一种膜电极制备系统的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种膜电极制备系统。


背景技术：

2.mea(膜电极)是氢燃料电池的核心部件，mea(膜电极)通常由五合一中间芯层(ccm和ccm两侧的边框构成)和位于该中间芯层上下表面两侧的两层碳纸组成。
3.现有生产工艺中，阴阳极碳纸均为片料来料，中间芯层为连续卷料，阴阳极碳纸分别完成点胶后，经过皮带输送、移载模组搬运、片料对卷料对位机构贴合后进行裁片，再通过压机压合以满足其工艺需求。
4.由于片料对卷料对位机构贴合时，使用机械手进行预贴合动作，作用力较小，后续拉带裁片以及搬运裁切好的片料至压机的过程中会出现较大概率掉落gdl(碳纸)的情况，即机械手完成的预贴合不能使gdl稳固地与中间芯层贴合，使得损失较多，不合格品率上升。
5.因此，为了保证料片生产的合格率，有必要设计一种新的贴合工艺来实现膜电极的制备。


技术实现要素：

6.本公开提供一种膜电极制备系统，以提高料片生产的合格率。
7.根据本公开，提供一种膜电极制备系统，包括：
8.碳纸点胶移载机构，包括第一点胶移载机构和第二点胶移载机构，所述第一点胶移载机构和第二点胶移载机构均包括点胶机构和输送皮带，所述第一点胶移载机构和第二点胶移载机构的所述输送皮带分别用于输送第一碳纸和第二碳纸，所述第一点胶移载机构和第二点胶移载机构的所述点胶机构分别用于对所述输送皮带上的第一碳纸和第二碳纸点胶；
9.碳纸翻转机构，设于所述第一点胶移载机构的下游，用于将点胶后的所述第一碳纸翻面；
10.碳纸机器人搬运机构，设于所述碳纸翻转机构的下游，用于将翻面后的所述第一碳纸贴合至中间芯层料带的上表面；
11.碳纸纠偏定位平台，设于所述第二点胶移载机构的下游，用于将点胶后的所述第二碳纸进行定位，使所述第二碳纸对准所述中间芯层料带的下方贴合；
12.热压机构，设于所述碳纸纠偏定位平台的下游，用于对所述中间芯层料带和两侧的所述第一碳纸、第二碳纸进行热压。
13.根据本技术示例实施例，所述系统还包括碳纸搬运机构，用于将所述输送皮带上点胶后的第二碳纸转移至所述碳纸纠偏定位平台。
14.根据本技术示例实施例，所述碳纸搬运机构包括依次连接的第一驱动电机、水平搬运模组、升降模组和第一吸板，所述第一吸板用于吸附点胶后的第二碳纸，所述升降模组
用于对所述第一吸板进行竖直方向移动，所述第一驱动电机驱动所述水平搬运模组对所述升降模组及第一吸板进行水平方向移动。
15.根据本技术示例实施例，所述系统还包括料片裁切机构，用于将所述中间芯层料带上贴合好第一碳纸和第二碳纸的膜电极裁切为预定大小。
16.根据本技术示例实施例，所述料片裁切机构包括压带结构、切刀机构、切刀移动模组、拉带机构和拉带模组，所述压带结构用于将所述中间芯层料带压紧，所述切刀移动模组用于驱动所述切刀机构移动，所述拉带机构用于拉紧所述中间芯层料带的端部，所述拉带模组用于驱动所述拉带机构沿所述中间芯层料带输送方向移动。
17.根据本技术示例实施例，所述第一点胶移载机构和第二点胶移载机构并列设置。
18.根据本技术示例实施例，所述碳纸翻转机构包括依次连接的第二驱动电机、移载模组、旋转气缸和第二吸板，所述旋转气缸用于对所述第二吸板进行旋转，所述第二驱动电机驱动所述移载模组对所述旋转气缸及第二吸板进行移动。
19.根据本技术示例实施例，所述碳纸机器人搬运机构包括机器人本体和第三吸板，所述第三吸板用于吸附所述碳纸翻转机构上的所述第一碳纸，所述机器人本体用于驱动所述第三吸板移动，以从所述碳纸翻转机构上吸取所述第一碳纸，并将所述第一碳纸放置在所述中间芯层料带上。
20.根据本技术示例实施例，所述碳纸纠偏定位平台包括依次连接的x方向移动模组、y方向移动模组、旋转移动模组以及第四吸板，所述第四吸板用于吸附所述第二碳纸，所述旋转移动模组用于对所述第四吸板及其吸附的第二碳纸进行水平面的旋转，所述x方向移动模组和y方向移动模组410分别用于对所述第四吸板及其吸附的第二碳纸进行x方向和y方向的移动。
21.根据本技术示例实施例，所述碳纸纠偏定位平台还包括ccd组件，用于获取所述中间芯层料带的位置。
22.本技术提供的方案可直接在输送皮带上完成对碳纸点胶，完成多层膜电极预贴合之后进行热压然后裁片，可简化生产机构，可减少走带过程中因预贴合不稳固造成碳纸掉落的情况发生，减少了生产的不合格率，避免了碳纸掉落损伤造成的成本损失。
23.为能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，但是此说明和附图仅用来说明本实用新型，而非对本实用新型的保护范围作任何的限制。
附图说明
24.下面结合附图详细说明本公开的实施方式。这里，构成本公开一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解。本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。附图中：
25.图1示出根据本技术示例实施例的膜电极制备系统整体俯视结构示意图；
26.图2示出根据本技术示例实施例的七层膜电极剖视结构示意图；
27.图3示出根据本技术示例实施例的碳纸点胶移载机构结构示意图；
28.图4示出根据本技术示例实施例的碳纸搬运机构结构示意图；
29.图5a示出根据本技术示例实施例的碳纸翻转机构俯视结构示意图；
30.图5b示出根据本技术示例实施例的碳纸翻转机构侧视结构示意图；
31.图6示出根据本技术示例实施例的碳纸机器人搬运机构的结构示意图；
32.图7示出根据本技术示例实施例的碳纸纠偏定位平台的结构示意图；
33.图8示出根据本技术示例实施例的热压机构的结构示意图；
34.图9示出根据本技术示例实施例的料片裁切机构的结构示意图。
35.附图标记列表：
36.10碳纸点胶移载机构230第二吸板
37.10a第一点胶移载机构30碳纸机器人搬运机构
38.10b第二点胶移载机构300机器人本体
39.100点胶机构310第三吸板
40.110输送皮带40碳纸纠偏定位平台
41.20碳纸翻转机构400x方向移动模组
42.200第二驱动电机410y方向移动模组
43.210移载模组420旋转移动模组
44.220旋转气缸430第四吸板
45.50热压机构
46.500压机电缸
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70碳纸搬运机构
47.510压合主体结构
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700第一驱动电机
48.60料片裁切机构
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710水平搬运模组
49.600压带结构
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720升降模组
50.610切刀机构
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730第一吸板
51.620切刀移动模组
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a第一碳纸
52.630拉带机构
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b第二碳纸
53.640拉带模组
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z中间芯层料带
具体实施方式
54.现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本技术将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
55.所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
56.附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
57.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”“左”、“右”等
是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
58.图1示出根据本技术实施例的一种膜电极制备系统的结构示意图。
59.如图1所示，本技术提供一种多层膜电极制备系统。其中，多层膜电极需由中间芯层料带和两侧表面上贴合的碳纸组成，贴合后的膜电极剖视如图2所示。图2为mea的七层膜结构示意图，mea的七层膜结构由阴阳极碳纸(即第一碳纸a、第二碳纸b)和五合一中间芯层料带z组成。
60.本技术膜电极制备系统主要包括：碳纸点胶移载机构10、碳纸翻转机构20、碳纸机器人搬运机构30、碳纸纠偏定位平台40、热压机构50，能够完成第一碳纸a、第二碳纸b与五合一中间芯层料带z的对位贴合及热压。生产线下游还可设置料片裁切机构60，可稳定地将热压贴合后的料带裁切成片料。该方案可直接在输送皮带上完成对碳纸点胶，完成多层膜电极预贴合之后进行热压然后裁片，可简化生产机构，可减少走带过程中因预贴合不稳固造成碳纸掉落的情况发生，减少了生产的不合格率，避免了碳纸掉落损伤造成的成本损失。
61.根据本技术一种实施方式，如图1、3所示，碳纸点胶移载机构10包括第一点胶移载机构10a和第二点胶移载机构10b，第一点胶移载机构10a和第二点胶移载机构10b均包括点胶机构100和输送皮带110，第一点胶移载机构10a和第二点胶移载机构10b的输送皮带110分别用于输送第一碳纸a和第二碳纸b，第一点胶移载机构10a和第二点胶移载机构10b的点胶机构100分别用于将胶点滴、涂覆于第一碳纸a和第二碳纸b表面。其中可在输送皮带110上建立真空吸附。
62.根据本技术一种实施方式，点胶机构100主要包括点胶阀、电机及三轴模组，电机用于驱动三轴模组对碳纸上的点胶位置进行精准定位，三轴模组连接点胶阀，并带动点胶阀在准确位置进行点胶。点胶机构100可采用现有技术实现，此处不再赘述。
63.可在点胶机构100的点胶阀下方设置输送皮带110，输送皮带110用于输送碳纸片料。
64.根据本技术一种实施方式，如图1所示，第一点胶移载机构10a和第二点胶移载机构10b并列设置。
65.由于需要在中间芯层的上下面各贴合一层碳纸，点了胶的两层碳纸中，其中一层可以直接贴合在中间芯层料带z的下表面，另一层需要先翻转点胶后的碳纸，再将其贴合于中间芯层料带z的上表面。
66.在并列的两条点胶输送线中，其中一侧如图1中右侧的输送皮带110可以直接将点胶后的第二碳纸b输送至碳纸定位处，以便后续将碳纸贴合在中间芯层料带的下表面，当然也可设置其他机构从输送皮带110上取走第二碳纸b再将碳纸转移至碳纸定位处。
67.根据本技术一种实施方式，如图4为碳纸搬运机构70的示意图，碳纸搬运机构70用于将输送皮带110上点胶后的第二碳纸b转移至碳纸纠偏定位平台40。碳纸搬运机构70主要包括依次连接的第一驱动电机700、水平搬运模组710、升降模组720和第一吸板730。第一吸板730用于吸附点胶后的第二碳纸b，水平搬运模组710和升降模组720用于驱动第一吸板730进行水平和竖直方向移动，以使得其可以将吸附的第二碳纸b移至碳纸纠偏定位平台
40。第一驱动电机700驱动水平搬运模组710对升降模组720及第一吸板730进行水平方向移动。
68.在并列的两条点胶输送线中，如图1左侧点胶后的第一碳纸a需要贴合在中间芯层料带z的上表面，因此需要有机构将上表面点胶了的第一碳纸a翻个面，再将其贴合在中间芯层料带z的上表面。
69.根据本技术一种实施方式，如图5a、5b为碳纸翻转机构20的示意图，碳纸翻转机构20用于将点胶后的第一碳纸a翻面，碳纸翻转机构20主要包括依次连接的第二驱动电机200、移载模组210、旋转气缸220和第二吸板230。第二驱动电机200驱动移载模组210对第二吸板230进行移动，旋转气缸220用于对第二吸板230进行旋转，使得第二吸板230吸附的第一碳纸a翻面，即将第一碳纸a胶水朝上的一面翻转至朝下。
70.根据本技术一种实施方式，如图6为碳纸机器人搬运机构30的示意图，碳纸机器人搬运机构30主要包括机器人本体300和第三吸板310。碳纸机器人搬运机构30用于将翻面后的第一碳纸a贴合至中间芯层料带z的上表面。第三吸板310用于将碳纸翻转机构20上的第一碳纸a吸附上，机器人本体300用于驱动第三吸板310移动，以从碳纸翻转机构20上吸取第一碳纸a，并将第一碳纸a放置在中间芯层料带z上。碳纸机器人搬运机构30也可采用现有技术实现，此处不再赘述。
71.根据本技术一种实施方式，如图7为碳纸纠偏定位平台40的示意图，碳纸纠偏定位平台40用于将碳纸搬运机构70移过来的或输送皮带110输送来的点胶后的第二碳纸b进行准确定位，即以中间芯层料带z为参照将第二碳纸对准在中间芯层料带z的下方，以使得其能贴合至中间芯层料带z下表面的预定位置。根据一种实施例，五合一中间芯层料带z的预定位置为五合一中间芯层料带z上的活性区域，具体为边框的镂空区域，或者ccm的活性层所在区域。
72.根据本技术一种实施方式，如图7所示，碳纸纠偏定位平台40主要包括依次连接的x方向移动模组400、y方向移动模组410、旋转移动模组420以及第四吸板430。第四吸板430用于吸附第二碳纸b，x方向移动模组400和y方向移动模组410分别用于对第四吸板430及其吸附的第二碳纸b进行x方向和y方向的移动，旋转移动模组420用于对第四吸板430及其吸附的第二碳纸b进行水平面的旋转，使其精准定位。碳纸纠偏定位平台40也可采用现有技术实现，此处不再赘述。
73.根据本技术一种实施方式，碳纸纠偏定位平台40还包括ccd组件，为视觉拍照组件，用于获取中间芯层料带z的位置。
74.根据本技术一种实施方式，如图8为热压机构50的示意图，热压机构50用于对多层叠放的电极进行热压，如图所示对第一碳纸a、中间芯层料带z及第二碳纸b进行热压成型。热压机构50主要包括压机电缸500及压合主体结构510。压机电缸500驱动压合主体结构510对夹持的第一碳纸a、中间芯层料带z及第二碳纸b进行热压成型。根据本技术一种实施方式，热压机构50的压合主体结构510包括上压板和下压板，压机电缸500驱动上压板朝向下压板移动，完成放置在中间的物料的热压。
75.根据本技术一种实施方式，如图9为料片裁切机构60的示意图，料片裁切机构60用于将中间芯层料带z上贴合好碳纸的膜电极裁切为需要的大小。料片裁切机构60主要包括压带结构600、切刀机构610、切刀移动模组620、拉带机构630和拉带模组640。压带结构600
用于将中间芯层料带z压紧，切刀移动模组620用于驱动切刀机构610移动，拉带机构630用于拉紧中间芯层料带z的端部，拉带模组640用于驱动拉带机构630沿料带输送方向移动。
76.本技术上述系统的工作过程如下：碳纸分别上料至左右两侧的输送皮带110上方，通过真空吸附料片，使得料片在皮带线上能够稳定精准地传送至每一个工位，输送皮带110线上有上料位、点胶位、胶线检测位、下料位和缓存位，每个工位都可以是等间距排布，因此能极大地节省设备空间布局以及时间，提高了点胶的节拍。
77.输送皮带110的末端是点胶完成后碳纸的下料位，碳纸翻转机构20以及碳纸搬运机构70中的移载模组将各自的吸板移至下料位上方，碳纸翻转机构20吸取第一碳纸a并翻转碳纸，并将其移至碳纸机器人搬运机构30的上料位，碳纸机器人搬运机构30吸取翻转后的第一碳纸a，将第一碳纸a移至碳纸纠偏定位平台40上方，同时碳纸搬运机构70吸取第二碳纸b，将其放置于碳纸纠偏定位平台40上方。
78.走带至碳纸纠偏定位平台40上方的五合一中间芯层料带z，经过ccd拍照定位。碳纸的纠偏动作以中间芯层料带z的ccd拍照定位为基准。在第一碳纸a、第二碳纸b以及中间芯层料带z都到位后，通过施加压力，使得三者贴合，完成七合一料带预贴合。
79.根据本技术一种实施方式，料带的移动可通过料片裁切机构60中的拉带机构630完成。当然，也可设置单独的拉带机构实现该工艺。
80.根据本技术一种实施方式，料带工位有：预贴合工位、热压工位、裁切工位以及缓存工位。预贴合可以是在料带静止状态下完成。在热压工位可通过热压机构50施加压力以及提供适宜的温度给拉带至此的预贴合完成的七合一料带。在裁切工位可完成料带的裁切工作。至此可以获得七合一片料。
81.根据本技术一种实施方式，拉带模组640驱动拉带机构630移动到裁切位置处夹住料带，然后拉动料带直至预定长度，切刀机构610将料带切片，随后拉带模组640驱动拉带机构630再次来到裁切位置处夹持料带，不断重复上面的动作。
82.本技术整个七合一膜电极的制备过程中，可通过等间距多工位同时动作，减少了多个动作的等待时间，贴合效果稳定且设备结构更加紧凑。
83.本技术可直接在输送皮带上完成点胶，可等间距多工位同时动作，与现有技术相比，不用在点胶平台将碳纸点胶后再将其移载至输送皮带，简化了结构且节省成本。
84.本技术完成预贴合之后进行热压然后裁片，与先裁片再热压的工艺路线相比，碳纸不会轻易掉落，减少了预贴合不良导致的物料损失。
85.本技术贴合及热压的完成都在裁片之前完成，料带上随时可建立张力，使得料带在加热过程中不易起皱，减少了起皱造成的不良损失。
86.本技术相较于先裁片后热压，无需将裁片后的料片移载至热压机构后再移载至下一工位，减少了大量移载机构，在将所有功能都实现的前提下，简化了整个系统结构，降低了成本。
87.最后应说明的是：以上所述仅为本公开的示例实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

技术特征：
1.一种膜电极制备系统，其特征在于，包括：碳纸点胶移载机构，包括第一点胶移载机构和第二点胶移载机构，所述第一点胶移载机构和第二点胶移载机构均包括点胶机构和输送皮带，所述第一点胶移载机构和第二点胶移载机构的所述输送皮带分别用于输送第一碳纸和第二碳纸，所述第一点胶移载机构和第二点胶移载机构的所述点胶机构分别用于对所述输送皮带上的第一碳纸和第二碳纸点胶；碳纸翻转机构，设于所述第一点胶移载机构的下游，用于将点胶后的所述第一碳纸翻面；碳纸机器人搬运机构，设于所述碳纸翻转机构的下游，用于将翻面后的所述第一碳纸贴合至中间芯层料带的上表面；碳纸纠偏定位平台，设于所述第二点胶移载机构的下游，用于将点胶后的所述第二碳纸进行定位，使所述第二碳纸对准所述中间芯层料带的下方贴合；热压机构，设于所述碳纸纠偏定位平台的下游，用于对所述中间芯层料带和两侧的所述第一碳纸、第二碳纸进行热压。2.如权利要求1所述的膜电极制备系统，其特征在于，所述系统还包括碳纸搬运机构，用于将所述输送皮带上点胶后的第二碳纸转移至所述碳纸纠偏定位平台。3.如权利要求2所述的膜电极制备系统，其特征在于，所述碳纸搬运机构包括依次连接的第一驱动电机、水平搬运模组、升降模组和第一吸板，所述第一吸板用于吸附点胶后的第二碳纸，所述升降模组用于对所述第一吸板进行竖直方向移动，所述第一驱动电机驱动所述水平搬运模组对所述升降模组及第一吸板进行水平方向移动。4.如权利要求1至3任一项所述的膜电极制备系统，其特征在于，所述系统还包括料片裁切机构，用于将所述中间芯层料带上贴合好第一碳纸和第二碳纸的膜电极裁切为预定大小。5.如权利要求4所述的膜电极制备系统，其特征在于，所述料片裁切机构包括压带结构、切刀机构、切刀移动模组、拉带机构和拉带模组，所述压带结构用于将所述中间芯层料带压紧，所述切刀移动模组用于驱动所述切刀机构移动，所述拉带机构用于拉紧所述中间芯层料带的端部，所述拉带模组用于驱动所述拉带机构沿所述中间芯层料带输送方向移动。6.如权利要求1至3任一项所述的膜电极制备系统，其特征在于，所述第一点胶移载机构和第二点胶移载机构并列设置。7.如权利要求1至3任一项所述的膜电极制备系统，其特征在于，所述碳纸翻转机构包括依次连接的第二驱动电机、移载模组、旋转气缸和第二吸板，所述旋转气缸用于对所述第二吸板进行旋转，所述第二驱动电机驱动所述移载模组对所述旋转气缸及第二吸板进行移动。8.如权利要求1至3任一项所述的膜电极制备系统，其特征在于，所述碳纸机器人搬运机构包括机器人本体和第三吸板，所述第三吸板用于吸附所述碳纸翻转机构上的所述第一碳纸，所述机器人本体用于驱动所述第三吸板移动，以从所述碳纸翻转机构上吸取所述第一碳纸，并将所述第一碳纸放置在所述中间芯层料带上。9.如权利要求1至3任一项所述的膜电极制备系统，其特征在于，所述碳纸纠偏定位平台包括依次连接的x方向移动模组、y方向移动模组、旋转移动模组以及第四吸板，所述第四
吸板用于吸附所述第二碳纸，所述旋转移动模组用于对所述第四吸板及其吸附的第二碳纸进行水平面的旋转，所述x方向移动模组和y方向移动模组（410）分别用于对所述第四吸板及其吸附的第二碳纸进行x方向和y方向的移动。10.如权利要求9所述的膜电极制备系统，其特征在于，所述碳纸纠偏定位平台还包括ccd组件，用于获取所述中间芯层料带的位置。

技术总结
本申请涉及一种膜电极制备系统，包括：碳纸点胶移载机构，包括第一点胶移载机构和第二点胶移载机构，该两机构均包括点胶机构和输送皮带，输送皮带分别用于输送第一碳纸和第二碳纸，点胶机构分别用于对第一碳纸和第二碳纸点胶；碳纸翻转机构，设于第一点胶移载机构的下游，用于将第一碳纸翻面；碳纸机器人搬运机构，设于碳纸翻转机构的下游，用于将翻面后的第一碳纸贴合至中间芯层料带上；碳纸纠偏定位平台，设于第二点胶移载机构的下游，用于定位第二碳纸；热压机构，设于碳纸纠偏定位平台的下游，用于对中间芯层料带和两侧的碳纸进行热压。本申请可直接在输送皮带上完成对碳纸点胶，预贴合膜电极后进行热压裁片，结构简单，可避免碳纸掉落。避免碳纸掉落。避免碳纸掉落。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：江苏氢导智能装备有限公司
技术研发日：2023.01.31
技术公布日：2023/8/8