JPS61270268A

JPS61270268A - 複合炭素材及びその製造方法

Info

Publication number: JPS61270268A
Application number: JP60110854A
Authority: JP
Inventors: 佐浦　英二; 二階堂　光信; 横田　久昭
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-05-22
Filing date: 1985-05-22
Publication date: 1986-11-29

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】（産業上の利用分野）本発明は複合炭素材及びその製造方法に関し、詳しくは
、特に、電気化学的電池の分離板及び電極として好適に
用いることができる複合炭素材に関する。

（従来の技術）気体及び液体の不透過性にすぐれる不透過性炭素材は、
この特性に加えて、小さい電気抵抗とすぐれた耐薬品性
を有するところから、電気、電子、航空宇宙等の産業分
野で幅広い利用が期待されており、なかでも、上記した
緒特性のゆえに、電気化学的電池の分離板及び電極とし
て好適に用いることができる。また、多孔質炭素材も、
表面活性及び耐薬品性等にすぐれるので、上記不透過性
炭素材と組み合わせて、電気化学的電池の電極として好
適に用いることができる。

最近、注目を集めている電気化学的電池の一例として、
塩化亜鉛及び臭化亜鉛型二次電池においては、負極とし
て不活性な不透過性炭素材が、また、正極として活性な
多孔質炭素材が用いられている。また、レドックスフロ
ー型二次電池においては、仕切り板として不活性な不透
過性炭素材が、また、電極として活性な多孔質炭素材が
用いられている。これら二次電池は、実用的規模にて作
動させるためには、単位セルを多数積層する必要があり
、ここにおいて、炭素材は、不透過性炭素材と多孔質炭
素材とが接合されているのが望ましい。

従来、このように、不透過性炭素材と多孔質炭素材とを
接合するためには、これら二つの炭素材を枠体にて外側
から挟み込む方法がとられており、また、二つの炭素材
の表面に凹凸加工を施して、これらを相互に嵌め合って
、接合する方法も知られている。

しかしながら、かかる従来の方法によれば、その接合の
ための組み立て工数が多くなると共に、大面積の全面接
合の場合には、その信頼性に乏しく、例えば、上記した
ような二次電池の電極として用いる場合、相手極との短
絡のおそれも生じる。

更に、上記いずれの方法によっても、強度の比較的小さ
い多孔質炭素材を破損させ、電池性能の安定性や経済性
を損なうことともなる。

（発明の目的）本発明は、従来の複合炭素材における上記した問題を解
決するためになされたものであって、不透過性炭素材と
多孔質炭素材とが緊密に一体的に接合された複合炭素材
を提供することを目的とし、特に、二次電池の分離板や
電極として好適に用いることができる複合炭素材及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。

（発明の構成）本発明による複合炭素材は、不透過性炭素材と多孔質炭
素材とが接着炭素材にて接着されていることを特徴とす
る。

上記接着炭素材としては、本発明においては、ピッチや
タール等の炭素質熱可塑性材料、フェノール樹脂、フラ
ン樹脂等の熱硬化性樹脂材料等（以下、これらを炭素゛
材前駆材料と称することがある。）の炭化焼成物が好適
である。かかる接着炭素材によって多孔質炭素板と不透
過性炭素板とを接着接合するには、上記炭素材前駆材料
の溶液や縣濁液を多孔質炭素板及び／又は不透過性炭素
板の接着表面に塗布し、積層した後、炭素材前駆材料を
炭化焼成する。この炭化焼成温度は、炭素材前駆材料が
炭素質化する温度であれば特に制限されないが、前駆材
料が例えば樹脂の場合、１０００〜２０００℃の範囲が
適当である。

特に、本発明においては、上記接着炭素材は耐薬品性に
すぐれるガラス質炭素からなることが好ましく、更に、
かかるガラス質炭素は熱硬化性樹脂を炭化焼成してなる
ガラス質炭素であることが好ましい。熱硬化性樹脂とし
ては上記した以外にも、例えば、キシレン系樹脂、メラ
ミン系樹脂、アニリン系樹脂等を用いることができるが
、特に、フェノール樹脂及びフラン樹脂が耐薬品性にす
ぐれるのみならず、緻密な炭素材を形成する点から好ま
しく用いることができる。更に、接着炭素材は、接合部
における導電性を高めるために、黒鉛を含有していても
よい。

また、本発明においては、不透過性炭素材も、特に、前
記したような電気化学的電池における分離板や電極とし
ての適用性を考慮する場合、耐薬品性や強度、不透過性
にすぐれるガラス質炭素が主要成分をなす炭素質からな
ることが好ましく、特に、その炭素質のうち、黒鉛が５
〜５０重量％を占め、残余がガラス質炭素からなること
が好ましい。このような炭素質からなる不透過性炭素材
は、組織が緻密であって、気体不透過性、強度、電気型
導度及び熱電導度のいずれにもすぐれるからである。特
に、前記した臭化亜鉛型二次電池においては、炭素材が
黒鉛を主成分とするときは、臭素の眉間化合物の生成を
避けるために、ガラス質比率の高い炭素材を用いること
が好ましい。更に、前記したように、このガラス質炭素
も熱硬化性樹脂の炭化焼成物からなることが好ましい。

このような不透過性炭素材を得る方法の一例を挙げる。

即ち、先ず、炭化焼成後に、黒鉛を含む炭素質のうち黒
鉛が５〜５０重量％を占め、残部が熱硬化性樹脂から形
成されるガラス質炭素からなるように、熱硬化性樹脂を
黒鉛と共に配合し、混練して、均一な組成物とする。通
常、熱硬化性樹脂としては、樹脂粉末を含む樹脂液が用
いられる。次に、この混練物を所定の成形品に成形した
後、乾燥し、樹脂を硬化させ、次いで、非酸化性雰囲気
下で高温に加熱し、炭化焼成することにより、熱硬化性
樹脂がガラス質炭素に変化し、かくして炭素質のうち、
黒鉛が５〜５０重量％を占め、残部が熱硬化性樹脂から
形成されたガラス質炭素からなる不透過性炭素材を得る
ことができる。

この場合の炭化焼成温度は少なくとも８００℃が必要で
あり、好ましくは１０００〜２０００℃の範囲である。

必要な焼成時間は炭素材成形品の形状、寸法にも依存し
、実質的にすべての熱硬化性樹脂が炭化して、ガラス質
炭素に変化するに足る時間焼成すればよいが、通常、数
時間乃至数十時間である。

また、前記多孔質炭素材としては、従来より知られてい
るように、炭素繊維成形材を用いることができるが、本
発明においては、空隙率の高い発泡状多孔質炭素材を用
いることができる。即ち、従来は、多孔質炭素材は、多
孔質であると共に高強度であることが必要であり、特に
、不透過性炭素材と共に周縁を枠体にて挾み込んで接合
する方法によれば、極めて高い圧縮強度が要求され、か
くして、これら要求を満足する炭素繊維成形材が自ずか
ら一般に用いられている。しかし、本発明においては、
前記したように、多孔質炭素材と不透過性炭素材とが接
着炭素材によって接着接合されているため、これらの複
合炭素材では、不透過性炭素材が所要の強度を有すれば
よく、圧縮強度の比較的低い発泡状多孔質炭素材を用い
ることができるのである。かかる発泡状多孔質炭素材も
従来より種々の方法にて製造されているが、本発明にお
いては、この発泡状多孔質炭素材も、前記したような熱
硬化性樹脂の炭化焼成物からなるのが好ましい。

尚、多孔質炭素材は、これを二次電池において電極とし
て用いる場合は、電解質に対する耐薬品性のみならず、
耐酸化性も要求されるので、適宜に黒鉛化処理を施すこ
とは好ましい。但し、臭化亜鉛型二次電池に電極として
用いるときは、前記した理由から黒鉛化は好ましくない
。更に、臭化亜鉛型電池に使用する場合は、臭素の保持
能力を向上させるために、臭素吸着力を有する活性炭を
主成分とした多孔質炭素材が好適である。

特に、本発明における好ましい複合炭素材として、不透
過性炭素材と多孔質炭素材が共に平板状であって、前記
接着炭素材によって相互に平面にて接着接合されている
複合炭素材を挙げることができる。このような複合炭素
材によれば、不透過性炭素材と多孔質炭素材とが一体的
に全面接合されて、不均一な接触がなく、更に、強度も
大きい。

（発明の効果）以上のように、本発明の複合炭素材によれば、不透過性
炭素材と多孔質炭素材とが接着炭素材にて相互に緊密に
接着接合されているので、不均一な接触が生じない。更
に、例えば、電気化学的二次電池を例にとれば、従来は
、多数の炭素材構成部材が積層されて構成されるので、
各構成部材を積層して構成される従来の場合には、各構
成部材が所要の強度を有し得るために一定の厚みを有す
ることが必要であるが、本発明の複合炭素材を用いると
きは、上記のように炭素材構成部材が相互に接着接合さ
れているために、二次電池の製作においては単位セル全
体として所定の強度を有すればよく、従って、各構成部
材に必要とされる強度要求が軽減される。この結果、本
発明の複合炭素材によれば、従来に比べて薄板の炭素材
を用いることができると共に、炭素材の薄板化によって
、システムのコンパクト化が可能となる。

（実施例）以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

実施例１ガラス質炭素８５重量％を含み、空隙率７２％であり、
縦横各２００　＊＊、厚みｌ　ｓｘの発泡状炭素材と、
炭素質のうち、黒鉛が２２重量％を占め、残部が実質的
にガラス質炭素よりなる縦横各２００鰭、厚み０．８　
ｍｍの不透過性炭素材とを、それぞれの積層表面にフェ
ノール樹脂液を塗布し、積層した。

これを１５ｇ／ａｎ！の面圧を保持したままで２０℃／
時の速度で加熱し、１５０℃の温度で８時間加熱して樹
脂を硬化させた後、非酸化性雰囲気下に９００℃まで５
℃／時の速度で加熱し、更に、１５５０℃まで５０℃／
時の速度で加熱し、１５５０℃にて１０時間保持して、
上記フェノール樹脂を炭化焼成し、ガラス質炭素材にて
相互に接着接合された本発明による複合炭素材を得た。

実施例２実施例１において、フェノール樹脂液に代えてフラン樹
脂液を用いた以外は、実施例１と同様にして、本発明に
よる複合炭素材を得た。

実施例３ガラス質炭素３０重量％と活性炭７０重量％とからなり
、空隙率３０％であり、縦横各２０ｏｎ、厚み１．５酊
の多孔質炭素材と、炭素質のうち、黒鉛が２２重量％を
占め、残部が実質的にガラス質炭素よりなる縦横各２０
０龍、厚み０．８鶴の不透過性炭素材とを、それぞれの
積層表面にフェノール樹脂液と黒鉛粉末との混合物（等
重量比）を塗布し、積層し、以下、実施例１と同様にし
て、本発明による複合炭素材を得た。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）不透過性炭素材と多孔質炭素材とが接着炭素材に
て接着されていることを特徴とする複合炭素材。
（２）不透過性炭素材が５０重量％以上のガラス質炭素
からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
複合炭素材。
（３）不透過性炭素材が５０重量％以上のガラス質炭素
と５〜５０重量％の黒鉛とからなることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の複合炭素材。
（４）ガラス質炭素が熱硬化性樹脂の炭化焼成物からな
ることを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項記
載の複合炭素材。
（５）多孔質炭素材が発泡状多孔質炭素材であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複合炭素材。
（６）発泡状多孔質炭素材が熱硬化性樹脂の炭化焼成物
からなることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
複合炭素材。
（７）多孔質炭素材が主として活性炭からなることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の複合炭素材。
（８）接着炭素材がガラス質炭素材であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の複合炭素材。
（９）接着炭素材がガラス質炭素材と黒鉛とからなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複合炭素材
。
（１０）ガラス質炭素が熱硬化性樹脂の炭化焼成物から
なることを特徴とする特許請求の範囲第８項又は第９項
記載の複合炭素材。
（１１）不透過性炭素材と多孔質炭素材とが共に平板状
であつて、接着面が平面であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の複合炭素材。
（１２）炭素質熱可塑性材料又は熱硬化性樹脂材料を含
む炭素材前駆材料を不透過性炭素材及び／又は多孔質炭
素材の接着面に塗布し、積層した後、上記炭素材前駆材
料を炭化焼成することを特徴とする複合炭素材の製造方
法。
（１３）炭素材前駆材料が黒鉛を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第１２項記載の複合炭素材の製造方法。