CN1260764C - 一种合金型温度保险丝的制造方法 - Google Patents

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一种合金型温度保险丝的制造方法，包括如下步骤：一对金属电极连接片端部相对成直线排列，两端部相隔一定间隔，电极连接片的一端粘接到塑料下膜上；在两连接片之间焊上添加有助焊剂的易熔性合金丝；在其上覆盖塑料上膜，并将塑料上膜、电极连接片及塑料下膜依次叠合在一起，置于焊头与底板之间，通过热压的方式将其粘合在一起。其中热压时所用的底板由散热良好的金属部分和散热较差的非金属部分组成，塑料下膜与非金属部分的底板相接触，而电极连接片的至少一部分则与由金属材料所构成的底板相接触。

Description

一种合金型温度保险丝的制造方法
【技术领域】
本发明涉及一种保险丝的制作方法，特别是指一种用于锂离子手机电池中的温度保险丝的制作方法。
【背景技术】
近年来，随着通讯技术的发展，小型便携式电子设备如手机、手提电脑、PDA等日益普及。而锂离子电池由于其具有一系列优点逐渐成为以上小型设备的供给电源。但锂离子电池如果使用不当，如在过充电或充电电流过大时，电池温度急剧升高，有可能引起爆炸、失火等危险。为此，一般采用在电池块中使用各种温度保险装置来控制温度，如PTC热敏电阻及低熔点合金保险丝等。
PTC热敏电阻在过流保护中有着重要应用。一般又分为金属复合氧化物陶瓷基PTC热敏电阻和聚合物基PTC热敏电阻。当电路中电流过大时，温度升高，热敏电阻阻值急剧升高，从而切断电流，而当温度降低后，其电阻又恢复到很低的状态，因此PTC热敏电阻可以反复使用。
但无论是金属复合氧化物陶瓷基PTC热敏电阻还是聚合物基PTC热敏电阻，其制造工艺均很复杂，对设备投资要求较大。如对聚合物基PTC热敏电阻，需要塑料配混设备、交联改性设备等；而对金属复合氧化物陶瓷基PTC热敏电阻，则需要粉末混合设备、烧结设备等，其对杂质含量要求近乎苛刻。且PTC热敏电阻都存在使用寿命的问题，即使用一段时间后，易出现NTC现象(随温度升高热敏电阻的阻值下降)，当产生NTC现象时，对锂电池的使用是相当危险的。
低熔点合金型保险丝是采用易熔合金作为保险丝作用单元，由于易熔合金成分固定，其熔点附近发生相变的温度范围很窄，当电池内温度过高到达易熔合金的熔点时，保险丝迅速熔化断开，因此这种保险丝具有响应迅速、灵敏的特点。
中国专利00246178.1公开了一种主要用于锂二次电池内的薄型温度保险丝，该保险丝由导片、熔丝组件及防护片组成(如图1所示)，两片导片成直线并列，以一定间距隔开，在两导片之间连接有一熔丝组件，两导片连接成直线状，导片及熔丝组件两面均被两树脂防护片相互紧密结合成封闭状态。低熔点合金的动作温度在90-110℃之间，熔丝组件与导片之间是由胶合法或热熔法连接。但该专利没有涉及此种薄型温度保险丝的具体制造方法，也没有公开保险丝各组成部件的成分及参数等。
松下电器公司在日本专利P2000-164093中公开了一种类似的薄型温度保险丝及其制造方法(如图2所示)。其电极连接片一端留有缺口，将此连接片留有缺口的一端焊接到塑料下膜上，然后将带状低熔点合金丝焊接到两个电极连接片相对的一端。为固定电极连接片，该发明人将一矩形环状塑料膜(中间层)与塑料下膜及电极连接片焊接，使电极连接片缺口部位被此中间层所覆盖，然后再在其上焊接塑料上膜。由于采用了带有缺口的电极连接片及中间层，这种方法有利于使电极连接片在塑料上下膜之间的固定，抗垂直剪切强度提高。但由于采用了中间层，增加了操作工序，且金属电极连接片与塑料下膜之间及中间层与塑料上膜之间结合强度仍然不高。另外，由于采用高熔点高强度的PET类材料作为塑料上下膜，因此上下膜之间的焊接需较高的温度，而由于焊头与低熔点合金丝之间熔点较低的合金丝易受到焊接时热传导的影响，有可能使成品率降低，对操作装置的要求也很高。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种焊接效果好、成品率高，且对易熔性合金丝的影响小的合金型温度保险丝的制造方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明合金型温度保险丝，主要由塑料下膜、塑料上膜、金属电极连接片及易熔性合金保险丝几部分组成。
该塑料下膜和塑料上膜是具有不同熔点的塑料膜构成双层复合塑料膜，外层是具有较高机械强度及较高熔点的基体，称为第一塑料层；内层是具有较低熔点且与镍、铜等金属之间有高的粘接性能的塑料，称为第二塑料层。
金属电极连接片由金属材料如镍、铜、铝，或上述元素所形成的合金构成。
易熔性合金保险丝由铟、锡、镉、铅、铋中至少一种以上元素形成的金属或合金构成。
本发明合金型温度保险丝的制造方法由以下几个步骤组成(如图3)：
(1)金属电极连接片的固定：将电极连接片的一端通过热压粘接在塑料下膜(第二塑料层)上，两电极连接片端部相对成直线排列，两端部之间相隔一定间隔。
(2)易熔性合金丝的连接：在易熔性合金丝表面及电极连接片一端涂布助焊剂溶液后，通过热焊、电阻焊或热压的方法将合金丝偶联在两电极连接片相对的一端。
(3)添加助焊剂：在易熔性合金丝表面涂布助焊剂溶液或添加助焊剂粉末。
(4)体系的密封：将塑料上膜(第二塑料层向下)、电极连接片及塑料下膜(第二塑料层向上)依次叠合在一起，置于焊头与底板之间，通过热压的方式将其粘合在一起，使易熔性合金丝处于一个由塑料上膜与塑料下膜构成的密封体系内。
上述步骤(4)中热压时所采用的底板由散热良好的金属部分和散热较差的非金属部分组成，其中，与塑料下膜相接触的部分底板为非金属材料，而电极连接片的至少一部分则与由金属材料所构成的底板相接触。即底板非金属部分的长度介于塑料膜的长度与整个温度保险丝的长度之间(LT＜L＜LF)，底板非金属部分的宽度大于塑料膜的宽度(W＞w)。通过调整底板上金属和非金属部分的大小，可以控制塑料上下膜焊接时的温度及易熔性合金丝所处的环境温度，解决塑料上下膜热压密封时体系各部分对温度的要求不一致的问题。
本发明的优点在于：本发明合金型温度保险丝的制造方法可以使上下塑料膜之间焊接牢固，防止易熔性合金丝在热压过程被熔断。从而使产品的密封性好、成品率高。
下面参照附图结合实例对本发明作进一步的说明。
【附图说明】
图1是一种薄型温度保险丝。
图2是另一种温度保险丝的制法。
图3是本发明温度保险丝的制作过程示意图。
图4是本发明热压步骤中底板、塑料膜及金属电极片的位置关系图。
【具体实施方式】
请参考图3及图4，在本发明所述的温度保险丝中，塑料下膜3及塑料上膜4均以聚对苯二甲酸乙撑酯(PET，熔点约250℃)为第一塑料层，在其上复合一层改性聚乙烯(熔点约130℃)层为第二塑料层，此改性聚乙烯层与金属之间具有极高的粘接强度。
金属电极连接片5为金属镍片，端部镀有铜层，以改善电极连接片与易熔性合金丝的焊接性能。
易熔合金丝6由铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)按52.5wt％、15.5wt％、32wt％组成Bi-Sn-Pb三元共晶合金，共晶点温度96℃。
助焊剂7以氢化松香为主活性成分。
本发明温度保险丝的制造过程如图3所示：
(1)首先，如图3-b所示，通过对电极连接片5加热到塑料下膜3的第二塑料膜(聚乙烯层)的熔点以上温度，将一对具有腰形缺口的金属电极连接片5(图3-a)，靠近缺口的一端相向放置并焊接到塑料下膜3的第二塑料膜的一面上，使缺口部分完全焊接到塑料下膜3上。
(2)然后，如图3-c所示，将易熔性合金丝6通过电阻焊、热焊或激光焊等手段焊接到上述金属连接片5靠近缺口的一端的端部。
(3)然后，如图3-d所示，在易熔性合金丝6上及易熔性合金丝6与电极连接片5的接合部位等位置，通过微量液体注射装置加入糊状助焊剂7。此助焊剂熔点比易熔性合金丝的熔点低。
(4)最后，如图3-e所示，将塑料上膜4、电极连接片5及塑料下膜3依次叠合在一起，置于焊头与底板1、2之间，通过热压的方式将其粘合在一起，热压温度高于第二塑料膜(聚乙烯层)的熔点。由于第二塑料膜的熔点比第一塑料层PET的熔点低很多，可以降低热压所需温度，以免易熔性合金丝6受热压时的热量影响而熔化。这样得到本发明的温度保险丝。
本发明上述实施例所使用的材料规格如下：
塑料下膜：第一塑料层厚度150μm，第二塑料层(聚乙烯层)厚度50μm，平面尺寸w×LT＝5.5mm×11mm。
塑料上膜：第一塑料层厚度120μm，第二塑料层(聚乙烯层)厚度30μm，平面尺寸W×LT＝5.5mm×11mm。
电极连接片：厚度120μm，平面尺寸3mm×12mm，缺口中心距较近的一端3.5mm，缺口长度2mm，缺口部位连接片的最小宽度为2.6mm。
易熔性合金丝：片状，厚度约0.2mm，截面积0.5～0.6mm2，电阻15mΩ。
整个温度保险丝长度LF为27mm。
实施例一
底板非金属部分：L＝15mm，W＝7mm。即LF＞L＞LT。
实施例二
底板非金属部分：L＝10mm，W＝7mm。即L＜LT。
比较例一
底板中不含非金属部分。
比较例二
底板非金属部分：L＝50mm，W＝7mm。即整个温度保险丝(包括塑料膜、电极连接片)与非金属部分相接触，L＞LF。
性能测试：
将上述实施例及比较例进行端子机械强度测试及电阻测试。具体方法如下：
端子机械强度测试：
将样品一端的镍电极片固定，另一端镍电极片施以3kg的拉力，持续1分钟。考察镍电极片与塑料膜之间的粘结强度。测试样品数100只。
电阻测试：采用交流内阻仪测量样品的电阻。并结合目视检查，以判断温度保险丝内的易熔性合金丝是否在热压塑料上膜时熔断。共测试样品数100只。
结果见表1。当底板完全由金属板构成时(比较例一)，由于其散热很快，因此使塑料膜之间及塑料膜与金属电极片粘合部位温度难以升高，易导致粘结不牢；当底板与温度保险丝接触部分完全由非金属材料构成时(比较例二)，由于其散热差，易使易熔性合金丝受热熔断，并且易使添加的松香等助焊剂融化流入塑料上下膜之间，使得这时的塑料上下膜之间不能有效粘合，虽然由于和保险丝相接触的底板部分完全由非金属构成，这时塑料膜受到的温度相对较高，但由于融化的助焊剂的存在，反而降低了粘结效果。而采用本发明，可以获得令人满意的结果。
                                 表1
实施例一 实施例二 比较例一 比较例二
端子机械强度测试通过率(％) 100 90 64 80
合金丝熔断率(％) 0 0 0 27
总合格率(％) 100 90 64 70
备注 LF＞L＞LT L＜LT L＝0 L＞LF

Claims (6)

1、一种合金型温度保险丝的制造方法，包括如下步骤：
一对金属电极连接片端部相对成直线排列，两端部相隔一定间距，电极连接片的一端粘接到塑料下膜上；
在两连接片之间焊上添加有助焊剂的易熔性合金丝；
在其上覆盖塑料上膜，并将塑料上膜、电极连接片及塑料下膜依次叠合在一起，置于焊头与底板之间，通过热压的方式将其粘合在一起，使易熔性合金丝处于一个由塑料上膜与塑料下膜构成的密封体系内；
其特征在于：在上述热压粘合塑料上膜、电极连接片及塑料下膜时所采用的底板由散热良好的金属部分和散热较差的非金属部分组成，其中，塑料下膜与非金属部分的底板相接触，而电极连接片的至少一部分则与由金属材料所构成的底板相接触。
2、如权利要求1所述的合金型温度保险丝的制造方法，其特征在于：热压粘合塑料上膜、电极连接片及塑料下膜时，所采用的底板的非金属部分的长度介于塑料膜的长度与整个温度保险丝的长度之间，即LT＜L＜LF，非金属部分的宽度大于塑料膜的宽度，即W＞w。
3、如权利要求1所述的合金型温度保险丝的制造方法，其特征在于：所述塑料下膜及塑料上膜是具有不同熔点的塑料膜构成双层复合塑料膜，外层的第一塑料层是具有较高机械强度及较高熔点的塑料，内层的第二塑料层是具有较低熔点且与镍、铜等金属之间有高的粘接性能的塑料。
4、如权利要求1所述的合金型温度保险丝的制造方法，其特征在于：其中电极连接片与塑料下膜是通过热压或胶水粘合。
5、如权利要求1所述的合金型温度保险丝的制造方法，其特征在于：其中易熔性合金丝是通过电阻焊、热焊或激光焊连接在两电极连接片。
6、如权利要求1所述的合金型温度保险丝的制造方法，其特征在于：所述助焊剂由松香类物质构成。
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