CN104681222A - 一种新型ptc热敏元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型PTC热敏元件，其广泛应用于手机电池、平板电脑电池的保护电路中。它由导电部件、具有电阻正温度系数效应的导电复合材料层、紧密结合于具有电阻正温度系数效应的导电复合材料层上下表面的金属箔，所述的导电复合材料由聚合物和导电填料组成，其中：导电部件的基材为非合金Cu或合金Cu，且Cu的质量含量不小于50%。其优点是：能够在大电流的电路中工作的同时，有较低的保护开关温度，且其在较高温度下仍然可以维持较大的工作电流。

Description

一种新型PTC热敏元件

技术领域

本发明涉及一种新型PTC热敏元件，其能够在大电流的电路中工作的同时，有较低的保护开关温度，且其在较高温度下仍然可以维持较大的工作电流。

背景技术

具有电阻正温度系数的热敏元件在正常温度下可维持极低的电阻值，且具有对温度变化反应敏锐的特性，即当电路中发生过电流或过高温现象时，其电阻会瞬间增加到一高阻值，使电路处于断路状态，以达到保护电路元件的目的。因此可把具有电阻正温度系数的热敏元件连接到电路中，作为电流传感元件。此类元件已被广泛应用于电子线路保护元器件上。

具有电阻正温度系数的热敏元件一般由导电复合材料层，金属箔层和电极层组成。随着手机等消费类电子产品的多媒体化和智能化的发展以及4G网络的推出，消费类电子产品对于电池的放电电流要求越来越大，特别是多种功能同时开启，会产生瞬时的大电流放电，电池容量已经达到4000mAh甚至更大。这类电池要求在满足大电流放电的同时还需要有过充电保护功能。这就要求串接于电池保护电路中的PTC热敏元件具有较低的保护开关断温度的同时，能够在大电流下工作。目前现有的导电复合材料层的电阻下降遇到的瓶颈，PTC热敏元件的电极电阻超过其本体电阻，极大地限制了PTC热敏元件的应用范围。本发明揭示了一种能够应用于大电流条件下的PTC热敏元件，该元件具有很低的关断温度。

发明内容

本发明目的在于：提从一种新型PTC热敏元件，能够在大电流的电路中工作的同时，有较低的保护开关温度，且其在较高温度下仍然可以维持较大的工作电流。

 本发明的新型PTC热敏元件，包括导电部件、具有电阻正温度系数效应的导电复合材料层、紧密结合于具有电阻正温度系数效应的导电复合材料层上下表面的金属箔，所述的导电复合材料由聚合物和导电填料组成，其中：导电部件的基材为非合金Cu或合金Cu，且Cu的质量含量不小于50%。由于本发明的导电部件选用非合金Cu或Cu的质量含量不小于50%的合金Cu，电极电阻小，克服了现有PTC热敏元件的电极电阻超过其本体电阻的缺陷，能够在大电流的电路中工作的同时，有较低的保护开关温度。

在上述方案基础上，所述的导电部件，所述导电部件的表面可以复合其他金属层，包括镍、锡、锌、钨、银、金、铂及它们的合金等。

在上述方案基础上，所述的合金Cu是黄铜、青铜或白铜。

在上述方案基础上，所述聚合物选自聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛树脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种及其混合物。

所述聚合物占所述导电复合材料层的体积分数介于20%-75%之间，优选为25%-70%之间，更优为30%-65%之间。

在上述方案基础上，所述导电填料选自碳黑、石墨、碳纤维、碳纳米管、金属粉末、导电陶瓷粉末中的一种及其混合物。

所述电填料的粒径优选为0.05μm～50μm，更优为0.1μm～20μm；体积电阻率不大于0.03Ω.m，优选为不大于0.02Ω.m，更优为不大于0.01Ω.m。所述导电填料占所述导电复合材料基层体积分数的25%～80%，优选为30%-75%之间，更优为35%-70%之间，分散于所述聚合物中。

在上述方案基础上，所述金属粉末选自：铜、镍、钴、铁、钨、锡、铅、银、金、铂或其合金中的一种及其混合物。

在上述方案基础上，所述的导电陶瓷粉末选自：金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物之中的一种或几种的混合物。

在上述方案基础上，所述的金属箔包含一粗糙表面，该粗糙表面与所述导电复合材料层紧密结合。

在上述方案基础上，所述的具有电阻正温度系数效应的导电复合材料层及所述的紧密结合于具有电阻正温度系数效应的导电复合材料层上下表面的金属箔通过所述的导电部件串接于被保护的电路中。

所述具有电阻正温度系数效应的导电复合材料基层也可含有其他组分，如抗氧剂、辐射交联剂（常称为辐照促进剂、交联剂或交联促进剂，例如三烯丙基异氰脲酸酯）、偶联剂、分散剂、稳定剂、非导电性填料（如氢氧化镁，碳酸钙）、阻燃剂、弧光抑制剂或其他组分。但这些组分不大于高分子基导电复合材料总体积的15%，例如5%体积百分比。

导电部件可以通过电镀、化学镀、印刷、浸焊、点焊、回流焊或导电粘合剂连接在金属箔上，从而将PTC热敏元件连接进电路中。导电部件的形状可以有多种：点状，线状、带状、片状、柱状、其他不规则形状及它们的组合体。

本发明的优越性在于：其能够在大电流的电路中工作的同时，有较低的保护开关温度，且其在较高温度下仍然可以维持较大的工作电流，适用于大容量锂离子电池的过流过热保护。

附图说明

图1为本发明PTC热敏元件芯片的结构示意图；

图2 为本发明PTC热敏元件实施例1的结构示意图；

图3 为本发明PTC热敏元件实施例2的结构示意图；

图4 为本发明PTC热敏元件实施例3的结构示意图；

图中标号说明：

11、12——上、下金属箔片；

2——导电复合材料层；

31、31’、31’’——上导电部；

32、32’、32’’——下导电部。

具体实施方式

一种新型PTC热敏元件，由导电部件、具有电阻正温度系数效应的导电复合材料层2、紧密结合于具有电阻正温度系数效应的导电复合材料层表面的上下金属箔片11、12，所述的导电复合材料由聚合物和导电填料组成，其中：导电部件的基材为非合金Cu或合金Cu，且Cu的质量含量不小于50%。

具体制造方法为：

将聚合物、导电填料、加工助剂按合适的配方配料，将密炼机温度设定为180度，转速为30转/分钟，先加入聚合物密炼3分钟后，然后加入导电填料和加工助剂，加料在3分钟内完成，继续密炼15分钟后出料，得到具有正温度系数效应的导电复合材料。

将上述熔融混合好的具有正温度系数效应的导电复合材料通过开炼机压延，得到厚度为0.20～0.25毫米的导电复合材料基层2。

实施例1

如图2本实施例的结构示意图所示：

将导电复合材料基层2分别按按图1所示置于上金属箔11和下金属箔12之间，通过热压合的方法将它们紧密结合在一起。热压合的温度为180摄氏度，压力为12兆帕，时间为10分钟，最后在冷压机上冷压10分钟，得到图1所示的具有电阻正温度系数效应的导电复合材料芯片。然后经冲片工序，将导电复合材料芯片冲成3mm*4mm的小芯片，再经过回流焊工艺将小芯片与含铜量99.9%以上的上、下导电部件31、32焊接，制成PTC热敏元件，如图2。

实施例2

本实施例和实施例1结构和制造工艺相同，只是上下导电部件31’、32’的面积和小芯片的面积一样大小。

实施例3

本实施例和实施例1结构和制造工艺相同，只是上导电部件31’’的面积和小芯片的面积一样大小，而下导电部件32’’比小芯片长出一部分，便于和电路连接。

比较例

本比较例和实施例1结构和制造工艺相同，只是上下导电部件31、32为镍带。

表一为本发明的PTC热敏元件的电性能测试数据。表中R₀表示PTC热敏元件的初始电阻值；I_max/25℃表示本发明的PTC热敏元件在25℃温度下的最高维持电流；TCO/950mA表示本发明的PTC热敏元件在950mA电流下的触发温度。从表中可以看出，本发明的PTC热敏元件在具有较低触发温度的同时，具有较高的维持电流。

本发明的内容和特点已揭示如上，然而前面叙述的本发明仅仅简要地或只涉及本发明的特定部分，本发明的特征可能比在此公开的内容涉及的更多。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应该包括在不同部分中所体现的所有内容的组合，以及各种不背离本发明的替换和修饰，并为本发明的权利要求书所涵盖。

Claims (9)

1.一种新型PTC热敏元件，由导电部件、具有电阻正温度系数效应的导电复合材料层、紧密结合于具有电阻正温度系数效应的导电复合材料层上下表面的金属箔，所述的导电复合材料由聚合物和导电填料组成，其特征在于：导电部件的基材为非合金Cu或合金Cu，且Cu的质量含量不小于50%。

2.根据权利要求1所述的新型PTC热敏元件，其特征在于：所述的导电部件，所述导电部件的表面复合其他金属层，包括镍、锡、锌、钨、银、金、铂及它们的合金。

3.根据权利要求1所述的新型PTC热敏元件，其特征在于所述的合金Cu是黄铜、青铜或白铜。

4.根据权利要求1所述的新型PTC热敏元件，其特征在于：所述聚合物占所述导电复合材料层的体积分数介于20%-75%之间，选自聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛树脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种及其混合物。

5.根据权利要求1所述的新型PTC热敏元件，其特征在于：所述导电填料的粒径为0.05μm～50μm，体积电阻率不大于0.03Ω.m，选自碳黑、石墨、碳纤维、碳纳米管、金属粉末、导电陶瓷粉末中的一种及其混合物。

6.根据权利要求5所述的新型PTC热敏元件，其特征在于：所述金属粉末选自：铜、镍、钴、铁、钨、锡、铅、银、金、铂或其合金中的一种及其混合物。

7.根据权利要求5所述的新型PTC热敏元件，其特征在于：所述的导电陶瓷粉末选自：金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物之中的一种或几种的混合物。

8.根据权利要求1所述的新型PTC热敏元件，其特征在于：所述的金属箔含粗糙表面，该粗糙表面与所述导电复合材料层紧密结合。

9.根据权利要求1所述的新型PTC热敏元件，其特征在于：所述的具有电阻正温度系数效应的导电复合材料层及所述的紧密结合于具有电阻正温度系数效应的导电复合材料层上下表面的金属箔通过所述的导电部件串接于被保护的电路中。