CN1803905A - 导电性聚合物及过电流保护元件 - Google Patents

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王军
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Abstract

本发明涉及一种具有正温度系数(PTC)特性的导电性聚合物及过电流保护元件。一种导电性聚合物，其包含：一种或一种以上的聚合物；一种导电填料分散剂；一种导电金属填充材料；一种或一种以上的炭黑；其中，所述的聚合物为结晶性高分子聚合物，为聚乙烯、乙烯类共聚物、氟聚合物中的一种或一种以上的混合物，该聚合物所占的重量百分比是5％～30％；所述的导电填料分散剂是一种高分子蜡，该分散剂所占聚合物基体的重量百分比为1％～20％；所述的导电金属填料可以为镍粉、银粉、金粉中的一种或其一种以上的组合物，该导电金属填料所占的重量百分比是50％～95％。本发明所述元件不仅具有十分低的室温电阻，并且具有高的电气性能稳定性。

Description

导电性聚合物及过电流保护元件
技术领域
本发明涉及一种导电性聚合物及过电流保护元件，具体地说，本发明涉及一种具有正温度系数(PTC)特性的导电性聚合物及由其制备的过电流保护元件。
背景技术
聚合物和分散在聚合物中的导电填充材料组成的导电性聚合物以及由此导电性聚合物制备的具有正温度系数(PTC)特性的过电流保护元件技术已是大家所熟知的。通常，PTC导电性聚合物是由一种或一种以上的结晶聚合物及一导电填充材料组成，该导电填充材料均匀分散于该聚合物中。导电填充材料可以为聚乙烯、乙烯类共聚物、氟聚合物中的一种或其中几种的混合物；导电填充材料可以为碳黑、金属颗粒或无机陶瓷粉末。此类导电性聚合物的PTC特性(电阻值随温度上升而增加)被认为是由于熔融时结晶聚合物的膨胀导致导电粒子所形成的导电通道断开造成的。
在现有已公开的技术中，最普遍的是将碳黑作为导电填充材料，但是将碳黑作为导电填充材料制备的导电性聚合物难以得到很低的室温电阻率，特别是将该聚合物用来制备电池(组)的过电流保护元件时，将不能器件小型化、低的室温电阻的要求。虽然，将金属颗粒作为导电填充材料可以制得较低室温电阻率的导电性聚合物，但是用此类导电性聚合物制备的过电流保护元件，其室温电阻的重现性差，具体地说，就是通过通断电流循环测试，元件的室温电阻会随着循环次数的增加而逐步上升，直至失效。
为此，本发明公开一种具有正温度系数特性的导电性聚合物材料，不仅具有十分低的室温电阻率，并且当用作过电流保护元件时，可以提高元件的电气性能稳定性，即元件的室温电阻重现性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有正温度系数特性的导电性聚合物复合材料以及由该复合材料制备的过电流保护元件，该元件不仅具有十分低的室温电阻，并且具有高的电气性能稳定性。
为达到上述目的，本发明提供一种具有正温度系数特性的导电复合材料，其包含：
(a)一种或一种以上的聚合物；
(b)一种导电填料分散剂；
(c)一种导电金属填充材料；
(d)一种或一种以上的碳黑。
所述的聚合物为结晶性高分子聚合物，可以为聚乙烯、乙烯类共聚物(如EBA、EMA、EVA等)、氟聚合物(如PVDF)中的一种或一种以上的混合物，该聚合物所占的重量百分比是5％～30％，优选是5％～20％。
所述的导电填料分散剂可以是一种蜡，优选为EVA蜡，该分散剂所占聚合物基体的重量百分比为1％～20％，优选是5％～10％，分散剂可以有效地提高导电填料在聚合物基体中的分散均匀性。
所述的导电金属填料可以为镍粉、银粉、金粉中的一种或其一种以上的组合物，优选为镍粉，更优选为一种具有链珠状结构的镍粉，如INCO公司的T210、T255、T287、CNP525等，该导电金属填料所占的重量百分比是50％～95％，优选是70％～90％。
为了提高元件的电气性能稳定性，添加适量的碳黑，所述的碳黑为通用碳黑或导电碳黑中的一种，也可以为一种以上的碳黑混合物，该碳黑的粒径不大于100nm，优选不大于80nm，更优选不大于60nm。该碳黑所占的重量百分比是0.5％～10％，优选是1％～5％。
再者，为增进该具有正温度系数特性导电复合材料的其它性能，本发明的导电复合材料可进一步包含交联剂、抗氧剂、非导电填料等。
将上述的各种成份按所述比例经过混炼、压合上金属箔电极、辐照、冲片、焊上镍片作为引出电极就可以得到所需的过电流保护元件。
本发明的优越性在于：所提供的一种具有正温度系数特性的导电复合材料，及由该复合材料制备的过电流保护元件，该元件不仅具有十分低的室温电阻，并且具有高的电气性能稳定性。
具体实施方式
实施例1
各组份按下表配比：
                    表1
  组份   生产厂家   重量(克)
  高密度聚乙烯(BHB5012)   菲利浦石油公司   280
  EVA-3蜡   巴斯夫   20
  镍粉(CNP525)   INCO   1600
  碳黑(N660)   卡博特   50
将表1中的EVA-3、CNP525、N660在干式搅拌机中先进行预混，直至颜色均匀为止，再将混合料及高密度聚乙烯放入密炼机中，在190℃下混炼均匀，在开炼机上拉出0.65mm左右厚度的芯材，裁成200mm×200mm的芯片，上下各放一张金属箔，在180℃的压机上压成0.6mm左右厚度的复合芯片。将该复合芯片进行电子束辐照，辐照剂量为10Mrad至100Mrad。然后将该芯片冲切或划切成3mm×4mm的小方块，在该小方块正反两面各焊上一尺寸为2.3mm×5.8mm的镍片作为引出电极，就可以得到所需的具有正温度系数特性的过电流保护元件。将所制的过电流保护元件进行通断电流测试，测试条件为6V的电压，50A的电流，通6S，断60S，500次循环。
比较例1
                        表2
  组份   生产厂家   重量(克)
  高密度聚乙烯(BHB5012)   菲利浦石油公司   300
  镍粉(CNP525)   INCO   1600
  碳黑(N660)   卡博特   50
与实施例1相比，除了配方中没有了导电填料分散剂EVA-3，制造工艺与实施例相同。
比较例2
                      表3
  组份   生产厂家   重量(克)
  高密度聚乙烯(BHB5012)   菲利浦石油公司   280
  EVA-3蜡   巴斯夫   20
  镍粉(CNP525)   INCO   1600
与实施例1相比，除了配方中没有了碳黑，制造工艺与实施例相同。
电性能结果见表4
                              表4
  编号         实施例         比较例1         比较例2
  R0(Ω)   R500(Ω)   R0(Ω)   R500(Ω)   R0(Ω) R500(Ω)
  1   0.009   0.018   0.011   1.5   0.006 ＞20
  2   0.011   0.021   0.012   2.3   0.007 ＞20
  3   0.011   0.020   0.011   1.8   0.005 ＞20
  4   0.010   0.020   0.010   1.4   0.006 ＞20
  5   0.009   0.019   0.013   2.1   0.005 ＞20
  6   0.009   0.018   0.012   1.7   0.006 ＞20
  7   0.010   0.021   0.012   1.9   0.007 ＞20
  8   0.012   0.023   0.011   1.6   0.006 ＞20
  9   0.009   0.019   0.013   2.3   0.006 ＞20
  10   0.011   0.020   0.012   2.1   0.007 ＞20
注：R0为过电流保护元件的起始室温电阻；
R500为过电流保护元件500次通断电流循环后的室温电阻。
发明效果
从表4可以看出，根据本发明，能提供这样一种具有正温度系数特性的导电复合材料，用该复合材料制备的过电流保护元件，该元件不仅具有十分低的室温电阻，并且具有高的电气性能稳定性。

Claims (10)

1.一种导电性聚合物，其包含：
(a)一种或一种以上的聚合物；
(b)一种导电填料分散剂；
(c)一种导电金属填充材料；
(d)一种或一种以上的碳黑；
其中，所述的聚合物为结晶性高分子聚合物，为聚乙烯、乙烯类共聚物、氟聚合物中的一种或一种以上的混合物，该聚合物所占的重量百分比是5％～30％；所述的导电填料分散剂是一种高分子蜡，该分散剂所占聚合物基体的重量百分比为1％～20％；所述的导电金属填料可以为镍粉、银粉、金粉中的一种或其一种以上的组合物，该导电金属填料所占的重量百分比是50％～95％。
2.根据权利要求1所述的一种导电性聚合物，其特征在于所述的乙烯类共聚物包括EBA、EMA、EVA中的一种或一种以上的组合物。
3.根据权利要求1所述的一种导电性聚合物，其特征在于所述的导电填料分散剂是EVA蜡，用量为占聚合物基体的重量百分比为1％～20％。
4.根据权利要求1所述的一种导电性聚合物，其特征在于所述的导电金属填料为镍粉，所占的重量百分比是50％～95％。
5.根据权利要求4所述的一种导电性聚合物，其特征在于所述的导电金属填料为具有链珠状结构的镍粉，包括INCO公司的T210、T255、T287、CNP525，所占的重量百分比是70％～90％。
6.根据权利要求1所述的一种导电性聚合物，其特征在于所述的氟聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)。
7.根据权利要求1所述的一种导电性聚合物，其特征在于所述的碳黑为通用碳黑或导电碳黑中的一种或一种以上的碳黑混合物，该碳黑的粒径不大于100nm，该碳黑所占的重量百分比是0.5％～10％。
8.根据权利要求7所述的一种导电性聚合物，其特征在于所述的碳黑碳黑的粒径不大于80nm，优选是1％～5％。
9.根据权利要求8所述的一种导电性聚合物，其特征在于所述的碳黑碳黑的粒径更优选不大于60nm。
10.利用权利要求1所述的一种导电性聚合物制备的过电流保护元件，将上述的各种成份依序混炼、拉片，在片材上压合金属箔电极、辐照、冲片成型符合尺寸要求的芯片、焊上镍片作为引出电极而得到所需的过电流保护元件。
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