[发明专利]电化学电池组件的制造方法

说明书

本发明涉及一种电化学电池组件的制造方法，尤其涉及将膜与框架连接的方法，所述膜构成电化学电池如燃料电池或贮能及/或发电电池的部件。

离子交换膜一直被推荐用于各种各样的电化学应用领域，其中包括氯碱电解槽、燃料电池及能量贮存/发电装置。在这些装置中，离子交换膜用来分隔电池或电解槽中的各电极室，同时提供一条离子经由电池或电解槽的导通路径。

用于这种电解池的离子交换膜可以是含有酸性基团或酸性基团衍生基团的含氟聚合物的膜。阳离子交换膜的例子为Nafion(杜邦公司产)、Flemion(日本Asahi玻璃公司产)以及Aciplex(日本Asahi化学品公司产)。阴离子交换膜的例子为Tosflex(Tosoh股份有限公司产)。

当将离子交换膜装入各种电化学电池中时，对于膜而言，重要的是，以良好连接的方式来放置膜，以确保膜成为膜框架电板组件的一个整体部分。工业电解池或原电池，例如二次电池、燃料电池以及电解槽一般均由一些组件组成，这些组件各包括多个堆积式叠层部件，这些部件又成组紧固。举例来说，在氧化还原流动型二次电池中，这些部件一般由多个各含一个电极的电绝缘流料框组成，多个这样的流料框与诸如膜和筛网之类的其它部件一起形成夹层结构。一般，膜以湿涨状态置于其它部件之间，而在装配一组部件时，某些膜有着被撕破、缩皱、褶叠或戳破的倾向。因此，需要有一种将膜装入电解槽或电池的改进方法，在电解槽和电池的装配过程中，该方法还对膜提供支持。

尽管，为了有助于将膜置于电解池中，并有助于电解池结构，将膜连接在周边围住的框架元件上是有利的，但若用常规技术如焊接，形成膜的材料却一般不易与框架元件连接，这是因为，制造膜用的聚合材料一般是亲水的，而制造框架用的聚合材料一般是憎水的。我们现已研制成功一种能克服这些技术难点的膜与框架连接的方法。

因此，本发明提供一种制造电化学电池组件的方法，所述组件包括一种连接在由不相似的聚合材料制成的框架元件上的离子交换膜，所述方法包括的步骤为：

ⅰ)在离子交换膜的至少一面的边界上涂覆一种溶于可与水混溶的溶剂中的聚合材料溶液，所述聚合材料是制造框架元件用的聚合材料，或者是一种与聚合物框架材料相容的聚合材料；

ⅱ)也可令所述以涂覆膜放置及/或干燥所述已涂覆膜；

ⅲ)使由步骤ⅰ)或步骤ⅱ)所得已涂覆膜的面与所述框架元件接触；以及

ⅳ)使已涂覆的膜与所述框架元件连接。

在实施本发明方法时，将聚合材料溶于一种可与水混溶的溶剂中，配制一种涂覆溶液。该聚合材料或者与制造框架用的材料相同，或者是与框架材料相容的材料。优选的框架结构材料是聚二氟乙烯(poly(vinylidene fluoride))、聚氯乙烯、聚氨酯或聚甲基丙烯酸甲酯。因此，这些是配制涂覆溶液时可选择的聚合物。

配制涂覆溶液用的溶剂是可与水混溶的溶剂。须理解的是，所用术语“混溶”旨在包括那些能部分或完全与水混溶的溶剂的范围。这是因为，离子交换膜含有水，并通过选择一种可与水混溶的溶剂作涂覆溶液的溶剂，则涂覆溶液就能浸渍膜。

可与水混溶的溶剂为极性溶剂，例如为甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、四氢呋喃或者N-甲基吡咯烷酮。

涂覆溶液用常规技术如辊涂、K-bar涂、刷涂或丝网印刷方式涂覆到离子交换膜至少一面的周边上。对本发明来说，涂覆方法的具体选择并不至关重要，只要膜周边上能获得平整的涂层即可。可能有利的是，将不必涂覆的膜表明遮蔽起来，因为这样会使膜尺寸稳定。

溶剂中所溶聚合材料的浓度一般在0.2～20％(重量/溶剂体积)的范围之内，优选为2～5％(重量/溶剂体积)。

按照本发明涂覆的膜，可以是含酸基或酸基衍生物的含氟聚合物。例如，可用的离子交换膜为四氟乙烯与磺化或羧基化乙烯醚的共聚物，例如以商品名Nafion(杜邦公司产)出售的那些如Nafion112、115或117，或者Flemion(日本旭玻璃株式会社产)。另一种可用于本发明的全氟化阳离子交换膜是Aciplex(日本旭化学品株式会社产)。另一种可按照本发明改性的膜是一种阳离子交换膜，它是一种聚丙烯磺化膜，由日本Tokuyama碱业株式会社产，以商品名Neosepta CM1、Neosepta CM2、Neosepta CMH、Neosepta CMX及Neosepta CMS，以及Selemion(日本旭玻璃株式会社产)出售。