正温度系数材料以及包含该正温度系数材料的过电流保护元件制造技术

本发明专利技术公开一种正温度系数材料及包含该正温度系数材料的过电流保护元件。该正温度系数材料包含结晶性高分子聚合物和导电填料，导电填料包含散布于该结晶性高分子聚合物中的碳化钨粉末。其中该碳化钨粉末中不纯物的重量百分比不大于7％，且该不纯物为分子式WC以外的物质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于一种正温度系数(PositiveTemperatureCoefficient；PTC)材料，以及包含该正温度系数材料的过电流保护元件，特别是关于一种具有低体积电阻率的PTC材料及其过电流保护元件。
技术介绍
由于具有PTC特性的导电复合材料的电阻具有对温度变化反应敏锐的特性，可作为电流或温度感测元件的材料，且目前已被广泛应用于过电流保护元件或电路元件上。由于PTC导电复合材料在正常温度下的电阻可维持极低值，使电路或电池得以正常运作。但是，当电路或电池发生过电流(over-current)或过高温(over-temperature)的现象时，PTC导电复合材料中的结晶性高分子会随着熔解而膨胀，而切断大部分导电性粒子的导电路径，使得电阻值会瞬间提高至一高电阻状态，即发生触发(trip)现象，从而降低流过的电流值。一般而言，PTC导电复合材料由具结晶性的聚合物及导电填料所组成，该导电填料均匀分散于该聚合物之中。该聚合物一般为聚烯烃类聚合物，例如：聚乙烯，而传统的导电填料一般为碳黑，近期为了降低电阻值，常使用导电陶瓷取代碳黑作为导电填料，碳化钨即为其中一种导电陶瓷填料。惟，碳化钨原料中或于烧结过程中可能会产生不纯物，导致电阻值较高，或造成电阻值的不稳定，进而影响由其制成的PTC导电复合材料，其体积电阻率可能无法达到理想的低体积电阻率目标。
技术实现思路
为了延长电池使用的寿命，运用在二次电池的过电流保护元件必须在触发(trip)反应后仍具有良好的电阻再现性。本专利技术提供一种正温度系数材料及包含该材料的过电流保护元件。该正温度系数材料中通过于结晶性高分子聚合物中加入高纯度的导电碳化钨填料，可进一步降低该过电流保护元件的体积电阻率，且提供良好的电阻再现性。根据本专利技术的第一方面，公开一种正温度系数材料，其包含结晶性高分子聚合物和导电填料，导电填料包含散布于该结晶性高分子聚合物中的碳化钨粉末。其中该碳化钨粉末中不纯物的重量百分比不大于7％，且该不纯物为分子式WC以外的物质。一实施例中，该正温度系数材料的体积电阻值小于0.4Ω·cm。一实施例中，该碳化钨粉末占正温度系数材料的重量百分比在85～95％的范围。一实施例中，该碳化钨粉末占正温度系数材料的重量百分比大于等于91％，且正温度系数材料的体积电阻率小于等于0.05Ω·cm。一实施例中，该碳化钨粉末占正温度系数材料的重量百分比大于等于93％，且正温度系数材料的体积电阻率小于等于0.025Ω·cm。一实施例中，该碳化钨粉末占正温度系数材料的重量百分比大于等于94.5％，且正温度系数材料的体积电阻率小于等于0.015Ω·cm。一实施例中，该碳化钨粉末中的WC为六方紧密堆积结构。一实施例中，该碳化钨粉末中的不纯物可包含碳、氧、氧化钨、钨、钴、镍、铬、钼、铁、碳化锆、碳化钼、分子式为W2C的碳化钨、分子式为WC1-x的碳化钨或其混合物。一实施例中，该碳化钨粉末中的不纯物W2C的重量百分比小于5wt％，且以小于3wt％为更佳。一实施例中，碳化钨粉末的粒径大小主要介于0.01μm至100μm之间，较佳粒径大小介于0.1μm至50μm之间。一实施例中，其中该结晶性高分子聚合物包括高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚乙烯蜡、乙烯聚合物、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、氟系聚合物或其混合物。根据本专利技术的第二方面，公开一种过电流保护元件，其包含二个导电层及正温度系数材料层。该正温度系数材料层层叠设置于该二个导电层之间，该正温度系数材料层包含前述的任一正温度系数材料。该导电层可为铜箔、镍箔、镀镍铜箔。本专利技术的过电流保护元件中的二个导电层可与另二金属电极片借着锡膏(solder)经回焊或借着点焊方式接合成一组装体(assembly)，通常是成一轴型(axial-leaded)、插件型(radial-leaded)、端子型(terminal)元件。此外，本专利技术的正温度系数材料亦可应用于表面粘着型(surfacemount)的元件。附图说明图1本专利技术一实施例的过电流保护元件的结构示意图。图2本专利技术实施例3的碳化钨粉末的XRD成分分析图。图3本专利技术实施例2的碳化钨粉末的XRD成分分析图。图4本专利技术比较例4的碳化钨粉末的XRD成分分析图。图5本专利技术实施例4的碳化钨粉末的XRD成分分析图。【符号说明】10PTC元件11PTC材料层12电极层具体实施方式为让本专利技术的上述和其他
技术实现思路
、特征和优点能更明显易懂，下文特举出相关实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。碳化钨粉末的制作可将钨金属与碳(例如石墨)于约1400～2000℃的温度且在氢气或真空下直接碳化制成。但因为原材料中可能有其他杂质或制作过程中掺入少许氧气，或于烧结过程中加入钴或镍等结合剂(binder)，使得制作出来的碳化钨粉末或颗粒可能会含有各种不纯物。另外，碳化钨粉末在烧结过程中可能会按以下反应式产生不纯物，而非单纯以分子式WC存在。其中可能因下列反应式，而生成W2C和WC1-x。WC+W→W2CWC+W2C→WC1-x又，碳化钨粉末烧结过程中亦可能有氧气掺入而产生氧化钨(WO2)或钨金属未完成反应等不纯物。W+O2→WO2综上，分子式为WC以外的不纯物可包含碳(C)、氧(O)、氧化钨(WO2)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、碳化锆(ZrC)、碳化钼(MoC)、W2C、WC1-x或前述材质的混合物。本专利技术选用的碳化钨粉末中除了分子式为WC外的不纯物的重量百分比不大于7％，也就是碳化钨粉末中WC的重量比大于93％(或称纯度大于93wt％)，经以下实验证明其应用于正温度系数材料的导电填料时，可有效降低体积电阻率(volumetricresistivity)达20～50％。碳化钨WC为六方紧密堆积(Hexagonclose-packed；HCP)结构，此紧密堆叠方式具有较多导电通路，使得导电性较佳，且具有良好的电阻再现性。以下说明本专利技术的正温度系数材料的组成成份，包括实施例1至5、比较例1至4，以及相关制作过程。本专利技术的正温度系数材料层的成份及其重量百分比如表一所示。申言之，正温度系数材料包含结晶性高分子聚合物和导电填料。表一所示实施例中，结晶性高分子聚合物包含高密度结晶性聚乙烯(HDPE)和低密度结晶性聚乙烯(LDPE)，导电填料则包含散布于该结晶性高分子聚合物中的碳化钨粉末。[表一]HDPE高密度结晶性聚乙烯(密度：0.943g/cm3，熔点：125℃)；LDPE低密度结晶性聚乙烯(密度：0.924g/cm3，熔点：113℃)。实施例1至4中，碳化钨粉末含有分子式WC的重量百分比(或称纯度)约在93％以上，其可使用X光衍射分析(X-rayDiffraction；XRD)进行测定。另外，可依需求加入阻燃剂氢氧化镁(Mg(OH)2)。碳化钨粉末外型可为破碎状、多角型、球形或片状。一实施例中，碳化钨的粒径大小主要介于0.01μm至100μm之间，较佳的粒径大小介于0.1μm至50μm之间。实际应用上，该结晶性高分子聚合物包括高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚乙烯蜡、乙烯聚合物、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、氟系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正温度系数材料，包括：结晶性高分子聚合物；以及导电填料，包含散布于该结晶性高分子聚合物中的碳化钨粉末；其中该碳化钨粉末中不纯物的重量百分比不大于7％，且该不纯物为分子式WC以外的物质。

【技术特征摘要】
2014.09.29 TW 1031337601.一种正温度系数材料，包括：结晶性高分子聚合物；以及导电填料，包含散布于该结晶性高分子聚合物中的碳化钨粉末；其中该碳化钨粉末中不纯物的重量百分比不大于7％，且该不纯物为分子式WC以外的物质。2.根据权利要求1所述的正温度系数材料，其中该正温度系数材料的体积电阻值小于0.4Ω·cm。3.根据权利要求1所述的正温度系数材料，其中该碳化钨粉末占正温度系数材料的重量百分比介于85～95％。4.根据权利要求1所述的正温度系数材料，其中该碳化钨粉末占正温度系数材料的重量百分比大于等于91％，且正温度系数材料的体积电阻率小于等于0.05Ω·cm。5.根据权利要求1所述的正温度系数材料，其中该碳化钨粉末占正温度系数材料的重量百分比大于等于93％，且正温度系数材料的体积电阻率小于等于0.025Ω·cm。6.根据权利要求1所述的正温度系数材料，其中该碳化钨粉末占正温度系数材料的重量百...

【专利技术属性】
技术研发人员：何建成，蔡东成，罗国彰，沙益安，
申请(专利权)人：聚鼎科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71