过电流保护元件制造技术

本发明专利技术涉及一过电流保护元件包含二金属箔片及一ＰＴＣ材料层。ＰＴＣ材料层叠设于该二金属箔片之间，且体积电阻值小于０．１Ω－ｃｍ。ＰＴＣ材料层包含（ｉ）多种结晶性高分子聚合物，其包含至少一具熔点低于１１５℃的结晶性高分子聚合物；（ｉｉ）一导电镍金属填料，体积电阻值小于５００μΩ－ｃｍ；及（ｉｉｉ）一非导电氮化金属填料。导电镍金属填料及非导电氮化金属填料散布于该多种结晶性高分子聚合物之中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种过电流保护元件。
技术介绍
由于具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient ；PTC)特性的导电复 合材料的电阻对温度变化具有反应敏锐的特性，可作为电流感测元件的材料，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工作。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，其电阻值会瞬间提高至一高电阻状态(至少 102 Ω以上)，而将过量的电流降低，以达到保护电池或电路元件的目的。一般而言，PTC导电复合材料由一种或一种以上具结晶性的聚合物及导电填料所 组成，该导电填料均勻分散于该聚合物之中。该聚合物一般为聚烯烃聚合物，例如聚乙烯， 而导电填料一般为碳黑、金属粒子(例如镍、金或银等)或无氧陶瓷粉末(例如碳化钛或碳 化钨等)。该导电复合材料的导电度是由导电填料的种类及含量而定。一般而言，由于碳黑 表面呈凹凸状，与聚烯烃聚合物的附着性较佳，所以具有较佳的电阻再现性。然而，碳黑所 能提供的导电度较金属填料低，因此采用金属填料取代碳黑已成为未来的趋势，然而金属 填料比重较大，分散较不均勻。另，以镍金属填料为例，由于该材料因为具有弱磁性，填料粒 子间更容易产生凝聚不易分散的问题。为有效降低过电流保护元件的电阻值，并且避免材 料分散不均，故逐渐趋向于金属粒子材料系统中以添加一非导电的陶瓷粉末或填料，通过 该陶瓷填料与高分子以及金属粒子于材料混合时的摩擦力与填充特性，可以大幅改善材料 的分散特性，作为导电复合材料的固体分散剂。但又由于金属粉末不似碳黑具有凹凸表面， 且金属粉末表面无明显的化学官能基，因此其与聚烯烃等聚合物的附着性较碳黑差，导致 其电阻再现性也较难控制。为增加聚烯烃聚合物及金属粒子之间的附着性，金属粒子填料 的导电复合材料会另添加一耦合剂，以加强聚烯烃聚合物与金属粒子之间的作用力与附着 性，大幅度减少复合材料内的孔隙，并提升电阻再现性。
技术实现思路
本专利技术提供一种过电流保护元件，通过加入一具特定粒径分布的导电镍金属填 料、非导电氮化金属填料及至少一具低熔点的结晶性高分子聚合物，而使该过电流保护元 件具有优异的低电阻值、低温快速触发(trip)、耐电压特性及电阻再现性。本专利技术一实施例的过电流保护元件包含二金属箔片及一 PTC材料层。PTC材料层 叠设于该二金属箔片之间，且体积电阻值小于0.1 Ω-cm。PTC材料层包含(i)多种结晶性 高分子聚合物，其包含至少一熔点低于115°C的结晶性高分子聚合物；(ii) 一导电镍金属 填料，体积电阻值小于500 μ Ω-cm;及(iii) 一非导电氮化金属填料。其中导电镍金属填 料及非导电氮化金属填料散布于该多种结晶性高分子聚合物之中。—实施例中，金属箔片含瘤状(nodule)突出的粗糙表面，并与该PTC材料层直接 物理性接触。导电镍金属填料可为粉末状，且粒径大小主要介于0. 01 μ m至30 μ m之间，较 佳粒径大小介于0. Iym至15 μ m之间。导电镍金属填料的体积电阻值小于500 μ Ω-cm，且 均勻分散于该多种结晶性高分子聚合物之中。该多种结晶性高分子聚合物可选自高密度 聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚氟乙烯等。为了达到低温快速触发(trip)的 保护功能，该PTC材料层中至少包含一种熔点低于115°C的结晶性高分子聚合物。为了保护锂离子电池过充电的安全，运用在锂离子电池的过电流保护元件必须在 较低温就能有触发(trip)反应，因此PTC材料层选用较低熔点的聚烯烃聚合物(例如低 密度聚乙烯、聚乙烯蜡、乙烯聚合物)、烯烃单体与压克力单体的共聚合物(例如乙烯-压 克力酸共聚合物、乙烯-压克力酯共聚合物)或烯烃单体与乙烯醇单体的共聚合物(例如 乙烯-乙烯醇共聚合物)等，并且可以选用一种或多种聚合物材料，但各聚合物中的最低熔 点必须低于115°C。该低密度聚乙烯可用传统Ziegler-Natta催化剂或用Metallocene催 化剂聚合而成，亦可经由乙烯单体与其它单体(例如丁烯(butene)、己烯(hexene)、辛烯 (octene)、丙烯酸(acrylic acid)或醋酸乙烯酯(vinyl acetate))共聚合而成。本专利技术所使用的非导电氮化金属填料选自有阻燃效果、抗电弧效应或具润滑特性 的金属氮化合物，例如氮化铝、氮化硼或氮化硅等。此非导电陶瓷粉末外型包括破碎状、多 角型、球形或片状等，其粒径大小主要介于0. 1 μ m至30 μ m之间，且其添加于材料系统的重 量比是介于至30%之间。目前市面上具低电阻(约20mΩ )的以金属镍(Ni)粒子作为导电填料的PTC导电 复合材料，其可承受的电压仅6V，主要原因在于金属镍粒子具有弱磁性不易分散于复合材 料系统中，分散不佳的金属粒子，将大幅降低其耐电压特性，另外，由于镍金属粒子的内聚 力过强，将大幅降低该复合材料的高分子加工特性。如前述，本专利技术加入的非导电氮化金属 填料能有效提升金属镍粒子的分散性，并提高材料的耐电压与加工性。因导电填料体积电阻值非常低(小于500μ Ω-cm)，以至于所混合成的PTC材料可 达到低于0. 5 Ω -cm的体积电阻值。一般而言，PTC材料不易达到低于0. 1 Ω -cm的体积电 阻值，即使当PTC材料能达到低于0. 1 Ω-cm的体积电阻值时，常会因阻值太低而失去耐电 压的特性，然本专利技术的过电流保护材料中添加部分非导电氮化金属填料，使得PTC材料层 的体积电阻值可达到小于0. 1 Ω -cm且能承受小于等于28V的电压，或较佳地可承受6V至 28V的电压，或最佳地可承受12V至28V的电压，以及可承受小于等于50安培的电流。进一步言之，当PTC材料达到低于0. 1 Ω-cm的体积电阻值时，常无法承受高于12V 的电压，因此本专利技术为了提升耐电压性，PTC材料中添加非导电氮化金属填料，主要是以含 有氮原子的无机化合物为主，并控制PTC材料层的厚度大于0. Imm,使得该低阻值PTC材料 可以大幅提升所能承受的电压。此无机化合物的非导电氮化金属填料亦有控制电阻再现性 的功能，能将电阻再现性比值(trip jump)Rl/Ri控制在小于等于3。其中Ri是起始阻值， Rl是触发一次后回复至室温一小时后所量测的阻值。因为PTC材料层具有相当低的体积电阻值，所以可将PTC芯片(即本专利技术的过电 流保护元件所需的PTC材料层)的面积缩小至小于50mm2，且仍然能够达到元件低电阻的目 的，最终可以从同单位面积的每片PTC材料层生产出更多的PTC芯片，使生产的成本降低。本专利技术的过电流保护元件，其中该二金属箔片可与另二金属电极片借着锡膏(solder paste)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)、或表面黍占着型(surface mount)的元件。本专利技术的过电流保护元件，其中该上下金属箔片可连于电源而形成一导 电回路(circuit)(于另一实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种过电流保护元件，其特征在于包含：二金属箔片；以及一ＰＴＣ材料层，叠设于该二金属箔片之间，且体积电阻值小于０．１Ω－ｃｍ，其包含：（ｉ）多种结晶性高分子聚合物，其包含至少一种熔点低于１１５℃的结晶性高分子聚合物；（ｉｉ）一导电镍金属填料，其粒径大小介于０．１μｍ至１５μｍ之间，体积电阻值小于５００μΩ－ｃｍ；及（ｉｉｉ）一非导电氮化金属填料；其中该导电镍金属填料及非导电氮化金属填料散布于该多种结晶性高分子聚合物之中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沙益安，罗国彰，朱复华，
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]