CN1278353C - 合金型温度保险丝及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保险丝，包括塑料底膜、金属电极连接片、易熔合金保险丝及塑料上膜，为在基膜上再复合，具有较低的熔点且与镍、铜等金属之间有高的粘接性能的材料层构成双层复合塑料膜；该合金型温度保险丝对温度变化响应迅速，可用于手机锂电池等小型电子设备，其制造方法包括如下步骤：一对金属电极连接片顶端相对成直线排列，两端部相隔一定间隔，两连接片相对的一端与塑料底膜粘合在一起；在两连接片之间焊上添加有助焊剂的保险丝；在其上覆盖塑料上膜，并将塑料上膜与电极连接片及塑料底膜四周粘合在一起，使保险丝被由塑料上、下膜组成的封闭体系所包围：该方法制作工艺简单，投资小。

Description

合金型温度保险丝及其制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种保险丝及其制造方法，该保险丝主要应用于锂离子电池手机电池块中，当手机电池处于不正常状态如过充、过流等场合时，该保险丝自动断开，以防电池温度过高引起爆炸、失火等。

【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作用。一般有金属复合氧化物陶瓷基PTC热敏电阻和聚化物基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热敏电阻还是聚化物基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，保险丝声速熔化断开，因此这种保险丝肯有响应迅速、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，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，其中低熔点合金熔丝的动作温度在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。

日本内桥公司在日本专利P2000-113784及USP5982268中公开了一种薄型温度保险丝，其中两矩形镍电极连接片一端各有一帽形突起，将连接片与塑料底膜焊接，使此突起穿过塑料底膜上的圆形孔，露出于底膜表面，然后在两突起间焊接上涂有助焊剂的线状低熔点合金丝，再将一具有沟槽的塑料膜与塑料底膜焊接，使合金丝处于底膜与上膜的包围之中。采用这种方法制作的温度保险丝，塑料上下膜之间结合紧密，有利于保护内部的低熔点合金丝，但金属电极连接片与塑料底膜之间为异种材料的连接，其抗垂直剪切力的性能不好，且对低熔点合金丝与锥状突起之间焊接工艺要求较高，不利于操作。另外，由于采用了熔点较高的PET膜作为塑料上下膜，焊接时需较高的温度，因此热压装置需采用极小型的水冷系统，增加了设备控制的难度，增加了能量消耗。

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，其中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底膜上，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)与塑料底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底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，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】

本发明提供了一种合金型温度保险丝，主要由塑料底膜、金属电极连接片、易熔合金保险丝及塑料上膜几部分组成，具体说明如下：

塑料底膜及塑料上膜：采用的材料具有高的机械强度及高的熔点，作为基体使用，称为第一塑料层；里层均再复合一材料层构成双层复合塑料膜，该材料层的熔点比第一塑料层低，且与镍或铜之间有高的粘接性能，称为第二塑料层。其中由PET、PBT、PC、ABS、PS等工程塑料组成第一塑料层，厚度80-150微米。单一的上述工程塑料具有高的机械强度，但其与金属的粘接力并不是很好，且上述材料一般具有高的熔点，不利于热熔焊接，通过复合一层具有较低的熔点且与镍、铜等金属之间有高的粘接性能的材料组成第二塑料层，使用权复合膜同时具有高的机械强度和粘接强度，并且有利于热熔焊接操作。这种复合膜优选的例子可以列举出如：聚对苯二甲酸乙二醇脂(下文简称PET)和聚乙烯(下文简称PE)、聚碳酸丙烯酯(下文简称PC)和聚乙烯醇(下文简称EVA)、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的共聚体(下文简称ABS)和PE、PET和ABS等，更优选的例子如PET和PE，其中PE为改性聚乙烯，通常以丙烯酸或马来酸酐改性。

易熔合金保险丝：由铟、锡、银、镉、铅、铋、锑、铜中的两种或两种以上金属组成的合金构成。根据合金丝组成成分的不同，其电阻率也不同，因此其截面积有不同要求，合金丝通常呈带状或片状，截面呈圆形或矩形，优选的例子可以列举如：由铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)按52.5wt％、15.5wt％、32wt％组成Bi-Sn-Pb三元共晶合金，或由铟(In)、锡(Sn)、镉(Cd)、铋(Bi)按44wt％、42wt％、13wt％、1wt％组成In-Sn-Cd-Bi四元合金。

电极连接片：由镍或铜或铝，或上述元素所形式的合金构成。电极连接片的一端即与塑料底膜的第二塑料层相粘合处表面为铜、锡、铟、铅、铋、银、锑中至少一种或一种以上构成，可以提高电极连接片与低熔点合金丝的焊接性能。将电极连接片在与塑料底膜相粘合的位置设计成对称的弧形或腰形缺口有利于提高牢固性。适应薄型化要求，电极连接片厚度为60-150um为佳。

本发明提供了一种合金型温度保险丝的制造方法，包括由如下步骤：

一对金属电极连接片顶端相对成直线排列，两端部相隔一定间隔，两连接片相对的一端与塑料底膜粘合在一起；

在两连接片之间焊上添加有助焊剂的保险丝；

在其上覆盖塑料上膜，并将塑料上膜与电极连接片及塑料底膜四周粘合在一起，使保险丝被由塑料上、下膜组成的封闭体系所包围。

其中电极连接片的固定是将电极连接片的一端通过热压或采用胶水粘接或其它方式粘结在塑料底膜的第二塑料层上，粘合出的电极连接片表面以电镀、涂刷或其它方式形成铜、锡、铟、铅、铋、银、锑、镍、铝中至少一种以上金属或以上金属的两种以上的合金层为佳，以改善电极连接片与低熔点合金丝的焊接性能。

易熔合金丝的连接可以通过在低熔点合金丝表面及电极连接片一端涂布助焊剂溶液或添加助焊剂粉末后，通过热焊、电阻焊或热压或者其它方法将合金丝连接在两电极连接片相对的一端。助焊剂由松香类物质构成，可将其溶于乙醇等制成溶液状涂刷，亦可以以粉末状涂覆。由于天然松香具有将多的双键，其抗氧化性较差，因此采用氢化松香、聚合松香、歧化松香等作为助焊剂的主要成分。

通过热压、超声波焊接或胶水粘合将塑料上膜、电极连接片、易熔合金保险丝及塑料底膜通过第二塑料层粘合在一起成为一个密封的体系。

本发明提供了一种合金型温度保险丝可用于手机锂电池等小型电子设备，对温度变化响应迅速；本发明提供了上述特征的合金型温度保险丝的制造方法，制作工艺简单，投资小。

【附图说明】

图1本发明的电极连接片示意图。

图2图1所示的电极连接片与塑料底膜粘接示意图。

图3在图2所示上连接合金型温度保险丝示意图。

图4在图形所示上添加助焊剂示意图。

图5在图表所示上粘合将塑料上膜得到本发明合金型温度保险丝示意图。

【具体实施方式】

如图1至图5所示本发明合金型温度保险丝构造示意图，其中

金属电极连接片为金属镍片，设计有腰形缺口，端部镀有铜层，电极连接片厚度120um，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2mm-2.6mm；

塑料底膜及塑料上膜均以聚对苯二甲酸乙撑酯(PET)为基材，在其上复合一层改性聚乙烯层(PE)，此改性聚乙烯层与金属之间具有极高的粘接强度，其中塑料底膜的第一塑料层(基膜)厚度150um，第二塑料层厚度50um，平面尺寸5.5mm×11mm，塑料上膜第一塑料层(基膜)厚度120um，第二塑料层厚度30um，平面尺寸5.5mm×11mm；

易熔合金丝可以由铋(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℃，合金丝为片状，厚度约0.2mm，截面积约0.5～0.6mm2，电阻为～15mΩ，在测试实验中编号为1；

易熔合金丝亦可以由铟(In)、锡(Sn)、镉(Cd)、铋(Bi)按44wt％、42wt％、13wt％、1wt％组成In-Sn-Cd-Bi四元合金，共晶点温度93℃，合金丝为线状，截面积约0.3mm2，电阻～11mΩ，在测试实验中编号为2。

助焊剂以氢化松香为主活性成分。

再结合附图对本发明进一步详细说明如下：

如图2所示，通过对电极连接片加热到塑料底膜复合膜的第二塑料层的熔点以上温度，将一对如图1所示的腰形缺口的金属电极连接片，靠近缺口的一端相向放置并焊接到塑料底膜复合膜的一面上，使缺口部分完全焊接到塑料底膜上；

如图3所示，将低熔点合金丝通过电阻焊、热焊或激光焊等手段焊接到上述金属连接片靠近缺口的一端的端部；

如图4所示，在低熔点合金丝上及低熔点合金丝与电极连接片的接合部位等位置，通过微量液体注射装置加入熔融状助焊剂，此助焊剂熔点比低熔点合金丝的熔点低；

如图5所示，将塑料上膜通过热压方式与塑料底膜及金属连接片缺口处粘接在一起，热压温度略高于复合膜的第二塑料层的熔点得到本发明的温度保险丝。由于复合膜的熔点比塑料基膜PET的熔点低很多，可以降低热压所需温度，以免低熔点合金丝受热压时的热量影响而熔化。

由于采用了复合膜作为塑料上下膜、提高了塑料上下膜之间、塑料上下膜与金属电极连接片之间的粘接强度，使温度保险丝的抗剪切强度提高；同时降低了热压温度，简化了设备及操作的复杂程度，同时无需水冷系统，减小了能量损失。

对由以上列举的低熔点合金丝制作的编号为1和2的保险丝进行性能测试：

1、熔断温度测试

将保险丝串联接入带有负载的回路中，在电路中通过0.1A的直流电流来检测。样品置于硅油浴中，以1℃/min速率升温，直到其断开，电路中无电流通过，记录此时的油浴温度为保险丝的熔断温度。

共测量20个样品，求其平均值，结果如表1：

                             表1

2、断路测试

将温度保险丝1和2分别串联接入带有负载的回路，分别置于环境温度为25℃、60℃的空气气氛中，在电路中通过直流电流，直到其断开，记录时间为此电流下的断开时间，分别测试环境温度为25℃、60℃时1000秒内不断开时所能通过的最大电流。共测20个样品，求其平均值，结果如表2：

                               表2

Claims (17)

1、一种合金型温度保险丝，包括塑料底膜、金属电极连接片、易熔合金保险丝及塑料上膜，其特征在于：塑料底膜及塑料上膜的里层均再复合一材料层构成双层复合塑料膜，其中塑料底膜、塑料上膜所采用的材料具有高的机械强度及高的熔点，作为基体使用，称为第一塑料层；熔点低于第一塑料层且与镍或铜之间有高的粘接性能的材料层，称为第二塑料层。

2、根据权利要求1所述的合金型温度保险丝，其中塑料底膜、塑料上膜的复合层由以下四组材料的其中一组复合而成：聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)和聚乙烯(PE)；聚碳酸丙烯酯(PC)和聚乙烯醇(EVA)；丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的共聚体(ABS)和聚乙烯(PE)；聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)和丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的共聚体(ABS)。

3、根据权利要求2所述的合金型温度保险丝，其中塑料底膜、塑料上膜复合层由聚对苯二甲酸乙二醇脂和聚乙烯复合而成，其中聚乙烯为改性聚乙烯。

4、根据权利要求1、2或3所述的合金型温度保险丝，其中塑料底膜、塑料上膜的第一塑料层厚度为80-200微米。

5、根据权利要求1所述的合金型温度保险丝，其中保险丝由铟、锡、银、镉、铅、铋、锑、铜中的两种或两种以上金属组成的合金所构成。

6、根据权利要求5所述的合金型温度保险丝，其中保险丝由铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)按52.5wt％、15.5wt％、32wt％组成Bi-Sn-Pb三元合金构成。

7、根据权利要求5所述的合金型温度保险丝，其中保险丝由铟(In)、锡(Sn)、镉(Cd)、铋(Bi)按44wt％、42wt％、13wt％、1wt％组成In-Sn-Cd-Bi四元合金构成。

8、根据权利要求1所述的合金型温度保险丝，其中电极连接片由镍或铜或铝，或上述元素所形成的合金构成。

9、根据权利要求8所述的合金型温度保险丝，其中电极连接片厚度为60-150微米。

10、根据权利要求8或9所述的合金型温度保险丝，其中电极连接片的一端与塑料底膜相粘合处表面附加有铜、锡、铟、铅、铋、银、锑中至少一种或一种以上金属或合金层。

11、根据权利要求8或9所述的合金型温度保险丝，其中电极连接片在与塑料底膜相粘合的位置有对称的弧形或腰形缺口。

12、一种如权利要求1所述的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顶端相对成直线排列，两端部相隔一定间隔，两连接片相对的一端与塑料底膜粘合在一起；

在两连接片之间焊上添加有助焊剂的保险丝；

在其上覆盖塑料上膜，并将塑料上膜与电极连接片及塑料底膜四周粘合在一起，使保险丝被由塑料上膜和塑料底膜组成的封闭体系所包围。

13、根据权利要求12所述的合金型温度保险丝的制造方法，其中电极连接片与塑料底膜之间是通过热压或胶水粘合。

14、根据权利要求12所述的合金型温度保险丝的制造方法，其中保险丝是通过电阻焊、热焊、超声波焊接或激光焊连接到两电极连接片。

15、根据权利要求12所述的合金型温度保险丝的制造方法，其中助焊剂通过在保险丝表面涂布助焊剂溶液或在其上添加助焊剂固体粉末添加。

16、根据权利要求15所述的合金型温度保险丝的制造方法，其中助焊剂由松香类物质构成。

17、根据权利要求12所述的合金型温度保险丝的制造方法，其中塑料上膜与塑料底膜及电极连接片之间是通过热压、超声波焊接或胶水相粘合在一起。

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