[發明專利]鈦材、分隔件、電池單元和燃料電池

在審

• 申請號: 201980014165.5
• 申請日: 2019-02-20
• 公開（公告）號: CN111742434A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 上仲秀哉;能勢幸一;西山佳孝;今村淳子;佐藤悠;高島佑彌
• 申請（專利權）人: 日本制鐵株式會社
• 主分類號: H01M8/0206
• 分類號: H01M8/0206;H01M8/0213;H01M8/0215;H01M8/0228;C23C26/00
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

一種鈦材，其具備由純鈦或鈦合金形成的基材和覆蓋前述基材表面的碳層。前述碳層含有難石墨化性碳，并且在使用了波長532nm的氬激光的拉曼光譜分析中，R值(I₁₃₅₀/I₁₅₉₀)為2.0以上且3.5以下。其中，I₁₃₅₀為在拉曼光譜中、波數為1.35×10⁵m^?1附近的峰強度，I₁₅₉₀為在拉曼光譜中、波數為1.59×10⁵m^?1附近的峰強度。在該鈦材中，可以通過碳層實現低的接觸電阻。另外，該鈦材即使暴露于高電位也不易進行表面氧化，可以維持低的接觸電阻。

技術領域

本發明涉及鈦材、使用了該鈦材的燃料電池的分隔件、使用了該分隔件的電池單元、以及使用了該電池單元的燃料電池。

背景技術

作為導電性優異的金屬材料的用途，有電池的集電體、電池殼體等。燃料電池用途中，這種金屬材料被用作金屬制集電分隔件材料。在有可能產生腐蝕的環境中，作為耐蝕性優異的金屬材料，使用不銹鋼或鈦。不銹鋼具有耐蝕性是由于，在其表面生成以Cr₂O₃作為主體的氧化覆膜，保護了基材。同樣地鈦具有耐蝕性是由于，在其表面生成以TiO₂作為主體的氧化覆膜，保護了基材。

盡管這些氧化覆膜對于改善耐蝕性而言是有用的，但它們缺乏導電性、且阻礙了構成基材的金屬的原本導電性的利用。因此開發了兼顧耐蝕性和導電性的鈦材。

通過在鈦材的表面設置含有貴金屬的層，可以兼顧鈦材的耐蝕性和導電性(例如專利文獻1)。但是，貴金屬昂貴，由于使用貴金屬而鈦材的成本升高。因此如以下那樣嘗試使用碳來替代貴金屬，而兼顧耐蝕性和導電性。專利文獻2～6中公開了在表層設置有碳系導電材料的鈦材。

對于專利文獻2的鈦材而言，在基材之上依次形成碳化鈦和碳覆膜。碳覆膜通過等離子體CVD法形成。對于專利文獻3的鈦材而言，在基材之上依次形成中間層和碳層。中間層含有碳化鈦和0.1～40atm％的O(氧)。碳層含有石墨(graphite)。對于專利文獻4的鈦材而言，在基材之上依次形成中間層和碳系導電層。中間層含有碳化鈦。對于碳系導電層，在利用拉曼光譜分析得到的拉曼光譜中，D帶與G帶的峰強度比(D/G比)為0.10以上且1.0以下。

對于專利文獻5的鈦材而言，在基材之上依次形成中間層和碳層，中間層含有碳化鈦。碳層含有石墨。對于專利文獻6的鈦材而言，在基材之上依次形成中間層和碳系導電層。中間層含有碳化鈦。碳系導電層具有包含接近基材一側的碳層和遠離基材一側的導電性樹脂層的2層結構。

另外，專利文獻7中公開了具備基材和形成于基材表層的氧化覆膜的鈦材。氧化覆膜含有碳氮化物等導電性化合物。導電性化合物被氧化物保護。專利文獻8中公開了表面具有由金剛石狀碳形成的層的鈦材。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2010-045052號公報

專利文獻2：日本專利第4825894號公報

專利文獻3：日本專利第6122589號公報

專利文獻4：日本專利第5564068號公報

專利文獻5：日本專利第4886884號公報

專利文獻6：國際公開第2015/068559號

專利文獻7：國際公開第2014/021298號

專利文獻8：日本特開2005-93172號公報

非專利文獻