(57)【要約】【課題】導電性及び成形性に優れ、燃料電池用セパレータに好適に用いられるカーボンプレートの製造方法を提供すること。【解決手段】第１のカーボンプレートの製造方法は、炭素質粉末と水溶性フェノール樹脂を極性溶媒、好ましくは水存在下で攪拌・混合することにより、炭素質粉末表面をフェノール樹脂でコーティングし、さらに、炭素質粉末にノボラック樹脂を混合させ、攪拌、成形、熱処理する。第２のカーボンプレートの製造方法は、炭素質粉末とレゾール樹脂を有機溶媒、好ましくは、メタノール、エタノール、アセトン存在下で攪拌・混合した後、水を加え攪拌・混合し、炭素質粉末表面をレゾール樹脂でコーティングする。その後、コーティングした炭素質粉末を、成形、熱処理する。いずれの方法によっても、導電性及び強度に優れ、燃料電池用セパレータに好適に用いられるカーボンプレートを得ることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質粉末と水溶性フェノール樹脂を極性溶媒存在下で攪拌・混合することにより、炭素質粉末表面をフェノール樹脂でコーティングし、
前記コーティングした炭素質粉末をノボラック樹脂と混合し、攪拌、成形、熱処理することを特徴とする、
カーボンプレートの製造方法。
【請求項２】
炭素質粉末とレゾール樹脂を有機溶媒存在下で攪拌・混合した後、水を加えてさらに攪拌・混合することによって前記炭素質粉末表面をレゾール樹脂でコーティングし、
前記コーティングした炭素質粉末を、攪拌、成形、熱処理することを特徴とする、
カーボンプレートの製造方法。
【請求項３】
前記炭素質粉末表面をレゾール樹脂でコーティングした後、さらにノボラック樹脂と混合し、攪拌、成形、熱処理する、請求項２のカーボンプレートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータに用いられるカーボンプレートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池セパレータに用いられるカーボンプレートは、一般的には、常温下で、乾式又は湿式法により熱硬化性樹脂とカーボン材料を混合させ、混合物を成形した後、成形体を焼成し導電性を高めることにより製造される。
【０００３】
カーボンプレートは、炭素質粉末、望ましくは黒鉛の配合比率を高くすると良導電性が得られるが、強度が悪くなり、逆に、樹脂の配合比率を大きくすると強度は改善されるが、今度は逆に導電性が大きく低下する。このように、セパレータとして高導電性を得る為に、成形材料中の炭素質粉末の配合率を高くすることと、強度を向上させる為に樹脂配合率を高くすることが相反する要因である為、樹脂の種類及び配合量及び成形方法等について種々の検討がなされている。
【０００４】
また、樹脂の中でも、フェノール樹脂は、耐熱性、機械的強度、電気的安定性等種々の点において優れていることが知られており、特許文献１には、フェノール樹脂の配合量を１０重量％以下にした炭素質粉末と熱硬化性樹脂の混合物を５００ｋｇｆ／ｃｍ2以上の圧力で加熱加圧成形して板状体とし、これを不活性雰囲気中で焼成してフェノール樹脂を炭化させるカーボンプレートの製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１６９２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これらの従来の方法は、炭素質粉末と有機樹脂との混合が均一になされないために、燃料電池用セパレータに必要な特性である電気伝導度が低くなってしまうという問題を有する。このような問題を解決するために、表面を酸化して官能基を導入する方法や有機樹脂による微粒子の表面被覆をする方法があるが、いずれの方法においても、満足できるカーボンプレートは得られなかった。
本発明は、上記問題に鑑み、導電性及び成形性に優れ、燃料電池用セパレータに好適に用いられるカーボンプレートの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第１に、炭素質粉末と水溶性フェノール樹脂を極性溶媒存在下で攪拌・混合することにより、炭素質粉末表面をフェノール樹脂でコーティングし、前記コーティングし炭素質粉末をノボラック樹脂と混合し、攪拌、成形、熱処理することを特徴とするカーボンプレートの製造方法、及び第２に、
炭素質粉末とレゾール樹脂を有機溶媒存在下で攪拌・混合した後、水を加えて攪拌・混合することによって炭素質粉末表面をレゾール樹脂でコーティングし、前記コーティングした炭素質粉末を、攪拌、成形、熱処理することを特徴とするカーボンプレートの製造方法によって、前記の課題を解決した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の第１の製造方法によれば、導電性及び強度に優れ、燃料電池用セパレータに好適に用いられるカーボンプレートを製造することができる。
また、本発明の第２の製造方法によっても、導電性及び強度に優れたカーボンプレートを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の第１のカーボンプレートの製造方法は、炭素質粉末と水溶性フェノール樹脂を極性溶媒、好ましくは水存在下で攪拌・混合することにより、炭素質粉末表面をフェノール樹脂でコーティングし（換言すれば、「カプセル化」し）、さらに、このようにコーティングされた炭素質粉末をノボラック樹脂と混合し、攪拌、成形、熱処理することを特徴とする。このような方法で、炭素質粉末をコーティングするだけでなく、さらに、カプセル化した炭素質粉末にノボラック樹脂を加え、攪拌、成形、熱処理することにより、導電性及び強度に優れ、燃料電池用セパレータに好適に用いられるカーボンプレートを得ることができる。
【０００９】
炭素質粉末と水溶性フェノール樹脂を極性溶媒で攪拌・混合する時の温度は、７０℃から１５０℃で、好適には、９０℃から１００℃である。攪拌混合時の温度が１００℃以上の場合には、耐圧容器を用いて攪拌・混合がなされる（１００℃未満の温度で耐圧容器を用いてもよい。）。
炭素質粉末及び水溶性フェノール樹脂の合計重量に対する極性溶媒の重量比は０．０５〜２００、炭素質粉末に対する水溶性フェノールの重量比は０.００１〜０．５であることが望ましい。
【００１０】
フェノール樹脂による炭素質粉末のコーティングは、具体的に以下に示す工程によりなされる。
工程１：水溶性のフェノール樹脂を極性溶媒、好ましくは水に溶解させ、ここに炭素質粒子を分散させる。
工程２：７０〜１５０℃、好ましくは９５℃まで加熱する。
工程３：これによって、極性溶媒、好ましくは水に溶解していた水溶性フェノール樹脂が、重縮合反応を経て高分子化する。このように、水溶性フェノール樹脂が高分子化することにより、極性溶媒に対する溶解性が減少し、炭素質粒子の表面近傍で析出する。かくして、炭素質粒子のコーティングが実現される。
【００１１】
このように、部分硬化により粒子表面がフェノール樹脂でコーティングされた炭素質粉末を、さらに、ノボラック樹脂と混合し、攪拌、成形、熱処理することにより、優れた導電性及び強度を具えたカーボンプレートが得られる。
【００１２】
次に、本発明の第２のカーボンプレートの製造方法を説明する。
まず、最初に、炭素質粉末とレゾール樹脂を有機溶媒、好ましくは、メタノール、エタノール、アセトン存在下で攪拌・混合した後、水を加え攪拌・混合し、炭素質粉末表面をレゾール樹脂でコーティングする。その後、コーティングした炭素質粉末を、成形、熱処理する。このように、レゾール樹脂で炭素質粉末をコーティングすることにより、導電性及び強度に優れ、燃料電池用セパレータに好適に用いられるカーボンプレートを得ることができる。
【００１３】
また、カーボンプレートの強度をさらに向上させるために、炭素質粉末表面をレゾール樹脂でコーティングした後、ノボラック樹脂と混合し、攪拌、成形、熱処理して、カーボンプレートを製作してもよい。
【００１４】
レゾール樹脂による炭素質粉末のコーティングは、具体的に以下に示す工程によりなされる。
工程１：レゾール樹脂を有機溶媒、好ましくはメタノール、エタノール、アセトンに溶解させ、ここに炭素質粒子を分散させる。
工程２：加熱、混合、攪拌する。
工程３：さらに、水を加える。
工程４：混合、攪拌する。
工程５：これによって、レゾール樹脂が、重縮合反応を経て高分子化する。このように、レゾール樹脂が高分子化することにより、有機溶媒に対する溶解性が減少し、炭素質粒子の表面近傍で析出する。かくして、炭素質粒子のコーティングが実現される。
【００１５】
このように、部分硬化により粒子表面がフェノール樹脂でコーティングされた炭素質粉末を、攪拌、成形、熱処理することにより、優れた導電性及び強度を具えたカーボンプレートが得られる。
また、カーボンプレートの強度をさらに向上させるために、炭素質粉末表面をレゾール樹脂でコーティングした後、さらに、ノボラック樹脂と混合し、攪拌、成形、熱処理して、カーボンプレートを製作してもよい。
【実施例】
【００１６】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
黒鉛、水溶性フェノール樹脂、水を容器に入れて混合撹拌しつつ、加熱還流を行った。容器内は最初粘性のある状態だったが、徐々に粘性が低くなっていった。加熱還流後、常温まで冷却した。これを水洗し、濾過した後、減圧乾燥することにより、フェノール樹脂をコーティングした黒鉛粉を得た。さらに、黒鉛粉に対する重量比０．１５のノボラック樹脂を黒鉛粉に混合し、攪拌・成形後、不活性雰囲気下で熱処理を行い、カーボンプレートを得た。
【００１７】
（実施例２）
黒鉛、アセトン、アセトンに対する重量比０．１のレゾール樹脂を容器に入れて混合撹拌した。その後、攪拌させながら、黒鉛、アセトン、レゾール樹脂の合計重量に対する重量比１０の水を加え、さらに、混合撹拌し、黒鉛の表面にレゾール樹脂を析出させた。濾過した後、減圧乾燥することにより、レゾール樹脂をコーティングした黒鉛粉を得た。この黒鉛粉を、攪拌・成形後、不活性雰囲気下で熱処理を行い、カーボンプレートを得た。
【００１８】
実施例１のカーボンプレートは、体積抵抗値が１．０ｍΩ・ｃｍ、曲げ強度が７１ＭＰａであり、実施例２のカーボンプレートは、体積抵抗値が０．８ｍΩ・ｃｍ、曲げ強度が８０ＭＰａであった。いずれの実施例においても、燃料電池用セパレータのカーボンプレートとして、優れた導電性及び強度が得られることが確認された。
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、炭素質粉末と水溶性フェノール樹脂を極性溶媒存在下で攪拌・混合することにより、炭素質粉末表面をフェノール樹脂でコーティングし、コーティングした炭素質粉末をノボラック樹脂と混合し、攪拌、成形、熱処理してカーボンプレートを製造することで、導電性及び強度に優れ、燃料電池用セパレータに好適に用いられるカーボンプレートを製造することができる。
また、炭素質粉末とレゾール樹脂を有機溶媒存在下で攪拌・混合した後、水を加えて攪拌・混合することによって炭素質粉末表面をレゾール樹脂でコーティングし、コーティングした炭素質粉末を、攪拌、成形、熱処理してカーボンプレートを製造することによっても、同様に導電性及び強度に優れたカーボンプレートを製造することができるという効果を奏する。