特開 2023-116951 導電性多孔質基材シートのスプライス方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023116951

(43)【公開日】2023-08-23

(54)【発明の名称】導電性多孔質基材シートのスプライス方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/88 20060101AFI20230816BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20230816BHJP

【ＦＩ】

H01M4/88 C

H01M8/10 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022019373

(22)【出願日】2022-02-10

(71)【出願人】

【識別番号】000003159

【氏名又は名称】東レ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】民宮 尚美

(72)【発明者】

【氏名】蓑毛 路子

【テーマコード（参考）】

5H018

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H018AA06

5H018BB01

5H018BB03

5H018BB06

5H018BB08

5H018DD08

5H018EE06

5H018EE17

5H018HH03

5H018HH08

5H018HH10

5H126BB06

(57)【要約】

【課題】導電性多孔質基材シートのロスを低減でき、ガス拡散電極の加工効率を上げることができるスプライス方法を提供することを課題とする。
【解決手段】２つの導電性多孔質基材シートを接続するスプライス方法であって、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域と第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域で熱硬化性樹脂系接着剤を上下から挟み、熱硬化性樹脂系接着剤を挟んだ部分を加熱しながら基材面と垂直方向に加圧して接着することを特徴とするスプライス方法。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの導電性多孔質基材シートを接続するスプライス方法であって、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域と第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域で熱硬化性樹脂系接着剤を上下から挟み、熱硬化性樹脂系接着剤を挟んだ部分を加熱しながら基材面と垂直方向に加圧して接着することを特徴とするスプライス方法。

【請求項2】

前記２つの導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域で挟んだ状態での、前記熱硬化性樹脂系接着剤の前記導電性多孔質基材シートの長手方向における長さが５～３０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のスプライス方法。

【請求項3】

前記熱硬化性樹脂系接着剤を前記２つの導電性多孔質基材シートで挟み込む際に、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部と前記熱硬化性樹脂系接着剤の距離、第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部と前記熱硬化性樹脂系接着剤の距離を、それぞれ５～１０ｍｍ空けることを特徴とする請求項１または２に記載のスプライス方法。

【請求項4】

加熱しながら基材面と垂直方向に加圧して接着する際の、圧力が１～１２０ｋＰａ、温度が１２０～２７０℃、加熱し加圧する時間が１０～１２０秒であることを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載のスプライス方法。

【請求項5】

前記熱硬化性樹脂系接着剤がポリイミド系接着剤またはエポキシ系接着剤であることを特徴とする、請求項１～４のいずれかに記載のスプライス方法。

【請求項6】

前記熱硬化性樹脂系接着剤が、テープ状接着剤であることを特徴とする、請求項１～５のいずれかに記載のスプライス方法。

【請求項7】

複数の導電性多孔質基材ロールを用いたガス拡散電極の製造方法であって、一つの導電性多孔質基材ロールから巻き出した導電性多孔質基材シートについて下記工程（Ａ）～（Ｃ）を行った後、加工を終えた前記一つの導電性多孔質基材ロールから巻き出された導電性多孔質基材シートと新しい導電性多孔質基材ロールから巻き出された導電性多孔質基材シートとを請求項１～６のいずれかに記載のスプライス方法で接続することを繰り返すことで、複数の導電性多孔質基材ロールについて下記工程（Ａ）～（Ｃ）を連続で行うことを特徴とする、ガス拡散電極の製造方法。
工程（Ａ）：導電性多孔質基材シート上に導電性粒子、撥水性樹脂、分散剤および分散媒で構成される塗液を塗布する工程
工程（Ｂ）：工程（Ａ）後に導電性多孔質基材シートを乾燥させ塗液中の分散媒を除去する工程
工程（Ｃ）：工程（Ｂ）後に塗液中の導電性粒子と撥水性樹脂を焼結する工程

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池、特に固体高分子型燃料電池に好適に用いられる導電性多孔質基材シートについて、２つの導電性多孔質基材シートを接続するスプライス方法に関する。

【背景技術】

【0002】

水素を含む燃料ガスをアノードに供給し、酸素を含む酸化ガスをカソードに供給して、両極で起こる電気化学反応によって起電力を得る固体高分子型燃料電池は、一般的に、セパレータ、ガス拡散電極、触媒層、電解質膜、触媒層、ガス拡散電極、セパレータを、この順に積層して構成される。ガス拡散電極基材にはセパレータから供給されるガスを触媒層へと拡散するための高いガス拡散性、電気化学反応に伴って生成する水をセパレータへ排出するための高い排水性、発生した電流を取り出すための高い導電性が必要であり、炭素繊維などからなる導電性多孔質基材の表面に微多孔層を形成したガス拡散電極が広く用いられている。

【0003】

ガス拡散電極は、ロール状の導電性多孔質基材シートを巻き出し、導電性多孔質基材の片方の面に、微多孔層を形成するための、導電性粒子、撥水性樹脂、分散剤および分散媒で構成される塗液を塗布する工程の後、導電性多孔質基材を乾燥させて塗液中の分散媒を除去する工程、さらに塗液中の導電性粒子と撥水性樹脂を焼結する工程を経て、ロール状に巻き取られ製造される。

【0004】

ここで導電性多孔質基材シート上に塗液を塗布する際に、導電性多孔質基材シートに数ｍ～数百ｍの塗液を塗布できない部分（塗布開始時には塗布装置から巻取装置までの間、塗布終了時には巻出装置から塗布装置までの間）が存在するため、導電性多孔質基材にロスが生じる。これに対し、すでに加工を終えた導電性多孔質基材ロールから巻き出された導電性多孔質基材シートと、次に加工を行う導電性多孔質基材ロールから巻き出された導電性多孔質基材シートの２つをスプライスすることで、ロスを低減できることが知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－６１２９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の導電性多孔質基材とフィルムの端部同士を重ね合わせ、その重なり部分に接合材を貫通させスプライスする方法では、２つのシートの位置ずれが生じることに加え、スプライス部が工程を走行する際、接合材が工程を傷付けることがあった。加えて、特許文献１で使用している熱可塑性樹脂を用いてスプライスをすると、高温下でスプライス部が剥離することがあった。

【0007】

本発明は、２つの導電性多孔質基材シートをスプライスする際および後工程において、基材の破断や工程の損傷が起きないスプライス方法を提供することで、導電性多孔質基材シートのロスを低減することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、２つの導電性多孔質基材シートを接続するスプライス方法であって、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域と第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域で熱硬化性樹脂系接着剤を上下から挟み、熱硬化性樹脂系接着剤を挟んだ部分を加熱しながら基材面と垂直方向に加圧して接着することを特徴とするスプライス方法である。

【0009】

また、本発明は、複数の導電性多孔質基材ロールを用いたガス拡散電極の製造方法であって、一つの導電性多孔質基材ロールから巻き出した導電性多孔質基材シートについて下記工程（Ａ）～（Ｃ）を行った後、加工を終えた当該一つの導電性多孔質基材ロールから巻き出された導電性多孔質基材シートと新しい導電性多孔質基材ロールから巻き出された導電性多孔質基材シートとを本発明のスプライス方法で接続することを繰り返すことで、複数の導電性多孔質基材ロールについて下記工程（Ａ）～（Ｃ）を連続で行うことを特徴とする、ガス拡散電極の製造方法である。
工程（Ａ）：導電性多孔質基材シート上に導電性粒子、撥水性樹脂、分散剤および分散媒で構成される塗液を塗布する工程
工程（Ｂ）：工程（Ａ）後に導電性多孔質基材シートを乾燥させ塗液中の分散媒を除去する工程
工程（Ｃ）：工程（Ｂ）後に塗液中の導電性粒子と撥水性樹脂を焼結する工程

【発明の効果】

【0010】

本発明の導電性多孔質基材シートのスプライス方法を用いれば、導電性多孔質基材シートのロスを低減でき、ガス拡散電極の加工効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明のスプライス方法でスプライスする部分の概略図

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図１を参照しながら、本発明のスプライス方法を説明する。

【0013】

本発明のスプライス方法では、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１と第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ２で熱硬化性樹脂系接着剤３を上下から挟み、熱硬化性樹脂系接着剤３を挟んだ部分を加熱しながら、基材面と垂直方向に加圧することにより、両端部領域を接着する。図１では第１の導電性多孔質基材シート１が下方から、第２の導電性多孔質基材シート２が上方から、熱硬化性樹脂系接着剤３を挟んでいるが逆であってもかまわない。

【0014】

熱硬化性樹脂系接着剤３は、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤またはアクリレート系接着剤が好ましい。特に、耐熱性を有するため、エポキシ系接着剤またはポリイミド系接着剤が好適に用いられる。

【0015】

熱硬化性樹脂系接着剤３は、液状のものを直接導電性多孔質基材シート上に塗布してもよいし、軽剥離シート上に塗布形成された状態で提供されるもの（テープ状接着剤）を導電性多孔質基材シート上に転写してもよいが、均一な厚みで形成することができるのでテープ状接着剤を用いた方が好ましい。

【0016】

液状の熱硬化性樹脂系接着剤としては、スリーエムジャパン（株）製のＥＷ２０３０（エポキシ系接着剤）、セメダイン（株）製の“セメダイン（登録商標）”ＥＰ１０６ＮＬ（エポキシ系接着剤）などが挙げられる。また、テープ状の熱硬化性樹脂系接着剤としては、東レ（株）製の“ファルダ（登録商標）”ＴＳＡシリーズ（エポキシ系接着剤）“ファルダ（登録商標）”ＬＮＡシリーズ（ポリイミド系接着剤）などが挙げられる。特に、耐熱性の高いテープ状のポリイミド系接着剤である東レ（株）製の“ファルダ（登録商標）”ＬＮＡシリーズが好ましい。本発明において、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１上に、熱硬化性樹脂系接着剤３を塗布または転写などにより形成した後、第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ２を、２つの導電性多孔質基材シートで熱硬化性樹脂系接着剤３を挟むようにして設置する際、２つの導電性多孔質基材シートの相対位置を調整することにより、スプライスをした箇所の前後での２つの導電性多孔質基材シートの幅方向の位置ずれや長手方向の角度のずれを防止できるので、導電性多孔質基材シートの搬送時の蛇行や、不均一な張力発生による破断を防止できる。そのため、熱硬化性樹脂系接着剤３は、２つの導電性多孔質基材シートの位置や角度を調整するときの温度、すなわち常温では、接着力を発現せず、加熱した際にのみ接着力を発現するものが好ましい。常温では接着力を発現しない熱硬化性樹脂系接着剤としては、上記の東レ（株）製の“ファルダ（登録商標）”ＴＳＡシリーズや“ファルダ（登録商標）”ＬＮＡシリーズなどが挙げられる。

【0017】

熱硬化性樹脂系接着剤３の厚みは１０～５０μｍであることが好ましい。熱硬化性樹脂系接着剤３の厚みが１０μｍ以上であると、熱硬化性樹脂系接着剤３を２つの導電性多孔質基材シートの間に挟み、加熱および加圧する際、熱硬化性樹脂系接着剤３が完全に導電性多孔質基材シートに浸み込まずに一部が表面に残るので、十分な接着力を得ることができる。一方、熱硬化性樹脂系接着剤３の厚みが５０μｍ以下であると、硬化後の熱硬化性樹脂系接着剤３の剛性が高くなり過ぎないので、工程中で導電性多孔質基材シートがガイドロールなどに沿って曲がる際などに破断しにくくなる。

【0018】

熱硬化性樹脂系接着剤の導電性多孔質基材シート長手方向における長さＬは５～３０ｍｍであることが好ましい。当該長さＬが５ｍｍ以上であると、硬化後の熱硬化性樹脂系接着剤３の接着力が十分となる。一方、当該長さＬが３０ｍｍ以下であると、剛性の高い硬化後の熱硬化性樹脂系接着剤３の占める面積が小さくなるので、工程中で導電性多孔質基材シートがガイドロールなどに沿って曲がる際などに破断しにくくなる。

【0019】

熱硬化性樹脂系接着剤３は、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部Ｅ１２および第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部Ｅ２２から５～１０ｍｍの距離（クリアランス）を空けて形成することが好ましい。当該端部Ｅ１２およびＥ２２からのクリアランスｈ１およびｈ２が５ｍｍ以上であると、加熱および加圧する際に、熱硬化性樹脂系接着剤３が当該端部Ｅ１２およびＥ２２より外側にはみ出すことを防ぐことができ、工程の汚染を抑制することができる。一方、当該端部Ｅ１２およびＥ２２からのクリアランスｈ１およびｈ２が１０ｍｍ以下であると、当該端部と熱硬化性樹脂系接着剤とのクリアランスｈ１およびｈ２が小さくなり非接着部が少なくなるので、工程中に導電性多孔質基材シートのスプライス部がガイドロール上に沿って曲がる際に、非接着部を起点として導電性多孔質基材シートが破断することを避けることができる。

【0020】

第１の導電性多孔質基材シートと第２の導電性多孔質基材シートが重なる部分の長手方向長さＳは１５～４５ｍｍであることが好ましい。当該長さＳが１５ｍｍ以上であると、第１の導電性多孔質基材シート１、熱硬化性樹脂系接着剤３、第２の導電性多孔質基材シート２の３層から成るスプライス部の機械的強度が大きくなるので、工程中で導電性多孔質基材シートが破断することを抑えることができる。一方、当該長さＳが４５ｍｍ以下であると、ガス拡散性電極として使用できる面積が増えるので、導電性多孔質基材シートのロスを低減できる。

【0021】

導電性多孔質基材シートとしては、炭素繊維織物、炭素繊維抄紙体、炭素繊維不織布、カーボンフェルト、カーボンペーパー、カーボンクロスなどの炭素繊維を含む多孔質基材が用いられる。

【0022】

炭素繊維は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系やピッチ系、レーヨン系などが挙げられる。中でもＰＡＮ系炭素繊維とピッチ系炭素繊維が、機械強度に優れていることから好ましく用いられる。また、レーヨン繊維やアクリル繊維、セルロース繊維などの天然繊維や合成繊維を混合しても良い。

【0023】

導電性多孔質基材シートは、撥水処理が施されたものが好適に用いられる。撥水処理は、フルオロアルキル鎖を有するフッ素樹脂などの撥水性樹脂を用いて行うことが好ましい。上記フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）などが挙げられる。

【0024】

本発明の導電性多孔質基材シートの厚みは、９０～１８０μｍであることが好ましい。ここで、導電性多孔質基材シートの厚みは両表面を０．１５ＭＰａの圧力で挟んだときの厚みである。厚みが９０μｍ以上であると、機械強度が保たれる。一方で、厚みが１８０μｍ以下であると、導電性多孔質基材シートを用いて製造されるガス拡散電極の抵抗が低減し、面直方向のガス拡散性が向上する。

【0025】

導電性多孔質基材シートとしては排水性を高める目的で撥水処理を行ったものを用いてもよい。撥水処理は撥水性樹脂を含有した液に導電性多孔質基材を浸漬した後、乾燥し、適宜撥水性樹脂を導電性多孔質基材内部に濡れ広がせるための加熱処理をすることにより、撥水性樹脂が内部に付着した導電性多孔質基材シートを得る。

【0026】

本発明の微多孔層は、ガス拡散電極を構成する層であり、導電性多孔質基材の一方の表面に形成された、導電性粒子および撥水性樹脂を含有する層である。

【0027】

導電性粒子としては、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、グラフェン、炭素繊維などが用いられる。なかでも安価なカーボンブラックが好適に用いられる。

【0028】

上記微多孔層が含む撥水性樹脂としては、化学的な安定性、撥水性などの点からフルオロアルキル鎖を有するフッ素樹脂が好適であり、上記、導電性多孔質基材を撥水処理する際に好適に用いられるフッ素樹脂と同様、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）などが挙げられる。

【0029】

一般にフッ素樹脂は水や有機溶剤などに対して不溶であるため、微多孔層形成用の塗液を製造する際には、微粒子状に加工された撥水性樹脂の分散液を用いることが好ましい。微粒子状の撥水性樹脂の分散液としては、“ポリフロン（登録商標）”Ｄ－２１０Ｃ、ＮＤ－１１０（ダイキン工業（株）製）、１２０－ＪＲＢ、３１－ＪＲ（三井・ケマーズフロロプロダクツ（株）製）、などが挙げられる。

【0030】

本発明の微多孔層の目付は１０～３５ｇ／ｍ^２であることが好ましい。微多孔層の目付が１０ｇ／ｍ^２以上であると、導電性多孔質基材の表面から突き出した炭素繊維を覆うので、炭素繊維が電解質膜を傷つけることを抑えることができ好ましい。また、ガス拡散電極と触媒層との接触抵抗を下げることや電解質膜の乾燥を防ぐことができるので好ましい。また、微多孔層の目付が３５ｇ／ｍ^２以下であると、排水性が良好となるので好ましい。

【0031】

本発明のガス拡散電極の厚みは、９０～２００μｍであることが好ましい。ここで、ガス拡散電極の厚みは両表面を０．１５ＭＰａの圧力で挟んだときの厚みである。ガス拡散電極の厚みが９０μｍ以上であると、機械強度が保たれ、製造工程でのハンドリングが容易である。一方、ガス拡散電極の厚みが２００μｍ以下であると、ガス拡散性が高まり、電気抵抗が低減するので、燃料電池の発電性能が向上する。ガス拡散電極の厚みは、導電性多孔質基材と微多孔層のそれぞれの厚みを適宜調整することで調整することができる。

【0032】

次に、本発明のスプライス方法の一例について詳細に説明する。

【0033】

スプライスが必要な２つの導電性多孔質基材ロールが巻出装置と巻取装置にそれぞれ設置され、それぞれのロールから巻き出された２つの導電性多孔質基材シートの端部が突き合わさった部分でスプライスを行う。ここで、スプライスを行う状況としては、加工を終えた旧ロールと次に加工を行う新ロールの間を接合する場合や、工程中の不具合により破断したシートを繋ぎ合わせて工程を再開する場合などが挙げられる。以下、巻出装置側の導電性多孔質基材ロールから巻き出された基材を第１の導電性多孔質基材シート１、巻取装置側の導電性多孔質基材ロールから巻き出された基材を第２の導電性多孔質基材シート２として説明する。

【0034】

スプライスは以下の手順で行われる。なお、以下手順における第１の導電性多孔質基材シート１と第２の導電性多孔質基材シート２を入れ替えて行っても良い。
（１）第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１の位置調整をする。
（２）第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１上に熱硬化性樹脂系接着剤３を形成する。
（３）第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ２の位置調整をし、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１と第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ２とで熱硬化性樹脂系接着剤３を挟む。
（４）加熱および基材面と垂直方向からの加圧を同時に行った状態で、所定の時間保持する。

【0035】

以下、上述の手順について詳細に説明する。

【0036】

（１）第１の導電性多孔質基材シートの幅方向端部Ｅ１１が合わせられるべき位置に位置合わせ線が表示されている載置台の上に載せ、その線上に第１の導電性多孔質基材シートの幅方向端部Ｅ１１の位置が合うように調整する。その後、第１の導電性多孔質基材シート１の位置を固定する。固定の際には、弱粘着テープ、クランプ、おもりなどが好適に使用される。なお、載置台は加熱機構を有するホットプレートであることが好ましい。

【0037】

（２）熱硬化性樹脂系接着剤３の形成方法に関し、熱硬化性樹脂系接着剤３が液状の場合、ディスペンサやシリンジによる直接塗布、またはグラビアロールなどで液膜を転写する方法などにより、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１の所定の位置に熱硬化性樹脂系接着剤３を形成する。ここで、次工程の第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ２との位置調整を容易にするために、適宜熱硬化性樹脂系接着剤３を常温または加熱処理により乾燥させて常温での熱硬化性樹脂系接着剤３の接着力を低減することもできる。一方、熱硬化性樹脂系接着剤３が軽剥離シート上に塗布形成されたテープ状接着剤の場合、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１の所定の位置に、熱硬化性樹脂系接着剤３側が第１の導電性多孔質基材シート１に接するように設置する。熱硬化性樹脂系接着剤３が常温で接着力を有しない場合は、加熱しながら熱硬化性樹脂系接着剤３を第１の導電性多孔質基材シート１に貼り合わせてもよい。例えば、載置台を加熱しながらハンドローラーで貼り合わせる方法が挙げられる。次いで、熱硬化性樹脂系接着剤３の軽剥離シートを除去し、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１上に熱硬化性樹脂系接着剤３を形成する。

【0038】

（３）第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１に形成した熱硬化性樹脂系接着剤３の上に第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ２を設置する。設置の際、第１の導電性多孔質基材シートの幅方向端部Ｅ１１の位置調整をした際と同様に、載置台に記された位置合わせ線上に、第２の導電性多孔質基材シートの幅方向端部Ｅ２１が合うように位置を調整し、熱硬化性樹脂系接着剤３を第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１と第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ２で挟む。

【0039】

（４）第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１と第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ２で、熱硬化性樹脂系接着剤３を挟んだ部分を加熱しながら加圧する方法について説明する。まず、加熱の際は、第１の導電性多孔質基材シート１側と第２の導電性多孔質基材シート２側の少なくとも片側から加熱すれば良い。加熱方法として、上記のような加熱機構を有する載置台（ホットプレート）を用いた直接加熱や、ラジエーションヒーター、高周波誘導加熱を用いた非接触加熱が挙げられる。加熱温度は、１２０～２７０℃であることが好ましい。加熱温度が１２０℃以上であると、熱硬化性樹脂系接着剤３の流動性が高まり導電性多孔質基材との接着力が向上するので、後工程中に剥離したり、ここを起点として破断したりすることを抑制できる。一方で、加熱温度が２７０℃以下であると、熱硬化性樹脂系接着剤３が流動しすぎて完全に基材に浸み込むことにより２つの導電性多孔質基材シートの間に非接着部が生じることや、熱硬化性樹脂系接着剤３が２つの導電性多孔質基材シートの長手方向端部（Ｅ１２、Ｅ２２）からはみ出すことを抑制できる。

【0040】

一方、加圧の際は、２つの導電性多孔質基材シートで熱硬化性樹脂系接着剤３を挟んだ部分の面に対して垂直に加圧する。加圧の方法としては、上記ハンドローラーによる加圧、エアシリンダを推力とした機構や、おもりを用いる方法が挙げられる。加圧圧力は、１～１２０ｋＰａであることが好ましい。圧力が１ｋＰａ以上であると、導電性多孔質基材と熱硬化性樹脂系接着剤３とが面内で一様に接触でき、また、加熱により低粘度化した樹脂が導電性多孔質基材に適度に浸み込むので接着力が高まる。一方で、圧力が１２０ｋＰａ以下であると、熱硬化性樹脂系接着剤３が完全に導電性多孔質基材に浸み込むことにより、２つの導電性多孔質基材間に非接着部が生じることや、熱硬化性樹脂系接着剤３が２つの導電性多孔質基材シートの長手方向端部（Ｅ１２、Ｅ２２）からはみ出すことを抑制できる。

【0041】

上記加熱および加圧を同時に行う時間は、１０～１２０秒であることが好ましい。加熱および加圧時間が１０秒以上であると、熱硬化性樹脂系接着剤３と導電性多孔質基材との接着力が十分となり、１２０秒以下であると、２つの導電性多孔質基材の非接着部や熱硬化性樹脂系接着剤３のはみ出しを抑制できる。

【0042】

次に、ガス拡散電極の製造方法について説明する。

【0043】

ガス拡散電極は導電性多孔質基材の少なくとも片方の面に微多孔層を形成することで製造される。微多孔層は、導電性粒子と撥水性樹脂を水やアルコールなどの分散媒に分散させた塗液を導電性多孔質基材上に塗布し、加熱処理を行うことにより形成できるが、当該塗液の作製時に、分散剤や増粘剤を添加すると、導電性粒子や撥水性樹脂の分散媒中における分散安定性が高まるので好ましい。分散剤としては、金属成分が少ないことからノニオン系の界面活性剤が好ましく、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル系の“トリトン（登録商標）”Ｘ－１００（ナカライテスク（株）製）などがその例として挙げられる。また、塗液を高粘度に保つために、増粘剤を添加することが有効である。増粘剤としては、例えば、メチルセルロース系、ポリエチレングリコール系、ポリビニルアルコール系などが好適に用いられる。

【0044】

これらの分散剤や増粘剤は、同じ物質に二つの機能を持たせても良く、またそれぞれの機能に適した素材を選んでも良い。ただし、増粘剤と分散剤を個別に選定する場合には、増粘剤として導電性粒子の分散性および撥水性樹脂の分散性を損なわないものを選ぶことが好ましい。

【0045】

上記、混合物を、ホモジナイザーやプラネタリーミキサー、超音波分散機などを用いて混練して、微多孔層形成用の塗液を得る。

【0046】

微多孔層形成用の塗液の導電性多孔質基材への塗布は、市販されている各種の塗布装置を用いて行うことができる。塗布方式としては、スクリーン印刷、ロータリースクリーン印刷、凹版印刷、グラビア印刷、スプレーコーティング、ダイコーティング、バーコーティング、ブレードコーティング、ロールナイフコーティングなどが使用できる。

【0047】

導電性多孔質基材上に微多孔層を塗布した後、６０℃～１５０℃の温度で導電性多孔質基材を乾燥させ塗液中の分散媒を除去し、次いで導電性粒子と撥水性樹脂を焼結し、分散剤や増粘剤の添加物の分解除去と撥水性樹脂の溶融を促進する。このとき、微多孔層中の撥水性樹脂だけではなく導電性多孔質基材に付着している撥水性樹脂も溶融して、これらが他の構成材料である、炭素繊維や樹脂炭化物、導電性粒子などの表面に濡れ広がる。それにより、導電性多孔質基材と微多孔層の排水性が高まるので、これを用いた燃料電池の性能が向上する。こうして、導電性多孔質基材上に微多孔層が形成されたガス拡散電極を得る。

【実施例0048】

以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。

【0049】

＜導電性多孔質基材シートの製造方法＞
東レ（株）製ポリアクリロニトリル系炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ３００（平均繊維径：７μｍ）を１２ｍｍの長さにカットし、水中に分散させて連続的に抄紙した後、ポリビニルアルコールの１０質量％水溶液をスプレーコーティングし、乾燥することで、目付が２０ｇ／ｍ^２、幅４５０ｍｍで長さ１００ｍの炭素繊維からなる長尺の抄紙体を得た。当該抄紙体１００質量部に対して、付着したポリビニルアルコールの付着量は２０質量部だった。

【0050】

次に、鱗片状黒鉛（平均粒子径：５μｍ）とフェノール樹脂（レゾール型フェノール樹脂とノボラック型フェノール樹脂の質量比１：１の混合物）、メタノールを５：１０：８５の質量比で混合した樹脂組成物溶液を用意した。そして、抄紙体中の炭素繊維１００質量部に対してフェノール樹脂と鱗片状黒鉛の合計が１３０質量部になるように、上記炭素繊維抄紙体上に樹脂組成物溶液をスプレーコーティングにて連続的に塗布し、１００℃で５分間乾燥した。

【0051】

次いで、プレス成型機にて樹脂組成物を付着させた抄紙体を１８０℃で５分間加熱圧縮処理した。ここで、抄紙体とプレス成形機の熱板の間には離型紙を介して熱板と抄紙体が接着しないようにし、また、上下の熱板の周縁部にはスペーサーを配置して加熱圧縮後の抄紙体の厚み調整を行った。また、ロール状の抄紙体を所定の間隔で断続的にプレス成型機に挿入して成形を行うことを繰り返し、ロール全面を加熱圧縮した。その後、加熱炉にて、窒素雰囲気で２４００℃の加熱を行い炭化させた後に巻き取り、ロール状に巻き取られた導電性多孔質基材シートを得た。

【0052】

＜スプライスに使用した接着剤＞
接着剤Ａ：“ファルダ（登録商標）”ＬＮＡ－３１（東レ（株）製、ポリイミド系接着剤、厚さ：４０μｍ、テープ状）
接着剤Ｂ：“セメダイン（登録商標）”ＥＰ１０６ＮＬ（セメダイン（株）製、エポキシ系接着剤、液状、常温での接着剤粘度：２５Ｐａ・ｓ）
接着剤Ｃ：“カプトン（登録商標）”７６０Ｈ ＃２５（（株）寺岡製作所製、シリコン系接着剤（熱可塑性樹脂系接着剤）、テープ状）
接着剤Ｄ：“スコッチ（登録商標）”ＰＰＳ－１５（３Ｍ製、アクリル系接着剤（熱可塑性樹脂系接着剤）、テープ状）
接着剤Ｅ：“アロンアルファ（登録商標）”９１１Ｔ５（東亜合成（株）製、シアノアクリレート系接着剤（熱可塑性樹脂系接着剤）、液状、常温での接着剤粘度：１０Ｐａ・ｓ）。

【0053】

＜スプライス部の評価方法＞
スプライス部に対して、以下に挙げる３点の項目を評価した。
（１）接着剤の基材端部からのはみ出し
（２）基材搬送時の様子
（Ａ）破断
（Ｂ）蛇行
（Ｃ）工程汚染
（Ｄ）剥離の有無
（３）３５０℃の工程通過性

【0054】

以下、上述の評価方法について詳細に説明する。

【0055】

（１）接着剤の基材端部からのはみ出しに関し、スプライス部の接着剤が２つの導電性多孔質基材シートの長手方向端部（Ｅ１２、Ｅ２２）からはみ出しているかを目視で確認した。表１中では、はみ出しがあったものには「あり」、はみ出しがなかったものには「なし」と記載した。

【0056】

（２）基材搬送時の様子に関し、導電性多孔質基材シートを張力２００Ｎ／ｍをかけながら搬送し、スプライス部の前後の位置での（Ａ）破断や（Ｂ）蛇行、（Ｃ）工程汚染の有無、スプライス部の幅方向端部における（Ｄ）剥離の有無および程度を目視で確認した。表１中では、搬送時の様子に破断、蛇行、工程汚染、剥離が見られなかったものを「○」、破断、蛇行、工程汚染、剥離が多少見られたが問題はない程度であったものを「△」、破断、蛇行、工程汚染、剥離により問題が生じたものに「×」を記載した。

【0057】

（３）３５０℃の工程通過性に関し、上記（２）の評価の後、破断しなかった水準の導電性多孔質基材シートを張力２００Ｎ／ｍで３５０℃に加熱した炉内を走行させ、接着が維持されるかを確認した。表１中では接着が維持されたものを「○」、接着部が剥離したものを「×」、上記（２）の評価の後、破断したものは評価ができなかったので「－（評価不能）」と記載した。

【0058】

（実施例１）
まず、４５０ｍｍの幅の第１の導電性多孔質基材ロールをロール巻出装置に設置し、ロールから巻き出した第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１を、４５０ｍｍの間隔で位置合わせ線が表示されたホットプレートの上に置き、その線と第１の導電性多孔質基材シートの幅方向端部Ｅ１１が同じ位置になるように調整し、マスキングテープ（弱粘着テープ）で第１の導電性多孔質基材シート１をホットプレート上に固定した。

【0059】

次に、ホットプレートを１００℃に加熱した後、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１上に、１０ｍｍ×４４０ｍｍの大きさの接着剤Ａを、４４０ｍｍの辺が第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部Ｅ１２と平行になるようにハンドロールにて貼り合わせることにより形成した（図１のＬが１０ｍｍでＷが４４０ｍｍとなるようにした）。このとき、第１の導電性多孔質基材シート１において、幅方向端部からのクリアランス（図１のｈ３およびｈ４）がそれぞれ５ｍｍ、長手方向端部Ｅ１２からのクリアランス（図１のｈ１）が７．５ｍｍとなるようにした。

【0060】

次に、第２の導電性多孔質基材ロールをロール巻取装置に設置し、ロールから第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ２を、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１上に来るように巻き出した。

【0061】

次に、第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ２と第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１の重なる長さ（図１のＳ）が２５ｍｍで、かつホットプレート上に表示された線と第２の導電性多孔質基材シートの幅方向端部Ｅ２１の位置が同じになるように調整した（この調整により図１のｈ２が７．５ｍｍとなる）。

【0062】

次に、ホットプレートを２００℃に加熱し、上記２つの導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域が重なる部分を覆うように、圧力が２０ｋＰａに相当するおもりを置き、３０秒保持することで、当該２つの導電性多孔質基材シートをスプライスした。スプライス部において、２つの導電性多孔質基材は十分接着されており、当該２つの導電性多孔質基材シートの長手方向端部（図１のＥ１２およびＥ２２）からの接着剤のはみ出しもなかった。

【0063】

次いで、スプライス部において、第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ１を固定したマスキングテープを除去し、第２の導電性多孔質基材ロールを設置した巻取装置を駆動し、当該２つの導電性多孔質基材シートが連結した導電性多孔質基材シートを巻き取った。

【0064】

さらに、得られた導電性多孔質基材シートに２００Ｎ／ｍの張力を付与した状態でガイドロールを介しての搬送を行ったところ、破断や蛇行がなく搬送することが可能で、工程の汚染やスプライス部の幅方向端部における剥離もなかった。また、３５０℃の加熱工程も同じ張力にて通過させることができた。

【0065】

（実施例２～１３）
接着剤を貼り合わせる位置、接着剤の長さ、加熱温度、加圧圧力、加熱し加圧する時間を表１の通りに変更した以外は、実施例１と同様にスプライスした。なお、２つの導電性多孔質基材のシートが重なる部分の長さＳは、実施例１０では１２ｍｍ、実施例１１では４０ｍｍ、実施例１２では１３ｍｍ、実施例１３では４５ｍｍとした。結果を表１に示す。

【0066】

実施例２、６、８、１２では、接着力がやや弱いため、導電性多孔質基材シート搬送時にスプライス部の導電性多孔質基材の幅方向の端部で一部剥離した。また、実施例５、７、９、１０では、接着剤が導電性多孔質基材の端部から一部はみ出し、導電性多孔質基材シート搬送時にガイドロールなどを一部汚染した。また、実施例１１では、スプライス部において熱硬化性樹脂系接着剤３が形成されていない両端部のクリアランス（ｈ１およびｈ２）が大きく、搬送時にここを起点に一部剥離が見られた。また、実施例１３では、熱硬化性樹脂系接着剤３の導電性多孔質基材シート長手方向における長さＬが３５ｍと大きく剛性が高いため、導電性多孔質基材がガイドロールに沿って曲がる際に一部割れが生じた。

【0067】

（実施例１４）
接着剤を接着剤Ｂに変えて、加圧する圧力を表１の通りにした以外は、実施例１と同様にスプライスした。なお、接着剤Ｂは液状であるため、ディスペンサを用いて導電性多孔質基材上に接着剤Ｂを吐出し形成した。結果を表１に示す。

【0068】

接着剤Ｂは常温で接着性があるので、第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ２の位置調整をする際に、位置調整を終える前に導電性多孔質基材シート同士が貼り付いてしまったため、２つの導電性多孔質基材シートの幅方向端部Ｅ１１とＥ２１の位置がずれ、導電性多孔質基材シート搬送時に基材がやや蛇行した。

【0069】

（比較例１、２）
接着剤の種類を表２の通りにした以外は、実施例１と同様にスプライスした。結果を表２に示す。

【0070】

比較例１および２では、３５０℃の加熱工程通過時に接着が維持されずスプライス部で導電性多孔質基材シートが破断した。また、比較例２で用いた接着剤は常温で接着性があるので、スプライス時の位置調整をする際に当該２つの導電性多孔質基材シートの幅方向端部Ｅ１１とＥ２１の位置がずれ、導電性多孔質基材シート搬送時に基材がやや蛇行した。

【0071】

（比較例３）
接着剤を接着剤Ｅに変えて、加圧する圧力を表２の通りにした以外は、実施例１４と同様にスプライスした。結果を表２に示す。

【0072】

接着剤Ｅは常温で接着力があるので、第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域Ｔ２の位置調整をする際に、位置調整を終える前に導電性多孔質基材シート同士が貼り付いてしまったため、当該２つの導電性多孔質基材シートの幅方向端部Ｅ１１とＥ２１の位置がずれ、導電性多孔質基材シート搬送時に基材が蛇行し、破断に至った。

【0073】

【表1】

【0074】

【表2】

【符号の説明】

【0075】

１ 第１の導電性多孔質基材シート
２ 第２の導電性多孔質基材シート
３ 熱硬化性樹脂系接着剤
Ｔ１ 第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域
Ｔ２ 第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部領域
Ｅ１１ 第１の導電性多孔質基材シートの幅方向端部
Ｅ１２ 第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部
Ｅ２１ 第２の導電性多孔質基材シートの幅方向端部
Ｅ２２ 第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部
ｈ１ 第１の導電性多孔質基材シートの長手方向端部と熱硬化性樹脂系接着剤との距離（クリアランス）
ｈ２ 第２の導電性多孔質基材シートの長手方向端部と熱硬化性樹脂系接着剤との距離（クリアランス）
ｈ３、ｈ４ ２つの導電性多孔質基材シートの幅方向端部と熱硬化性樹脂系接着剤との距離（クリアランス）
Ｗ 熱硬化性樹脂系接着剤の導電性多孔質基材シート幅方向における長さ
Ｓ 第１の導電性多孔質基材シートと第２の導電性多孔質基材シートが重なる部分の長手方向長さ
Ｌ 熱硬化性樹脂系接着剤の導電性多孔質基材シート長手方向における長さ

【図1】