CN110311151B - 带密封的催化剂涂覆膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带密封的催化剂涂覆膜、燃料电池及制备方法，该方法包括：提供第一密封件、第二密封件、催化剂涂覆膜，第一密封件包括第一空心区域和第一实心区域，第一实心区域包括第一重叠区域和第二重叠区域，第二密封件包括第二空心区域和第二实心区域，第二实心区域包括第三重叠区域和第四重叠区域，催化剂涂覆膜包括有效区域和第五重叠区域；通过第一密封件和第二密封件对催化剂涂覆膜进行密封，有效区域位于第一空心区域和第二空心区域之间，第五重叠区域位于第一重叠区域与第三重叠区域之间，且重叠密封；第二重叠区域与第四重叠区域重叠密封。通过这种方式，本发明能够为膜电极的连续化生产工艺提供技术支持，且成本低。

Description

带密封的催化剂涂覆膜的制备方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种带密封的催化剂涂覆膜的制备方法。

背景技术

燃料电池是一种电化学电池，其主要原理是将燃料和氧化剂中的化学能经氧化还原反应直接转化为电能。质子交换膜燃料电池（PEMFC，Proton Exchange Membrane FuelCell）作为燃料电池领域的重要分枝，除了拥有燃料电池一般性特点如能量转换效率高、环境友好之外，还具有室温下启动速度快、体积小、无电解液损失、容易排水、寿命长、比功率和比能量高等突出优点。因此，质子交换膜燃料电池具有非常广阔的应用前景。

膜电极（MEA，Membrane Electrode Assembly）是质子交换膜燃料电池的核心部件，膜电极一般由五部分组成：中间的质子交换膜、两侧的阴/阳极催化层和最外侧的阴/阳极气体扩散层。现有的膜电极装配制造工艺主要是叠片、注塑、卷对卷封装等方法。叠片是将燃料电池各部件通过设备定位的方式依次层叠放置，后通过热压的方式让各部件结合成一体，相比人工定位放置，该方法能够提高定位精度。注塑是将密封边框和密封圈一体成型，能够方便后续电堆的组装。卷对卷封装是采用卷对卷的方法在质子交换膜的两端覆盖密封边框，能够提高生产速度和产品封装质量。

但是，本申请的发明人在长期的研发过程中发现，叠片工艺速度较慢；注塑工艺所要求的硅橡胶材料成本高、容易降解，易污染燃料电池，影响其性能，注塑模具精度要求高；卷对卷封装工艺将整个质子交换膜封装进膜电极，质子交换膜材料浪费严重，极大提高生产成本。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种带密封的催化剂涂覆膜的制备方法，能够为膜电极的连续化生产工艺提供技术支持，且成本低。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种带密封的催化剂涂覆膜，其特征在于，包括：第一密封件，包括第一空心区域和位于所述第一空心区域周围的第一实心区域，所述第一实心区域包括相邻的第一重叠区域和第二重叠区域；第二密封件，包括第二空心区域和位于所述第二空心区域周围的第二实心区域，所述第二实心区域包括相邻的第三重叠区域和第四重叠区域；催化剂涂覆膜；设置在所述第一密封件和所述第二密封件之间，其包括有效区域和位于所述有效区域周围的第五重叠区域；其中，所述催化剂涂覆膜的所述有效区域位于所述第一密封件的所述第一空心区域和所述第二密封件的所述第二空心区域之间，所述催化剂涂覆膜的所述第五重叠区域位于所述第一密封件的所述第一重叠区域与所述第二密封件的所述第三重叠区域之间，且与所述第一密封件的所述第一重叠区域、所述第二密封件的所述第三重叠区域重叠密封；所述第一密封件的所述第二重叠区域与所述第二密封件的所述第四重叠区域重叠密封。

其中，所述催化剂涂覆膜呈片状，所述第一密封件是第一密封边框，所述第二密封件是第二密封边框；所述催化剂涂覆膜的所述第五重叠区域与所述第一密封件的所述第一重叠区域之间四周的重叠区域的宽度一致；所述重叠区域的宽度大于2mm。

其中，所述第一密封件和所述第二密封件的基材是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯保护层、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酞亚胺、聚四氟乙烯、聚酞胺或聚乙烯醇中的一种；所述基材的厚度为5-100um；所述第一密封件的所述第二重叠区域与所述第二密封件的所述第四重叠区域之间，所述催化剂涂覆膜的所述第五重叠区域与所述第一密封件的所述第一重叠区域之间、与所述第二密封件的所述第三重叠区域之间均通过热熔胶密封；所述热熔胶是乙烯基乙酸乙酯、聚酰胺、聚烯烃、聚酯中的至少一种；所述热熔胶的厚度范围是5-100um。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种燃料电池，所述燃料电池包括如上任一项所述的带密封的催化剂涂覆膜。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种带密封的催化剂涂覆膜的制备方法，包括：提供第一密封件和第二密封件，提供催化剂涂覆膜，其中，所述第一密封件包括第一空心区域和位于所述第一空心区域周围的第一实心区域，所述第一实心区域包括相邻的第一重叠区域和第二重叠区域，所述第二密封件包括第二空心区域和位于所述第二空心区域周围的第二实心区域，所述第二实心区域包括相邻的第三重叠区域和第四重叠区域，所述催化剂涂覆膜包括有效区域和位于所述有效区域周围的第五重叠区域；通过所述第一密封件和第二密封件对所述催化剂涂覆膜进行密封，得到所述带密封的催化剂涂覆膜，其中，所述催化剂涂覆膜的所述有效区域位于所述第一密封件的所述第一空心区域和所述第二密封件的所述第二空心区域之间，所述催化剂涂覆膜的所述第五重叠区域位于所述第一密封件的所述第一重叠区域与所述第二密封件的所述第三重叠区域之间，且与所述第一密封件的所述第一重叠区域、所述第二密封件的所述第三重叠区域重叠密封；所述第一密封件的所述第二重叠区域与所述第二密封件的所述第四重叠区域重叠密封。

其中，所述催化剂涂覆膜呈片状，所述第一密封件是第一密封边框，所述第二密封件是第二密封边框；其中，所述提供第一密封件和第二密封件，包括：提供两卷边框卷材，每卷所述边框卷材具有胶面；将两卷所述边框卷材以胶面相对的方式贴合；将贴合后的两层所述边框卷材通过裁切机裁切出需要的区域，得到所述第一密封边框和所述第二密封边框；其中，所述通过所述第一密封件和第二密封件对所述催化剂涂覆膜进行密封，包括：将裁切好的所述第一密封边框和所述第二密封边框通过分离机构分离，并使所述第一密封边框和所述第二密封边框同步分别进入下工位和上工位，所述下工位和所述上工位移动的距离相等；在所述下工位使所述催化剂涂覆膜结合到所述第一密封边框上；使结合有所述催化剂涂覆膜的所述第一密封边框和所述第二密封边框同步分别离开所述下工位和所述上工位，并通过压合机构进行压合；将压合过的所述第一密封边框、所述催化剂涂覆膜以及所述第二密封边框的三层结构移动到热滚压机，通过层压使所述三层结构紧密结合，其中，所述第一密封边框和所述第二密封边框的胶面具有热熔胶；其中，所述分离机构是分离辊，所述压合机构是压合辊；其中，所述第一密封边框和所述第二密封边框的基材是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯保护层、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酞亚胺、聚四氟乙烯、聚酞胺或聚乙烯醇中的一种；所述基材的厚度为5-100um；其中，所述热熔胶是乙烯基乙酸乙酯、聚酰胺、聚烯烃、聚酯中的至少一种；所述热熔胶的厚度范围是5-100um。

其中，所述在所述下工位使所述催化剂涂覆膜结合到所述第一密封边框上，包括：通过催化剂涂覆膜放置子工位的第一真空吸台将所述第一密封边框进行定位，其中，所述下工位包括所述催化剂涂覆膜放置子工位，所述催化剂涂覆膜放置子工位包括所述第一真空吸台、催化剂涂覆膜抓取定位机构以及热熔机构，所述第一真空吸台的吸附区域的宽度大于所述第一密封边框的边框宽度；通过所述催化剂涂覆膜抓取定位机构将所述催化剂涂覆膜放置到所述第一密封边框的第一空心区域，并定位使所述催化剂涂覆膜和所述第一密封边框四周的重叠区域的宽度一致，通过所述第一真空吸台将定位好的所述催化剂涂覆膜吸附住；通过所述热熔机构施加压力和温度，将所述催化剂涂覆膜和所述第一密封边框的重叠区域热熔，使所述催化剂涂覆膜结合到所述第一密封边框；其中，所述重叠区域的宽度大于2mm；所述热熔机构的热熔头形状和所述重叠区域一致。

其中，所述使结合有所述催化剂涂覆膜的所述第一密封边框和所述第二密封边框同步分别离开所述下工位和所述上工位，并通过压合机构进行压合之前，包括：通过所述下工位和所述上工位的位置纠偏机构分别定位所述结合有所述催化剂涂覆膜的所述第一密封边框和所述第二密封边框的裁切区域。

其中，所述将压合过的所述第一密封边框、所述催化剂涂覆膜以及所述第二密封边框的三层结构移动到热滚压机之前，包括：使压合过的所述第一密封边框、所述催化剂涂覆膜以及所述第二密封边框的三层结构去除气泡。

其中，所述使压合过的所述第一密封边框、所述催化剂涂覆膜以及所述第二密封边框的三层结构去除气泡，包括：使压合过的所述第一密封边框、所述催化剂涂覆膜以及所述第二密封边框的三层结构移动到达预结合工位的第二真空吸台进行定位，其中，所述预结合工位包括所述第二真空吸台、覆膜抓取放置机构以及加热装置，所述第一密封边框和所述第二密封框的边框宽度小于所述第二真空吸台的吸附区域的宽度；通过所述覆膜抓取放置机构抓取覆膜材料，放置到所述第一密封边框和所述第二密封框上，开启真空，其中，所述覆膜材料的面积大于所述第二真空吸台的吸附区域的面积；通过所述加热装置加热所述覆膜材料覆盖住的所述第一密封边框和所述第二密封框，加热温度大于胶层的融化温度；关闭真空，通过所述覆膜抓取放置机构取走所述覆膜材料。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明带密封的催化剂涂覆膜通过第一密封件和第二密封件，一方面对原来的催化剂涂覆膜进行密封，另一方面，带密封的催化剂涂覆膜相比催化剂涂覆膜面积得到扩大，且第一密封件和第二密封件的成本相比催化剂涂覆膜的成本要低得多，后续装配燃料电池的时候，不必将整个催化剂涂覆膜（成本高）封装进膜电极，可以将第一密封件和第二密封件以及部分重叠区域（成本低很多）封装进膜电极，通过这种方式，能够极大地降低生产成本；另外，带密封的催化剂涂覆膜结构简单，能够为实现其连续生产工艺提供可能的技术基础，进而能够为整个膜电极的连续生产工艺提供技术支持；如果采用卷对卷的方法还能够提高生产速度，采用滚压的方式也能够提高产品封装质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明带密封的催化剂涂覆膜的制备方法一实施例的流程示意图；

图2是本发明的制备方法制备得到的带密封的催化剂涂覆膜一实施例的结构示意图和分解结构示意图；

图3是本发明带密封的催化剂涂覆膜的制备方法另一实施例的流程示意图；

图4是本发明带密封的催化剂涂覆膜的制备方法又一实施例的流程示意图；

图5是本发明带密封的催化剂涂覆膜的制备方法又一实施例的流程示意图；

图6是本发明带密封的催化剂涂覆膜的制备方法又一实施例的流程示意图；

图7是本发明带密封的催化剂涂覆膜的制备方法又一实施例的流程示意图；

图8是本发明带密封的催化剂涂覆膜的制备方法又一实施例的流程示意图；

图9是本发明带密封的催化剂涂覆膜的制备方法又一实施例的流程示意图；

图10是本发明带密封的催化剂涂覆膜的制备方法又一实施例的流程示意图；

图11是本发明带密封的催化剂涂覆膜的制备方法又一实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

结合参见图1和图2，图1是本发明带密封的催化剂涂覆膜的制备方法一实施例的流程示意图，图2是本发明的制备方法制备得到的带密封的催化剂涂覆膜一实施例的结构示意图和分解结构示意图。其中，该方法包括：

步骤S101：提供第一密封件10和第二密封件20，提供催化剂涂覆膜30，其中，第一密封件10包括第一空心区域101和位于第一空心区域101周围的第一实心区域102，第一实心区域102包括相邻的第一重叠区域1021和第二重叠区域1022，第二密封件20包括第二空心区域201和位于第二空心区域201周围的第二实心区域202，第二实心区域202包括相邻的第三重叠区域2021和第四重叠区域2022，催化剂涂覆膜30包括有效区域301和位于有效区域301周围的第五重叠区域302。

催化剂涂覆膜30，也称为催化剂涂覆的膜（CCM，Catalyst Coated Membrane）或者燃料电池芯片，是将燃料电池催化剂涂敷在质子交换膜两侧而制备得到的催化剂/质子交换膜组件，是质子交换膜燃料电池最核心的部件，而且对降低生产成本、提高比功率、加快商业化进程均至关重要。与传统的将催化剂涂敷于气体扩散层（即碳纸或碳布）表面所制备的膜电极（MEA，Membrane Electrode Assembly）相比，CCM具有以下优点：1）催化剂层超薄化，催化剂催化效率也得到很大提高，从而降低Pt贵金属催化剂的载量（一般可降低到0.4-0.6mg/cm²以下）；2）质子交换膜可超薄化，提高膜的面电导，而且还降低膜的用量；3）电池活化时间较短，电化学响应快等。

第一密封件10和第二密封件20用来在催化剂涂覆膜30边缘的第五重叠区域302对催化剂涂覆膜30进行密封。第一密封件10和第二密封件20的材料可以是能够用于燃料电池且不影响其性能的密封材料，在此不做限定。第一密封件10、第二密封件20以及催化剂涂覆膜30的形状可以根据实际应用确定，例如，圆形、方形，等等，在此不做限定。

步骤S102：通过第一密封件10和第二密封件20对催化剂涂覆膜30进行密封，得到带密封的催化剂涂覆膜100，其中，催化剂涂覆膜30的有效区域301位于第一密封件10的第一空心区域101和第二密封件20的第二空心区域201之间，催化剂涂覆膜30的第五重叠区域302位于第一密封件10的第一重叠区域1021与第二密封件20的第三重叠区域2021之间，且与第一密封件10的第一重叠区域1021、第二密封件20的第三重叠区域2021重叠密封；第一密封件10的第二重叠区域1022与第二密封件20的第四重叠区域2022重叠密封。

在本发明实施例中，利用第一密封件10和第二密封件20对催化剂涂覆膜30进行密封，具体的密封工艺可以是现有的任何密封工艺，在此不做限定。最终带密封的催化剂涂覆膜100通过第一密封件10和第二密封件20，一方面对原来的催化剂涂覆膜30进行密封，另一方面，带密封的催化剂涂覆膜100相比催化剂涂覆膜30面积得到扩大，且第一密封件10和第二密封件20的成本相比催化剂涂覆膜30的成本要低得多，后续装配燃料电池的时候，不必将整个催化剂涂覆膜30（成本高）封装进膜电极，可以将第一密封件10和第二密封件20以及部分重叠区域（成本低很多）封装进膜电极，通过这种方式，能够极大地降低生产成本；另外，带密封的催化剂涂覆膜100结构简单，能够为实现其连续生产工艺提供可能的技术基础，进而能够为整个膜电极的连续生产工艺提供技术支持；如果采用卷对卷的方法还能够提高生产速度，采用滚压的方式也能够提高产品封装质量。

其中，第一密封件10的第一空心区域101与第二密封件20的第二空心区域201位置对应，第一密封件10的第一实心区域102与第二密封件20的第二实心区域202位置对应，第一实心区域102的第一重叠区域1021与第二实心区域202的第三重叠区域2021位置对应，第一实心区域102的第二重叠区域1022与第二实心区域202的第四重叠区域2022位置对应。通过这种方式，能够更加精确定位催化剂涂覆膜30、第一密封件10以及第二密封件20。

在一实施例中，催化剂涂覆膜30、第一密封件10以及第二密封件20均是规则的形状，例如：催化剂涂覆膜30呈片状，第一密封件10是第一密封边框10，第二密封件20是第二密封边框20，可以采用连续生产工艺生产上述的带密封的催化剂涂覆膜100，具体说明如下。

参见图3，步骤S101中，提供第一密封件和第二密封件，具体可以包括：

子步骤S1011：提供两卷边框卷材，每卷边框卷材具有胶面。

子步骤S1012：将两卷边框卷材以胶面相对的方式贴合。

子步骤S1013：将贴合后的两层边框卷材通过裁切机裁切出需要的区域，得到第一密封边框和第二密封边框。

通过上述方式，能够实现第一密封边框和第二密封边框的连续生产，将贴合后的两层边框卷材一起裁切，能够节省一台裁切机，节省设备成本；同时第一密封边框和第二密封边框一起成孔方便后续工序的对位，后续只需保证第一密封边框和第二密封边框移动的距离相等，即可重新对位压合。

参见图4，在一实施例中，步骤S102中，通过第一密封件和第二密封件对催化剂涂覆膜进行密封，具体可以包括：子步骤S1021、子步骤S1022、子步骤S1023以及子步骤S1024。

子步骤S1021：将裁切好的第一密封边框和第二密封边框通过分离机构分离，并使第一密封边框和第二密封边框同步分别进入下工位和上工位，下工位和上工位移动的距离相等。

子步骤S1022：在下工位使催化剂涂覆膜结合到第一密封边框上。

子步骤S1023：使结合有催化剂涂覆膜的第一密封边框和第二密封边框同步分别离开下工位和上工位，并通过压合机构进行压合。

子步骤S1024：将压合过的第一密封边框、催化剂涂覆膜以及第二密封边框的三层结构移动到热滚压机，通过层压使三层结构紧密结合，其中，第一密封边框和第二密封边框的胶面具有热熔胶。

其中，分离机构是分离辊，压合机构是压合辊。其中，第一密封边框和第二密封边框的基材是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯保护层、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酞亚胺、聚四氟乙烯、聚酞胺或聚乙烯醇中的一种；基材的厚度为5-100微米（um），例如：5 um、30um、60 um、100um，等等。其中，热熔胶是乙烯基乙酸乙酯、聚酰胺、聚烯烃、聚酯中的至少一种；热熔胶的厚度范围是5-100um，例如：5 um、30 um、60 um、100um，等等。

通过上述方式，能够实现带密封的催化剂涂覆膜的连续生产，进而能够为整个膜电极的连续生产工艺提供技术支持。

进一步，结合参见图5，子步骤S1022，在下工位使催化剂涂覆膜结合到第一密封边框上，具体可以包括：子步骤S10221、子步骤S10222以及子步骤S10223。

子步骤S10221：通过催化剂涂覆膜放置子工位的第一真空吸台将第一密封边框进行定位，其中，下工位包括催化剂涂覆膜放置子工位，催化剂涂覆膜放置子工位包括第一真空吸台、催化剂涂覆膜抓取定位机构以及热熔机构，第一真空吸台的吸附区域的宽度大于第一密封边框的边框宽度。

子步骤S10222：通过催化剂涂覆膜抓取定位机构将催化剂涂覆膜放置到第一密封边框的第一空心区域，并定位使催化剂涂覆膜和第一密封边框四周的重叠区域的宽度一致，通过第一真空吸台将定位好的催化剂涂覆膜吸附住。

子步骤S10223：通过热熔机构施加压力和温度，将催化剂涂覆膜和第一密封边框的重叠区域热熔，使催化剂涂覆膜结合到第一密封边框。

其中，重叠区域的宽度大于2mm；热熔机构（例如热熔接头）的热熔头形状和重叠区域一致。

通过上述方式，能够简单方便使催化剂涂覆膜结合到第一密封边框，且容易实现连续化生产。

参见图6，在一实施例中，子步骤S1023之前，还可以包括：

子步骤S1025：通过下工位和上工位的位置纠偏机构分别定位结合有催化剂涂覆膜的第一密封边框和第二密封边框的裁切区域。

通过上述方式，能够进一步保证第一密封边框和第二密封边框的位置精确。

参见图7，在一实施例中，子步骤S1024之前，还可以包括：

子步骤S1026：使压合过的第一密封边框、催化剂涂覆膜以及第二密封边框的三层结构去除气泡。去除气泡，能够保证产品的质量。例如，可以将三层结构放置在密闭环境中抽真空去除气泡，等等。

具体地，请参见图8，子步骤S1026还可以包括：子步骤S10261、子步骤S10262、子步骤S10263以及子步骤S10264。

子步骤S10261：使压合过的第一密封边框、催化剂涂覆膜以及第二密封边框的三层结构移动到达预结合工位的第二真空吸台进行定位，其中，预结合工位包括第二真空吸台、覆膜抓取放置机构以及加热装置，第一密封边框和第二密封框的边框宽度小于第二真空吸台的吸附区域的宽度。

子步骤S10262：通过覆膜抓取放置机构抓取覆膜材料，放置到第一密封边框和第二密封框上，开启真空，其中，覆膜材料的面积大于第二真空吸台的吸附区域的面积。

子步骤S10263：通过加热装置加热覆膜材料覆盖住的第一密封边框和第二密封框，加热温度大于胶层的融化温度。

子步骤S10264：关闭真空，通过覆膜抓取放置机构取走覆膜材料。

覆膜材料可以为聚四氟乙烯（PTFE，Poly tetrafluoroethylene）、PTFE玻纤膜、聚酰亚胺膜、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）等耐高温不透气薄膜，其厚度范围为30-300um。加热装置的加热方式可以为热压、红外加热、热滚压等加热方式。加热装置的加热温度应大于热熔胶融化温度。

通过第一密封边框和第二密封框预结合工位的处理，在热压之前三层结构内部形成无气泡状态，能够减少产品缺陷，且去除气泡的方式简单有效。

在一实际应用中，带密封的催化剂涂覆膜的连续生产工艺包括上述完整的步骤，简单来说包括边框压合、边框裁切、边框分离、CCM定位结合、边框预压、层压，参见图9至图11，具体说明如下：

请参见图9的A：

一、将两卷边框卷材1、2以胶面相对的方式贴合，下层边框卷材1的胶面向上，上层边框卷材2的胶面向下。

二、贴合后的两层边框卷材通过裁切机3裁切出需要的区域，得到上层边框（即第二密封边框）和下层边框（即第一密封边框）。

三、将裁切好的上层边框和下层边框通过分离辊4（即分离机构）分离，上层边框通过上工位，下层边框通过下工位。

请参见图9的B：

四、下层边框通过CCM放置子工位5，将CCM结合到下层边框上。

请结合参见图10，该CCM放置子工位包含第一真空吸台5-1，CCM抓取定位机构5-2，热熔机构5-3，CCM放置子工位的具体流程为：

a、将下层边框的裁切区域移动到第一真空吸台5-1的定位位置，开启真空，吸住下层边框。

b、CCM抓取定位机构5-2抓取裁切好的CCM放置到下层边框的裁切区域，通过定位使CCM和下层边框四周的重叠区域宽度一致，开启真空，将定位好的CCM吸附住。

c、通过热熔机构5-3施加一定压力和温度，将CCM和下层边框的重叠区域热熔，使CCM结合到下层边框；其中，热熔机构5-3的热熔头形状和CCM与下层边框的重叠区域一致。

继续参见图9的B：

五、在通过压合机构6之前，上下层边框分别通过位置纠偏机构9定位上下层边框的裁切区域。

请参见图9的C：

六、经过纠偏后的上下层边框通过压合辊6结合（因为没有热熔过，上下层边框仍然是独立的两层结构）。需要说明的是，上下层边框从分离辊4到压合辊6的行程应该相等。

七、上下层边框经过压合后到达预结合工位7，使上下层边框在进入热滚压机8之前去除气泡，避免后续层压出现气泡和褶皱等缺陷。

请结合参见图11，预结合工位7包含第二真空吸台7-1、覆膜抓取放置机构7-2、加热装置7-3。预结合工位7的具体流程为：

a、将上下层边框移动到第二真空吸台7-1定位位置，保持上下层边框不动。值得注意的是，上下层边框的边框宽度应小于第二真空吸台7-1的吸附区域的宽度。

b、覆膜抓取放置机构7-2抓取覆膜材料，放置到上下层边框上，开启真空。值得注意的是，覆膜材料的面积应大于第二真空吸台7-1的吸附区域的面积，以覆盖住第二真空吸台7-1的吸附区域。通过在第二真空吸台7-1和覆膜材料之间形成真空，除去上下层边框之间的气体，并且利用大气压的作用，保持上下层边框平整。

c、通过加热装置7-3加热覆膜材料覆盖住的上下层边框，温度应大于胶层的融化温度，以保证上下两层边框及CCM粘接结合。

d、关闭真空，通过覆膜抓取放置机构7-2取走覆膜材料。

请继续参见图9：

八、预结合过的上下层边框移动到热滚压机8，通过层压使三层结构紧密结合。

本实施例的连续化生产工艺，采用片状催化层涂覆膜（CCM）封装，比整体质子交换膜封装更加节省成本；采用卷对卷生产能取得更快的生产速度；采用滚压方法可以让封装质量更好，提高良品率；采用塑料薄膜边框相比注塑硅胶成本更低，寿命更长。

参见图2，图2是本发明带密封的催化剂涂覆膜一实施例的结构示意图和分解结构示意图，本实施例的带密封的催化剂涂覆膜可以通过上述的方法制备得到，相关内容的详细说明请参见上述方法部分，在此不再赘叙。

该带密封的催化剂涂覆膜100包括：第一密封件10、第二密封件20以及催化剂涂覆膜30。

第一密封件10包括第一空心区域101和位于第一空心区域101周围的第一实心区域102，第一实心区域102包括相邻的第一重叠区域1021和第二重叠区域1022；第二密封件20包括第二空心区域201和位于第二空心区域201周围的第二实心区域202，第二实心区域202包括相邻的第三重叠区域2021和第四重叠区域2022；催化剂涂覆膜30设置在第一密封件10和第二密封件20之间，其包括有效区域301和位于有效区域301周围的第五重叠区域302。

其中，催化剂涂覆膜30的有效区域301位于第一密封件10的第一空心区域101和第二密封件20的第二空心区域201之间，催化剂涂覆膜30的第五重叠区域302位于第一密封件10的第一重叠区域1021与第二密封件20的第三重叠区域2021之间，且与第一密封件10的第一重叠区域1021、第二密封件20的第三重叠区域2021重叠密封；第一密封件10的第二重叠区域1022与第二密封件20的第四重叠区域2022重叠密封。

本发明实施例的带密封的催化剂涂覆膜100通过第一密封件10和第二密封件20，一方面对原来的催化剂涂覆膜30进行密封，另一方面，带密封的催化剂涂覆膜100相比催化剂涂覆膜30面积得到扩大，且第一密封件10和第二密封件20的成本相比催化剂涂覆膜30的成本要低得多，后续装配燃料电池的时候，不必将整个催化剂涂覆膜30（成本高）封装进膜电极，可以将第一密封件10和第二密封件20以及部分重叠区域（成本低很多）封装进膜电极，通过这种方式，能够极大地降低生产成本；另外，带密封的催化剂涂覆膜100结构简单，能够为实现其连续生产工艺提供可能的技术基础，进而能够为整个膜电极的连续生产工艺提供技术支持；如果采用卷对卷的方法还能够提高生产速度，采用滚压的方式也能够提高产品封装质量。

其中，第一密封件10的第一空心区域101与第二密封件20的第二空心区域201位置对应，第一密封件10的第一实心区域102与第二密封件20的第二实心区域202位置对应，第一实心区域102的第一重叠区域1021与第二实心区域202的第三重叠区域2021位置对应，第一实心区域102的第二重叠区域1022与第二实心区域202的第四重叠区域2022位置对应。通过这种方式，能够更加精确定位催化剂涂覆膜30、第一密封件10以及第二密封件20。

其中，催化剂涂覆膜30呈片状，第一密封件10是第一密封边框10，第二密封件20是第二密封边框20；催化剂涂覆膜30的第五重叠区域302与第一密封件10的第一重叠区域1021之间四周的重叠区域的宽度一致；重叠区域的宽度大于2mm。

其中，第一密封件10和第二密封件20的基材是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯保护层、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酞亚胺、聚四氟乙烯、聚酞胺或聚乙烯醇中的一种；基材的厚度为5-100um。

其中，第一密封件10的第二重叠区域1022与第二密封件20的第四重叠区域2022之间，催化剂涂覆膜30的第五重叠区域302与第一密封件10的第一重叠区域1021之间、与第二密封件20的第三重叠区域2021之间均通过热熔胶密封；热熔胶是乙烯基乙酸乙酯、聚酰胺、聚烯烃、聚酯中的至少一种；热熔胶的厚度范围是5-100um。

本发明还提供一种燃料电池，该燃料电池包括如上任一项的带密封的催化剂涂覆膜。相关内容的详细说明请参见上述带密封的催化剂涂覆膜部分，在此不再赘叙。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种带密封的催化剂涂覆膜的制备方法，其特征在于，包括：

提供第一密封件和第二密封件，提供催化剂涂覆膜，其中，所述第一密封件包括第一空心区域和位于所述第一空心区域周围的第一实心区域，所述第一实心区域包括相邻的第一重叠区域和第二重叠区域，所述第二密封件包括第二空心区域和位于所述第二空心区域周围的第二实心区域，所述第二实心区域包括相邻的第三重叠区域和第四重叠区域，所述催化剂涂覆膜包括有效区域和位于所述有效区域周围的第五重叠区域；

通过所述第一密封件和第二密封件对所述催化剂涂覆膜进行密封，得到所述带密封的催化剂涂覆膜，其中，所述催化剂涂覆膜的所述有效区域位于所述第一密封件的所述第一空心区域和所述第二密封件的所述第二空心区域之间，所述催化剂涂覆膜的所述第五重叠区域位于所述第一密封件的所述第一重叠区域与所述第二密封件的所述第三重叠区域之间，且与所述第一密封件的所述第一重叠区域、所述第二密封件的所述第三重叠区域重叠密封；所述第一密封件的所述第二重叠区域与所述第二密封件的所述第四重叠区域重叠密封，使得催化剂涂覆膜面积得到扩大；

所述催化剂涂覆膜呈片状，所述第一密封件是第一密封边框，所述第二密封件是第二密封边框；

其中，所述提供第一密封件和第二密封件，包括：

提供两卷边框卷材，每卷所述边框卷材具有胶面；

将两卷所述边框卷材以胶面相对的方式贴合；

将贴合后的两层所述边框卷材通过裁切机裁切出需要的区域，得到所述第一密封边框和所述第二密封边框；

其中，所述通过所述第一密封件和第二密封件对所述催化剂涂覆膜进行密封，包括：

将裁切好的所述第一密封边框和所述第二密封边框通过分离机构分离，并使所述第一密封边框和所述第二密封边框同步分别进入下工位和上工位，所述下工位和所述上工位移动的距离相等；

在所述下工位使所述催化剂涂覆膜结合到所述第一密封边框上；

使结合有所述催化剂涂覆膜的所述第一密封边框和所述第二密封边框同步分别离开所述下工位和所述上工位，并通过压合机构进行压合；

将压合过的所述第一密封边框、所述催化剂涂覆膜以及所述第二密封边框的三层结构移动到热滚压机，通过层压使所述三层结构紧密结合，其中，所述第一密封边框和所述第二密封边框的胶面具有热熔胶；

其中，所述分离机构是分离辊，所述压合机构是压合辊；

其中，所述第一密封边框和所述第二密封边框的基材是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯保护层、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酞亚胺、聚四氟乙烯、聚酞胺或聚乙烯醇中的一种；所述基材的厚度为5-100um；

其中，所述热熔胶是乙烯基乙酸乙酯、聚酰胺、聚烯烃、聚酯中的至少一种；所述热熔胶的厚度范围是5-100um；

所述在所述下工位使所述催化剂涂覆膜结合到所述第一密封边框上，包括：

通过催化剂涂覆膜放置子工位的第一真空吸台将所述第一密封边框进行定位，其中，所述下工位包括所述催化剂涂覆膜放置子工位，所述催化剂涂覆膜放置子工位包括所述第一真空吸台、催化剂涂覆膜抓取定位机构以及热熔机构，所述第一真空吸台的吸附区域的宽度大于所述第一密封边框的边框宽度；

通过所述催化剂涂覆膜抓取定位机构将所述催化剂涂覆膜放置到所述第一密封边框的第一空心区域，并定位使所述催化剂涂覆膜和所述第一密封边框四周的重叠区域的宽度一致，通过所述第一真空吸台将定位好的所述催化剂涂覆膜吸附住；

通过所述热熔机构施加压力和温度，将所述催化剂涂覆膜和所述第一密封边框的重叠区域热熔，使所述催化剂涂覆膜结合到所述第一密封边框；

其中，所述催化剂涂覆膜和所述第一密封边框的重叠区域的宽度大于2mm；所述热熔机构的热熔头形状和所述催化剂涂覆膜和所述第一密封边框的重叠区域一致；

所述将压合过的所述第一密封边框、所述催化剂涂覆膜以及所述第二密封边框的三层结构移动到热滚压机之前，包括：

使压合过的所述第一密封边框、所述催化剂涂覆膜以及所述第二密封边框的三层结构去除气泡。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使结合有所述催化剂涂覆膜的所述第一密封边框和所述第二密封边框同步分别离开所述下工位和所述上工位，并通过压合机构进行压合之前，包括：

通过所述下工位和所述上工位的位置纠偏机构分别定位所述结合有所述催化剂涂覆膜的所述第一密封边框和所述第二密封边框的裁切区域。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使压合过的所述第一密封边框、所述催化剂涂覆膜以及所述第二密封边框的三层结构去除气泡，包括：

使压合过的所述第一密封边框、所述催化剂涂覆膜以及所述第二密封边框的三层结构移动到达预结合工位的第二真空吸台进行定位，其中，所述预结合工位包括所述第二真空吸台、覆膜抓取放置机构以及加热装置，所述第一密封边框和所述第二密封框的边框宽度小于所述第二真空吸台的吸附区域的宽度；

通过所述覆膜抓取放置机构抓取覆膜材料，放置到所述第一密封边框和所述第二密封框上，开启真空，其中，所述覆膜材料的面积大于所述第二真空吸台的吸附区域的面积；

通过所述加热装置加热所述覆膜材料覆盖住的所述第一密封边框和所述第二密封框，加热温度大于胶层的融化温度；

关闭真空，通过所述覆膜抓取放置机构取走所述覆膜材料。

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