JPH02220359A - 電気化学セル用集電体の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、電気化学セルの電極に接触する集電部材とし
て炭素集電体を用いる電気化学セル用集電体及びその製
造方法に関するものである。

［従来技術］ 従来、燃料電池の集電体としては、黒鉛等の炭素質材料
からなる炭素集電体が広く用いられていた。従来の炭素
集電体では、電力を外部に引き出すコネクタも集電体と
一体に炭素質材料から形成されていた。しかしながらコ
ネクタまで炭素質材料から形成すると、集電抵抗が大き
くなるため、炭素集電体の電極に接触しない側の面上に
コネクタを備えた銅、鉄、ニッケル等からなる金属集電
体を固定した電気化学セル用集電体が提案された。

この種のセル用集電体では、所定の温度に加熱すると発
泡して弾力性を示すポリエチレン樹脂等を主成分とする
発泡性接着シートを用いて金属集電体を炭素集電体に固
定している。

第６図Ａ及びＢは、従来の集電体を製造する方法の工程
の一部をそれぞれ示している。従来は第６図Ａに示すよ
うに、先ず炭素集電体１の電極と接する面とは反対側の
面上に、炭素集電体１よりも外形寸法が小さく且つコネ
クタを備えた金属集電体２を配置し、該金属集電体２の
外側に金属集電体２の外形寸法より大きい絶縁性の発泡
性接着シート３を配置する。次にこれらを、発泡性接着
シート３の厚み方向への発泡を限定するために、断面二
字状の固定具本体４と板状の固定板５との間に配置し、
ナツト６を締付けることにより発泡性接着シート３に加
圧力を与える。固定具本体４の炭素集電板１が接する面
上と及び固定板５の発泡性接着シート３が接触する面上
には、それぞれ離型剤７．８が塗布されている。第６図
Ａに示したように、炭素集電体１．金属集電体２及び発
泡性接着シート３を拘束した状態で、発泡性接着シート
３の発泡温度まで全体を加熱することにより弾力性を示
す加熱発泡接着層９を形成する。発泡性接着シート３は
積層方向への膨張が固定板５によって限定されているた
め、積層方向と直交する横方向に膨張する。この発泡接
着シートは、発泡中に接着力を示し、金属集電体２及び
炭素集電体１の接触面に接着する。従って、発泡が完了
すると主として金属集電体２の外周を囲むように炭素集
電体１と加熱発泡接着層９との間に接着部Ｘが形成され
る。この接着部Ｘの接着力により金属集電体２は炭素集
電体１に対して固定される。

加熱発泡接着層９の弾力性は、セル用集電体がケース内
に配置されて、積層方向に圧縮されたときに、炭素集電
体１を電極に押し付ける付勢力を発生する。また加熱発
泡接着層９で、金属集電体２が露出しないように被覆さ
れて電解液による金属集電体２の腐食防止が図られてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、現在公知の発泡接着シート３は固定具本
体４及び固定板５によって発泡時に加圧すると、発泡接
着シート３自身の結着性が強くなり、この結着性が強く
なると発泡後の加熱発泡接着層９の弾力性が低くなる。

また発泡接着シート３の発泡時に全（加圧せずに加熱す
ると、加熱発泡接着層９と炭素集電体１及び金属集電体
２との間の接着力が弱くなり、炭素集電体１と金属集電
体との間の接触抵抗が大きくなる。このように接着力と
弾力性とは、逆比例の関係にあるため、従来のセル用集
電体のように加熱発泡接着層９だけでは適当な接着力と
弾力性とを得ることが難しく、炭素集電体１と電極との
間及び金属集電体２と炭素集電体１との間の接触圧を十
分に高めて両者間の接触抵抗を共に低くすることが難し
かった。

本発明の目的は、加熱発泡接着層の接着力を低下させる
ことなく大きな弾力性で集電性能を向上させた電気化学
セル用集電体及びその製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明が対象とする電気化学セル用集電体は、炭素集電
体の一方の側面上に金属集電体が接触した状態で配置さ
れ、弾力性を示す加熱発泡接着層により金属集電体及び
炭素集電体の一部が被覆されて金属集電体が炭素集電体
に固定されている。

電気化学セルに使用される場合には、炭素集電体の他方
の側面が電気化学セルの電極に押し付けられる。

この様なセル用集電体において、本発明の電気化学セル
用集電体では、加熱発泡接着層の積層方向外側に加熱発
泡接着層よりも弾力性の大きな高弾力層を少なくとも１
層設ける。

また本発明の製造方法では、炭素集電体の一方の側面上
に金属集電体を接触させて配置する工程と、加熱される
と発泡して弾力性及び接着性を示す第１の発泡性接着シ
ートを前記金属集電体の非接触面上に積層方向に加圧し
た状態で配置して加熱することにより、金属集電体及び
炭素集電体の一部を被覆して金属集電体を炭素集電体に
固定する加熱発泡接着層を形成する工程と、加熱発泡接
着層の積層方向外側に加熱されると発泡して弾力性を示
す第２の発泡性接着シートを配置して加熱することによ
り加熱発泡接着層より弾力性の大きな高弾力層を形成す
る工程とから電気化学セル用集電体を製造する。

なお高弾力層を形成する工程において、無加圧状態で第
２の発泡性接着シートを加熱すれば、十分な弾力性を得
ることができる。また第１の発泡性接着シートの発泡温
度を第２の発泡性接着シートの発泡温度よりも高くすれ
ば、第２の発泡接着シートの加熱時に加熱発泡接着層が
再発泡することがなく、接着力の低下等を防止できる。

高弾力層は１層で構成するだけでなく、複数層で構成し
てもよいのは勿論である。

加熱発泡接着層を形成する工程で、金属集電体の外周部
近傍に第１の発泡性接着シートよりも発泡温度が高く且
つ発泡倍率の低い第３の発泡性接着シートを配置して加
熱発泡を行い、しかる後第１の発泡性接着シートの加熱
を行うと、接着力の増加を図ることができる上、加熱発
泡接着層が必要以上に横方向に膨出するのを阻止するこ
とができ、後処理が容易になる。

［作　用コ 加熱発泡接着層の積層方向外側に高弾力層を設ければ、
従来のセル用集電体のように加熱発泡接着層に十分な弾
力性を持たせる必要性がなくなる。

したがって加熱発泡接着層は、実質的に接着機能を果た
せばよい。

本発明の電気化学セル用集電体では、加熱発泡接着層の
外側に加熱発泡接着層とは別に高弾力層を設けているの
で、加熱発泡接着層で十分な接着力を得て、しかも高弾
力層で所望の弾力性を得ることができる。したがって十
分な接着力と弾力性とにより、金属集電体と炭素集電体
との間の接触体抵抗と金属集電体と電極との間の接触抵
抗とを十分小さくすることができる。

請求項２項に記載の本発明の方法では、第１の発泡性接
着シートを加圧状態で発泡させるので、加熱発泡接着層
に十分な接着力を付与することができる。そして高弾力
層を、加熱発泡接着層と同様に第２の発泡性接着シート
を用いて形成するので、高弾力層の形成と同時に加熱発
泡接着層と高弾力層とを十分に接合させることができる
。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図Ａ及びＢには、本発明のセル用集電体１０を用い
た電気化学セルの組み立て途中と組み立て完了後の断面
図をそれぞれ示して、ある。これらの図において、１１
は炭素集電体、１２は金属集電体、１３は加熱発泡接着
層、１４は高弾力層である。また１５は電解質であり、
１６及び１７が負極及び正極である。電解質１５の両側
に配置された負極１６及び正極１７を挟むように１対の
セル用集電体１０が配置され、組合せ式の電池枠１８及
び１９を組合せて電気化学セルが完成する。

電池枠１８及び１９には、セル用集電体１０の高弾力層
１４と当接して高弾力層１４を押圧する当接部１８ａ及
び１９ａがそれぞれ設けられ、この当接部１８ａ及び１
９ａにはそれぞれ燃料を循環させる循環通路の一部を構
成する通路２０（当接部１８の通路は図示していない）
が形成されている。この通路２０は、断面がＵ字状でセ
ル用集電体側に開口して上下方向に伸びる溝から構成さ
れ、通路２０は上方通路２１と下方通路２２とに連通し
ている。

セル用集電体１０の炭素集電体１１及び金属集電体１２
には第２図Ａ及びＢに示すように、それぞれ３個の孔１
１ａ・・・及び１２ａ・・・が形成されている。金属集
電体１２は炭素集電体１１よりも外形寸法が小さく、金
属集電体１２の孔１２ａは炭素集電体１１の孔１１ａよ
りも径寸法が大きく形成されている。金属集電体１２か
ら電池枠１８及び１９を貫通して伸びる部分が、外部に
電力を出力する端子となるコネクタ１２ｂである。

加熱発泡接着層１３は、例えばポリエチレン樹脂を主成
分とする発泡性接着シートを加熱発泡させて形成されて
いる。加熱発泡接着層１３にも、炭素集電体１１の孔１
１ａと略同径寸法の孔１３ａが３個形成されている。ま
た高弾力層１４にも炭素集電体１１の孔１１ａと略同径
寸法の孔１４ａが３個形成されている。これらの孔１１
ａ及び１３ａ及び１４ａから燃料室２３・・・が形成さ
れる。

燃料室２３の一端は負極１６または正極１７に向かって
開口し、他端は通路２０に連通している。

したがって図示しない燃料供給口から供給される燃料は
通路２０を通して各燃料室２３に供給される。

上記セル用集電体１０を製造する場合には、具体的には
例えば第３図Ａに示すような治具２４を用いる。この治
具２４は１対の固定板２５及び２６を有しており、これ
らの固定板２５及び２６の四隅にはボルト２７が貫通さ
れて配置されており、少なくとも固定板２６はボルト２
７の軸線方向に移動可能に構成されている。ボルト２７
の先端に螺合されたナツト２８と固定板２６との間には
コイル状バネ２９が配置されて、ナツト２８を締めるこ
とにより固定板２６を固定板２５側に付勢できる。

固定板２５には、３本のロッド部材３０が固定されてい
る。そして固定板２６にはロッド部材３０が移動自在に
貫通する貫通孔２６ａが形成されている。また固定板２
５及び２６の対向する側面上には、例えば油状のフッ素
樹脂等の離型剤３１が塗布されている。なおロッド部材
３０の表面にも、離型剤を塗布しておくことが好ましい
。

加熱発泡接着層１３を形成する場合には、炭素集電体１
１と金属集電体１２と孔あきの発泡性接着シート１３′
　とを積層し、ロッド部材３０を炭素集電体１１の孔１
１ａ１金属集電体１２の孔１２ａ及び発泡性接着シート
１３′の孔に通して、ナツト２８を締付け、固定板２５
と固定板２６との間に積層体を所定の圧力で加圧した状
態で挟持する。

しかる後第１の発泡性接着シート１３′の発泡温度まで
加熱された加熱炉に治具２４を挿入して、発泡性接着シ
ート１３′を発泡させる。発泡したシート１３′の一部
はロッド部材３０と金属集電体１２の孔１２ａとの間に
入り込むとともに金属集電体１２の露出面及び炭素集電
体１１の露出面を被覆する。第３図Ｂは、ロッド部材３
０を省略して、発泡が完了後室温まで冷却した時の状態
を示している。発泡の途中において、コイルバネ２９の
放勢力により固定板２６は固定板２５に向かって移動し
、加圧状態が維持される。そのため加熱発泡接着層１３
の結着性は増大し、加熱発泡接着層１３と炭素集電体１
１との間の接着部Ｘの接着力は従来よりも大幅に増大す
る。

次にナツト２８をゆるめて、固定板２６を取り除き、固
定板２５を下側にして基台上に載置する。

そして第４図Ａに示すように、加熱発泡接着層１３の上
に高弾力層１４を形成するために第２の発泡性接着シー
ト１４′を無加圧状態で配置する。

なお第４図では、第３図Ｂと同様にロッド部材３０は省
略して示しである。そのため第２の発泡性接着シート１
４′には孔が形成されていないように図示されているが
、第２の発泡性接着シート１４′は実際にはロッド部材
３０が挿入される孔を有している。この第２の発泡性接
着シート１４′は、第１の発泡性接着シート１３′より
も発泡温度が低く且つ発泡倍率が大きなものである。し
たがって第２の発泡性接着シート１４′を発泡させても
、加熱発泡接着層１３はなんら熱的な影響を受けること
がなく、接着力の低下が生じることもない。

第４図Ｂは、第２の発泡性接着シート１４′を所定の温
度で加熱して発泡させ、高弾力層１４を形成した状態を
示している。高弾力層１４は、無加圧状態で形成されて
いるため、弾力性に優れている。また高弾力層１４は、
発泡時に加熱発泡接着層１３と強固に接合する。本実施
例においては、特に各発泡性接着シートを発泡させる際
に、横方向の発泡を拘束していないため、第４図Ｂに見
られるよう、加熱発泡接着層１３及び高弾力層１４は、
横方向に膨出している。そこで本実施例では、形を整え
るためにカッタ等の適宜の切除手段を用いて不要な部分
の切除を行い、第４図Ｃに示すように形状を整形してい
る。

上記のようにして製造したセル用集電体を第１図Ｂに示
す態様で組立てた燃料電池の構成において実験を行った
ところ、電極と金属集電体との間の抵抗値を従来よりも
３０％近（低減させることができることが確認された。

−例ではあるが、本実施例を用いた時の抵抗値は４８ｍ
Ωであった。

従来のものでは、小さいものでも８０ｍΩ程度の抵抗値
を有している。

上記実施例では、高弾力層を発泡性接着シートを用いて
形成しているが、高弾力層は所定以上の弾力性を有する
ものであればゴム等の公知の他の弾性体で置き換えるこ
とができる。他の弾性体を用いる場合には、適宜の接着
剤を用いて加熱発泡接着層に接合すればよい。

上記の実施例では、金属集電体１２の厚みがあるために
加熱発泡接着層と炭素集電体との接着力の増大には一定
の限度がある。そこで、加熱発泡接着層１３を形成する
前に、第５図Ａに示すように金属集電体１２の周囲に、
第１の発泡性接着シート１３’　よりも発泡温度が高く
且つ発泡倍率が低い第３の発泡性接着シート１３′を配
置して加圧状態下で加熱発泡を行って補強接着層３０（
第５図Ｂ参照）を形成してもよい。この場合には、３回
の加熱発泡作業が行われる。

また上記実施例では高弾力層を１層構造としたが、必要
に応じて２層以上の構造とすることもできる。第５図Ｂ
は補強接着層３０と２層構造の高弾力層とを有する他の
実施例の断面図を示している。

［発明の効果コ 以上のように、本発明の電気化学セル用集電体によれば
、加熱発泡接着層の外側に加熱発泡接着層とは別に高弾
力層を設けているので、加熱発泡接着層で十分な接着力
を得て、しかも高弾力層で所望の弾力性を得ることがで
きる。したがって十分な接着力と弾力性とにより、金属
集電体と炭素集電体との間の接触体抵抗と金属集電体と
電極との間の接触抵抗とを十分小さ（することができる
。

また本発明の方法では、第１の発泡性接着シートを加圧
状態で発泡させるので、加熱発泡接着層に十分な接着力
を付与することができる。そして高弾力層を、加熱発泡
接着層と同様に第２の発泡性接着シートを用いて形成す
るので、高弾力層の形成と同時に加熱発泡接着層と高弾
力層とを十分に接合させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢは本発明に係る電気化学セル用集電体の
一実施例を備えた電気化学セルの組み立て前の断面図と
組み立て後の断面図であり、第２図Ａ及びＢは第１図に
示したセル用集電体で用いる炭素集電体及び金属集電体
の平面図であり、第３図Ａは加熱発泡接着層を形成する
場合の状態を示す断面図であり、第３図Ｂは発泡が完了
して加熱発泡接着層が形成された状態を示す断面図であ
り、第４図Ａ乃至Ｃは高弾力層を形成する場合の各工程
の断面図を示しており、第５図Ａ及びＢは本発明のセル
用集電体の他の実施例を説明するために用いる断面図で
あり、第６図Ａ及びＢは従来のセル用集電体を製造する
場合の加熱前の状態と加熱後の状態をそれぞれ示す図で
ある。 １０・・・電気化学セル用集電体、１１・・・炭素集電
体、１２・・・金属集電体、１３・・・加熱発泡接着層
、１３′・・・第１の発泡性接着シート、１３′・・・
第３の発泡性接着シート、１４・・・高弾力層、１４′
・・・第２の発泡性接着シート。 第 図 第 図 第 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素集電体の一方の側面上に金属集電体が接触し
   た状態で配置され、加熱発泡により形成されて弾力性を
   示す加熱発泡接着層により前記金属集電体及び前記炭素
   集電体の一部が被覆されて前記金属集電体が前記炭素集
   電体に固定され、前記炭素集電体の他方の側面が電気化
   学セルの電極に押し付けられる電気化学セル用集電体に
   おいて、前記加熱発泡接着層の積層方向外側に前記加熱
   発泡接着層よりも弾力性の大きな高弾力層が少なくとも
   １層設けられていることを特徴とする電気化学セル用集
   電体。
2. （２）炭素集電体の一方の側面上に金属集電体を接触さ
   せて配置する工程と、 加熱されると発泡して弾力性を示す第１の発泡性接着シ
   ートを前記金属集電体の非接触面上に積層方向に加圧し
   た状態で配置して加熱することにより、前記金属集電体
   及び前記炭素集電体の一部を被覆して前記金属集電体を
   前記炭素集電体に固定する加熱発泡接着層を形成する工
   程と、 前記加熱発泡接着層の積層方向外側に、加熱されると発
   泡して弾力性を示す第２の発泡性接着シートを配置して
   加熱することにより前記加熱発泡接着層より弾力性の大
   きな高弾力層を形成する工程とからなる電気化学セル用
   集電体の製造方法。
3. （３）前記高弾力層を形成する工程において、無加圧状
   態で前記第２の発泡性接着シートを加熱することを特徴
   とする請求項２に記載の電気化学セル用集電体の製造方
   法。
4. （４）前記第１の発泡性接着シートの発泡温度は前記第
   ２の発泡性接着シートの発泡温度よりも高い請求項２に
   記載の電気化学セル用集電体の製造方法。
5. （５）前記高弾力層の外側に発泡性接着シートを用いて
   更に少なくとも１層の高弾力層が形成されている請求項
   ２に記載の電気化学セル用集電体の製造方法。
6. （６）前記加熱発泡接着層を形成する工程では、前記金
   属集電体の外周部近傍に前記第１の発泡性接着シートよ
   りも発泡温度が高く且つ発泡倍率の低い第３の発泡性接
   着シートを配置して加熱発泡を行い、しかる後前記第１
   の発泡性接着シートの加熱を行うことを特徴とする請求
   項２に記載の電気化学セル用集電体の製造方法。