KR20100013466A - 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자및 그 제조방법 - Google Patents

초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2차 전지 주요 부품인 과전류, 과열 보호 소자로 사용되는 Polymer PTC Termistor에 대한 것으로서 고용량, 초박형 2차 전지에 실장될 수 있도록 부품의 두께를 0.6mm이하 또는 0.8mm이하로 하여 PTC특성을 구현하며 또한 2차 전지의 용량을 증대시키기 위해 낮은 저항을 구현하는 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명인 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자는,
부품 실장시 외부와 연결시켜주기 위한 외부단자와;
상기 외부단자와 전극을 솔더링으로 부착하여 상기 외부단자와 접촉되어 전도성중합체에 전류가 통할 수 있도록 형성된 2개의 전극과;
상기 2개의 전극 사이에 위치하며, 결정성 고분자 물질과 전도성 충진재로 구성되는 전도성중합체와;
상기 전극 및 전도성중합체를 둘러싸도록 형성되어 인접부품과의 쇼트를 방지하기 위한 절연층;이 형성되되, 상기 외부단자 일부가 절연층의 외측으로 돌출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 통해 고용량, 초박형 2차 전지에 실장될 수 있도록 부품의 두께를 0.6mm이하 또는 0.8mm이하로 구성함에도 불구하고 PTC특성 구현이 가능하며 또한 2 차 전지의 용량을 증대시키기 위해 낮은 저항을 구현하는 효과를 제공하게 된다.
PTC, 써미스터, 폴리머.

Description

초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법{polymer PTC thermistor using slim type battery and thereof}
본 발명은 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2차 전지 주요 부품인 과전류, 과열 보호 소자로 사용되는 Polymer PTC Termistor에 대한 것으로서 고용량, 초박형 2차 전지에 실장될 수 있도록 부품의 두께를 0.6mm이하 또는 0.8mm이하로 하여 PTC특성을 구현하며 또한 2차 전지의 용량을 증대시키기 위해 낮은 저항을 구현하는 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 정특성 온도 계수(PTC) 전도성 물질의 저항은 온도 변화에 민감하다.
이러한 특성을 이용하여 PTC 전도성 물질이 전류감지물질로서 활용되고 넓게는 과전류 보호 장치 및 회로에 이용되어 진다.
PTC 전도성 물질은 상온에서는 낮은 값으로 유지되어 과전류 보호 장치 또는 회로는 정상적으로 작동한다.
그러나, 과전류 및 과열 상태가 발생하면, PTC 전도성 물질의 저항은 즉시 고저항 상태인 최소 만 배(10,000 옴 이상)로 증가한다.
일반적으로, PTC 전도성 물질은 적어도 하나의 결정성 중합체와 전도성 충전재를 포함하고 있으며, 전도성 충전재는 결정성 중합체에 균일하게 분산되어 있고, 결정성 중합체는 주로 폴리에틸렌(POLYETHYLENE) 같은 폴리올레핀(POLYOLEFIN)중합체이다.
전도성 충전재는 주로 카본 블랙(CARBON BLACK), 금속입자와 예를 들면 티타늄 카바이드(CARBIDE) 또는 텅스텐 카바이드인 비산화 세라믹 분말이다.
PTC 전도성 물질의 도전성은 전도성 충전재의 종류와 유형에 따른다.
일반적으로 말하면,거친 표면의 카본 블랙은 폴리올레핀 중합체와 더 좋은 융착력을 가져서 더 좋은 저항 복귀성을 가지게 된다. 그러나, 카본 블랙 전도성이 금속 입자의 전도성보다 낮다. 금속 입자가 전도성 충전재로 이용되면, 더 큰 입자 크기는 불균일하게 분산되게 되고, 금속 입자는 높은 저항이 생기도록 산화되는 경향이 있다.
효과적으로 과전류 보호 장치의 저항을 감소시키고 산화를 예방하기 위하여,세라믹 분말은 PTC 전도성 물질에서 전도성 충전재로 이용된다.
세라믹 분말은 카본 블랙과 같은 거친 표면이 부족하기 때문에, 폴리올레핀과의 융착력이 떨어지고 결과적으로는 PTC 전도성 물질의 저항 복귀력이 잘 조절되 지 않는다.
최근에, 전도성 충전재로 니켈을 이용하는 저저항(약 20mΩ )PTC 전도성 물질이 시장에서 이용되고 있으나, 그것은 오직 6V전압까지 견딘다.
니켈이 공기와 잘 격리되지 않으면, 일정 기간 후에는 산화되고 결과적으로 저항이 증가된다.
부연 설명하자면, 일반적으로 과전류 및 과열 보호소자로 사용되며 반복사용이 가능한 PTC thermistor로는 polymer PTC thermistor와 ceramic PTC thermisor가 있다.
ceramic PTC thermistor는 높은 초기저항으로 전력소모가 높으므로 2차 전지 보호용으로 사용되기에는 부적절하다.
따라서, 2차 전지 보호용으로는 polymer PTC thermistor가 사용되어 왔는데 최근 전자기기사용에 있어 2차 전지의 용량이 증가되고 1회 충전으로 사용시간이 길어지는 요구에 따라 2차 전지 내부저항이 낮아져야 하는 필요성이 있고 여기에 들어가는 부품들의 저항도 동시에 낮아지는 요구가 증가하게 되었다.
또한, 산업이 발달되면서 2차 전지가 고용량, 초박형으로 발전하게 되어 과전류, 과열 보호 소자로 사용되는 Polymer PTC Termistor 또한 고용량, 초박형 2차 전지에 실장될 수 있도록 부품의 두께를 초박형으로 구현해야 하는 실정이다.
도 1은 휴대폰용 2차 전지의 구조도를 나타낸 것으로서, Cell과 Cell을 보호해 주는 PCM과 PPTC로 구성되어 있으며 이때 PPTC의 전체 두께를 0.5mm 낮추게 되면 Pack전체 두께를 1mm까지 줄일 수 있다.
이렇게 소형화된 Cell을 사용하게 되면 휴대폰 내에 1mm의 공간이 확보되며 이는 휴대폰 회로 설계시 두가지의 기능을 부여해 준다.
첫째는 0603(chip부품 규격)과 같은 소형 부품을 탑재할 공간을 제공하며,
둘째는 휴대폰 회로와 2차 전지와의 거리를 1mm만큼 더 확보함으로서 방사특성(RF특성이라고도 하며 수신감도를 좌우하는 특성)을 개선시킬 수 있다.
이러한 특성에도 불구하고 PPTC부분의 두께를 무한정 낮출 수 없는 기술적 한계는 PPTC는 내전압특성을 만족시키기 위해서는 요구되는 두께를 갖어야 하는 기술을 요구하게 된 것이다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 금속물질을 전도성 충진재로 사용하며 내전압 특성을 30V/mm구현하여 두께가 낮아져도 동일 전압을 구현할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,
본 발명의 일실시예에 따른 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자는,
부품 실장시 외부와 연결시켜주기 위한 외부단자와;
상기 외부단자와 전극을 솔더링으로 부착하여 상기 외부단자와 접촉되어 전도성중합체에 전류가 통할 수 있도록 형성된 2개의 전극과;
상기 2개의 전극 사이에 위치하며, 결정성 고분자 물질과 전도성 충진재로 구성되는 전도성중합체와;
상기 전극 및 전도성중합체를 둘러싸도록 형성되어 인접부품과의 쇼트를 방지하기 위한 절연층;이 형성되되, 상기 외부단자 일부가 절연층의 외측으로 돌출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명에 따른 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법은,
금속물질을 전도성 충진재로 사용하며 내전압 특성을 30V/mm구현하여 두께가 낮아져도 동일 전압을 구현할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
또한, 고용량, 초박형 2차 전지에 실장될 수 있도록 부품의 두께를 0.6mm이하 또는 0.8mm이하로 구성함에도 불구하고 PTC특성 구현이 가능하며 또한 2차 전지의 용량을 증대시키기 위해 낮은 저항을 구현하는 효과를 제공하게 된다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자는,
부품 실장시 외부와 연결시켜주기 위한 외부단자와;
상기 외부단자와 전극을 솔더링으로 부착하여 상기 외부단자와 접촉되어 전도성중합체에 전류가 통할 수 있도록 형성된 2개의 전극과;
상기 2개의 전극 사이에 위치하며, 결정성 고분자 물질과 전도성 충진재로 구성되는 전도성중합체와;
상기 전극 및 전도성중합체를 둘러싸도록 형성되어 인접부품과의 쇼트를 방지하기 위한 절연층;이 형성되되, 상기 외부단자 일부가 절연층의 외측으로 돌출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전도성 충진재는,
도전성을 부여하기 위하여 전도성을 갖는 파우더 물질로 사용하되, 두께가 낮아져도 동일한 전압을 구현할 수 있도록 가교 선량을 200Mrad이상으로 하며, 전자빔의 조사 전압을 1MeV 이상, 전류는 15mA이상으로 조사하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 결정성 고분자는,
폴리올레핀계 결정성 고분자인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 외부단자의 두께는 각각 0.1mm 이하이며, 2개의 전극 및 외부단자 사이에 부착되는 솔더링의 두께는 각각 0.1mm 이하이며, 상기 2개의 전극 및 전도성중합체의 두께는 0.2mm 이하로 구성하여 소자의 전체 두께가 0.6mm 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 다른 일실시예에 따라 상기 외부단자의 두께는 각각 0.15mm 이하이며, 2개의 전극 및 외부단자 사이에 부착되는 솔더링의 두께는 각각 0.1mm 이하이며, 상기 2개의 전극 및 전도성중합체의 두께는 0.3mm 이하로 구성하여 소자의 전체 두께가 0.8mm 이하인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 절연층은,
23℃ 습도 50%에서 측정하였을 경우에 부피저항이 1012~1017Ω의 절연특성을 갖는 액상 에폭시 절연물질인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전도성 충진재를 구성하고 있는 금속 전도성 물질은 500phr이상 사용될 경우에, 전도성중합체의 비저항은 0.02Ω㎝이하인 것을 특징으로 한다.
한편, 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법은,
폴리올레핀계 결정성 고분자와 전도성 충진재와 첨가제를 혼련한 전도성중합체를 분쇄하는 혼련분쇄단계와;
상기 분쇄된 전도성중합체를 압출하여 원하는 두께로 시트를 형성하며 전극을 열압착하는 시트형성단계와;
상기 압착된 시트를 PTC 특성을 나타내는 크기로 펀칭하는 펀칭단계와;
상기 펀칭된 소자를 전자빔을 사용하여 가교하여 PTC 특성을 나타내는 소자로 형성하는 PTC특성형성단계와;
외부전극을 솔더링으로 부착하고 절연층을 코팅하여 최종 완제품으로 형성하는 절연층코팅단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 혼련분쇄단계에서,
전도성 충진재를 형성하기 위한 금속전도성물질은 500phr이상 사용되며 전도성중합체의 비저항(ρ=R*S/t, R=저항, S=면적, t=두께)은 0.02Ω㎝이하를 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 시트형성단계에서,
형성하는 시트의 두께는 0.3mm 이하인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 PTC특성형성단계에서,
내전압 특성을 향상시키기 위하여 가교 선량을 200Mrad이상으로 하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 PTC특성형성단계 이후에,
상기 전자빔조사에 있어서 조사 및 냉각을 반복하는 냉각실시단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 PTC특성형성단계에서,
내전압 특성을 향상시키기 위하여 가교 선량을 200Mrad이상, 전자빔의 조사 전압을 1MeV 이상, 조사 전류를 15mA이상으로 하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 절연층코팅단계에서,
절연층의 코팅 두께는 max.500㎛인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자의 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자(100)는,
부품 실장시 외부와 연결시켜주기 위한 외부단자(110)와;
상기 외부단자와 전극을 솔더링(150)으로 부착하여 상기 외부단자와 접촉되어 전도성중합체에 전류가 통할 수 있도록 형성된 2개의 전극(130)과;
상기 2개의 전극 사이에 위치하며, 결정성 고분자 물질과 전도성 충진재로 구성되는 전도성중합체(120)와;
상기 전극 및 전도성중합체를 둘러싸도록 형성되어 인접부품과의 쇼트를 방 지하기 위한 절연층(140);이 형성되되, 상기 외부단자 일부가 절연층의 외측으로 돌출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 2개의 전극(130)에 부품 실장시 외부와 연결시켜주기 위한 외부단자(110)를 각각 접촉되게 형성되어 있으며, 상기 2 개의 전극 사이에 결정성 고분자 물질과 전도성 충진재로 구성되는 전도성중합체(120)를 형성하게 된다.
또한, 상기 외부단자와 전극을 솔더링(150)으로 부착하여 형성하게 된다.
그리고, 상기 전극 및 전도성중합체를 둘러싸도록 절연층(140);이 형성되되, 상기 2 개의 외부단자의 일부가 절연층의 외측으로 돌출되도록 구성하여 외부와 연결시켜주게 된다.
이때, 상기 전도성 충진재는,
도전성을 부여하기 위하여 전도성을 갖는 파우더 물질로 사용하되, 두께가 낮아져도 동일한 전압을 구현할 수 있도록 가교 선량을 200Mrad이상으로 하며, 전자빔의 조사 전압을 1MeV이상으로 조사하는 것을 특징으로 한다.
좀 더 구체적으로 설명하자면, 도 1에 도시한 바와 같이 일반적인 2차 전지는 Cell과 Cell을 보호해 주는 PCM과 PPTC로 구성되어 있으며 이때 PPTC의 전체 두께를 0.5mm낮추게 되면 Pack전체 두께를 1mm까지 줄일 수 있다.
이렇게 소형화된 Cell을 사용하게 되면 휴대폰 내에 1mm의 공간이 확보되며 이는 휴대폰 회로 설계시 두가지의 기능을 부여 해 준다.
첫째는 0603(chip부품 규격)과 같은 소형 부품을 탑재할 공간을 제공하며, 둘째는 휴대폰 회로와 2차전지와의 거리를 1mm만큼 더 확보함으로서 방사특성(RF특성이라 고도 하며 수신감도를 좌우하는 특성)을 개선시킬 수 있다.
이러한 특성에도 불구하고 PPTC부분의 두께를 무한정 낮출 수 없는 기술적 한계는 PPTC는 내전압특성을 만족시키기 위해서는 요구되는 두께를 갖어야 한다.
종래 카본블랙을 전도성 충진재로 하는 경우 100V/mm의 내전압 특성을 갖으며 금속물질을 전도성 충진재로 하는 경우 10V/mm의 내전압 특성을 갖는다.
본 발명에서는 금속물질을 전도성 충진재로 사용하며 내전압 특성을 30V/mm구현하여 두께가 낮아져도 동일 전압을 구현할 수 있도록 한다.
이를 위해 가교선량을 200Mrad이상으로 높이며 전자빔 조사시 발생되는 열을 냉각 장치에 의해 냉각시킨다.
이로 인하여 가교 선량을 높이더라도 열에 의한 분해를 억제시킬 수 있다.
상기 전극은 전도성중합체에 전류가 통할 수 있도록 형성시키는 전극재로서 바람직하게는 max.35㎛의 전해 동박에 max.8㎛의 니켈이 도금되어 구성하게 된다.
상기 결정성 고분자는 결정화도가 높은 고분자 물질로서 상변화시 부피 팽창률로 인하여 PTC 특성을 부여하도록 바람직하게는 폴리올레핀계 결정성 고분자인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특성을 극대화시키기 위하여 바람직하게는 상기 외부단자의 두께는 각각 0.1mm 이하로, 2개의 전극 및 외부단자 사이에 부착되는 솔더링의 두께는 각각 0.1mm 이하로, 상기 2개의 전극 및 전도성중합체의 두께는 0.2mm 이하로 구성하여 소자의 전체 두께가 0.6mm 이하로 구성하여야 한다.
또한, 다른 일실시예에 따라 상기 외부단자의 두께는 각각 0.15mm 이하로, 2 개의 전극 및 외부단자 사이에 부착되는 솔더링의 두께는 각각 0.1mm 이하로, 상기 2개의 전극 및 전도성중합체의 두께는 0.3mm 이하로 구성하여 소자의 전체 두께가 0.8mm 이하로 구성할 수도 있다.
상기 외부단자는 바람직하게는 0.1mm~0.15mm의 압연니켈로 구성되도록 한다.
상기 절연층은 부품 실장시 인접부품(특히 2차 전지캔과 PCM)과 쇼트를 방지하기 위한 것으로서 23℃ 습도 50%에서 측정하였을 때 부피저항이 1012~1017Ω의 절연특성을 갖는 액상 에폭시 절연물질을 사용하게 된다.
상기 전도성 충진재를 구성하고 있는 금속 전도성 물질은 500phr이상 사용되며, 이 경우에 전도성중합체의 비저항은 0.02Ω㎝이하를 갖게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법을 나타낸 공정도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법은,
폴리올레핀계 결정성 고분자와 전도성 충진재와 첨가제를 혼련한 전도성중합체를 분쇄하는 혼련분쇄단계(S110)와;
상기 분쇄된 전도성중합체를 압출하여 원하는 두께로 시트를 형성하며 전극을 열압착하는 시트형성단계(S120)와;
상기 압착된 시트를 PTC 특성을 나타내는 크기로 펀칭하는 펀칭단계(S130)와;
상기 펀칭된 소자를 전자빔을 사용하여 가교하여 PTC 특성을 나타내는 소자로 형성하는 PTC특성형성단계(S140)와;
외부전극을 솔더링으로 부착하고 절연층을 코팅하여 최종 완제품으로 형성하는 절연층코팅단계(S160);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 혼련분쇄단계는 고분자 물질을 녹여서 전도성 물질과 섞는 단계로서 전도성 충진재를 형성하기 위한 금속전도성물질은 500phr이상 사용되며 이 경우에는 전도성중합체의 비저항(ρ=R*S/t, R=저항, S=면적, t=두께)은 0.02Ω㎝이하를 갖도록 하여야 한다.
상기 혼련은 kneader를 사용하며 온도는 200℃에서 결정성고분자인 HDPE(밀도 0.958g/cm3, Tm=131℃)와 난연제[Mg(OH)2]를 먼저 melting시킨 후 전도성 충진제(무정형니켈 파우더)와 스테아린산을 4번에 나누어 투입하여 혼련을 한다.
이때 총 혼련 시간은 30분 이내로 하며, 전도성 충진재가 충분이 혼련이 된 후 가교조제인 TAIC를 첨가하여 5분 이내로 추가로 혼련한 후 꺼낸다.
이때 꺼낸 원료를 분쇄기에 넣어 1차 조분쇄(입도 10mm이하)를 한 후 2차 미분쇄를 하여 입도를 3mm이하로 분쇄하며, 분쇄한 원료를 시트로 성형하기 위해 압출기로 투입된다.
상기 시트형성단계에서 형성하는 시트의 두께는 0.3mm 이하로 형성하게 되며, 상기 PTC특성형성단계에서 내전압 특성을 향상시키기 위하여 가교 선량은 200Mrad이상으로 하며, 전자빔의 조사 전압을 1MeV 이상, 전류는 15mA이상으로 조 사하여야 한다.
또한, 상기 절연층코팅단계는 외부전극을 솔더링으로 부착하고 절연층을 코팅하여 최종 완제품으로 형성하는데 이때, 코팅 두께는 max.500㎛인 것이 바람직하다.
한편, 상기 전자빔조사에 있어서 조사 및 냉각을 반복하는 냉각실시단계(S150);를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 PTC특성형성단계 이후에 내전압 특성을 향상시키기 위하여 가교 선량을 200Mrad이상으로 하되, 전자빔으로 조사시 열을 최소화시키기 위하여 전자빔 조사구간에서 조사 및 냉각을 반복 실시하는 것이다.
펀칭된 소자(전극 및 전도성중합체를 의미함)를 전자빔을 사용하여 가교하여 PTC 특성을 나타내는 소자로 형성하는 PTC특성형성단계시 두께가 얇아지면 일반적으로 내전압특성이 저하된다.
금속전도성물질을 사용할 경우 종래기술은 10V/mm의 내전압 특성을 갖으나, 본 발명에서는 30V/mm의 내전압 특성을 구현한다.
내전압 특성을 향상시키기 위해 본 발명에서는 가교 선량을 200Mrad 이상, 특히 조사 전압을 1MeV 이상, 전류는 15mA이상 높여서 조사하였으며 이때 발생되는 열을 최소화하기 위해 전자빔 조사 구간에서 냉작 장치를 이용하여 냉각을 실시하였다.
냉각을 하지 않을 경우 열이 발생되어 고분자 물질이 과조사되며 이로 인해 고분자가 분해되고 기포가 발생하게 된다.
본 발명의 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자의 전기적 특성을 실시예로 나타내었다.
특성은 초기저항(Ri), Trip 시간(DC6V, 9.5A를 인가하여 측정), Trip후 저항(R1)을 측정하였다.
[trip 시간은 PTC 동작 시간을 의미하며, R1은 PTC 동작후 1시간후 저항을 의미한다.]
도 3은 실시예 1,2,3의 조성을 나타낸 것으로서, 실시예1은 종래 제품의 조성물을 나타낸 것이며, 실시예2는 종래 제품 저항과 동일하게 구현하기 위하여 두께가 줄어든 만큼 전도성 첨가제를 줄여준 것이며, 실시예3은 종래 제품과 조성은 동일하게 그러나 두께가 줄어들 경우에 구현 가능한 저항을 나타낸 것이다.
동일 조성물의 경우에는 실시예1의 경우에 평균 저항이 8.7mΩ이며, 실시예3의 경우에는 평균 저항이 4.0mΩ으로서, 두께가 낮아지면 저항이 낮아지는 효과를 입증할 수 있었다.
따라서, 저항이 낮아지면 전지(배터리) 사용시간이 늘어나는 부수적인 장점을 가질 수 있다.
한편, 동일 조성물이 아닐 경우에는 실시예2와 같이 두께를 낮춤으로서 전도성 첨가제의 함량을 줄일 수 있다.(85g에서 70g으로)
그러면서 내전압 특성이 더욱 좋아지는 효과가 발생하였다.
또한, 평균 저항이 실시예1의 경우에는 8.7mΩ이며, 실시예2의 경우에는 7.4mΩ로 유사하게 측정되는 것을 알 수 있었다.
결론적으로 두께를 줄여줌으로써, 전도성 첨가제의 함량을 낮출 수 있으며, 그로 인하여 더욱 좋은 내전압 특성을 구현할 수 있었다.
이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명인 이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명에 따른 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 및 그 제조방법은,
금속물질을 전도성 충진재로 사용하며 내전압 특성을 30V/mm구현하여 두께가 낮아져도 동일 전압을 구현할 수 있는 효과를 제공하게 되어 과전류 보호 분야에 널리 유용하게 활용될 것이다.
도 1은 휴대폰용 2차 전지의 구조도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실시예1,2,3의 조성을 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 4c는 실시예1,2,3의 전기적 특성을 나타낸 도표이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법을 나타낸 공정도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 본 발명의 소자
110 : 외부단자
120 : 전도성중합체
130 : 전극
140 : 절연층
150 : 솔더링

Claims (14)

  1. 부품 실장시 외부와 연결시켜주기 위한 외부단자와;
    상기 외부단자와 전극을 솔더링으로 부착하여 상기 외부단자와 접촉되어 전도성중합체에 전류가 통할 수 있도록 형성된 2개의 전극과;
    상기 2개의 전극 사이에 위치하며, 결정성 고분자 물질과 전도성 충진재로 구성되는 전도성중합체와;
    상기 전극 및 전도성중합체를 둘러싸도록 형성되어 인접부품과의 쇼트를 방지하기 위한 절연층;이 형성되되, 상기 외부단자 일부가 절연층의 외측으로 돌출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 충진재는,
    도전성을 부여하기 위하여 전도성을 갖는 파우더 물질로 사용하되, 두께가 낮아져도 동일한 전압을 구현할 수 있도록 가교 선량을 200Mrad이상으로 하며, 전자빔의 조사 전압을 1MeV 이상, 전류는 15mA이상으로 조사하는 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 결정성 고분자는,
    폴리올레핀계 결정성 고분자인 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 외부단자의 두께는 각각 0.1mm 이하이며, 2개의 전극 및 외부단자 사이에 부착되는 솔더링의 두께는 각각 0.1mm 이하이며, 상기 2개의 전극 및 전도성중합체의 두께는 0.2mm 이하로 구성하여 소자의 전체 두께가 0.6mm 이하인 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 외부단자의 두께는 각각 0.15mm 이하이며, 2개의 전극 및 외부단자 사이에 부착되는 솔더링의 두께는 각각 0.1mm 이하이며, 상기 2개의 전극 및 전도성중합체의 두께는 0.3mm 이하로 구성하여 소자의 전체 두께가 0.8mm 이하인 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은,
    23℃ 습도 50%에서 측정하였을 경우에 부피저항이 1012~1017Ω의 절연특성을 갖는 액상 에폭시 절연물질인 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 충진재를 구성하고 있는 금속 전도성 물질은 500phr이상 사용될 경우에, 전도성중합체의 비저항은 0.02Ω㎝이하인 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자.
  8. 폴리올레핀계 결정성 고분자와 전도성 충진재와 첨가제를 혼련한 전도성중합체를 분쇄하는 혼련분쇄단계와;
    상기 분쇄된 전도성중합체를 압출하여 원하는 두께로 시트를 형성하며 전극을 열압착하는 시트형성단계와;
    상기 압착된 시트를 PTC 특성을 나타내는 크기로 펀칭하는 펀칭단계와;
    상기 펀칭된 소자를 전자빔을 사용하여 가교하여 PTC 특성을 나타내는 소자로 형성하는 PTC특성형성단계와;
    외부전극을 솔더링으로 부착하고 절연층을 코팅하여 최종 완제품으로 형성하는 절연층코팅단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 혼련분쇄단계에서,
    전도성 충진재를 형성하기 위한 금속전도성물질은 500phr이상 사용되며 전도성중합체의 비저항(ρ=R*S/t, R=저항, S=면적, t=두께)은 0.02Ω㎝이하를 갖는 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 시트형성단계에서,
    형성하는 시트의 두께는 0.3mm 이하인 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 PTC특성형성단계에서,
    내전압 특성을 향상시키기 위하여 가교 선량을 200Mrad이상으로 하는 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 PTC특성형성단계 이후에,
    상기 전자빔조사에 있어서 조사 및 냉각을 반복하는 냉각실시단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 PTC특성형성단계에서,
    내전압 특성을 향상시키기 위하여 가교 선량을 200Mrad이상, 전자빔의 조사 전압을 1MeV 이상, 조사 전류를 15mA이상으로 하는 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 절연층코팅단계에서,
    절연층의 코팅 두께는 max.500㎛인 것을 특징으로 하는 초박형 2차 전지에 실장되는 폴리머 피티씨 써미스터 소자 제조 방법.
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