专利名称：一种制备燃料电池膜电极密封边框的对位方法
技术领域：
本发明涉及一种聚合物离子交换膜燃料电池膜电极制备技术，具体为膜电极制备过程中密封边框活性区域的对位方法。
背景技术：
聚合物离子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高功率密度，高能量转换效率，低温启动，环境友好等优点，最有希望成为零污染排放电动汽车的动力源，使其在全球能源危机和环境日益恶化的今天，成为国际高新技术竞争的热点之一。膜电极(MEA)是聚合物离子交换膜燃料电池最为关键的组件，而其中的聚合物离子交换膜起到传导质子、阻隔电子在电池内部直接构成回路以及阻断氢气和氧气/空气直接接触(即密封)的作用。但由于聚合物离子交换膜厚度非常薄，在电池组装过程中易造成机械损伤。在使用过程中，聚合物离子交换膜又容易受湿度影响而发生尺寸的改变，会进一步加剧机械损伤，从而在使用一段时间后出现破损，无法真正达到密封的效果。于是针对这种情况出现了很多的密封方法，由于采用的密封方法多种多样，使得膜电极的制备过程也各不相同。[CN200480030791. 7]介绍了一种带密封材料的核心组件及膜电极。它采用热塑性聚合物、弹性密封体以及热固性聚合物为密封材料。聚合物离子交换膜的边缘有密封材料保护，气体扩散层均采用密封材料使阴极和阳极反应物隔绝。[US6159628]介绍的燃料电池包括多孔基底，他们周边充满热塑性材料。[CN200380105886. 6]和[US6057054]介绍了一种膜电极，聚合物离子交换膜与气体扩散层是通过热塑性塑料粘结的。[US6165634]公开了一种燃料电池组的密封方法，所述燃料电池组件的周边区域通过密封材料浸渍或粘附在一起，所述密封材料覆盖了所述电池组件的外边缘。[US6159628]和[US2001/0001052]公开了一种具有边缘密封基材的MEA，所述边缘密封基材是通过将热塑性聚合物挤入所述基材的周边形成的。所述边缘密封基材是通过将热塑性聚合物材料粘附到聚合物离子交换膜上。上述各方法有的是预先设置了密封材料的内外区域界线，有的是确定了活性区域然后设置密封材料，因此对密封材料的对位精度没有严格要求。但以上各制备膜电极边框的方法工艺复杂，工序繁多，不利于燃料电池膜电极的高效率批量化制备。[CN200810197098. 9]介绍了一种制备带密封边框膜电极的方法，该方法的特点是在延伸出气体扩散层的聚合物离子交换膜的两面分别覆合一层密封边框，这种结构大大增强了膜电极的可加工性和工艺稳定性。[CN201010125455. 8]提出了一种边框叠层结构以及相应独特的加工制备方法， 使得覆合密封边框的过程中聚合物离子交换膜机械强度更好，尺寸稳定性和加工可行性更好。上述两个专利有效的改进了膜电极密封的结构和制备工艺，降低了加工难度，适合于大批量连续化制备燃料电池膜电极，但其提及的密封结构对于密封边框对位精度具有较高的要求。而密封边框活性区域对位偏差过大会带来一系列不良后果，主要有以下几个方面(1)影响膜电极的加工。气体扩散层需要在密封边框的位置基础上覆合，密封边框对位精度不高，使气体扩散层的覆合位置受到影响，如果位置对应精度太低，会造成加工时聚合物离子交换膜的损伤甚至破损；(2)降低燃料电池堆的功率密度和可靠性。为了提高对较差精度膜电极的适应性， 并使得各部件对准，电堆的各部件尺寸需要相应的做得更大一些，降低了电堆的功率密度； 同时装配尺寸的偏差会带来诸如流道堵塞、聚合物离子交换膜破损、进出口串气、气体泄露等很多问题，容易导致氢气和氧气混合，在催化剂存在的条件下甚至有爆炸的危险，大大降低了燃料电池堆的可靠性；(3)降低燃料电池的耐久性。精度太差造成膜电极各部件不正确的位置关系，使得膜电极经过较短时间的运行就出现聚合物离子交换膜的破损，从而导致燃料电池的失效， 减小了燃料电池的寿命；(4)造成资源的浪费。膜电极密封边框对位精度不高，影响了膜电极各部件的匹配关系，使得部分催化剂未处在正确的位置，从而无法发挥其应有的功能，造成昂贵的贵金属催化剂的浪费，同时也造成了价格同样昂贵的聚合物离子交换膜的浪费；( 造成燃料电池输出功率的减少。膜电极阴阳极密封边框的错位，会导致错位区域的催化剂无法发挥其应有的电催化功能而减少输出功率，根据计算，膜电极密封边框的对位精度每降低1%，输出功率就会相应地减少4%。专利[CN200810197098. 9]及[CN201010125455. 8]提出了膜电极密封边框对位覆合的可行性工艺，但均未阐述如何有效提高和保证膜电极密封边框覆合的对位精度。而密封边框活性区域的检测对准在燃料电池密封边框实际的制备过程中具有许多难以克服的困难。本发明公开的一种制备膜电极密封边框的对位方法，在于避免密封边框制备过程中阴极密封边框与阳极密封边框活性区域过大的对位偏差，需要研究一种新的方法提高和保证密封边框活性区域的对准精度，具有较强的针对性、简洁性和可操作性。该方法能使得制备燃料电池膜电极密封边框时，阴阳极密封边框的活性区域能精确地对准并覆合到聚合物离子交换膜的两侧，为膜电极边框的连续化生产提供良好的对位精度保证。进而提高燃料电池的功率密度、可靠性和耐久性，减少资源的浪费，具有较好的经济和环保效果。
发明内容
本发明旨在提供一种制备燃料电池膜电极密封边框的对位方法。使用这种对位方法制备的膜电极密封边框具有较高的对位精度，膜电极活性面积可精确控制，能有效提高膜电极加工制造的合格率和原材料利用率。该方法适合于膜电极密封边框批量化生产过程中的对位精度控制。本发明所述的带密封边框的燃料电池膜电极，其结构包括a)聚合物离子交换膜，它有一个阴极面，一个阳极面，以及外边缘；b)阴极催化剂层，它与所述的聚合物离子交换膜的至少一部分阴极面相接触；c)阳极催化剂层，它与所述的聚合物离子交换膜的至少一部分阳极面相接触；d)阴极密封边框，它具有阴极边框膜和阴极第一粘附层，其阴极第一粘附层与所述的聚合物离子交换膜的至少一部分阴极面相接触，阴极边框膜和阴极第一粘附层外边缘与聚合物离子交换膜的外边缘共面，或阴极密封边框完全覆盖聚合物离子交换膜外边缘；e)阳极密封边框，它具有阳极边框膜和阳极第一粘附层，其阳极第一粘附层与所述的聚合物离子交换膜的至少一部分阳极面相接触，阳极边框膜和阳极第一粘附层外边缘与聚合物离子交换膜的外边缘共面，或阳极密封边框完全覆盖聚合物离子交换膜外边缘；f)阴极气体扩散层，它与所述的阴极催化剂层至少一部分相接触；g)阳极气体扩散层，它与所述的阳极催化剂层至少一部分相接触。本发明在制备燃料电池膜电极密封边框时使用一种对位方法，使得聚合物离子交换膜两侧的阴极密封边框活性区域和阳极密封边框活性区域在目标精度范围内对准并覆合到聚合物离子交换膜的两侧。实现本发明的技术方案阴极密封边框和阳极密封边框，制备完成后分别具有阴极密封边框膜、阴极第一粘附层及阳极密封边框膜、阳极第一粘附层，可以由一种如图1所示的边框叠层材料制备而来。这种边框叠层材料，由支撑膜1、第二粘附层2、边框膜3、第一粘附层4和保护膜5依次相叠构成。其中，所述的支撑膜，它居于边框叠层最外侧起支撑叠层结构的作用，同时也具有保护边框膜的作用。支撑膜的厚度为0. 010 1. 000mm，优选厚度为0. 020 0. 500mm，更优选厚度为0. 050 0. 300mm ；所述的第二粘附层，它附着于支撑膜，起到粘附支撑膜和边框膜的作用。第二粘附层的厚度为0. 001 0. 100mm,优选厚度为0. 002 0. 050mm,更优选厚度为0. 005 0. 030mm。所述的边框膜，它与第二粘附层相接触，是在制备膜电极时，构成阴极密封边框和阳极密封边框的关键材料，具有阻隔反应气、阻隔电流、增加聚合物离子交换膜机械强度及保护聚合物离子交换膜等作用。边框膜的厚度为0. 005 0. 400mm，优选厚度为0. 010 0. 300mm,更优选厚度为0. 015 0. 200mm ；所述的第一粘附层，它附着于边框膜，在制备膜电极时，是构成阴极密封边框和阳极密封边框的重要材料，起到粘附聚合物离子交换膜和边框膜的作用。第一粘附层的厚度为0. 001 0. 100mm,优选厚度为0. 002 0. 050mm,更优选厚度为0. 005 0. 030mm ；所述的保护膜，它居于另一面最外侧，起保护第一粘附层及边框膜的作用。保护膜厚度为0. 005 0. 500mm，优选厚度为0. 010 0. 100mm，更优选厚度为0. 010 0. 050mm。所述的第一粘附层和第二粘附层由具有粘结作用的物质构成，优选压敏型胶粘齐 、热熔型胶粘剂，包括橡胶类压敏胶、聚乙烯基醚树脂类压敏胶、聚异丁烯压敏胶、有机硅型压敏胶、聚丙烯酸酯型压敏胶、聚氨酯型压敏胶、紫外线光固化型压敏胶，电子射线固化型压敏胶、聚酯型热熔胶、聚氨酯型热熔胶、聚酰胺型热熔胶、聚烯烃型热熔胶、EAA(乙烯-丙烯酸共聚物)型热熔胶、EVA (乙烯-醋酸乙烯共聚物)型热熔胶、SBS (苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)型热熔胶、SIS (苯乙烯和异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)型热熔胶中的一种或几种。所述的支撑膜、边框膜和保护膜，由聚合物、纸或金属材料或它们的复合材料构成，优选聚合物，包括聚酰胺(PA)、耐热聚酰胺(HPN)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚亚胺(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)、双向拉伸聚丙烯(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)。更优选聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺 (PI)、聚醚酰亚胺(PEI)。本发明的一种制备燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于制备所述的膜电极密封边框时，在阴极密封边框施以阴极对位标记，在阳极密封边框施以阳极对位标记，根据阴极对位标记和阳极对位标记在垂直于边框平面方向上共同构成的图案，由人眼识别、或光学识别、或CCD识别，或其它能达到相同目的的方法，判断阴极密封边框与阳极密封边框的对位偏差，据此对阴极密封边框与阳极密封边框的相对位置进行调整，调整到目标精度值范围内，再进行阴极密封边框、聚合物离子交换膜和阳极密封边框依次对位覆合。边框叠层材料、密封边框、聚合物离子交换膜均具有一定的厚度，但在对位过程中人眼或者检测设备是沿着垂直于这些材料平面的方向检测，因此可以忽略材料厚度造成的影响，且均视为将各特征图形放在同一平面来确定其位置关系。本发明的对位方法中，作为密封边框对位的阴极对位标记各特征点与阴极密封边框活性区域各特征点的距离为确定值或恒定值，作为密封边框对位的阳极对位标记各特征点与阳极密封边框活性区域各特征点的距离为确定值或恒定值，阴极对位标记和阳极对位标记的位置配合可为阴极密封边框活性区域和阳极密封边框活性区域各特征点在垂直于密封边框平面方向上的对准精度提供准确有效的判断。如图2(a)中，阴极活性区域为A1B1C1D1,阴极对位标记为E1O1F1 ；图2 (b)中，阳极活性区域为AJ2C2D2，阳极对位标记为E2&F2。阴极对位标记各特征点EpOpF1，特别是点O1 与阴极活性区域各特征点A1B1C1D1的距离各自为确定值，且等于阳极对位标记各特征点E2、 02、F2，特别是点&与阳极活性区域各特征点AJ2C2D2的距离。阴极对位标记和阳极对位标记在垂直于边框平面方向上构成的图案中，若O1与A重合，E1O1F1与E2O2F2构成了完整的十字形图案，则可以判断阴极活性区域A1B1C1D1与阳极活性区域A2B2C2D2完全重合，阴极密封边框与阳极密封边框完全对准；若O1与A的距离在目标精度范围内，则可以判断阴极活性区域A1B1C1D1与阳极活性区域A2B2C2D2的对准精度在目标精度范围内；若O1与仏的距离在目标精度范围以外，则可以判断阴极活性区域A1B1C1D1与阳极活性区域A2B2C2D2的对准精度在目标精度范围以外，需进行相对位置的调整。本发明的对位方法中，作为边框对位的阴极对位标记和阳极对位标记具有能进行第一方向对位的特征标记和能进行第二方向对位的特征标记，同时阴极对位标记和阳极对位标记具有差异化、易于相互区别的特点，便于在覆合过程中通过标记的形状区分阴极对位标记和阳极对位标记，利于有针对性地进行阴极密封边框或阳极密封边框的位置调整。如图2(a)所示的阴极对位标记E1O1F1，其E1O1为长度方向对位特征标记，F1O1为幅宽方向对位特征标记，图2(b)所示的阳极对位标记^AF2，其4 为长度方向对位特征标记，F2A为幅宽方向对位特征标记。在对位过程中，E1O1与E2A的距离可以判断为阴极活性区域与阳极活性区域在幅宽方向的对位偏差，F1O1和F2A的距离可以判断为阴极活性区域与阳极活性区域在长度方向的对位偏差。阴极对位标记E1O1F1与阳极对位标记E2O2F2形状相似但具有明显的方向差异。在对位过程中，明确对位标记的形状和其对应关系，即可明确该如何进行密封边框的位置调整。如阴极对位标记与阳极对位标记的位置关系如图2(c)所示，则可明确应向长度方向的负方向和幅宽方向的正方向调整阴极密封边框的位置，或向长度方向的正方向和幅宽方向的负方向调整阳极密封边框的位置，或两个过程同时进行，直至E1O1与^ 的距离以及O1F1 与AF2的距离在目标精度范围内。如阴极对位标记与阳极对位标记的位置关系如图2 (d)所示，则可明确应向长度方向的正方向和幅宽方向的负方向调整阴极密封边框的位置，或向长度方向的负方向和幅宽方向的正方向调整阳极密封边框的位置，或两个过程同时进行， 直至^O1与E2A的距离以及O1F1与AF2的距离在目标精度范围内。膜电极密封边框的活性区域除了可以为比较常见的矩形外，还可以根据膜电极的制备需要冲切为其它四边形、多边形、圆形、椭圆形等形状。阴极密封边框的活性区域和阳极密封边框的活性区域可以为全等的图形。在阴/阳极非对称结构膜电极的制备中，也可以为相似但不全等的图形。在阴极与阳极非对称结构的膜电极中，阴极密封边框活性区域与阳极密封边框活性区域相似但不全等。这种情况下必然有一活性区域面积较大，另一活性区域面积较小。则阴极对位标记和阳极对位标记的位置关系为，在某个精度范围内对准叠加构成特征图案以后，面积较小的边框活性区域处于面积较大的边框活性区域范围内，且面积较小的活性区域各特征点与面积较大的活性区域各特征点的距离均在相应的精度范围内本发明的对位方法中，所述的阴极对位标记和阳极对位标记的尺寸、颜色、位置适于人眼识别或适于光学识别或适于CCD识别，且阴极对位标记和阳极对位标记为相互对应且具有互补特征的图案，在阴极密封边框、聚合物离子交换膜、阳极密封边框在一定精度范围内对准后阴极对位标记和阳极对位标记可叠加共同构成某种易于人眼识别或易于光学识别或易于CCD识别的鲜明图案。本发明的对位方法中，所述的阴极对位标记和阳极对位标记，在阴极密封边框、聚合物离子交换膜和阳极密封边框在一定精度范围内对准覆合后，阴极对位标记和阳极对位标记叠加共同构成某种易于人眼识别、或易于光学识别、或易于CCD识别的鲜明图案。如图3所示的几组对位标记，均由互相对应且形状上互补的两个部分组成。图3(a)所示的一组对位标记，完全对准叠加将构成如图4(a)所示的十字形图案；图3(b)及图3(c)所示的一组对位标记，完全对准叠加将构成如图4(b)所示的带交叉阴影(或颜色)的圆圈加十字形图案；图3(d)及3(e)所示的一组对位标记，完全对准叠加将构成如图4(c)所示的带交叉阴影(或颜色)的正方形加十字形图案；图3(f)所示的一组对位标记，完全对准叠加将构成如图4(d)所示的正方形加粗十字形图案。本发明的对位方法中，所述的阴极对位标记和阳极对位标记分别施加在阴极密封边框和阳极密封边框。膜电极密封边框的主要作用是密封阻隔阴阳极反应气体避免其相互接触，保护伸出活性区域以外的聚合物离子交换膜及加强其强度避免其遭到损坏，隔绝阴阳极的电流避免电池短路。因此阴极对位标记和阳极对位标记施加的位置，应以不影响膜电极密封边框的上述功能为原则。对位标记可以施加在支撑膜、或边框膜、或第一粘附层。施加的方法可以为模具冲压、模具冲裁、模切冲裁施加，或涂覆的方法施加，包括手工刷涂、丝网印刷、切口棒涂覆、绕线棒涂覆、带液体涂覆、狭缝给料刮涂、三辊涂覆、喷涂、或介质转印等方法施加，或曝光显影施加，或粘接施加。优选为冲切施加、喷涂施加。相应地，对位标记为易于识别的不同于周围材料的印记，可以为切痕、凹凸痕迹、刮痕区域，或颜料、涂料造成的颜色与周围反差的区域，或曝光显影造成的图案，或粘接的金属片、塑料片等其它外加材料。具体施加位置可以为边框膜或第一粘附层上的某些区域，这些区域在后续加工时会被裁切掉；施加位置也可以为边框膜或第一粘附层上在后续加工时不会被裁切掉的区域，但施加的标记不影响密封边框的功能，如在边框膜上印刷不影响燃料电池膜电极厚度均勻性、不脱落、不毒害催化剂、不影响燃料电池膜电极电性能的油墨、染色剂等。如果施加在如图1所示的边框叠层的支撑膜上，由于在后续的加工过程中对位覆合完成后支撑膜会被剥去(如专利[CN20101012M55. 8]所述)，不会影响密封边框的性能，因此阴极对位标记和阳极对位标记也可以分别施加在阴极边框叠层和阳极边框叠层的支撑膜上，完成了密封边框的对位覆合后再剥去支撑膜。优选施加在边框叠层的支撑膜上。本发明的对位方法中，所述的阴极对位标记和阳极对位标记，在进行边框活性区域裁切的同时施加，或在进行边框活性区域裁切之前预先施加，或者在进行边框活性区域裁切之后施加，优选在进行边框活性区域裁切的同时施加。同时施加的好处在于对位标记与活性区域的位置关系更易于控制，施加的位置精度更高。预先施加和之后施加的方式，需要解决对位标记与活性区域的定位的问题。预先施加对位标记以后，需要精确识别对位标记的位置后冲切活性区域；之后施加对位标记，又需要精确识别活性区域的位置以后施加对位标记，都会带来二次误差以及系统过于复杂可靠性不高等问题。本发明的对位方法适合于以下两种情况a)在燃料电池膜电极边框覆合前，通过确定阴极对位标记与阳极对位标记在垂直于密封边框平面上所构成图案的情况，实时调整阴极密封边框和阳极密封边框的位置，至满足边框覆合精度要求后，进行阴极密封边框、聚合物离子交换膜、阳极密封边框的覆合；b)在燃料电池膜电极密封边框周期性连续覆合时，通过确定邻近的已经覆合的膜电极密封边框的阴极对位标记和阳极对位标记所构成的图案的精度情况，判断这些膜电极阴/阳极密封边框活性区域的对位偏差及其变化趋势，然后用以指导后续将要覆合的膜电极阴极密封边框和阳极密封边框的相对位置调整，并进行覆合。如此循环进行，直至周期性连续覆合的膜电极密封边框对位精度始终处于允许的对位精度范围内。在周期性连续覆合时密封边框时，最初的数片膜电极密封边框的对准可以按照如 a)所述的方法进行，但随着“累积误差”的出现，如果继续保持原状态，对位精度就会超出允许范围，因此在连续覆合时需要实时调整未覆合但即将覆合的阴极边框和阳极边框的位置，由于边框周期性连续覆合时的走料“累积误差”等一系列问题，调整的依据只能是相邻的已经覆合的密封边框的精度及其偏差的发展趋势。按此方法调整，“累积误差”的影响可被有效减小甚至消除，各密封边框的对位精度可始终在允许的范围内波动。
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附图1是边框叠层结构示意图附图2 (a)是带阴极对位标记的阴极密封边框示意图附图2 (b)是带阳极对位标记的阳极密封边框示意图附图2 (C)和附图2 (d)是密封边框对位过程中常见的两种对位情况附图3是常用的6种阴极对位标记和阳极对位标记示意图附图4是各种对位标记对准叠加后构成的图案示意图附图5是阴极密封边框、聚合物离子交换膜、阳极密封边框对位覆合示意图附图6是阴极密封边框、聚合物离子交换膜、阳极密封边框周期性连续对位覆合示意图
具体实施例方式下面结合实施例阐明本发明的内容。对于本领域的技术人员来说，不难看出本发明具有许多改进和替代形式，只要它们不背离本发明的范围和原理，应当理解，本发明不受下列示例性实施方式的限制。实施例1 本实施例中对位目标精度为阴阳极活性区域对位偏差不大于0. 20mm。1)将幅宽为170mm的边框叠层，按如图2 (a)所示的位置裁切阴极密封边框活性区域A1B1C1D1，A1B1C1D1为矩形，A1D1平行于边框叠层的长度方向。A1B1 = C1D1 = 120mm, A1D1 =B1C1 = 200mm。2)在进行阴极密封边框活性区域冲切的同时按如图2(a)所示的位置在阴极边框叠层的支撑膜上向边框膜方向冲切施加阴极对位标记E1O1F1,其中，E1O1丄F1O1, E1O1ZVA1D1， E1O1 = F1O1 = 4mm, O1 到 A1D1 的距离为 20. 00mm、O1 到 A1B1 的距离为 60. 00mm。E1O1、F1O1 的冲切深度不超过支撑膜的厚度，E1OpF1O1的施加分辨率及清晰度以CCD成像检测装置能准确识别为标准。3)将幅宽为170mm的边框叠层，按如图2 (b)所示的位置裁切阳极密封边框活性区域 AJ2C2D2，A2B2C2D2 ^ A1B1C1D1，A2D2 平行于边框叠层的长度方向。= C2D2 = 120mm, A2D2 = B2C2 = 200mm。4)在进行阳极密封边框活性区域冲切的同时按如图2(b)所示的位置在阳极边框叠层的支撑膜上向边框膜方向冲切施加阳极对位标记E2RF2,其中，E2A丄F2O2，E2O2ZVA2D2， E2O2 = F2O2 = 4mm, O2 到 A2D2 的距离为 20. 00mm、O2 到 A2B2 的距离为 60. OOmm0 E202、F2O2 的冲切深度不超过支撑膜的厚度，E2O2, F2O2的施加分辨率及清晰度以CCD成像检测装置能准确识别为标准。5)将带有阴极对位标记的阴极密封边框、聚合物离子交换膜、带有阳极对位标记的阳极密封边框按如图5所示的位置关系依次摆放，使三者各自保持一定的张力绷平，且使三者所在的平面保持平行。将CCD成像检测系统的探头按图示的方式置于垂直于阳极密封边框、聚合物离子交换膜、阴极密封边框三者平面的方向。6) CCD系统检测阴阳极对位标记E1O1F1和E2AF2的位置关系。
若F1O1与F2A的距离大于0. 2mm，则沿着长度方向的负方向调整阴极密封边框的位置，或沿着长度方向的正方向调整阳极密封边框的位置，或两个过程同时进行，直至F1O1 与F2A的距离不大于0. 20mm ；若E1O1与E2A的距离大于0. 2mm，则沿着幅宽方向的正方向调整阴极密封边框的位置，或沿着幅宽方向的负方向调整阳极密封边框的位置，或两个过程同时进行，直至E1O1 与E2A的距离不大于0. 20mm ；7)阴极密封边框、阳极密封边框的对位精度检测和调整完成以后，将阴极密封边框、聚合物离子交换膜、阳极密封边框进行覆合，并进行剥膜排废处理，得到带密封边框的聚合物离子交换膜，经破坏性测试，结果表明阴阳极活性区域的各特征点对位偏差均不大于 0. 20mm。实施例2 本实施例中对位目标精度为阴阳极活性区域对位偏差不大于0. 20mm。1)如图6所示，将幅宽为170mm的边框叠层M，冲切阴极密封边框活性区域 、、、 C1... gl、h” i1 a” b” C1... gl、h” I1 均为 200mmX 120mm 的矩形，其中长度方向为 200mm，幅宽方向为120mm。各矩形活性区域距边框叠层材料幅宽方向正方向的边缘为20mm，各矩形活性区域距边框叠层材料幅宽方向负方向的边缘为30mm，且各矩形活性区域之间的间距相等。在冲切活性区域的同时，在边框叠层的支撑膜边缘同时冲切阴极对位标记，各阴极对位标记位置固定，间距相等；2)如图6所示，将幅宽为170mm的边框叠层N，冲切阳极密封边框活性区域 、b2、 C2-g2, h2、I2, a2、b2、C2-g2, h2、i2 均为 200mmX 120mm 的矩形，其中长度方向为 200mm，幅宽方向为120mm。各矩形活性区域距边框叠层材料幅宽方向正方向的边缘为20mm，各矩形活性区域距边框叠层材料幅宽方向负方向的边缘为30mm，且各矩形活性区域之间的间距相等。在冲切活性区域的同时，在边框叠层的支撑膜边缘同时冲切阳极对位标记，各阳极对位标记位置固定，间距相等；3)将冲切活性区域后的阴极边框叠层M、冲切活性区域后的阳极边框叠层N通过 CCD成像检测系统II检测对位后，进行位置调整，然后通过覆合机构Q将阴极边框叠层M、 聚合物离子交换膜P、阳极边框叠层N进行覆合；4)通过CXD成像检测系统I检测已经覆合的各阴阳极对位标记的长度方向对位精度和幅宽方向对位精度，检测结果如下表所示
权利要求
1.一种制备燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于制备所述的膜电极密封边框时，在阴极密封边框施以阴极对位标记，在阳极密封边框施以阳极对位标记，根据阴极对位标记和阳极对位标记在垂直于边框平面方向上共同构成的图案，由人眼识别、或光学识别、或CCD识别，判断阴极密封边框与阳极密封边框的对位偏差，据此对阴极密封边框与阳极密封边框的相对位置进行调整，调整到目标精度值范围内，再进行阴极密封边框、聚合物离子交换膜和阳极密封边框依次对位覆合。
2.如权利要求1所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于制备膜电极密封边框的阴极密封边框和阳极密封边框使用一种边框叠层材料，该边框叠层材料由支撑膜(1)、第二粘附层O)、边框膜(3)、第一粘附层G)、保护膜( 依次相叠构成。
3.如权利要求1所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于阴极对位标记的各特征点与阴极密封边框活性区域各特征点的距离为确定值，阳极对位标记的各特征点与阳极密封边框活性区域各特征点的距离为确定值。
4.如权利要求1所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于阴极对位标记和阳极对位标记为具有能进行第一方向对位的特征标记和第二方向对位的特征标记。
5.如权利要求1所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于阴极对位标记和阳极对位标记之间具有差异化、易于相互区别的特点。
6.如权利要求1所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于阴极对位标记和阳极对位标记的尺寸、颜色、位置，适于人眼识别、或适于光学识别、或适于C⑶识别。
7.如权利要求1所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于阴极对位标记和阳极对位标记，为相互对应、且具有互补特征的图案。
8.如权利要求1所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于阴极对位标记和阳极对位标记，在阴极密封边框、聚合物离子交换膜和阳极密封边框在一定精度范围内对准覆合后，阴极对位标记和阳极对位标记叠加共同构成某种易于人眼识别、或易于光学识别、或易于CCD识别的鲜明图案。
9.如权利要求1所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于阴极对位标记和阳极对位标记的施加方式为冲切施加，或喷涂、印刷或转印方法施加，或曝光显影施力口，或粘接方法施加。
10.如权利要求1所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于阴极对位标记和阳极对位标记的施加方式为冲切施加，或喷涂施加。
11.如权利要求1所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于阴极对位标记和阳极对位标记，在进行边框活性区域裁切的同时施加，或在进行边框活性区域裁切之前预先施加，或者在进行边框活性区域裁切之后施加。
12.如权利要求1所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于阴极对位标记和阳极对位标记，在进行边框活性区域裁切的同时施加。
13.如权利要求2所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于阴极对位标记和阳极对位标记，分别施加于所述的阴极边框叠层材料的支撑膜和阳极边框叠层材料的支撑膜。
14.如权利要求2所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于对位标记的施加位置为边框膜上或第一粘附层上在后期加工时会裁切掉的区域。
15.如权利要求2所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于对位标记的施加位置为边框膜C3)上在后期加工时不会裁切掉，但不影响膜电极密封边框短期及长期密封、保护、绝缘功能的区域。
16.如权利要求1所述的燃料电池膜电极边框的对位方法，其特征在于该方法使用于以下情况，在燃料电池膜电极边框覆合前，通过确定阴极对位标记与阳极对位标记在垂直于密封边框平面上所构成图案的情况，实时调整阴极密封边框和阳极密封边框的位置，直至满足边框覆合精度要求后，进行阴极密封边框、聚合物离子交换膜和阳极密封边框的覆I=I O
17.如权利要求1所述的燃料电池膜电极密封边框的对位方法，其特征在于该方法使用于以下情况，在燃料电池膜电极密封边框周期性连续覆合时，通过确定邻近的已经覆合的膜电极密封边框的阴极对位标记和阳极对位标记所构成的图案，判断这些膜电极阴极和阳极密封边框活性区域的对位偏差及其变化趋势，然后据此对后续将要覆合的阴极密封边框和阳极密封边框的相对位置进行调整，并进行覆合，如此循环进行，直至周期性连续覆合的膜电极密封边框对位精度始终处于允许的对位精度范围内。
全文摘要
本发明涉及一种制备燃料电池膜电极密封边框的对位方法。在制备膜电极密封边框时，在阴极密封边框施以阴极对位标记，在阳极密封边框施以阳极对位标记，根据阴极对位标记和阳极对位标记在垂直于密封边框平面方向上构成的图案，由人眼识别、或光学识别、或CCD识别，判断阴极密封边框活性区域与阳极密封边框活性区域的对位偏差，据此对阴极密封边框与阳极密封边框的相对位置进行调整，从而进行阴极密封边框、聚合物离子交换膜和阳极密封边框在一定精度范围内的对位覆合，使得制备的膜电极密封边框活性区域可以具有较高的对位精度，膜电极活性面积可精确控制。本方法适合于膜电极密封边框批量化生产中的对位精度控制。
文档编号H01M8/02GK102569844SQ20121001635
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者宛朝辉, 廖鑫, 李笑晖, 潘牧, 胡阿勇, 艾勇诚, 陈磊 申请人:武汉理工新能源有限公司