CN103238236A - Ptc装置和配备有ptc装置的二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种PTC装置，该PTC装置使PTC装置以及包括PTC装置和二次电池或干电池型二次电池的诸如电池组的电气装置更紧凑。所述PTC装置包括：(1)PTC部件，该PTC部件包括：(A)层状的聚合物PTC元件，所述聚合物PTC元件包含：(a1)导电填料，和(a2)聚合物材料，和(B)金属电极，所述金属电极设置在聚合物PTC元件的每个侧部的表面上；和(2)引线，所述引线至少部分地定位在PTC部件的金属电极上，并且通过导电材料连接到金属电极；其特征在于，所述导电材料的暴露部分被保护构件覆盖，所述保护构件包含能够吸收或封蔽碱的材料。

Description

PTC装置和配备有PTC装置的二次电池
技术领域
本发明涉及一种PTC装置以及包括PTC装置的例如二次电池的电气装置。
背景技术
包括层状PCT元件(包含导电填料和聚合物材料)的聚合物PTC部件和设置在层状聚合物PTC元件的两个表面上的金属电极被广泛地使用在不同的电气装置中。例如，这种PTC部件用作二次电池充电电路中的电路保护装置，以便在手机电话的二次电池被充电时防止出现过度充电等的问题。这种PTC部件经由引线被设置在保护电路中，并且保护电路和包括PTC部件和引线的PTC装置被设置在二次电池的正极端子的外侧；这些一起构成了电气装置，并用作通常所说的“电池组”。由于电气设备具有嵌入其中的电池组，因此如果嵌入电池组可以被制造得更紧凑，则电气设备可以被制造得更紧凑。
另一方面，正在使用各种类型的干电池型二次电池。在这些二次电池中，在AA型或AAA型电池的情况下，例如因为在扩大其占据的容积方面具有限制，则没有PTC部件设置在其中。
图1显示镍氢电池作为这种干电池型二次电池的实例，示意性地显示了横截面，使得其内部结构可以被看到。在这种电池100中，氢氧化镍用作正极102而氢吸留合金用作负极104，在这些电极之间存在有分隔器和电解液。在放电时，例如，由合金吸留的氢放出电子，氢离子在电解液中从负极移动到正极。正极连接到正极引片106，该正极引片106经由密封板108连接到正极端子110。使用的电解液包括碱以碱为基剂，并且包含例如诸如氢氧化钾的钾盐。诸如这些钠、锂等等的不同盐在一些情况下用作其它碱。这种碱通常为腐蚀性，使得正极引片暴露于这种碱性环境。因此，具有对碱腐蚀有抵抗力的材料需要被选择用于用作正极引片的材料。例如，镍用作正极引片的材料。镍在碱性环境中形成不动体，其结果是具有对腐蚀的耐性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开出版物第2008-181855号
发明内容
本发明所要解决的问题
发明人专心于他们对制造PTC装置、包括PTC装置和二次电池的电池组、以及更紧凑的干电池型二次电池的研究，作为已经在上述干电池型二次电池中推断的结果，如果PTC装置可以被设置在正极引片106存在的空间112(这种空间在此处还可以被称作“正极引片空间”)中，则二次电池的体积可以被制得较小。此外，已经推断出在电池组中如果设置在二次电池外部的PTC装置可以被设置在二次电池内，则电池组的体积可以被制得较小。然而，为了将PTC装置设置在正极引片空间中，或者将PTC装置设置在电池组的二次电池内，如上所述的碱腐蚀需要被考虑。在进一步研究这种问题之后，已经发现，在形成PTC装置的不同元件之中的、容易受到二次电池的电解液中含有的碱的腐蚀等的坏影响的部分，利用能够吸收或封蔽(envelop)碱的材料的碱覆盖碱碱，使得这种不利影响被抑制到最小，从而产生本发明的PTC装置。
[用于解决问题的手段]
因此，根据第一方面，本发明提供一种PTC装置，所述PTC装置包括：
(1)PTC部件，所述PTC部件包括：
(A)层状聚合物PTC元件，所述聚合物PTC元件包含：
(a1)导电填料，和
(a2)聚合物材料，和
(B)设置在聚合物PTC元件的每侧表面上的金属电极；和
(2)引线，所述引线至少部分地定位在PTC部件的金属电极上，并通过导电材料连接到金属电极；
其特征在于，所述导电材料的暴露部分通过包含能够吸收或封蔽(envelop)碱的材料的保护构件覆盖。
在构成本发明的PTC装置的元件之中，PTC部件是公知的，并且可以使用这种PTC部件。引线是需要将PTC部件电连接到指定电路的元件；这本质上也是公知的，并且可以使用例如镍引线、镀镍不锈钢引线、镍铁合金(柯伐合金)引线等等的这些引线。
此外，将PTC部件的每一个金属电极分别地连接到每一个引线的导电材料没有具体限制，只要两个部件可以被电连接即可；此外，在本发明中，可以使用这种导电材料。例如，可以使用焊料、焊膏、导电粘合剂等等。
本发明在构成电池的电解液(具体地包含在电解液中例如诸如钠，钾，锂，等等的碱金属的盐和/或离子的碱性组分)使得这种导电材料可能受到例如腐蚀的不利影响的情况下是有用的。这种情况与其中导电材料包含例如锡，锌，引线等等的情况相对应。本发明在具体地使用焊料作为导电材料时是特别有用的，这种焊料具体为无铅焊料，例如锡、银和铜的合金焊料、锡和铋的合金焊料、锡和铟的合金焊料等等。在本发明中，“能够吸收或封蔽(envelop)碱的材料”表示可以临时或持久吸收碱金属(具体为钠，钾，和/或锂)的盐和/或离子的材料。不同的这种材料是已知的，例如以示例的方式，具有具体结构和/或功能组(例如环状糊精)的冠醚，煤尘等等。
捕获诸如锂，钾，钠等等的碱金属的离子和/或盐的材料例如在日本专利Kokai公开出版物JP06-28914A(具有冠醚作为支链的聚合物)，JP2003-187864A(甘醇二甲醚，冠醚)，JP2002-241376A(冠醚)，JP2003-249367A(冠醚)，JP2005-63871A(冠醚)，和JP06-13110A(甘醇二甲醚，冠醚，穴状配体)等等中被公开。例如，公开了形成冠醚结构并具有不同功能组的各种类型的有机聚合物根据需要作为支链。
这些专利出版物的内容除了在特别不适合用于解决本发明的问题时通过引用构成说明书的一部分。这种“能够吸收或封蔽碱的材料”可以在一些情况下通过其自身使保护构件形成在上述导电材料的暴露部分上，但是还可以根据需要设置成具有与其它部件(例如，诸如树脂，溶剂，或增塑剂的赋形剂)的混合物的形式。保护构件可以具有任何适当的形式。保护构件可以具有保护涂层的形式。在这种情况下，如上所述，例如通过刷、喷射等等基于这种材料的形成施加单独的或在其混合物中的材料，从而覆盖暴露部分。
在其它实施例中，可以从单独的或在其混合物中的材料中获得膜，如上所述，并且PTC部件可以通过这种膜封蔽，从而仅引线的端部突出。换句话说，保护构件可以具有封蔽PTC部件的膜形式。在另一个实施例中，包括暴露部分的PTC部件大部分可以通过单独的或在其混合物中的材料通过插入成形封蔽，如上所述，其中处于熔融形式的这种材料被注入到模具中，而PTC部件预先设置在该模具中。换句话说，保护构件可以是单独的或在其混合物中的材料的成形构件，从而封蔽PTC部件。在本发明的最宽方面，在本发明的PTC装置中，“能够吸收或封蔽碱的材料”被设置使得PTC部件的外围的至少一部分被覆盖。换句话说，所述部分可以是如上所述的导电材料的电暴露部分，或者该部分可以不是这种暴露部分。根据优选实施例，至少该暴露部分由这种材料覆盖。例如，仅大致暴露部分，或者暴露部分及其周围部分被覆盖。当然，除了引线端部之外，保护构件可以大致覆盖整个PTC部件和引线。
根据本发明的一个实施例，上述具有颗粒形状或小片膜的单独的或在其混合物中的材料的颗粒或小片膜设置在PTC部件表面的至少一部分上，优选地设置在导电材料的暴露部分或其附近区域上，或导电材料的暴露部分及其附近区域上；以便防止颗粒(或粉末)或小片移动，PTC部件和设置在其上的颗粒或小片例如通过(大致朝向电解液碱插入的树脂的)薄膜封蔽在一起，附带地是引线的端部从封蔽膜突出。在这种实施例中，PTC部件附近的电解液碱被收集并且防止与导电材料接触，使得由PTC装置上的碱引起的不利影响可以被预先防止。
本发明的各种此类PTC装置可以被设置在二次电池内侧，具体地设置在其正极引片空间内，并且用作正极引片。因此，本发明在第二方面提供二次电池作为电气装置。这种二次电池可以是干电池型。在其它实施例中，可以具有包括在其外部上的PTC装置的电池组的形式。注意的是只要本发明的PTC装置可以用作保护部件，本发明就可以提供用于包含这种PTC装置的其它电气装置。
这种二次电池包括正极、负极，以及设置在它们之间的电解液和分隔器，并且其特征在于具有本发明的PTC装置，更具体地为直接或间接地电连接至正极和正极引片并在正极和正极引片之间连接的PTC装置的引线。这种本发明的二次电池可以是干电池型，然而，在如上所述的其它实施例中，本发明的二次电池可以具有电池组的形式，该电池组包括在二次电池的外部上的保护电路和本发明的PTC装置。
本发明的效果
在本发明的PTC装置中，因为可能受到由于包含在电解液中的碱而导致的腐蚀所造成的不利影响的导电材料的暴露部分被由“能够吸收或封蔽碱的材料”构成的保护构件覆盖，所以即使PTC装置设置在碱性环境下，保护构件也会吸收和/或封蔽碱，能够防止碱基本上到达导电材料，并且因此防止碱基本上到达PTC装置，因为导电材料上的腐蚀作用可以被抑制到最小。
因此，即使PTC装置被设置在包含在二次电池中的电解液的环境中，或者电解液和PTC装置意外接触，PTC装置从电解液受到的不良影响为最小，使得PTC装置可以用作电路保护装置。
具体地，在PTC装置设置在二次电池内的额外空间中时，需要用于PTC装置的空间可以被节省。例如，本发明的PTC装置可以设置在上述提及的二次电池的正极引片空间中。
附图说明
图1显示二次电池的横截面，其中二次电池的内部结构被示意性地显示。
图2显示根据本发明的一个实施例的PTC装置，其中PTC装置的横截面被示意性地显示。
图3显示根据本发明其它实施例的PTC装置，其中PTC装置的横截面被示意性地显示。
图4显示根据本发明的另一个实施例的PTC装置，其中PTC装置的横截面被示意性地显示。
图5显示图1中示出的具有本发明的PTC装置的二次电池。
具体实施方式
以下参照附图更详细地说明本发明。
图2显示根据本发明的一个实施例的PTC装置。显示的PTC装置10包括PTC部件22，和金属电极(例如金属箔电极)18和20，和引线24和26，PTC部件22具有包含导电填料和聚合物材料的层状聚合物PTC元件12和金属电极(例如金属箔电极)18和20，金属电极18和20在PTC元件的两侧的表面14和16上。
引线24通过导电材料28电连接到金属电极18的一部分，并且引线26通过导电材料30电连接到整个金属电极。因此，导电材料具有PTC部件22的侧表面32上的部分，如果没有提供保护构件，则这些部分被暴露。
在本发明的PTC装置10中，这种导电材料的暴露部分被包含能够吸收或封蔽(envelop)碱的材料的保护涂层34覆盖，该保护涂层34用作保护构件。
保护涂层可以具有任何形式：根据图2所示的实施例，作为暴露部分的导电材料的侧表面和侧表面上方和/或下方的相对窄区域(一个或多个)被涂层覆盖。这种保护涂层可以通过由刷涂、喷射等等涂覆保护涂层形成材料(例如包含能够吸收或封蔽碱的材料的溶剂或扩散流体)形成，并且在需要时干燥。当然，保护涂层可以基本上覆盖除了引线端部之外的整个PTC部件和引线。在这种情况下，保护涂层可以基本上具有与以下图4中的膜(58，60)相似的形式。
图3示意性地显示根据本发明其它实施例的PTC装置。在显示的实施例中，PTC装置40包括PTC部件42和在其两侧上的引线44和46。这种PTC装置具有围绕PTC装置的成形构件48。在显示的实施例中，为了简化起见，PTC部件42作为整体显示，并且定位在PTC部件42和引线44，46之间的导电材料的显示被省略。
这种装置可以通过将连接到引线的PTC部件插入模具中然后执行注射成形而制造，其中包含能够吸收或封蔽碱的材料的成形材料被注入到模具中并被固化，从而形成成形构件48作为用于PTC部件42的暴露表面的保护构件，PTC部件42包括导电材料的暴露部分。然而，如图3所示，引线的端部从成形构件突出。因此，在注射成形期间，PTC部件需要插入模具中，使得成形构件不会形成在引线的端部上。
图4显示根据本发明的另一个实施例的PTC装置50。在显示的实施例中，PTC装置包括PTC部件52和在PTC部件52的两侧上的引线54和56。PTC装置利用引线54和56的向外突出的端部被夹在两片膜58和60之间。如容易地了解，膜58和60覆盖PTC部件的暴露表面，包括导电材料的暴露部分和引线的暴露部分(然而，除了它们的端部)，并可以用作本发明的PTC装置的保护构件。如图3一样，为了简化起见，在显示的实施例中，PTC部件52作为整体被显示，并且定位在PTC部件52和引线54，56之间的导电材料的显示已经被省略。
这种PTC装置可以利用引线的从膜突出的端部通过将具有通过导电材料电连接的引线的PTC部件夹持在两片膜之间并夹持到两片膜、然后将膜压力接合在一起而被制造。
图5显示如图1示意性地显示的本发明的二次电池，其中本发明的PTC装置结合在该二次电池中。根据显示的实施例，二次电池70在正极引片空间72的内部具有本发明的PTC装置74，并且其特征在于一个引线76的端部经由密封板78连接到正极端子80而另一个引线82连接到正极84。因此，除了本发明的PTC装置被设置代替正极引片之外，本发明的二次电池的其它部分可以与已知二次电池相同。
根据其它实施例，本发明的二次电池在其外部上具有保护电路，并且包括设置在二次电池外部上(例如正极的外部上)的本发明的PTC装置。在这种情况下，在该二次电池中，PTC装置被设置在保护电路内，这些部件一起工作用于保护二次电池，并且二次电池、PTC装置和保护电路构成电池组。因此，即使当PTC装置设置在二次电池的外部时，如果二次电池中存在电解液的轻微泄漏，则电解液对导电材料的不良影响可以被抑制。
工业应用性
即使当本发明的PTC装置设置在二次电池内的附加空间中时，本发明的PTC装置可以使电池中的电解液的影响抑制到最小。
图表符号的说明
10-PTC装置；12-聚合物PTC元件；14，16-表面；18，20-金属电极；22-PTC部件；24，26-引线；28，30-导电材料；32-侧部；34-保护涂层；40-PTC装置；42-PTC部件；44，46-引线；48-成形构件；50-PTC装置；52-PTC部件；54，56-引线；58，60-膜；70-二次电池；72-正极引片空间；74-PTC装置；76-引线；78-密封板；80-正极；82-引线；100-镍氢电池；102-正极；104-负极；106-正极引片；108-密封板；110-正极端子。

Claims (8)

1.一种PTC装置，所述PTC装置包括：
(1)PTC部件，所述PTC部件包括：
(A)层状的聚合物PTC元件，所述聚合物PTC元件包含：
(a1)导电填料，和
(a2)聚合物材料，和
(B)金属电极，所述金属电极设置在所述聚合物PTC元件的两侧的表面上；和
(2)引线，所述引线至少部分地定位在所述PTC部件的金属电极上，并通过导电材料连接到金属电极；
其中，所述导电材料的暴露部分被保护构件覆盖，所述保护构件包含能够吸收或封蔽碱的材料。
2.根据权利要求1所述的PTC装置，其中所述导电材料包含锡。
3.根据权利要求1或2所述的PTC装置，其中能够吸收或封蔽所述碱的所述材料是冠醚。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的PTC装置，其中所述保护构件呈在引线的端部部分突出的状态下包围PTC部件和引线的剩余部分的成形构件的形态。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的PTC装置，其中所述保护构件呈以引线的端部突出的状态包围PTC部件和引线的剩余部分的膜的形态。
6.一种二次电池，所述二次电池包括正极，负极，和设置在它们之间的隔板以及电解液，其特征在于，根据权利要求1-5中任一项所述的PTC装置被设置在正极和正极的端子之间。
7.根据权利要求6所述的二次电池，所述二次电池是干电池型，其中所述PTC装置被设置在正极引片空间内。
8.根据权利要求6所述的二次电池，所述二次电池具有电池组的形式，其中所述PTC装置与保护电路一起设置在所述电池的外部。
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