末のような触
媒体と撥水性の結着樹脂を所定量混合したのち、この混
合物を圧延して成形したシートがあげられる。

この圧接処理は、通常ローラーを用いて行なわれる。こ
のとき、接着剤層に単純に圧力を印加するだけではなく
、該接着剤を触媒層の中にすり込むような運動を付加す
ると接着剤と触媒層との接着力が高まるので有効である
。

このようにして触媒層の表面に転写された接着剤層の上
に、後述の撥水性多孔質膜を載置し、両者を所定の圧力
で圧着して本発明のガス拡散電極が製造される。

用いる撥水性多孔質膜は、撥水性で微細孔が分布する膜
であれば何であってもよいが、従来から空気電池に使用
されているようなもの、例えばＰＴＦＨの多孔質膜が好
適である。

圧着時に印加する圧力は撥水性多孔質膜の微細孔がつぶ
れない程度の圧力であることが必要で、例えば２００〜
３５０ｋｇ／ａｄ程度でよい、また圧力印加に際しては
ローラーを用いることが好ましい。

なお、転写された接着剤層の上に撥水性多孔質膜を載置
して両者を圧着する前に、この接着剤層を　１５０〜３
５０℃の温度で１０〜３０分間熱処理することが好まし
い。

これは、例えばＰＴＦＥディスパージョンのような接着
剤に含まれている各種の界面活性剤を除去して触媒層と
後述の撥水性多孔質膜との間の接着強度を高めるために
有効な処理である。しかしながら、処理温度が３５０℃
より高い場合には。

触媒層の結着剤であるＰＴＦＥが溶解してしまい触媒層
の強度低下を引起こして結局は接着強度の低下を招く、
また、１５０℃未満の温度でもやはり高い接着強度が得
られないことを留意すべきである。

Ｅ発明の実施例］ （１）ガス拡散電極の製造 平均粒径１５ｇ１ｌの活性炭粉末７０重量部と、平均粒
径１−のＰＴＦＥ粉末３０重量部とを混合し、得られた
混合物を圧延して厚み０．３曽諷の触媒層シートにした
。

このシートを、線径０．１ｍ−で網目が６０メツシユの
ニッケルネットの片面に圧着した。

つぎに、６０％ＰＴＦＥディスパージョンの焼付は加工
を施したガラスクロスのシートの面に、同じく６０％デ
ィスパージョンをエアースプレー法により塗布量ｌｏｇ
／ｒｎ’で塗布した。

この塗布面を上記した触媒層の表面と重ねて圧力２４０
ｋｇ／ｄでローラー圧着した。ガラスクロス上のＰＴＦ
Ｅディスパージョン層が触媒層の表面に転写された。

ついで、全体を空気中にて３００℃で１０分間加熱し、
その上に厚み０．１ｍｍのＰＴＦＥ多孔質膜を載せ。

膜の上から２４０ｋｇ／ｃ−ｍの圧力でローラー圧着し
、第１図に示した構造のガス拡散電極を製造した。

比較のために、同一の触媒層シートに同様のＰＴＦＥ多
孔質１漠を直接重ねて２４０ｋｇ／ｃｍの力で圧着した
従来法によるガス拡散電極も製造した。

（２）性能 まず、触媒層とＰＴＦＥ多孔質膜との接着強度を測定し
た。これは、試料を幅ＩＣ■に裁断し、　ＰＴＦＥＩＩ
Ｉと触媒層を　１８０°方向に、ｌｃ■／ｗｉｎの速度
で引張り、この時の剥離強度を測定するという方法によ
って行なった。その結果１本発明方法による場合の力は
７０ｇ重であり、比較例の場合は　１５ｇ重であった０
本発明方法の適用により接着強度が約４．７倍も向上す
ることが判明した。

つぎに、製造したガス拡散電極を第２図に示したＲ４４
型空気電池に実装し、その電池の放電性能及び漏液発生
率を測定した。

第２図において、１１は正極端子を兼ねる正極缶で底部
には空気供給孔１２が穿設されている。　１３はガス拡
散電極であって、第１図に示したように、上面がニッケ
ルネットで以下触媒層、　ＰＴＦＥ接着剤層、　ＰＴＦ
Ｅ多孔質膜が圧着されて成る一体化物である。　１４は
電解液保持材で、保液性を有するとともに耐アルカリ性
を備えた不織布からなり、苛性アルカリ電解液を保持し
、ゲル状亜鉛微粉の負極１５と接している。　１Ｂは通
気性が優れた紙で、上面はガス拡散電極１３のＰＴＦＥ
多孔質膜を介して触媒層と接触し、下面は正極缶１１の
底面と接触している。１７は負極端子も兼ねる負極缶で
、絶縁材料から成るガスケット１８を介して正極缶１１
の開口部を折曲して電池全体が封口されている。

このようなＲ４４型空気電池１００個を２０℃及び、４
５℃でそれぞれ２５０Ωの負荷に接続して連続放電を行
ない、そのときの電池容量を測定した。その平均値を表
に示した。

また、上記の連続放電後、電池を温度４５℃、相対湿度
９０％の環境下に１４日間放置し、そのときの電池から
の漏液発生の有無を観察した。漏液した電池の個数をか
ぞえ発生率を算出し、その値を表に示した。

従来のガス拡散電極を実装した場合についても同様の試
験を行ないその結果も表に併記した。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように１本発明方法で製造したガ
ス拡散電極は触媒層と撥水性多孔質膜との接着強度が著
しく大きくなり、またそれを実装した空気電池は、従来
のものに比べて、その放電性能が向上するとともに漏液
発生率が著しく低下して長期保存性が優れ信頼性の高い
ものとなる。

したがって、本発明方法の工業的価値は極めて大きいと
いうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス拡散電極の構造を説明するための一部断面
図であり、第２図は第１図のガス拡散電極を実装した空
気電池の一部切欠断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、触媒層と撥水性多孔質膜とを接着剤を介して接着す
   るガス拡散電極の製造方法において、該接着剤を別物質
   の表面に一旦塗布したのち、該塗布面を触媒層に圧接し
   て該接着剤を該触媒層に転写し、ついで、 転写された接着剤の上に撥水性多孔質膜を載置して圧着
   することを特徴とするガス拡散、電極の製造方法。 ２、転写された該接着剤を１５０〜３５０℃の温度で加
   熱する特許請求の範囲第１項記載のガス拡散電極の製造
   方法。 ３、該接着剤が撥水性樹脂ディスパージョン又は撥水性
   樹脂粉末である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   ガス拡散電極の製造方法。 ４、該撥水性樹脂ディスパージョンがポリテトラフロロ
   エチレンディスパージョンである特許請求の範囲第３項
   記載のガス拡散電極の製造方法。 ５、該撥水性多孔質膜がポリテトラフロロエチレン多孔
   質膜である特許請求の範囲第１項又は第２項記載のガス
   拡散電極の製造方法。 ６、該別物質が、ポリテトラフロロエチレンでコーティ
   ング処理されたガラスクロスである特許請求の範囲第１
   項記載のガス拡散電極の製造方法。