过电流保护装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种过电流保护装置，包含一电流检测元件及二电极。该电流检测元件由一具有正温度系数的导电复合材料所形成，包含至少一聚合物、一导电填料及一非导电填料。其特征在于该至少一聚合物的熔点高于１１０℃，且其卫式软化点低于１１０℃。此外，可将放射线的累积照射量维持在２０Ｍｒａｄｓ以上，以增加该过电流保护装置的热稳定性及电气稳定性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种过电流保护装置，更具体而言，涉及具有正温度系数的导电复合材料为电流检测元件的过电流保护装置。为防止发生电池过电流(over-current)或是过高温(over-temperature)现象的过电流保护装置，随着目前便携电子仪器的广泛应用，例如手机、笔记型电脑、手提摄影机及个人数位助理器(PDA)等，其重要性也愈来愈显著。已知的电池过电流保护装置各种各样，包括温度保险丝(Thermal-Fuso)、双金属保险器或正温度系数(PTCPositive ThermalCoefficient)过电流保护装置等。其中，由于PTC过电流保护装置具有不需更换即可重复使用、对温度敏感及可靠稳定等优点，所以目前已被普遍应用于电池的过电流保护，尤其是应用于二次电池的过电流保护装置，例如镍氢电池或是锂电池等。PTC过电流保护装置是利用一具有正温度系数的导电复合材料，作为电流检测元件。由于该正温度导电复合材料的电阻值对温度变化反应敏锐，在正常使用状况时，PTC过电流保护装置的电阻可维持极低值，使电路得以正常运作。但是当电池不当使用而发生过电流(overcurrent)或过高温(over temperature)的现象时，PTC过电流保护装置的电阻值会瞬间提高数万倍至一高电阻状态(例如104ohm)，而将过量的电流抵销，以达到保护电路元件及电池的目的。一般而言，PTC过电流保护装置需具备以下特性1.低电阻即使电池在正常放电(discharge)的状况下，也会困其电路末端的电子仪器的需求，偶尔会有瞬间大量电流的流通。此时，若PTC过电流保护装置的电阻值过高，则会造成供电电压下降(Voltage Drop)，而导致电子仪器的电路及其他元件无法正常运作。因此在正常的使用状况下，PTC过电流保护装置的电阻应保持小于30毫欧姆，且最好小于20毫欧姆。2.低切换温度(Switching Temperature)当电路温度逐渐上升时，PTC过电流保护装置的电阻值会瞬间转变至一高电阻状态，该项转折的温度称为切换温度。一般而言，PTC过电流保护装置的切换温度最好小于100℃，以保护电池在长时间过充电的状况下，不会因其本身温度过高而造成损坏。PTC过电流保护装置中所使用的PTC导电复合材料，是由一具有结晶性的聚合物掺混导电填料，例如碳黑或金属微粒所组成，再将该导电复合材料经由放射线照射使的进行交链(crosslinking)反应。上述导电复合材料的电阻可在室温下保持极低值，而当温度上升达切换温度时，其电阻会瞬问升高至一高电阻状态。美国专利第5,801,612号公开了一过电流保护装置，所使用的聚合物为一聚烯烃及聚丙烯酸的聚合物，再与导电填料掺混形成一PTC导电复合材料。该PTC导电复合材料在与二电极压合后，以放射线照射使该PTC导电复合材料进行一交链反应。由于该先前技艺公开的熔点必须低于110℃，结晶度必须小于40％，且放射线照射的累积放射量必须小于20Mrad，因此无法在较低的温度下敏锐地感应过电流变化，以产生电阻转变跳动而保护电路及电池。另，美国专利号第5,580,493及5,378,407亦分别公开PTC导电复合材料的组成，但其使用的聚合物皆为聚烯烃及聚丙烯酸的聚合物。由于聚丙烯酸具有易吸水的特性，会使导电复合材料的导电度降低，对温度的灵敏度也相对地降低。本专利技术的一目的在于提供一种过电流保护装置，在正常操作下其电阻可维持极低值，使电池得以正常操作。但当电池的温度到达一切换温度时，其电阻值则会瞬间升高至一高电阻状态以降低电流。本专利技术另一目的在提供一种制备电池过电流保护装置的方法，可快速且大量制备一稳定且对温度敏感度高的过电流保护装置。为实现上述目的并避免已知技术的缺点，本专利技术公开一种过电流保护装置，包含一电流检测元件及二电极。其中该电流检测元件是由一PTC导电复合材料所形成，包含至少一聚合物、一导电填料及一非导电填料。其特征在于该PTC导电复合材料所使用的聚合物的熔点高于110℃，且其卫式软化点(Vicat softing point)低于110℃，以增加过电流保护装置的导电性及对温度的灵敏度。本专利技术更公开一种制备过电流保护装置的方法，包含下述步骤(a)至步骤(b)。在步骤(a)中，将至少一聚合物、一导电填料及一非导电填料充分混合均匀以形成一PTC导电复合材料。在步骤(b)中，将该PTC导电复合材料与至少二电极进行压合，以形成一PTC板材。在步骤(c)中，将该PTC板材以放射线照射，且累积的照射计量至少为20Mrads，使该PTC导电复合材料产生交链反应。在步骤(d)中，冲切该PTC板材以形成该过电流保护装置。本专利技术的前述和其他目的、优点以及达成方式，根据下列详细说明与附图将更加清楚。附图说明图1为本专利技术的过电流保护装置的一较佳实施例的剖面图；图2为本专利技术的过电流保护装置的另一较佳实施例的剖面图；及图3为本专利技术的过电流保护装置的电阻值与放射线累积照射量的对应图。图1为本专利技术的过电流保护装置10的一较佳实施例的剖面图，包含一电流检测元件13、二电极11和12，及二金属导电片14和15。该电流检测元件13是由一具正温度是数(PTC)的导电复合材料所形成，且包含至少一聚合物及一导电填料(conductive filler)。该电极11和12贴合于该电流检测元件13的两侧，可电气连接至电池电源的正负极。该二金属导电片14和15未必为必需使用；当使用时，可贴合于该两电极11和12相对于该电流检测元件13的另一侧，作为表面粘着至一电路板或电池的导线。图2为本专利技术的过电流保护装置10的另一较佳实施例的剖面图。和图1的不同点是，该二金属导电片14和15延伸出该电极11和12的方向相同或不同。该PTC导电复合材料所使用的聚合物是由至少一种聚烯烃类聚合物所组成，例如聚乙烯、聚丙烯或聚辛烯，其熔点(peak meltingpoint)大于110℃，以提高结晶度，并加强PTC效应；且其卫式软化点(Vicat softing point)小于110℃，以达到低温过电流保护的目的。上述的卫式软化点是根据ASTM，D1525的方法测量而得。此外，该导电填料可选自导电碳黑、金属粉末或碳化陶瓷性粉末，且该碳化陶瓷性粉末例如碳化钛或碳化钨，为增强该电流检测元件13的韧度(toughness)、导电度(conductivity)及对温度的敏感度(sensitivity)，在该PTC导电复合材料内可另添加一非导电填料。该非导电填料可为无机或是有机体，本专利技术对此并未有任何限制。该无机非导电填料，例如为氲氧化镁、二氧化钛或碳酸钙；而该有机非导电填料，是选自下列群组矽化物、丙烯酸类、胺类、硫化物、羧酸类、脂肪酸类及酯类的衍生物及其盐类或是非晶形聚合物(amorphous polymer)，本专利技术的一较佳具体实施例中所使用的有机非导电填料为硬酯酸锌。再者，PTC导电复合材料可另添加一添加剂以增强其物理特性，该添加剂包含光起始剂、交链剂、偶合剂、分散剂、稳定剂或抗氧化剂等化合物。在本专利技术的实施例中，是先将该聚合物、导电填料、非导电填料及添加剂进行初步的混合及粉碎，其中，该聚合物的重量百分比是介于20％至80％之间，较佳者是介于30％至70％之间；该导电填料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过电流保护装置，包含：一电流检测元件，为具有正温度系数的导电复合材料，包括至少一聚合物；及一导电填料，散布于该聚合物的内；以及至少两电极，贴合于该电流检测元件的两侧；其特征在于该聚合物的熔点高于１１０℃，卫式软化点低于１１０℃，该电流检测元件的厚度介于０．０２５毫米至０．２５毫米之间，且其２０℃电阻系数不超过２．０ｏｈｍ－ｃｍ。

【技术特征摘要】
1.一种过电流保护装置，包含一电流检测元件，为具有正温度系数的导电复合材料，包括至少一聚合物；及一导电填料，散布于该聚合物的内；以及至少两电极，贴合于该电流检测元件的两侧；其特征在于该聚合物的熔点高于110℃，卫式软化点低于110℃，该电流检测元件的厚度介于0.025毫米至0.25毫米之间，且其20℃电阻系数不超过2.0ohm-cm。2.如权利要求1所述的装置，其中该聚合物为聚烯烃类聚合物。3.如权利要求1所述的装置，其中该聚合物是选自下列群组聚乙烯、聚丙烯及聚辛烯。4.如权利要求1所述的装置，其中该导电填料为碳黑、金属粉末或碳化陶瓷性粉末。5.如权利要求4所述的装置，其中该金属粉末为镍粉、银粉或其混合物。6.如权利要求4所述的装置，其中该碳化陶瓷性粉末为碳化钛或碳化钨。7.如权利要求1所述的装置，其中该具有正温度系数的导电复合材另包含一非导电填料，且散布于该聚合物之内。8.如权利要求7所述的装置，其中该非导电填料为无机或是有机形式。9.如权利要求8所述的装置，其中该无机非导电填料是选自氢氧化镁、三氧化钛、碳酸钙。10.如权利要求8所述的装置，其中该有机非导电填料是选自矽化物、丙烯酸类、胺类、硫化物、羧酸类、脂肪酸类及酯类的衍生物及其盐类或是非晶形聚合物。11.如权利要求1所述的装置，其中该电极为一金属薄片。12.如权利要求11所述的装置，其中该金属薄片为镀镍铜箔；13.如权利要求1所述的装置，其中该电极相对于该电流检测元件的另一侧粘附一金属导电片。14.如权利要求13所述的装置，其中该金属导电片为镍片。15.如权利要求1所述的装置，其中该PTC导电复合材料是经放射线照射且累积计量至少20Mrads。16.如权利要求15所述的装置，其中该PTC导电复合材料是经放射线照射且累积计量25至35Mrads。17.如权利要求1所述的装置，其中该PTC导电复合材料另渗入一添加剂以增强其物理特性。18.如权利要求17所述的装置，其中该添加剂为一光起始剂、交链剂、偶合剂、分散剂、稳定剂或抗氧化剂。19.如权利要求1项的装置，是以下列步骤完成(a)将一聚合物、一导电填料及一非导电填料充分混合均匀以形成一PTC导电复合材料；(b)将该PTC导电复合材料与至少二电极进行压合，以形成一PTC板材，其中，该PTC导电复合材料经压合后，形成一薄片片大的电流检测元件；(c)将该PTC板材以放射...

【专利技术属性】
技术研发人员：王绍裘，马云晋，谢炯辉，
申请(专利权)人：聚鼎科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]