[发明专利]柔性电路板及其制造方法和使用柔性电路板的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性电路板，更具体地涉及一种用作燃料电池的集电板（current collecting plate）的柔性电路板及其制造方法，以及一种使用柔性电路板的燃料电池。

背景技术

近年来，重量轻且高容量的锂离子电池主要用作以蜂窝电话、个人计算机等为代表的电子设备的电源。

然而，随着具有更高性能的电子设备的发展，功耗的增加正引起以下问题：(1) 无法保证充足的电力，(2) 即使保证了必要的电力，持续工作时间也会缩短，以及(3) 要求长的充电时间。

在这些情况下，作为代替锂离子电池的电源，燃料电池正备受关注。特别地，认为使用甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)是有前景的。DMFC具有由燃料电极、空气电极、以及用于向燃料电极提供甲醇水溶液同时向空气电极提供空气的电解质膜构成的膜电极组件(MEA)。提供给燃料电极的甲醇通过催化剂分解并且产生氢离子。氢离子穿过电解质膜并且在空气电极处与存在于空气中的氧发生反应。DMFC通过一系列这些反应来生成电力。

由于与锂离子电池相比DMFC能够提供高密度能量，所以它们可以应付电子设备的增加的功耗。此外，为DMFC制备储备燃料能够实现电子设备的持续使用而不需要像在锂离子电池中一样的长时间充电。另外，由于DMFC不需要诸如产氢的转化器之类的设备，所以减小DMFC的尺寸和重量是可能的，认为这是DMFC胜过其它燃料电池的优点中的一个。

一个构成DMFC的构件为集电板。为了实现更小和更轻的燃料电池，将柔性电路板用作集电板(参见例如专利文献1)。在柔性电路板中，构成集电器的导体层形成在由聚酰亚胺等制成的柔性基底材料的一面上。集电器具有用于向MEA提供甲醇或空气而设置的开口。

为了维持诸如燃料电池的输出电压之类的特性，要求集电器具有抵抗甲醇以及在分解甲醇的过程中产生的、诸如蚁酸之类的中间产物的抗腐蚀性。因此，专利文献2公开了一种柔性电路板，其中作为集电器的导体层由含碳层覆盖。该含碳层由在诸如聚酰亚胺之类的树脂材料中包含诸如碳黑之类的碳的树脂合成物制成。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利特开No. 2004-200064

专利文献2：日本专利特开No. 2010-050378。

发明内容

技术问题

然而，由于含碳层的电阻比由诸如铜之类的金属制成的导体层更高，所以遗憾地，覆盖有含碳层的集电器具有更高的导电电阻值。还存在这样的可能性，即用作粘合剂的树脂材料在高温工作条件下可能分解。

另外，即使当导体层由诸如含碳层之类的涂层覆盖，特别是在串联连接多个电池以输出高压的情况下，构成导体层的金属也可能由于经由柔性基底材料与涂层之间的界面的腐蚀而洗脱。将参考图6(1)和6(2) 解释此问题。

图6(1)示出了其上设置有燃料电池的集电器的常规柔性电路板100的横截面视图。在柔性电路板100中，构成集电器的导体层102形成在由聚酰亚胺等制成的柔性基底材料101的一面上。导体层102由铜等制成。形成了涂层(诸如上述的含碳层)103以覆盖该导体层102。柔性电路板100具有形成用于提供甲醇的开口104和形成用于提供空气的开口105。

如图6(1)中所示，涂层103覆盖导体层102，使得导体层102不暴露于外部。然而，在涂层103与柔性基底材料101之间的界面S中，涂层103和柔性基底材料101仅彼此接触而未彼此粘附。因此，当将柔性电路板100用作燃料电池的集电板时，甲醇和作为其中间产物的酸沿着并穿过界面S进入柔性电路板100的内部。从而，发生了导体层102的腐蚀和洗脱。因此，如图6(2)中所示，导体层102的侧面形成缺口，这使涂层103的侧面部分进入浮置状态。尽管迄今为止还未澄清腐蚀过程的机制，但是据估计该腐蚀归因于在界面S附近产生的局部电位差导致的电流腐蚀(电解腐蚀)。

因此，尤其在高压条件下，发生了从界面S开始的局部腐蚀。因此，提供涂层103不能够防止导体层102的腐蚀和洗脱。

应当注意的是，涂层103可以由电镀到导体层102上的电镀金属构成，以代替含碳层，电镀金属(例如，金)具有比构成导体层102的铜的电离倾向更小的电离倾向。然而，如在专利文献2中的情形，在电镀层与柔性基底材料之间的界面处的粘附力是不牢固的，这就不可能避免发生来自界面的腐蚀。