[发明专利]低温快速过电流保护元器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种过电流保护元件，尤其涉及具有PTC导电复合材料的一种低温快速过电流保护元件。其具有优秀的低温快速保护特性，更高的阻值集中度，更优异的耐电压、耐电流冲击特性。

背景技术

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具有对温度变化反应敏锐的特性，可作为电流敏感元件的材料，且目前已被广泛应用于电流保护元件或电路元件上。基于高分子芯材的正温度系数过流防护元件（PTC）已广泛地应用到通信、计算机、汽车、工业控制、家用电器等众多领域中，应用于电路的过流保护设置。在通常状态下，电路中的电流相对较小，热敏电阻器温度较低，而当由电路故障引起的大电流通过此自复性保险丝时，其温度会突然升高到“关断”温度，导致其电阻值变得很大，这样就使电路处于一种近似“开路”的状态，从而保护了电路中其他元件。而当故障排除后，热敏电阻器的温度下降，其电阻值又可恢复到低阻值状态。

一般的说，PTC导电复合材料至少由一种或一种以上具有结晶性的聚合物和导电填料所组成，所述导电填料均匀分散于上述聚合物中，所述聚合物一般为聚烯烃类聚合物，如：聚乙烯，聚丙烯。而导电填料一般由碳黑﹑金属颗粒（如镍粉或钴粉）或无氧陶瓷粉末（如碳化钛或碳化钨等）。

以二次充电锂化合物为基础的电池和电池组，对过电流/过温状态特别敏感，这种状况是由意外短路、滥用或难以控制的充电所致，使电池温度升高，导致电池受损或设备故障，需要外围PPTC（Polymer PTC）元件对其提供保护，由于锂离子等二次充电电池的电芯安全温度普遍较低（一般低于85℃），需要对应PPTC元器件电阻阶跃转折点低于此温度，而传统PPTC的温度转折点远高于此安全温度，因此只能作为常温过流保护元件，无法进行过低温保护。同时随着各类手机、笔记本电脑、便携式视听设备、便携式摄影机和其他便携式设备的市场需求的扩张及更新换代频率的加快，对满足便携式设备更长运作时间、小尺寸和更轻重量要求的锂离子和锂聚合物电池的需求得到快速的增长。基于锂离子电池上述两点发展趋势，用于电池保护的PPTC的需求体现在要求具有低的电阻、小的尺寸、低温快速保护的特点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种低温快速过电流保护元件，通过在聚合物中加入一些具有特定粒径分布的导电填料及特定的加工工艺使所述的PPTC元器件具有优异的低温快速保护特性。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述低温快速过电流保护元件的制造方法。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种低温快速过电流保护元器件，其包含两个金属箔片和一个PTC材料层，上、下两金属箔片的粗糙性表面与PTC材料层为直接性物理接触，所述PTC材料层介于所述上、下两金属箔片之间，且电阻率小于0.3Ω.cm，该PTC材料包含：

至少一种结晶性聚合物；

导电碳黑，平均粒径介于25nm～85nm之间，吸油量介于50cc/100gm～130cc/100gm之间，且均匀分散于所述至少一结晶性聚合物中；

相容剂，为接枝改性聚合物，其熔点在55℃～70℃之间；

其中，至少一结晶性聚合物为茂金属催化的烯烃类聚合物，熔点在80℃～95℃之间，结晶度在10%～25%之间，密度在0.813g/cm³～0.913g/cm³之间。

在上述方案的基础上，所述的烯烃类聚合物为聚乙烯，所述PTC材料层按重量份计包括下述组份：

聚乙烯     150～240

相容剂     25～105

导电碳黑   286份。

具体的，以导电碳黑286份计，

聚乙烯可以为150、153、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235或240份；

相容剂可以为25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、101或105份。

在上述方案的基础上，所述的相容剂为马来酸酐接枝改性的线性低密度聚乙烯。

具体的，使用马来酸酐接枝改性Dow公司的线性低密度聚乙烯722（熔融指数为8dg/min(190℃,2.16kg),密度为0.918g/cm³，熔点107℃），该马来酸酐接枝改性的线性低密度聚乙烯的密度为0.827g/cm³，熔点65℃。