專利名稱：一種制備燃料電池膜電極密封邊框的對位方法
技術領域：
本發明涉及一種聚合物離子交換膜燃料電池膜電極制備技術，具體為膜電極制備過程中密封邊框活性區域的對位方法。
背景技術：
聚合物離子交換膜燃料電池(PEMFC)具有高功率密度，高能量轉換效率，低溫啟動，環境友好等優點，最有希望成為零污染排放電動汽車的動力源，使其在全球能源危機和環境日益惡化的今天，成為國際高新技術競爭的熱點之一。膜電極(MEA)是聚合物離子交換膜燃料電池最為關鍵的組件，而其中的聚合物離子交換膜起到傳導質子、阻隔電子在電池內部直接構成回路以及阻斷氫氣和氧氣/空氣直接接觸(即密封)的作用。但由于聚合物離子交換膜厚度非常薄，在電池組裝過程中易造成機械損傷。在使用過程中，聚合物離子交換膜又容易受濕度影響而發生尺寸的改變，會進一步加劇機械損傷，從而在使用一段時間后出現破損，無法真正達到密封的效果。于是針對這種情況出現了很多的密封方法，由于采用的密封方法多種多樣，使得膜電極的制備過程也各不相同。[CN200480030791. 7]介紹了一種帶密封材料的核心組件及膜電極。它采用熱塑性聚合物、彈性密封體以及熱固性聚合物為密封材料。聚合物離子交換膜的邊緣有密封材料保護，氣體擴散層均采用密封材料使陰極和陽極反應物隔絕。[US6159628]介紹的燃料電池包括多孔基底，他們周邊充滿熱塑性材料。[CN200380105886. 6]和[US6057054]介紹了一種膜電極，聚合物離子交換膜與氣體擴散層是通過熱塑性塑料粘結的。[US6165634]公開了一種燃料電池組的密封方法，所述燃料電池組件的周邊區域通過密封材料浸漬或粘附在一起，所述密封材料覆蓋了所述電池組件的外邊緣。[US6159628]和[US2001/0001052]公開了一種具有邊緣密封基材的MEA，所述邊緣密封基材是通過將熱塑性聚合物擠入所述基材的周邊形成的。所述邊緣密封基材是通過將熱塑性聚合物材料粘附到聚合物離子交換膜上。上述各方法有的是預先設置了密封材料的內外區域界線，有的是確定了活性區域然后設置密封材料，因此對密封材料的對位精度沒有嚴格要求。但以上各制備膜電極邊框的方法工藝復雜，工序繁多，不利于燃料電池膜電極的高效率批量化制備。[CN200810197098. 9]介紹了一種制備帶密封邊框膜電極的方法，該方法的特點是在延伸出氣體擴散層的聚合物離子交換膜的兩面分別覆合一層密封邊框，這種結構大大增強了膜電極的可加工性和工藝穩定性。[CN201010125455. 8]提出了一種邊框疊層結構以及相應獨特的加工制備方法， 使得覆合密封邊框的過程中聚合物離子交換膜機械強度更好，尺寸穩定性和加工可行性更好。上述兩個專利有效的改進了膜電極密封的結構和制備工藝，降低了加工難度，適合于大批量連續化制備燃料電池膜電極，但其提及的密封結構對于密封邊框對位精度具有較高的要求。而密封邊框活性區域對位偏差過大會帶來一系列不良后果，主要有以下幾個方面(1)影響膜電極的加工。氣體擴散層需要在密封邊框的位置基礎上覆合，密封邊框對位精度不高，使氣體擴散層的覆合位置受到影響，如果位置對應精度太低，會造成加工時聚合物離子交換膜的損傷甚至破損；(2)降低燃料電池堆的功率密度和可靠性。為了提高對較差精度膜電極的適應性， 并使得各部件對準，電堆的各部件尺寸需要相應的做得更大一些，降低了電堆的功率密度； 同時裝配尺寸的偏差會帶來諸如流道堵塞、聚合物離子交換膜破損、進出口串氣、氣體泄露等很多問題，容易導致氫氣和氧氣混合，在催化劑存在的條件下甚至有爆炸的危險，大大降低了燃料電池堆的可靠性；(3)降低燃料電池的耐久性。精度太差造成膜電極各部件不正確的位置關系，使得膜電極經過較短時間的運行就出現聚合物離子交換膜的破損，從而導致燃料電池的失效， 減小了燃料電池的壽命；(4)造成資源的浪費。膜電極密封邊框對位精度不高，影響了膜電極各部件的匹配關系，使得部分催化劑未處在正確的位置，從而無法發揮其應有的功能，造成昂貴的貴金屬催化劑的浪費，同時也造成了價格同樣昂貴的聚合物離子交換膜的浪費；( 造成燃料電池輸出功率的減少。膜電極陰陽極密封邊框的錯位，會導致錯位區域的催化劑無法發揮其應有的電催化功能而減少輸出功率，根據計算，膜電極密封邊框的對位精度每降低1%，輸出功率就會相應地減少4%。專利[CN200810197098. 9]及[CN201010125455. 8]提出了膜電極密封邊框對位覆合的可行性工藝，但均未闡述如何有效提高和保證膜電極密封邊框覆合的對位精度。而密封邊框活性區域的檢測對準在燃料電池密封邊框實際的制備過程中具有許多難以克服的困難。本發明公開的一種制備膜電極密封邊框的對位方法，在于避免密封邊框制備過程中陰極密封邊框與陽極密封邊框活性區域過大的對位偏差，需要研究一種新的方法提高和保證密封邊框活性區域的對準精度，具有較強的針對性、簡潔性和可操作性。該方法能使得制備燃料電池膜電極密封邊框時，陰陽極密封邊框的活性區域能精確地對準并覆合到聚合物離子交換膜的兩側，為膜電極邊框的連續化生產提供良好的對位精度保證。進而提高燃料電池的功率密度、可靠性和耐久性，減少資源的浪費，具有較好的經濟和環保效果。
發明內容
本發明旨在提供一種制備燃料電池膜電極密封邊框的對位方法。使用這種對位方法制備的膜電極密封邊框具有較高的對位精度，膜電極活性面積可精確控制，能有效提高膜電極加工制造的合格率和原材料利用率。該方法適合于膜電極密封邊框批量化生產過程中的對位精度控制。本發明所述的帶密封邊框的燃料電池膜電極，其結構包括a)聚合物離子交換膜，它有一個陰極面，一個陽極面，以及外邊緣；b)陰極催化劑層，它與所述的聚合物離子交換膜的至少一部分陰極面相接觸；c)陽極催化劑層，它與所述的聚合物離子交換膜的至少一部分陽極面相接觸；d)陰極密封邊框，它具有陰極邊框膜和陰極第一粘附層，其陰極第一粘附層與所述的聚合物離子交換膜的至少一部分陰極面相接觸，陰極邊框膜和陰極第一粘附層外邊緣與聚合物離子交換膜的外邊緣共面，或陰極密封邊框完全覆蓋聚合物離子交換膜外邊緣；e)陽極密封邊框，它具有陽極邊框膜和陽極第一粘附層，其陽極第一粘附層與所述的聚合物離子交換膜的至少一部分陽極面相接觸，陽極邊框膜和陽極第一粘附層外邊緣與聚合物離子交換膜的外邊緣共面，或陽極密封邊框完全覆蓋聚合物離子交換膜外邊緣；f)陰極氣體擴散層，它與所述的陰極催化劑層至少一部分相接觸；g)陽極氣體擴散層，它與所述的陽極催化劑層至少一部分相接觸。本發明在制備燃料電池膜電極密封邊框時使用一種對位方法，使得聚合物離子交換膜兩側的陰極密封邊框活性區域和陽極密封邊框活性區域在目標精度范圍內對準并覆合到聚合物離子交換膜的兩側。實現本發明的技術方案陰極密封邊框和陽極密封邊框，制備完成后分別具有陰極密封邊框膜、陰極第一粘附層及陽極密封邊框膜、陽極第一粘附層，可以由一種如圖1所示的邊框疊層材料制備而來。這種邊框疊層材料，由支撐膜1、第二粘附層2、邊框膜3、第一粘附層4和保護膜5依次相疊構成。其中，所述的支撐膜，它居于邊框疊層最外側起支撐疊層結構的作用，同時也具有保護邊框膜的作用。支撐膜的厚度為0. 010 1. 000mm，優選厚度為0. 020 0. 500mm，更優選厚度為0. 050 0. 300mm ；所述的第二粘附層，它附著于支撐膜，起到粘附支撐膜和邊框膜的作用。第二粘附層的厚度為0. 001 0. 100mm,優選厚度為0. 002 0. 050mm,更優選厚度為0. 005 0. 030mm。所述的邊框膜，它與第二粘附層相接觸，是在制備膜電極時，構成陰極密封邊框和陽極密封邊框的關鍵材料，具有阻隔反應氣、阻隔電流、增加聚合物離子交換膜機械強度及保護聚合物離子交換膜等作用。邊框膜的厚度為0. 005 0. 400mm，優選厚度為0. 010 0. 300mm,更優選厚度為0. 015 0. 200mm ；所述的第一粘附層，它附著于邊框膜，在制備膜電極時，是構成陰極密封邊框和陽極密封邊框的重要材料，起到粘附聚合物離子交換膜和邊框膜的作用。第一粘附層的厚度為0. 001 0. 100mm,優選厚度為0. 002 0. 050mm,更優選厚度為0. 005 0. 030mm ；所述的保護膜，它居于另一面最外側，起保護第一粘附層及邊框膜的作用。保護膜厚度為0. 005 0. 500mm，優選厚度為0. 010 0. 100mm，更優選厚度為0. 010 0. 050mm。所述的第一粘附層和第二粘附層由具有粘結作用的物質構成，優選壓敏型膠粘齊 、熱熔型膠粘劑，包括橡膠類壓敏膠、聚乙烯基醚樹脂類壓敏膠、聚異丁烯壓敏膠、有機硅型壓敏膠、聚丙烯酸酯型壓敏膠、聚氨酯型壓敏膠、紫外線光固化型壓敏膠，電子射線固化型壓敏膠、聚酯型熱熔膠、聚氨酯型熱熔膠、聚酰胺型熱熔膠、聚烯烴型熱熔膠、EAA(乙烯-丙烯酸共聚物)型熱熔膠、EVA (乙烯-醋酸乙烯共聚物)型熱熔膠、SBS (苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)型熱熔膠、SIS (苯乙烯和異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)型熱熔膠中的一種或幾種。所述的支撐膜、邊框膜和保護膜，由聚合物、紙或金屬材料或它們的復合材料構成，優選聚合物，包括聚酰胺(PA)、耐熱聚酰胺(HPN)、聚酰亞胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚亞胺(PEI)、聚醚砜(PEQ、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPQ、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚丙烯(PP)、雙向拉伸聚丙烯(BOPP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯乙烯醇共聚物(EVOF)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)。更優選聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亞胺 (PI)、聚醚酰亞胺(PEI)。本發明的一種制備燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于制備所述的膜電極密封邊框時，在陰極密封邊框施以陰極對位標記，在陽極密封邊框施以陽極對位標記，根據陰極對位標記和陽極對位標記在垂直于邊框平面方向上共同構成的圖案，由人眼識別、或光學識別、或CCD識別，或其它能達到相同目的的方法，判斷陰極密封邊框與陽極密封邊框的對位偏差，據此對陰極密封邊框與陽極密封邊框的相對位置進行調整，調整到目標精度值范圍內，再進行陰極密封邊框、聚合物離子交換膜和陽極密封邊框依次對位覆合。邊框疊層材料、密封邊框、聚合物離子交換膜均具有一定的厚度，但在對位過程中人眼或者檢測設備是沿著垂直于這些材料平面的方向檢測，因此可以忽略材料厚度造成的影響，且均視為將各特征圖形放在同一平面來確定其位置關系。本發明的對位方法中，作為密封邊框對位的陰極對位標記各特征點與陰極密封邊框活性區域各特征點的距離為確定值或恒定值，作為密封邊框對位的陽極對位標記各特征點與陽極密封邊框活性區域各特征點的距離為確定值或恒定值，陰極對位標記和陽極對位標記的位置配合可為陰極密封邊框活性區域和陽極密封邊框活性區域各特征點在垂直于密封邊框平面方向上的對準精度提供準確有效的判斷。如圖2(a)中，陰極活性區域為A1B1C1D1,陰極對位標記為E1O1F1 ；圖2 (b)中，陽極活性區域為AJ2C2D2，陽極對位標記為E2&F2。陰極對位標記各特征點EpOpF1，特別是點O1 與陰極活性區域各特征點A1B1C1D1的距離各自為確定值，且等于陽極對位標記各特征點E2、 02、F2，特別是點&與陽極活性區域各特征點AJ2C2D2的距離。陰極對位標記和陽極對位標記在垂直于邊框平面方向上構成的圖案中，若O1與A重合，E1O1F1與E2O2F2構成了完整的十字形圖案，則可以判斷陰極活性區域A1B1C1D1與陽極活性區域A2B2C2D2完全重合，陰極密封邊框與陽極密封邊框完全對準；若O1與A的距離在目標精度范圍內，則可以判斷陰極活性區域A1B1C1D1與陽極活性區域A2B2C2D2的對準精度在目標精度范圍內；若O1與仏的距離在目標精度范圍以外，則可以判斷陰極活性區域A1B1C1D1與陽極活性區域A2B2C2D2的對準精度在目標精度范圍以外，需進行相對位置的調整。本發明的對位方法中，作為邊框對位的陰極對位標記和陽極對位標記具有能進行第一方向對位的特征標記和能進行第二方向對位的特征標記，同時陰極對位標記和陽極對位標記具有差異化、易于相互區別的特點，便于在覆合過程中通過標記的形狀區分陰極對位標記和陽極對位標記，利于有針對性地進行陰極密封邊框或陽極密封邊框的位置調整。如圖2(a)所示的陰極對位標記E1O1F1，其E1O1為長度方向對位特征標記，F1O1為幅寬方向對位特征標記，圖2(b)所示的陽極對位標記^AF2，其4 為長度方向對位特征標記，F2A為幅寬方向對位特征標記。在對位過程中，E1O1與E2A的距離可以判斷為陰極活性區域與陽極活性區域在幅寬方向的對位偏差，F1O1和F2A的距離可以判斷為陰極活性區域與陽極活性區域在長度方向的對位偏差。陰極對位標記E1O1F1與陽極對位標記E2O2F2形狀相似但具有明顯的方向差異。在對位過程中，明確對位標記的形狀和其對應關系，即可明確該如何進行密封邊框的位置調整。如陰極對位標記與陽極對位標記的位置關系如圖2(c)所示，則可明確應向長度方向的負方向和幅寬方向的正方向調整陰極密封邊框的位置，或向長度方向的正方向和幅寬方向的負方向調整陽極密封邊框的位置，或兩個過程同時進行，直至E1O1與^ 的距離以及O1F1 與AF2的距離在目標精度范圍內。如陰極對位標記與陽極對位標記的位置關系如圖2 (d)所示，則可明確應向長度方向的正方向和幅寬方向的負方向調整陰極密封邊框的位置，或向長度方向的負方向和幅寬方向的正方向調整陽極密封邊框的位置，或兩個過程同時進行， 直至^O1與E2A的距離以及O1F1與AF2的距離在目標精度范圍內。膜電極密封邊框的活性區域除了可以為比較常見的矩形外，還可以根據膜電極的制備需要沖切為其它四邊形、多邊形、圓形、橢圓形等形狀。陰極密封邊框的活性區域和陽極密封邊框的活性區域可以為全等的圖形。在陰/陽極非對稱結構膜電極的制備中，也可以為相似但不全等的圖形。在陰極與陽極非對稱結構的膜電極中，陰極密封邊框活性區域與陽極密封邊框活性區域相似但不全等。這種情況下必然有一活性區域面積較大，另一活性區域面積較小。則陰極對位標記和陽極對位標記的位置關系為，在某個精度范圍內對準疊加構成特征圖案以后，面積較小的邊框活性區域處于面積較大的邊框活性區域范圍內，且面積較小的活性區域各特征點與面積較大的活性區域各特征點的距離均在相應的精度范圍內本發明的對位方法中，所述的陰極對位標記和陽極對位標記的尺寸、顏色、位置適于人眼識別或適于光學識別或適于CCD識別，且陰極對位標記和陽極對位標記為相互對應且具有互補特征的圖案，在陰極密封邊框、聚合物離子交換膜、陽極密封邊框在一定精度范圍內對準后陰極對位標記和陽極對位標記可疊加共同構成某種易于人眼識別或易于光學識別或易于CCD識別的鮮明圖案。本發明的對位方法中，所述的陰極對位標記和陽極對位標記，在陰極密封邊框、聚合物離子交換膜和陽極密封邊框在一定精度范圍內對準覆合后，陰極對位標記和陽極對位標記疊加共同構成某種易于人眼識別、或易于光學識別、或易于CCD識別的鮮明圖案。如圖3所示的幾組對位標記，均由互相對應且形狀上互補的兩個部分組成。圖3(a)所示的一組對位標記，完全對準疊加將構成如圖4(a)所示的十字形圖案；圖3(b)及圖3(c)所示的一組對位標記，完全對準疊加將構成如圖4(b)所示的帶交叉陰影(或顏色)的圓圈加十字形圖案；圖3(d)及3(e)所示的一組對位標記，完全對準疊加將構成如圖4(c)所示的帶交叉陰影(或顏色)的正方形加十字形圖案；圖3(f)所示的一組對位標記，完全對準疊加將構成如圖4(d)所示的正方形加粗十字形圖案。本發明的對位方法中，所述的陰極對位標記和陽極對位標記分別施加在陰極密封邊框和陽極密封邊框。膜電極密封邊框的主要作用是密封阻隔陰陽極反應氣體避免其相互接觸，保護伸出活性區域以外的聚合物離子交換膜及加強其強度避免其遭到損壞，隔絕陰陽極的電流避免電池短路。因此陰極對位標記和陽極對位標記施加的位置，應以不影響膜電極密封邊框的上述功能為原則。對位標記可以施加在支撐膜、或邊框膜、或第一粘附層。施加的方法可以為模具沖壓、模具沖裁、模切沖裁施加，或涂覆的方法施加，包括手工刷涂、絲網印刷、切口棒涂覆、繞線棒涂覆、帶液體涂覆、狹縫給料刮涂、三輥涂覆、噴涂、或介質轉印等方法施加，或曝光顯影施加，或粘接施加。優選為沖切施加、噴涂施加。相應地，對位標記為易于識別的不同于周圍材料的印記，可以為切痕、凹凸痕跡、刮痕區域，或顏料、涂料造成的顏色與周圍反差的區域，或曝光顯影造成的圖案，或粘接的金屬片、塑料片等其它外加材料。具體施加位置可以為邊框膜或第一粘附層上的某些區域，這些區域在后續加工時會被裁切掉；施加位置也可以為邊框膜或第一粘附層上在后續加工時不會被裁切掉的區域，但施加的標記不影響密封邊框的功能，如在邊框膜上印刷不影響燃料電池膜電極厚度均勻性、不脫落、不毒害催化劑、不影響燃料電池膜電極電性能的油墨、染色劑等。如果施加在如圖1所示的邊框疊層的支撐膜上，由于在后續的加工過程中對位覆合完成后支撐膜會被剝去(如專利[CN20101012M55. 8]所述)，不會影響密封邊框的性能，因此陰極對位標記和陽極對位標記也可以分別施加在陰極邊框疊層和陽極邊框疊層的支撐膜上，完成了密封邊框的對位覆合后再剝去支撐膜。優選施加在邊框疊層的支撐膜上。本發明的對位方法中，所述的陰極對位標記和陽極對位標記，在進行邊框活性區域裁切的同時施加，或在進行邊框活性區域裁切之前預先施加，或者在進行邊框活性區域裁切之后施加，優選在進行邊框活性區域裁切的同時施加。同時施加的好處在于對位標記與活性區域的位置關系更易于控制，施加的位置精度更高。預先施加和之后施加的方式，需要解決對位標記與活性區域的定位的問題。預先施加對位標記以后，需要精確識別對位標記的位置后沖切活性區域；之后施加對位標記，又需要精確識別活性區域的位置以后施加對位標記，都會帶來二次誤差以及系統過于復雜可靠性不高等問題。本發明的對位方法適合于以下兩種情況a)在燃料電池膜電極邊框覆合前，通過確定陰極對位標記與陽極對位標記在垂直于密封邊框平面上所構成圖案的情況，實時調整陰極密封邊框和陽極密封邊框的位置，至滿足邊框覆合精度要求后，進行陰極密封邊框、聚合物離子交換膜、陽極密封邊框的覆合；b)在燃料電池膜電極密封邊框周期性連續覆合時，通過確定鄰近的已經覆合的膜電極密封邊框的陰極對位標記和陽極對位標記所構成的圖案的精度情況，判斷這些膜電極陰/陽極密封邊框活性區域的對位偏差及其變化趨勢，然后用以指導后續將要覆合的膜電極陰極密封邊框和陽極密封邊框的相對位置調整，并進行覆合。如此循環進行，直至周期性連續覆合的膜電極密封邊框對位精度始終處于允許的對位精度范圍內。在周期性連續覆合時密封邊框時，最初的數片膜電極密封邊框的對準可以按照如 a)所述的方法進行，但隨著“累積誤差”的出現，如果繼續保持原狀態，對位精度就會超出允許范圍，因此在連續覆合時需要實時調整未覆合但即將覆合的陰極邊框和陽極邊框的位置，由于邊框周期性連續覆合時的走料“累積誤差”等一系列問題，調整的依據只能是相鄰的已經覆合的密封邊框的精度及其偏差的發展趨勢。按此方法調整，“累積誤差”的影響可被有效減小甚至消除，各密封邊框的對位精度可始終在允許的范圍內波動。
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附圖1是邊框疊層結構示意圖附圖2 (a)是帶陰極對位標記的陰極密封邊框示意圖附圖2 (b)是帶陽極對位標記的陽極密封邊框示意圖附圖2 (C)和附圖2 (d)是密封邊框對位過程中常見的兩種對位情況附圖3是常用的6種陰極對位標記和陽極對位標記示意圖附圖4是各種對位標記對準疊加后構成的圖案示意圖附圖5是陰極密封邊框、聚合物離子交換膜、陽極密封邊框對位覆合示意圖附圖6是陰極密封邊框、聚合物離子交換膜、陽極密封邊框周期性連續對位覆合示意圖
具體實施例方式下面結合實施例闡明本發明的內容。對于本領域的技術人員來說，不難看出本發明具有許多改進和替代形式，只要它們不背離本發明的范圍和原理，應當理解，本發明不受下列示例性實施方式的限制。實施例1 本實施例中對位目標精度為陰陽極活性區域對位偏差不大于0. 20mm。1)將幅寬為170mm的邊框疊層，按如圖2 (a)所示的位置裁切陰極密封邊框活性區域A1B1C1D1，A1B1C1D1為矩形，A1D1平行于邊框疊層的長度方向。A1B1 = C1D1 = 120mm, A1D1 =B1C1 = 200mm。2)在進行陰極密封邊框活性區域沖切的同時按如圖2(a)所示的位置在陰極邊框疊層的支撐膜上向邊框膜方向沖切施加陰極對位標記E1O1F1,其中，E1O1丄F1O1, E1O1ZVA1D1， E1O1 = F1O1 = 4mm, O1 到 A1D1 的距離為 20. 00mm、O1 到 A1B1 的距離為 60. 00mm。E1O1、F1O1 的沖切深度不超過支撐膜的厚度，E1OpF1O1的施加分辨率及清晰度以CCD成像檢測裝置能準確識別為標準。3)將幅寬為170mm的邊框疊層，按如圖2 (b)所示的位置裁切陽極密封邊框活性區域 AJ2C2D2，A2B2C2D2 ^ A1B1C1D1，A2D2 平行于邊框疊層的長度方向。= C2D2 = 120mm, A2D2 = B2C2 = 200mm。4)在進行陽極密封邊框活性區域沖切的同時按如圖2(b)所示的位置在陽極邊框疊層的支撐膜上向邊框膜方向沖切施加陽極對位標記E2RF2,其中，E2A丄F2O2，E2O2ZVA2D2， E2O2 = F2O2 = 4mm, O2 到 A2D2 的距離為 20. 00mm、O2 到 A2B2 的距離為 60. OOmm0 E202、F2O2 的沖切深度不超過支撐膜的厚度，E2O2, F2O2的施加分辨率及清晰度以CCD成像檢測裝置能準確識別為標準。5)將帶有陰極對位標記的陰極密封邊框、聚合物離子交換膜、帶有陽極對位標記的陽極密封邊框按如圖5所示的位置關系依次擺放，使三者各自保持一定的張力繃平，且使三者所在的平面保持平行。將CCD成像檢測系統的探頭按圖示的方式置于垂直于陽極密封邊框、聚合物離子交換膜、陰極密封邊框三者平面的方向。6) CCD系統檢測陰陽極對位標記E1O1F1和E2AF2的位置關系。
若F1O1與F2A的距離大于0. 2mm，則沿著長度方向的負方向調整陰極密封邊框的位置，或沿著長度方向的正方向調整陽極密封邊框的位置，或兩個過程同時進行，直至F1O1 與F2A的距離不大于0. 20mm ；若E1O1與E2A的距離大于0. 2mm，則沿著幅寬方向的正方向調整陰極密封邊框的位置，或沿著幅寬方向的負方向調整陽極密封邊框的位置，或兩個過程同時進行，直至E1O1 與E2A的距離不大于0. 20mm ；7)陰極密封邊框、陽極密封邊框的對位精度檢測和調整完成以后，將陰極密封邊框、聚合物離子交換膜、陽極密封邊框進行覆合，并進行剝膜排廢處理，得到帶密封邊框的聚合物離子交換膜，經破壞性測試，結果表明陰陽極活性區域的各特征點對位偏差均不大于 0. 20mm。實施例2 本實施例中對位目標精度為陰陽極活性區域對位偏差不大于0. 20mm。1)如圖6所示，將幅寬為170mm的邊框疊層M，沖切陰極密封邊框活性區域 、、、 C1... gl、h” i1 a” b” C1... gl、h” I1 均為 200mmX 120mm 的矩形，其中長度方向為 200mm，幅寬方向為120mm。各矩形活性區域距邊框疊層材料幅寬方向正方向的邊緣為20mm，各矩形活性區域距邊框疊層材料幅寬方向負方向的邊緣為30mm，且各矩形活性區域之間的間距相等。在沖切活性區域的同時，在邊框疊層的支撐膜邊緣同時沖切陰極對位標記，各陰極對位標記位置固定，間距相等；2)如圖6所示，將幅寬為170mm的邊框疊層N，沖切陽極密封邊框活性區域 、b2、 C2-g2, h2、I2, a2、b2、C2-g2, h2、i2 均為 200mmX 120mm 的矩形，其中長度方向為 200mm，幅寬方向為120mm。各矩形活性區域距邊框疊層材料幅寬方向正方向的邊緣為20mm，各矩形活性區域距邊框疊層材料幅寬方向負方向的邊緣為30mm，且各矩形活性區域之間的間距相等。在沖切活性區域的同時，在邊框疊層的支撐膜邊緣同時沖切陽極對位標記，各陽極對位標記位置固定，間距相等；3)將沖切活性區域后的陰極邊框疊層M、沖切活性區域后的陽極邊框疊層N通過 CCD成像檢測系統II檢測對位后，進行位置調整，然后通過覆合機構Q將陰極邊框疊層M、 聚合物離子交換膜P、陽極邊框疊層N進行覆合；4)通過CXD成像檢測系統I檢測已經覆合的各陰陽極對位標記的長度方向對位精度和幅寬方向對位精度，檢測結果如下表所示
權利要求
1.一種制備燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于制備所述的膜電極密封邊框時，在陰極密封邊框施以陰極對位標記，在陽極密封邊框施以陽極對位標記，根據陰極對位標記和陽極對位標記在垂直于邊框平面方向上共同構成的圖案，由人眼識別、或光學識別、或CCD識別，判斷陰極密封邊框與陽極密封邊框的對位偏差，據此對陰極密封邊框與陽極密封邊框的相對位置進行調整，調整到目標精度值范圍內，再進行陰極密封邊框、聚合物離子交換膜和陽極密封邊框依次對位覆合。
2.如權利要求1所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于制備膜電極密封邊框的陰極密封邊框和陽極密封邊框使用一種邊框疊層材料，該邊框疊層材料由支撐膜(1)、第二粘附層O)、邊框膜(3)、第一粘附層G)、保護膜( 依次相疊構成。
3.如權利要求1所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于陰極對位標記的各特征點與陰極密封邊框活性區域各特征點的距離為確定值，陽極對位標記的各特征點與陽極密封邊框活性區域各特征點的距離為確定值。
4.如權利要求1所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于陰極對位標記和陽極對位標記為具有能進行第一方向對位的特征標記和第二方向對位的特征標記。
5.如權利要求1所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于陰極對位標記和陽極對位標記之間具有差異化、易于相互區別的特點。
6.如權利要求1所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于陰極對位標記和陽極對位標記的尺寸、顏色、位置，適于人眼識別、或適于光學識別、或適于C⑶識別。
7.如權利要求1所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于陰極對位標記和陽極對位標記，為相互對應、且具有互補特征的圖案。
8.如權利要求1所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于陰極對位標記和陽極對位標記，在陰極密封邊框、聚合物離子交換膜和陽極密封邊框在一定精度范圍內對準覆合后，陰極對位標記和陽極對位標記疊加共同構成某種易于人眼識別、或易于光學識別、或易于CCD識別的鮮明圖案。
9.如權利要求1所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于陰極對位標記和陽極對位標記的施加方式為沖切施加，或噴涂、印刷或轉印方法施加，或曝光顯影施力口，或粘接方法施加。
10.如權利要求1所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于陰極對位標記和陽極對位標記的施加方式為沖切施加，或噴涂施加。
11.如權利要求1所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于陰極對位標記和陽極對位標記，在進行邊框活性區域裁切的同時施加，或在進行邊框活性區域裁切之前預先施加，或者在進行邊框活性區域裁切之后施加。
12.如權利要求1所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于陰極對位標記和陽極對位標記，在進行邊框活性區域裁切的同時施加。
13.如權利要求2所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于陰極對位標記和陽極對位標記，分別施加于所述的陰極邊框疊層材料的支撐膜和陽極邊框疊層材料的支撐膜。
14.如權利要求2所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于對位標記的施加位置為邊框膜上或第一粘附層上在后期加工時會裁切掉的區域。
15.如權利要求2所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于對位標記的施加位置為邊框膜C3)上在后期加工時不會裁切掉，但不影響膜電極密封邊框短期及長期密封、保護、絕緣功能的區域。
16.如權利要求1所述的燃料電池膜電極邊框的對位方法，其特征在于該方法使用于以下情況，在燃料電池膜電極邊框覆合前，通過確定陰極對位標記與陽極對位標記在垂直于密封邊框平面上所構成圖案的情況，實時調整陰極密封邊框和陽極密封邊框的位置，直至滿足邊框覆合精度要求后，進行陰極密封邊框、聚合物離子交換膜和陽極密封邊框的覆I=I O
17.如權利要求1所述的燃料電池膜電極密封邊框的對位方法，其特征在于該方法使用于以下情況，在燃料電池膜電極密封邊框周期性連續覆合時，通過確定鄰近的已經覆合的膜電極密封邊框的陰極對位標記和陽極對位標記所構成的圖案，判斷這些膜電極陰極和陽極密封邊框活性區域的對位偏差及其變化趨勢，然后據此對后續將要覆合的陰極密封邊框和陽極密封邊框的相對位置進行調整，并進行覆合，如此循環進行，直至周期性連續覆合的膜電極密封邊框對位精度始終處于允許的對位精度范圍內。
全文摘要
本發明涉及一種制備燃料電池膜電極密封邊框的對位方法。在制備膜電極密封邊框時，在陰極密封邊框施以陰極對位標記，在陽極密封邊框施以陽極對位標記，根據陰極對位標記和陽極對位標記在垂直于密封邊框平面方向上構成的圖案，由人眼識別、或光學識別、或CCD識別，判斷陰極密封邊框活性區域與陽極密封邊框活性區域的對位偏差，據此對陰極密封邊框與陽極密封邊框的相對位置進行調整，從而進行陰極密封邊框、聚合物離子交換膜和陽極密封邊框在一定精度范圍內的對位覆合，使得制備的膜電極密封邊框活性區域可以具有較高的對位精度，膜電極活性面積可精確控制。本方法適合于膜電極密封邊框批量化生產中的對位精度控制。
文檔編號H01M8/02GK102569844SQ20121001635
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月17日 優先權日2012年1月17日
發明者宛朝輝, 廖鑫, 李笑暉, 潘牧, 胡阿勇, 艾勇誠, 陳磊 申請人:武漢理工新能源有限公司