膜电极组件部件和制备组件的方法技术

本发明专利技术提供了一种方法，该方法包括提供组件的部件，所述部件具有内部部分和周缘部分，以及将粘合带的独立条带粘附至部件的周缘部分以围绕内部部分。第一条带的短边被定位成与第二条带相邻。粘合带包括设置在背衬上的粘合剂，并且粘合剂包括无定形含氟聚合物。该方法还包括向独立条带施加热或压力中的至少一者，使得粘合剂流动密封第一条带与第二条带之间的任何间隙并交联。该方法例如当组件为电化学电池组件时并且当部件包括电解质膜或电流收集器中的至少一者时能够是有用的。

Membrane Electrode Assembly Components and Method of Manufacturing Components

The invention provides a method comprising a component providing a component having an internal part and a peripheral part, and an independent strip of adhesive tape adhering to the peripheral part of the component to surround the internal part. The short edges of the first band are positioned adjacent to the second band. The adhesive tape includes an adhesive arranged on the backing, and the adhesive includes an amorphous fluorinated polymer. The method also includes applying at least one of the heat or pressure to the independent strip to make the adhesive flow seal any gap between the first strip and the second strip and cross-link. This method can be useful, for example, when the component is an electrochemical battery component and when the component includes at least one of the electrolyte membrane or current collector.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜电极组件部件和制备组件的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年6月15日提交的美国临时申请No.62/350,596的优先权，其公开内容以引用方式全文并入本文中。
技术介绍
垫片可用于在多种制品中提供两个不同部件之间的密封。例如，常规的质子交换膜(PEM)燃料电池需要两个流场板，阳极流场板和阴极流场板。包括实际的质子交换膜的膜电极组件(MEA)设置于两个流场板之间。另外，气体扩散介质或层(GDM/GDL)夹置在每个流场板与质子交换膜之间。气体扩散介质使得适当的气体(燃料或氧化剂)能够扩散到质子交换膜的表面，同时在相关联的流场板与PEM之间提供电传导。GDL也可以被称为流体传输层(FTL)或扩散器/电流收集器(DCC)。这种类型的基本电池结构本身需要两个密封件，其中每个密封件提供于流场板中的一个流场板与PEM之间。燃料电池堆组件中的垫片可用于防止加压气体在使用过程中从MEA中渗漏并且还降低了在制造期间过度压缩MEA的风险。据报道，含氟弹性体可用作燃料电池中的流场板之间的垫片。参见，例如，美国专利No.7,569,299(Thompson)；7,309,068(Segawa)；6,720,103(Nagai)、美国专利申请公布No.2014/0077462(Hong)，以及公布于2013年3月13日的日本专利No.5162990。含氟弹性体垫片通常是通过模制(例如，注塑)未固化的无定形含氟聚合物制备的。
技术实现思路
制造在组件(例如，硬盘驱动器组件、半导体器件以及包括蓄电池和燃料电池组件的电极组件)中使用的垫片通常以两种方式中的一种进行。在第一技术中，单独的垫片可通过将其在合适的模具中模制而形成。使用此方法，设计人员有利地自由选择每个垫片的横截面，所述垫片不必须具有相同的厚度。然而，模制垫片可能是相对复杂且昂贵的，并且对于各燃料电池构造，将需要设计和制造与流场板中的相关联凹槽的形状精确对应的模具。在第二技术中，从实心材料片中切割每个垫片。这是与模制相比较便宜且较不复杂的技术，其中仅仅必须在平面图中限定垫片的形状并制造那个构造的切削工具。然后可由适当材料和厚度的片材切割垫片。一般来讲，使用这种方法形成具有相同厚度的垫片是实际的。不利的是，冲切垫片导致相当大的材料浪费。例如，在图1所示的垫片中，至少垫片所围绕的材料变成废料。在一些情况下，在冲切后扔掉约80％至90％的材料片。现在公开的是，具有与冲切垫片相同形状的垫片可以使用如图2和图3所示的材料的独立件(例如，粘合带)制备，这将导致显著的废料和成本减少。然而，利用粘合带的独立条带形成的垫片的一个潜在问题是可能发生气体从胶带的独立条带之间的间隙渗漏。现已发现，当粘合带包括无定形含氟聚合物时，向粘合带施加热或压力中的至少一者可允许粘合剂流入并密封粘合带的独立条带之间的间隙。因此，已发现，可用的垫片可由胶带的独立条带制成，而不引入气体渗漏的问题。在一个方面，本公开提供了一种制备组件的方法。该方法包括提供组件的部件，所述部件具有内部部分和周缘部分，以及将粘合带的独立条带粘附至部件的周缘部分以围绕内部部分。第一条带的短边被定位成与第二条带相邻。粘合带包括设置在背衬上的粘合剂，并且粘合剂包括无定形含氟聚合物。该方法还包括向独立条带施加热或压力中的至少一者，使得粘合剂密封第一条带与第二条带之间的任何间隙并交联。该方法例如当组件为燃料电池组件时并且当部件包括电解质膜或气体扩散层中的至少一者时可以是有用的。该方法还可用于例如硬盘驱动器组件、半导体器件以及包括电解槽和蓄电池组件的其他电极组件。在另一方面，本公开提供了组件(例如，膜电极组件)的部件，所述部件具有内部部分和周缘部分，其中胶带背衬的独立条带具有粘附至部件的周缘部分以围绕内部部分的第一表面。该部件可包括电解质膜或电流收集器中的至少一者。胶带背衬的第一条带的短边被定位成与胶带背衬的第二条带相邻。设置在胶带背衬的独立条带的第一表面上的粘合剂密封胶带背衬的第一条带与第二条带之间的间隙，并且将独立条带粘附至部件的周缘部分。粘合剂包括交联的无定形含氟聚合物。该部件可用于例如燃料电池组件或子组件。该部件还可用于例如硬盘驱动器组件、半导体器件以及包括电解槽和蓄电池组件的其他电极组件。在另一方面，本公开提供了组件(例如，膜电极组件)的部件，所述部件具有内部部分和周缘部分，其中独立的粘合剂条带设置在部件的周缘部分上，以围绕内部部分。该部件可包括电解质膜或电流收集器中的至少一者。第一粘合剂条带的短边被定位成与第二粘合剂条带相邻。独立粘合剂条带中的每个粘合剂条带均包括包含无定形含氟聚合物的粘合剂。一般来讲，在此方面，本公开提供了一种膜电极组件的部件，其具有在粘合剂交联之前设置在其上的独立粘合剂条带。该部件可用于制备燃料电池组件或子组件。该部件还可用于例如硬盘驱动器组件、半导体器件以及包括电解槽和蓄电池组件的其他电极组件。在另一方面，本公开提供了一种通过上述方法制备并且/或者包括上述部件的电化学电池。在本申请中：诸如“一个”、“一种”、“该”和“所述”的术语并非旨在仅指单一实体，而是包括可用于说明的特定示例的一般类别。术语“一个”、“一种”和“该”可与术语“至少一个(种)”互换使用。后接列表的短语“包括(含)……中的至少一者(种)”是指包括(含)该列表中任何一个项目以及该列表中两个或更多个项目的任意组合。后接列表的短语“……中的至少一者(种)”是指该列表中任何一个项目或者该列表中两个或更多个项目的任意组合。术语“固化”和“可固化”是指通过共价化学键，通常经由交联分子或基团，与聚合物链连接在一起以形成网状聚合物。因此，在本公开中，术语“固化的”和“交联的”可以互换使用。一般来讲固化或交联的聚合物的特征在于不溶性，但在合适的溶剂存在下可以是溶胀性的。除非另行指出，否则所有数值范围都包括端值以及端值之间的非整数值(例如1至5，包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。附图说明图1为可用于例如膜电极组件的冲切垫片的平面图；图2为可用于根据本公开的组件和方法的粘合剂条带的构造的一个实施方案的平面图；图3为可用于根据本公开的组件和方法的粘合剂条带的构造的另一个实施方案的平面图；图4A为沿图2中的线4A-4A截取的横截面，其示出在粘合剂固化之前的粘合剂条带的一个实施方案；图4B为沿图2中的线4A-4A截取的横截面，其示出在粘合剂固化之后的图4A中的粘合剂条带；以及图5为根据本公开的一些实施方案的包括粘合剂条带的燃料电池的分解透视图。虽然本公开可被修改成各种修改形式和可供选择的形式，但是其具体细节已经以举例的方式在附图中示出，并且将做详细的描述。然而应当理解，其意图不是将本公开限于所述的具体实施方案。相反，其目的在于涵盖落入如由所附权利要求书所限定的范围之内的所有修改、等同形式和可替换的方案。具体实施方式图2和图3示出了可用于根据本公开的部件和方法的粘合剂条带的构造的实施方案。在图2和图3中，使用四个条带11、21限定垫片的形状。条带11、21共同围绕开口17、27。如上所述，当由如图1所示的材料片冲切垫片时，被切割以形成开口的材料通常被作为废料扔掉。在图2所示的实施方案中，条带11为矩形形状，并且各自具有相同的尺寸或大致相同的尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备组件的方法，所述方法包括：提供组件的部件，其具有内部部分和周缘部分；将粘合带的独立条带粘附至所述部件的所述周缘部分以围绕所述内部部分，其中第一条带的短边被定位成与第二条带相邻，其中所述粘合带包括设置在背衬上的粘合剂，并且其中所述粘合剂包含无定形含氟聚合物；以及向所述粘合带的所述独立条带施加热或压力中的至少一者，使得所述粘合剂密封所述第一条带与所述第二条带之间的任何间隙并交联。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.15 US 62/350,5961.一种制备组件的方法，所述方法包括：提供组件的部件，其具有内部部分和周缘部分；将粘合带的独立条带粘附至所述部件的所述周缘部分以围绕所述内部部分，其中第一条带的短边被定位成与第二条带相邻，其中所述粘合带包括设置在背衬上的粘合剂，并且其中所述粘合剂包含无定形含氟聚合物；以及向所述粘合带的所述独立条带施加热或压力中的至少一者，使得所述粘合剂密封所述第一条带与所述第二条带之间的任何间隙并交联。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合带具有设置在所述背衬的一个表面上的所述粘合剂。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合带具有设置在所述背衬的两个相反表面上的所述粘合剂。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中存在粘附至所述部件的所述周缘部分以围绕所述内部部分的所述粘合带的至少三个独立条带，其中所述至少三个独立条带中的每个独立条带与所述至少三个独立条带中的另外两个独立条带相邻，并且其中向所述粘合带的所述独立条带施加热或压力中的至少一者来密封所述粘合带的所述独立条带之间的任何间隙。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述无定形含氟聚合物包括溴-或碘-固化位点，并且其中所述粘合剂还包含过氧化物。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述组件是膜电极组件，并且其中所述部件包括电解质膜或电流收集器中的至少一者。7.一种通过根据权利要求6所述的方法制备的电化学电池。8.一种膜电极组件的部件，所述部件包括：电解质膜或电流收集器中的至少一者，其具有内部部分和周缘部分；以及胶带背衬的独立条带，其具有粘附至所述部件的所述周缘部分以围绕所述内部部分的第一表面，其中所述胶带背衬的第一条带...

【专利技术属性】
技术研发人员：福士达夫，迈克尔·A·扬德拉希茨，格雷戈里·M·豪根，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US