專利名稱：低溫快速過(guò)電流保護(hù)元器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過(guò)電流保護(hù)元件，尤其涉及具有PTC導(dǎo)電復(fù)合材料的一種低溫快速過(guò)電流保護(hù)元件。其具有優(yōu)秀的低溫快速保護(hù)特性，更高的阻值集中度，更優(yōu)異的耐電壓、耐電流沖擊特性。
背景技術(shù)：
由于具有正溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient ;PTC)特性的導(dǎo)電復(fù)合材料的電阻具有對(duì)溫度變化反應(yīng)敏銳的特性，可作為電流敏感元件的材料，且目前已被廣泛應(yīng)用于電流保護(hù)元件或電路元件上?；诟叻肿有静牡恼郎囟认禂?shù)過(guò)流防護(hù)元件 (PTC)已廣泛地應(yīng)用到通信、計(jì)算機(jī)、汽車、工業(yè)控制、家用電器等眾多領(lǐng)域中，應(yīng)用于電路的過(guò)流保護(hù)設(shè)置。在通常狀態(tài)下，電路中的電流相對(duì)較小，熱敏電阻器溫度較低，而當(dāng)由電路故障引起的大電流通過(guò)此自復(fù)性保險(xiǎn)絲時(shí)，其溫度會(huì)突然升高到“關(guān)斷”溫度，導(dǎo)致其電阻值變得很大，這樣就使電路處于一種近似“開路”的狀態(tài)，從而保護(hù)了電路中其他元件。而當(dāng)故障排除后，熱敏電阻器的溫度下降，其電阻值又可恢復(fù)到低阻值狀態(tài)。一般的說(shuō)，PTC導(dǎo)電復(fù)合材料至少由一種或一種以上具有結(jié)晶性的聚合物和導(dǎo)電填料所組成，所述導(dǎo)電填料均勻分散于上述聚合物中，所述聚合物一般為聚烯烴類聚合物， 如聚乙烯，聚丙烯。而導(dǎo)電填料一般由碳黑、金屬顆粒(如鎳粉或鈷粉)或無(wú)氧陶瓷粉末 (如碳化鈦或碳化鎢等)。以二次充電鋰化合物為基礎(chǔ)的電池和電池組，對(duì)過(guò)電流/過(guò)溫狀態(tài)特別敏感，這種狀況是由意外短路、濫用或難以控制的充電所致，使電池溫度升高，導(dǎo)致電池受損或設(shè)備故障，需要外圍PPTC (Polymer PTC)元件對(duì)其提供保護(hù)，由于鋰離子等二次充電電池的電芯安全溫度普遍較低(一般低于85°C )，需要對(duì)應(yīng)PPTC元器件電阻階躍轉(zhuǎn)折點(diǎn)低于此溫度， 而傳統(tǒng)PPTC的溫度轉(zhuǎn)折點(diǎn)遠(yuǎn)高于此安全溫度，因此只能作為常溫過(guò)流保護(hù)元件，無(wú)法進(jìn)行過(guò)低溫保護(hù)。同時(shí)隨著各類手機(jī)、筆記本電腦、便攜式視聽設(shè)備、便攜式攝影機(jī)和其他便攜式設(shè)備的市場(chǎng)需求的擴(kuò)張及更新?lián)Q代頻率的加快，對(duì)滿足便攜式設(shè)備更長(zhǎng)運(yùn)作時(shí)間、小尺寸和更輕重量要求的鋰離子和鋰聚合物電池的需求得到快速的增長(zhǎng)?；阡囯x子電池上述兩點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)，用于電池保護(hù)的PPTC的需求體現(xiàn)在要求具有低的電阻、小的尺寸、低溫快速保護(hù)的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種低溫快速過(guò)電流保護(hù)元件，通過(guò)在聚合物中加入一些具有特定粒徑分布的導(dǎo)電填料及特定的加工工藝使所述的PPTC元器件具有優(yōu)異的低溫快速保護(hù)特性。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題在于提供上述低溫快速過(guò)電流保護(hù)元件的制造方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是一種低溫快速過(guò)電流保護(hù)元器件，其包含兩個(gè)金屬箔片和一個(gè)PTC材料層，上、下兩金屬箔片的粗糙性表面與PTC材料層為直接性物理接觸，所述PTC材料層介于所述上、下兩金屬箔片之間，且電阻率小于0. 3 Ω . cm,該P(yáng)TC材料包含
至少一種結(jié)晶性聚合物；
導(dǎo)電碳黑,平均粒徑介于25nm 85nm之間，吸油量介于50cc/100gm 130cc/100gm 之間，且均勻分散于所述至少一結(jié)晶性聚合物中；
相容劑，為接枝改性聚合物，其熔點(diǎn)在55°C 70°C之間；
其中，至少一結(jié)晶性聚合物為茂金屬催化的烯烴類聚合物，熔點(diǎn)在80°C 95°C之間， 結(jié)晶度在10% 25%之間，密度在0. 813g/cm3 0. 913g/cm3之間。在上述方案的基礎(chǔ)上，所述的烯烴類聚合物為聚乙烯，所述PTC材料層按重量份計(jì)包括下述組份
聚乙烯 150 MO 相容劑 25 105 導(dǎo)電碳黑 286份。具體的，以導(dǎo)電碳黑觀6份計(jì)，
聚乙烯可以為 150、153、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、 220、225、230、235 或 240 份；
相容劑可以為 25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、101 或 105 份。在上述方案的基礎(chǔ)上，所述的相容劑為馬來(lái)酸酐接枝改性的線性低密度聚乙烯。具體的，使用馬來(lái)酸酐接枝改性Dow公司的線性低密度聚乙烯722 (熔融指數(shù)為 8dg/min(190°C，2. 16kg),密度為0. 918g/cm3，熔點(diǎn)107°C )，該馬來(lái)酸酐接枝改性的線性低密度聚乙烯的密度為0. 827g/cm3，熔點(diǎn)65°C。在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述上、下兩金屬箔片與上、下兩金屬電極通過(guò)焊料經(jīng)過(guò)回流焊方式接合成一組件，所述上、下兩金屬電極與電源連接形成一導(dǎo)電回路。針對(duì)上述的低溫快速過(guò)電流保護(hù)元器件的制造方法，包括依下述步驟 步驟一各組份按上述比例配料稱量；
步驟二 將密煉機(jī)進(jìn)料溫度設(shè)定為115 125°C，向密煉機(jī)中加入結(jié)晶性聚合物，轉(zhuǎn)速 20 30轉(zhuǎn)/min，密煉時(shí)間3 8min ；
步驟三加入部分導(dǎo)電碳黑，密煉時(shí)間3 8min，再加入剩余部分導(dǎo)電碳黑，密煉時(shí)間 3 8min，逐漸在^iin內(nèi)降低溫度至110°C，加入相容劑密煉6 lOmin，出料，制成具有 PTC特性的導(dǎo)電材料；
步驟四將導(dǎo)電材料用開煉機(jī)制成厚度為0. 10 0. 20mm的芯片，即PTC材料層； 步驟五將PTC材料層放入框模中，上、下均放上金屬箔片，進(jìn)行壓合，制得復(fù)合片狀 PTC芯材。在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，將復(fù)合片狀PTC芯材沖壓成芯片，對(duì)芯片進(jìn)行退火處理， 直接從烘箱取出，再在130°C 210°C的焊接溫度中對(duì)芯片上、下兩表面分別焊接兩個(gè)金屬電極，制成條狀式的PTC過(guò)流保護(hù)元器件初品；冷卻后，使用45 55KHz超聲波對(duì)其震蕩， 然后用Y射線(Co6°)或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5 8Mrad，最后，再對(duì)其使用35 45KHz 超聲波震蕩，制成PTC過(guò)流保護(hù)元器件。
在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，步驟五中，所述的壓合條件為先在真空壓機(jī)中，壓合溫度155 165°C，壓力5 lOMPa，時(shí)間10 20min，取出后再在冷壓機(jī)中，壓合壓力3 5MPa，時(shí)間 5 IOmin。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的過(guò)電流保護(hù)元件，上、下金屬箔片可與上下金屬鎳片通過(guò)焊料經(jīng)過(guò)回流焊方式接合成一組件；上、下金屬鎳片可與電源連接而形成一導(dǎo)電回路，使PTC元件在過(guò)流狀態(tài)下工作，達(dá)到保護(hù)回路的作用，而且由于PTC元件的低溫轉(zhuǎn)折特性，可以對(duì)回路起到過(guò)溫保護(hù)特性。


圖1為本發(fā)明的過(guò)電流保護(hù)元件。圖2為本發(fā)明過(guò)電流保護(hù)元件的一個(gè)實(shí)施例。附圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明 1 - PTC材料層
2，2’ 一金屬箔片3，3’ 一金屬電極。
具體實(shí)施例方式下面說(shuō)明本發(fā)明過(guò)電流保護(hù)元件的兩種組成部分(實(shí)施例1和實(shí)施例2)及制作過(guò)程。 本發(fā)明過(guò)電流保護(hù)元件所使用的PTC材料層的成份及重量(單位克)如表1所示。
權(quán)利要求
1.一種低溫快速過(guò)電流保護(hù)元器件，其包含兩個(gè)金屬箔片(2，2’ )和一個(gè)PTC材料層 (1 )，其特征在于上、下兩金屬箔片(2，2’)的粗糙性表面與PTC材料層(1)為直接性物理接觸，所述PTC材料層(1)介于所述上、下兩金屬箔片(2，2’ )之間，且電阻率小于0. 3 Ω . cm, 該P(yáng)TC材料包含至少一種結(jié)晶性聚合物；導(dǎo)電碳黑,平均粒徑介于25nm 85nm之間，吸油量介于50cc/100gm 130cc/100gm 之間，且均勻分散于所述至少一結(jié)晶性聚合物中；相容劑，為接枝改性聚合物，其熔點(diǎn)在55°C 70°C之間；其中，至少一結(jié)晶性聚合物為茂金屬催化的烯烴類聚合物，熔點(diǎn)在80°C 95°C之間， 結(jié)晶度在10% 25%之間，密度在0. 813g/cm3 0. 913g/cm3之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫快速過(guò)電流保護(hù)元器件，其特征在于所述的烯烴類聚合物為聚乙烯，所述PTC材料層按重量份計(jì)包括下述組份聚乙烯 150 MO相容劑 25 105導(dǎo)電碳黑 286份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低溫快速過(guò)電流保護(hù)元器件，其特征在于所述的相容劑為馬來(lái)酸酐接枝改性的線性低密度聚乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低溫快速過(guò)電流保護(hù)元器件，其特征在于所述上、下兩金屬箔片(2，2’)與上、下兩金屬電極(3，3’)通過(guò)焊料經(jīng)過(guò)回流焊方式接合成一組件，所述上、下兩金屬電極(3，3’)與電源連接形成一導(dǎo)電回路。
5.針對(duì)權(quán)利要求1至4之一所述的低溫快速過(guò)電流保護(hù)元器件的制造方法，其特征在于包括依下述步驟步驟一各組份按比例配料稱量；步驟二 將密煉機(jī)進(jìn)料溫度設(shè)定為115 125°C，向密煉機(jī)中加入結(jié)晶性聚合物，轉(zhuǎn)速 20 30轉(zhuǎn)/min，密煉時(shí)間3 8min ；步驟三加入部分導(dǎo)電碳黑，密煉時(shí)間3 8min，再加入剩余部分導(dǎo)電碳黑，密煉時(shí)間 3 8min，逐漸在^iin內(nèi)降低溫度至110°C，加入相容劑密煉6 lOmin，出料，制成具有 PTC特性的導(dǎo)電材料；步驟四將導(dǎo)電材料用開煉機(jī)制成厚度為0. 10 0. 20mm的芯片，即PTC材料層(1)；步驟五將PTC材料層(1)放入框模中，上、下均放上金屬箔片(2，2’)，進(jìn)行壓合，制得復(fù)合片狀PTC芯材。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低溫快速過(guò)電流保護(hù)元器件的制造方法，其特征在于將復(fù)合片狀PTC芯材沖壓成芯片，對(duì)芯片進(jìn)行退火處理，直接從烘箱取出，再在130°c 210°C的焊接溫度中對(duì)芯片上、下兩表面分別焊接兩個(gè)金屬電極(3，3’)，制成條狀式的PTC過(guò)流保護(hù)元器件初品；冷卻后，使用45 55KHz超聲波對(duì)其震蕩，然后用Y射線(Co6°)或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5 8Mrad，最后，再對(duì)其使用35 45KHz超聲波震蕩，制成PTC過(guò)流保護(hù)元器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低溫快速過(guò)電流保護(hù)元器件的制造方法，其特征在于步驟五中，所述的壓合條件為先在真空壓機(jī)中，壓合溫度155 165°C，壓力5 lOMPa，時(shí)間10 20min，取出后再在冷壓機(jī)中，壓合壓力3 5MPa，時(shí)間5 lOmin。
全文摘要
本發(fā)明涉及低溫快速過(guò)電流保護(hù)元器件及其制造方法，PTC材料電阻率小于0.3Ω.cm，包含結(jié)晶性聚合物，為茂金屬催化的烯烴類聚合物，熔點(diǎn)80-95℃，密度0.813-0.913g/cm3；導(dǎo)電碳黑，平均粒徑25-85nm，吸油量50-130cc/100gm；相容劑，為接枝改性聚合物，熔點(diǎn)55-70℃；制造方法包括密煉機(jī)中加入結(jié)晶性聚合物，加入部分導(dǎo)電碳黑密煉，再加入剩余導(dǎo)電碳黑密煉，加入相容劑密煉，出料，用開煉機(jī)制成芯片，即PTC材料層，上、下均放上金屬箔片，進(jìn)行壓合，制得復(fù)合片狀PTC芯材。優(yōu)點(diǎn)是由于PTC元件的低溫轉(zhuǎn)折特性，可以對(duì)回路起到過(guò)溫保護(hù)特性。
文檔編號(hào)H01C7/02GK102176358SQ20111002768
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者劉正平, 孫天舉, 王軍, 王群林 申請(qǐng)人:上海長(zhǎng)園維安電子線路保護(hù)股份有限公司