CN101632978A - 双极板涂胶方法 - Google Patents

Abstract

本发明是对质子交换膜燃料电池双极板粘结涂胶方法的改进，其特征是采用丝网印刷机印刷涂胶，丝网印刷包括制作目数为60～120目丝网，在丝网上制备与涂胶区对应的漏胶图形；并使至少安放涂胶极板和/或水框承载台面，放置极板和/或水框区域外吸风口被遮盖。不仅具有涂胶效率高，可以较人工涂胶提高工效致少在10倍以上，可以适合工业化大批量生产；而且涂胶质量好，可以确保涂胶层厚度均匀一致，从而避免涂胶厚度偏差造成的粘结力不均现象，通过测试丝网印刷涂胶，10片叠合，误差小于0.1mm，重复性好，有利于确保电堆性能的均匀性。

Description

双极板涂胶方法

技术领域

本发明是对质子交换膜燃料电池双极板粘结涂胶方法的改进，尤其涉及一种涂胶快速、且均匀性好的涂胶方法。

背景技术

PEMFC单电池电压很低，约0.6～0.7V。为获得有用的电压，需要把多个单电池叠合串联起来，即类似压滤机滤框方式叠堆组装，用于分隔相邻两个单电池的隔板称双极板。双极板通常由含流场的阳极板、阴极板和冷却剂流场叠合密封构成。构成双极板的流场板必须机械和电连接在一起，较多采用粘结剂粘合，为提高粘结力，粘结两面均需涂胶，再将两片压合粘结。而构成双极板的单极板、水框等涂胶面积和形状按流场变化，呈不规则形，涂胶区域及形状变化较大，涂胶面积宽窄不一(附图阴影区)，呈无规律变化，异形涂胶难度极大，且涂胶要求又极高，必须尽可能保持涂胶厚度均匀，以避免组成极板运行时造成漏气，影响电堆性能，因此现有技术双极板涂胶唯一采用按图形手工涂胶。

手工涂胶，一是效率低，每片涂胶区均应涂履，有的双极板采用5层结构，手工逐片两面涂胶工效十分低下，通常一个熟练工每班只能涂胶、粘结双极板13片左右，不利于双极板批量化生产；二是涂胶均匀性差，难以保证胶层厚度的均匀性，例如手工涂胶10片双极板叠合，误差大于0.1mm，从而会造成粘结力的不均匀。且电堆运行有一定压力，这样粘结力薄弱部位容易漏气，影响气密性，造成双极板失效。

此外，涂胶后还需待胶基本干燥(挥发溶剂)后才能压接，现有技术采用自然干燥，时间较长约5min，导致整个双极板粘结工序时间长，不利于工业化批量生产。

虽然丝网漏印刷为一种较常用转印方法，并素有“万能印刷”之称，但只能用于粘度较小的油墨类丝网印刷，其网孔一般在180目左右。而双极板粘结胶粘剂，其粘度远大于油墨粘度，粘度要大于油墨若干倍，并且考虑到快速粘结需要，采用了极易挥发的溶剂，因此在涂胶中还会出现粘度进一步增大。胶粘剂大的粘度，在丝网漏印中极易出现拉丝，粘板(胶在网上附着力增加，网印时难以顺利与网板分离)等现象。其次，丝网印刷机固定被印物体采用吸风负压方式，吸风机对多孔承载基板吸风，将被印刷物体固定在基板台面上，然而吸风引起空气流动，更是导致胶粘剂过快干燥，造成粘结剂粘度在印刷时迅速增加，拉丝、粘板现象更为严重，根本就不能直接应用丝网涂胶。由于上述原因，虽然人们知晓丝网印刷工艺，但均未能成功应用于双极板涂敷粘结剂，行业中都认为不能应用，所以长期以来，面对手工涂胶的缺陷，人们均未能成功应用丝网印刷予以替代，用于双极板涂敷胶粘剂。

发明内容

本发明目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种涂胶生产效率高，特别是厚度均匀性控制好的双极板涂胶方法。

本发明目的实现，主要是通过对丝网印刷装置进行改进，使之适应双极板涂胶，从而达到既提高生产效率，确保涂胶厚度均匀一致，又有效解决了拉丝和粘板技术难题，开创了丝网印刷用于双极板涂胶工艺先河。装置改进，包括丝网改进(目数选择60～120目丝网)和固定被印物体承载台面改进(将原整面有吸风孔承载基板，改为仅在网印板下面有吸风口，其余部位没有)，从而实现本发明目的。具体说，本发明双极板涂胶方法，其特征在于采用丝网印刷机印刷涂胶，丝网印刷包括制作目数为60～120目丝网，在丝网上制备与涂胶区对应的漏胶图形；并使至少安放涂胶极板和/或水框承载台面，放置极板和/或水框区域外吸风口被遮盖。

本发明所说

在丝网上制备与涂胶区对应的漏胶图形，一种最简单方法是用固化胶或胶带对不涂胶区域进行封闭，其涂胶厚度由封闭厚度层决定。当然，本领域普通技术人员在理解本发明构思及技术方案内容后，也将意识到可采用其他封闭方法，例如其他遮盖，此非实质性改进均应包括在本发明中。

印刷网板，可以为丝网，也可以为金属网，试验比较其中尤以丝网效果为佳，具有更好的涂胶均匀性。

实践表明，上胶厚度，不仅可以通过封网厚度确定，而且还可以由丝网网孔大小确定，根据胶粘剂粘度不同，试验确定最佳封网厚度及丝网孔眼，使两者得到工艺协调，既确保涂胶厚薄均匀一致，又方便涂胶。

选择丝网目数为60～120目，是对现有双极板胶粘剂试验确定，既考虑到能方便涂胶，又考虑到涂胶厚度的均匀性。试验发现如果丝网的网孔过小，则会造成上胶量不够，影响粘结牢度，出现漏气；网孔过大，丝网刷胶过程中易产生气泡，会影响胶层厚度均匀性。

承载基板吸风孔，一种较好为孔眼区域按涂胶区设计，其他区域呈无孔区，这更可防止在印刷涂胶过程中，吸风导致胶粘剂干燥过快，产生拉丝，粘板现象。为使丝网印刷机承载基台具有通用性，能够适应各种不同大小和涂胶图形，一种更好为单独制作一个与承载基台吻合的封闭辅助台面，在台面上留有安放极板或水框的窗口，更好使该窗口大小可调，即安放涂胶极板或水框固定台面，有二块叠合组成，底面仍为丝网印刷机全孔基板，上面为开有窗口、特别是窗口区域可调、其他部位无孔的台面，这样可以使丝网印刷机承载基台具有通用性，可以适应各种极板或水框丝网涂胶，省略涂胶极板不同，需对承载基台进行单独改造成本支出。辅助台面，较好采用非完全刚性材料，例如但不限于硅胶板、橡胶板、塑料板等，有利于提高密封性。

其次，为进一步缩短粘结时间，一种更好为将涂胶后的阴、阳极板及冷却剂流场，放入烘箱或烘道中强制干燥，使粘结剂中溶剂得到快速挥发，从而缩短涂胶干燥时间。烘烤温度，较好为20～60℃，温度过低溶剂挥发时间长，提高效率不够明显；温度过高则易引发粘结剂的聚合反应，降低粘结强度。

本发明双极板涂胶方法，相对于现有技术，采用改进丝网印刷机，用丝网印刷方法涂胶，不仅具有涂胶效率高，可以较人工涂胶提高工效致少在10倍以上，可以适合工业化大批量生产；而且涂胶质量好，可以确保涂胶层厚度均匀一致，从而避免涂胶厚度偏差造成的粘结力不均现象，通过测试手工涂胶10片双极板叠合，误差大于0.1mm，例如为0.19mm，而丝网印刷涂胶，10片叠合，误差小于0.1mm，重复性好，有利于确保电堆性能的均匀性。并且涂胶厚度，可以根据需要灵活改变，以适应不同涂胶介质及不同粘结剂。对丝网印刷机的改进，克服了拉丝，粘板而不能用于涂胶的缺陷。加温快速烘胶，更是提高了双极板组合效率。辅助台面、窗口活动可调结构，解决了丝网印刷机承载基台的通用性。

以下结合二个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和/或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。

附图说明

附图为极板或水框涂胶区示意图。

具体实施方式

实施例1：制作目数为120目丝网，按涂胶图形，用封网胶将非涂胶区域封闭，封闭层厚度0.05mm，使涂胶区成为漏胶区，用与印刷机基台同样大小的硅胶板，放在丝网印刷机承载基台上(封闭极板以外孔眼)，中心区域开有与极板相同大小窗口，放置涂胶极板或水框。采用丝网印刷方法，在丝网板上布胶，通过刮刀使胶水涂布于极板涂胶区域，每次涂胶仅需0.5min，甚至更少。涂胶完毕，移出送入9转/分循环烘道，在50℃干燥30s，单片时间≤1min，挥发溶剂后压合粘结。10片叠合，总厚度偏差最大0.09mm。

实施例2：如实施例1，其中硅胶板窗口大小为活动可调。

对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合，例如根据组成双极板材料不同，涂胶厚度变化，封网采用胶水涂布，承载基台直接采用只在涂胶区域开孔的单层基台，根据胶水丝网目数的改变，以及采用金属丝网，等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现与上述实施例基本相同功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。

Claims (9)

1、双极板涂胶方法，其特征在于采用丝网印刷机印刷涂胶，丝网印刷包括制作目数为60～120目丝网，在丝网上制备与涂胶区对应的漏胶图形；并使至少安放涂胶极板和/或水框承载台面，放置极板和/或水框区域外吸风口被遮盖。

2、根据权利要求1所述双极板涂胶方法，其特征在于承载基台有上下二个，下基台为丝网印刷机原基台，上履板为开有放置涂胶极板或水框窗口的封闭辅助台面。

3、根据权利要求2所述双极板涂胶方法，其特征在于封闭辅助台面窗口大小可调。

4、根据权利要求2或3所述双极板涂胶方法，其特征在于封闭辅助台面为非完全刚性材料。

5、根据权利要求1所述双极板涂胶方法，其特征在于涂胶印刷网为丝网。

6、根据权利要求1、2、3或5所述双极板涂胶方法，其特征在于涂胶印刷网非涂胶区封闭为固化胶或胶带。

7、根据权利要求6所述双极板涂胶方法，其特征在于涂胶后放入烘箱或烘道中强制干燥。

8、根据权利要求7所述双极板涂胶方法，其特征在于强制干燥温度为20～60℃。

9、根据权利要求7或8所述双极板涂胶方法，其特征在于强制干燥为循环烘道。

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