KR20180061424A

KR20180061424A - Ptc 디바이스를 갖는 2차 전지

Info

Publication number: KR20180061424A
Application number: KR1020187015266A
Authority: KR
Inventors: 아라타 다나카; 도시카즈 야마오카; 하루히사 미야기
Original assignee: 타이코 일렉트로닉스 저팬 지.케이.; 에프디케이 가부시키가이샤
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2018-06-07
Also published as: KR20170109070A; EP2590179B1; US20130196182A1; EP2590179A1; JPWO2012002523A1; TWI590511B; TW201222919A; KR20140006759A; EP2590179A4; WO2012002523A1; CN103189935B; JP6026276B2; CN103189935A

Abstract

PTC 디바이스, PTC 디바이스 및 2차 전지를 가져서 이루어지는 전지 팩 및 건전지형의 2차 전지와 같은 전기 디바이스를 더욱 콤팩트하게 한다. PTC 디바이스는, (1) (A) (a1) 도전성 필러 및 (a2) 중합체 재료를 포함해서 이루어지는 층상 중합체 PTC 요소, (B) 중합체 PTC 요소의 양측 표면에 배치된 금속 전극을 가져서 이루어지는 PTC 소자, 및 (2) 적어도 일부분이 PTC 소자의 금속 전극 상에 위치하고, 도전성 재료에 의해 금속 전극에 접속된 리드를 가져서 이루어지며, 상기 도전성 재료의 노출 부분은, 폴리프로필렌 수지, 나일론 수지 또는 에폭시 수지를 포함해서 이루어지는 보호 부재에 의해 덮여 있다.

Description

PTC 디바이스를 갖는 2차 전지{SECONDARY BATTERY HAVING PTC DEVICE}

본 발명은, PTC 디바이스 및 그것을 가져서 이루어지는 전기 디바이스, 예를 들어 2차 전지에 관한 것이다.

도전성 필러 및 중합체 재료를 포함해서 이루어지는 층상 중합체 PTC 요소와, 중합체 PTC 요소의 양측 표면에 배치된 금속 전극을 구비하여 이루어지는 중합체 PTC 소자가 여러 가지 전기 디바이스에서 사용되고 있다. 예를 들어, 휴대 전화의 2차 전지를 충전할 때의 과충전 등의 문제를 방지하기 위해서, 2차 전지를 충전하는 회로에서는, 그러한 PTC 소자가 회로 보호 소자로서 사용되고 있다. 이 PTC 소자는 리드를 통해서 보호 회로 내에 배치되고, PTC 소자 및 리드를 가져서 이루어지는 PTC 디바이스 및 보호 회로는, 정극 단자의 외측에 배치되며, 이들이 일체로 되어 전기 디바이스를 구성하고, 소위 「전지 팩」으로서 사용되고 있다. 전기 장치는 전지 팩을 내장하기 위해서, 가령 내장하는 전지 팩을 더욱 컴팩트 가능하다면, 전기 장치를 더욱 컴팩트하게 할 수 있다.

한편, 건전지형의 다양한 2차 전지가 사용되고 있다. 이 2차 전지 중에서, 예를 들어 단 3형 또는 단 4형인 경우, 그것이 차지하는 체적을 크게 하는 것에 제약이 있기 때문에, PTC 소자가 배치되어 있지 않다.

그러한 건전지형 2차 전지의 예로서 니켈 수소 전지를, 그 내부 구조를 알 수 있도록, 도 1에 단면도로 모식적으로 도시한다. 이 전지(100)에서는, 정극(102)에 수산화 니켈을, 부극(104)에 수소 흡장 합금을 사용하고, 이들 전극 사이에 세퍼레이터 및 전해액이 존재한다. 예를 들어, 방전시에는, 합금에 흡장되어 있는 수소가 전자를 방출하여, 수소 이온이 전해액 중에서 부극에서 정극으로 이동한다. 정극은 정극 탭(106)에 접속되고, 이것이 밀봉판(108)을 통해서 정극 단자(110)에 접속되어 있다.

사용되고 있는 전해액은, 알칼리를 기제(基劑)로 하는 것이며, 예를 들어 수산화칼륨과 같은 칼륨염이 포함되어 있다. 다른 알칼리로서, 나트륨, 리튬 등의 다양한 염이 사용되고 있는 경우도 있다. 이러한 알칼리는, 일반적으로 부식성이며, 정극 탭은, 그러한 알칼리 분위기에 노출되게 된다. 따라서, 정극 탭에 사용하는 재료로서는, 알칼리에 의한 부식에 대하여 내성을 가진 것을 선택할 필요가 있다. 예를 들어, 정극 탭의 재료로서 니켈이 사용되고 있다. 니켈은 알칼리 분위기에서는 부동체를 형성하는 결과, 부식에 대한 내성을 갖는다.

일본 특허 공개 제2008-181855호 공보

발명자들이, PTC 디바이스, PTC 디바이스 및 2차 전지를 가져서 이루어지는 전지 팩 및 건전지형 2차 전지와 같은 전기 디바이스를 보다 콤팩트한 것으로 하기 위해, 예의 검토를 거듭한 결과, 상술한 건전지형 2차 전지에 있어서는, 그 정극 탭(106)이 존재하는 공간(112: 본 명세서에서는, 이 공간을 「정극 탭 공간」이라고도 하는 경우가 있다)에 PTC 디바이스를 배치할 수 있으면, 2차 전지의 체적을 더욱 작게 할 수 있다는 것을 상도했다. 또한, 전지 팩에 있어서는, 2차 전지의 외측에 배치되어 있는 PTC 디바이스를 2차 전지의 내부에 배치할 수 있으면, 전지 팩의 체적을 더욱 작게 할 수 있다는 것을 상도했다.

그러나, 정극 탭 공간에 PTC 디바이스를 배치하기 위해서는, 혹은 전지 팩의 2차 전지 내에 PTC 디바이스를 배치하기 위해서는, 상술한 바와 같은 알칼리에 의한 부식을 고려할 필요가 있다. 이것에 대해서, 또한 검토를 거듭한 결과, PTC 디바이스를 구성하는 다양한 요소 중, 2차 전지의 전해액에 포함되는 알칼리에 의해, 부식 등의 악영향을 받기 쉬운 부분을, 폴리프로필렌 수지, 나일론 수지 또는 에폭시 수지로 덮는 것에 의해, 그러한 악영향을 최소한으로 억제할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명의 PTC 디바이스에 이르렀다.

따라서, 제1 요지에 있어서, 본 발명은,

(1) (A) (a1) 도전성 필러 및

(a2) 중합체 재료를 포함해서 이루어지는 층상 중합체 PTC 요소,

(B) 중합체 PTC 요소의 양측 표면에 배치된 금속 전극을 가져서 이루어지는 PTC 소자, 및

(2) 각각의 적어도 일부분이 PTC 소자의 금속 전극 상에 위치하고, 도전성 재료에 의해 금속 전극에 접속된 리드

를 가져서 이루어지며, 상기 도전성 재료의 노출 부분은 폴리프로필렌 수지, 나일론 수지 또는 에폭시 수지를 포함해서 이루어지는 보호 부재에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 PTC 디바이스를 제공한다.

본 발명의 PTC 디바이스를 구성하는 요소 중, PTC 소자는 주지이며, 본 발명에 있어서도, 그러한 PTC 소자를 사용할 수 있다. 리드는, PTC 소자를 소정의 회로에 전기적으로 접속하기 위해서 필요한 요소이며, 이것 자체도 주지이며, 본 발명에 있어서도, 그러한 리드, 예를 들어 니켈 리드, 니켈 도금 스테인리스 리드, 니켈-철 합금(코바) 리드 등을 사용할 수 있다.

또한, PTC 소자의 금속 전극과 리드를 접속하는 도전성 재료는, 자체로 주지이며, 이들을 전기적으로 서로 접속할 수 있는 재료이면, 특별히 한정되는 것이 아니고, 본 발명에 있어서도, 그러한 도전성 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 땜납, 땜납 페이스트, 도전성 접착제 등을 사용할 수 있다. 또한, PTC 디바이스에 있어서는, 이러한 도전성 재료는, 접속 기능을 완수하기 위해서, 이들의 원래 상태(예: 조성물을 구성하는 요소, 예를 들어 경화성 수지가 경화하기 전의 상태)로부터 변화된 상태(예: 조성물을 구성하는 요소, 예를 들어 경화성 수지가 경화된 후의 상태)에 있어도 된다.

본 발명이 유용한 것은, 그러한 도전성 재료가, 전지를 구성하는 전해액, 특히 그것에 포함되는 알칼리 성분, 예를 들어 나트륨, 칼륨, 리튬 등의 알칼리 금속의 염 및/또는 이온에 의해 부식 등의 악영향을 받을 가능성이 있는 경우이다. 특히, 그러한 도전성 재료가, 예를 들어 주석, 아연, 납 등을 포함하는 경우이다. 본 발명은, 도전성 재료로서, 특히 땜납, 특히 납 프리 땜납, 예를 들어 주석, 은 및 구리의 합금 땜납, 주석 및 비스무트의 합금 땜납, 주석 및 인듐의 합금 땜납 등을 사용하는 경우에 특히 유용하다.

본 발명에 있어서, 「폴리프로필렌 수지, 나일론 수지 또는 에폭시 수지」는, 본 발명의 과제를 해결할 수 있는 한, 일반적으로 알려져 있는 어떤 수지라도 된다. 예를 들어, 폴리프로필렌 수지에 대해서는, 신디오택틱성의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 나일론 수지에 대해서는, 6,6-나일론을 사용하는 것이 바람직하고, 결정성이 높은 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, 에폭시 수지에 대해서는, 특히 내약품성이 우수한 것, 예를 들어 에폭시 수지 예비중합체와 폴리아민 수지의 2액 혼합을 포함하는 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 PTC 디바이스에 있어서, 보호 부재는, 어떤 적당한 형태라도 된다. 보호 부재는, 예를 들어 보호 코팅의 형태이면 된다. 그 경우, 노출 부분이 덮이도록, 상술한 바와 같은 수지를, 예를 들어 브러시 도포, 스프레이 등에 의해 적용한다. 필요에 따라, 수지를 그와 같이 적용하는데 적절한 형태, 예를 들어 용제 또는 용매 등을 사용해서 수지의 용액, 분산액 등을 얻고, 그것을 적용하여, 필요에 따라 용제 또는 용매 등을 건조시키는(예를 들어, 가열에 의해 제거한다) 것이 바람직하다. 구체적으로는, 에폭시 수지를 포함하는 보호 부재를 형성하는 경우에는, 이 형태를 적용하는 것이 바람직하다.

다른 형태에서는, 상술한 바와 같은 수지로부터 필름을 얻고, 이 필름에 의해 PTC 소자를 감싸며, 리드의 단부만이 돌출되도록 해도 된다. 즉, 보호 부재는, PTC 소자를 감싸는 필름 형태, 혹은 PTC 소자가 2매의 필름으로 끼워져 있던 형태라도 된다. 예를 들어, 폴리프로필렌핀 수지의 필름, 구체적으로는, 2축 연신 폴리프로필렌(OPP) 또는 나일론 수지의 필름을 사용해서 보호 부재를 형성할 수 있다. 또한, 폴리프로필렌 수지의 필름은, K 코트 필름(KOP)이라고 불리는 층이라도 된다. 이 필름은, 폴리프로필렌 필름의 편면 또는 양면에 PVDF(폴리비닐리덴플루오라이드) 수지가 코트된 것이며, 향상된 가스 배리어성을 갖는 점에서 유효하다.

본 발명의 바람직한 형태에서는, 이러한 필름에, 적어도 1개, 예를 들어 1개 또는 2개의 추가 층을 적층해서 사용한다. 그러한 추가 층으로서는, 예를 들어 그와 같은 필름과 PTC 소자의 노출 부분, 리드 등과의 접착성을 향상시키는 목적을 위해, 가스 배리어성을 향상시키는 목적을 위해, 및/또는 가공성을 향상시키는 목적을 위해, 예를 들어 EVA(에틸렌·아세트산 비닐 공중합체)층, EVOH(에틸렌·비닐알코올 공중합체)층, PVDF(폴리비닐리덴플루오라이드)층, PVA(폴리비닐알코올)층, PVDC(폴리염화비닐리덴)층, PE(폴리에틸렌)층, L-LDPE(직쇄상 저밀도 폴리에틸렌)층 등의 추가 층을 들 수 있다. 이러한 적층 필름을 사용하는 경우, PTC 소자로부터 먼 측에, 폴리프로필렌 수지의 필름 혹은 층[예를 들어, 2축 연신 폴리프로필렌(OPP)층] 또는 나일론 수지의 필름 혹은 층이 위치하도록 감싼다.

PE층 및 L-LDPE층은, 접착성의 향상에 유효하고, PVA층 및 PVDC층은 가스 배리어성 향상에 유효하며, EVA층은 가스 배리어성 및 접착성의 양쪽의 향상에 유효하고, EVOH층은 가스 배리어성 및 용이 가공성의 향상에 유효하다.

상술한 바와 같이 적층 필름을 사용하는 경우, 예를 들어 하기의 조합의 수지층이 적층된 적층 필름을 사용할 수 있다:

OPP/PE

OPP/L-LDPE

OPP/EVA

KOP/PE

KOP/L-LDPE

KOP/EVA

OPP/EVOH/PE

OPP/EVOH/L-LDPE

OPP/EVOH/EVA

OPP/PVA/PE

OPP/PVA/L-LDPE

OPP/PVA/EVA

또 다른 형태에서는, PTC 소자를 금형에 배치한(또는 인서트한) 상태에서 용융 상태의 상술한 수지를 금형에 주입하는 인서트 성형에 의해, 노출 부분을 포함해서 PTC 소자의 대부분을 상술한 바와 같은 수지를 포함하는 보호 부재로 포위해도 된다. 즉, 보호 부재는, PTC 소자를 포위하는, 상술한 바와 같은 수지의 성형 부재이면 된다.

본 발명의 가장 넓은 요지에 있어서, 본 발명의 PTC 디바이스는, 「폴리프로필렌 수지, 나일론 수지 또는 에폭시 수지를 포함해서 이루어지는 보호 부재」가 PTC 소자 주위의 적어도 일부분을 덮도록 배치되어 있다. 즉, 그러한 일부분은, 상술한 바와 같이 도전성 재료의 노출 부분이다. 예를 들어, 실질적으로 노출 부분만, 혹은 노출 부분 및 그 주위의 부분이 그러한 재료에 의해 덮여 있다. 물론, 리드의 단부분을 제외하고, 보호 부재가 PTC 소자 및 리드의 노출 부분(즉, 보호 부재가 존재하지 않으면, 주변 분위기에 폭로되게 되는 부분)을 실질적으로 전부 덮어도 된다.

이러한 본 발명의 다양한 PTC 디바이스는, 2차 전지의 내부에, 특히 정극 탭 공간 내에 배치하여, 정극 탭으로서 기능할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 제2 요지에 있어서, 전기 디바이스로서의 2차 전지를 제공한다. 그러한 2차 전지는, 건전지형이어도 되고, 또한 PTC 디바이스를 외측에 포함하는 전지 팩의 형태이어도 된다. 또한, 보호 소자로서 본 발명의 PTC 디바이스를 사용 가능한 한, 그러한 PTC 디바이스를 포함하는 다른 전기 디바이스도 본 발명은 제공한다.

이 2차 전지는, 정극, 부극, 및 이들 사이에 배치된 세퍼레이터 및 전해액을 가져서 이루어지고, 정극과 정극 단자 사이에서 본 발명의 PTC 디바이스가, 더욱 상세하게는 PTC 디바이스의 리드가 이들에 직접적으로 또는 간접적으로 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명의 2차 전지는, 건전지형이어도, 혹은 2차 전지의 외측에 보호 회로를 갖는 전지 팩의 형태이어도 된다.

본 발명의 PTC 디바이스는, 전해질에 포함되는 알칼리에 의한 부식의 영향을 받기 쉬운, 도전성 재료의 노출 부분이, 「폴리프로필렌 수지, 나일론 수지 또는 에폭시 수지를 포함해서 이루어지는」 보호 부재에 의해 덮여 있고, 이들 수지는 내알칼리성을 갖기 때문에, PTC 디바이스가 알칼리 분위기 하에 배치되어도, 보호 부재가 알칼리가 도전성 재료에 실질적으로 도달하는 것을 억제할 수 있고, 그 결과, 도전성 재료의 따라서 PTC 소자의, 알칼리에 의한 부식의 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.

따라서, 2차 전지가 포함하는 전해액의 분위기 하에 PTC 디바이스가 배치되는, 혹은 전해액과 PTC 디바이스가 우발적으로 접촉한다고 해도, PTC 디바이스가 받는, 전해질에 의한 악영향은 최소한이 되어, PTC 디바이스는 회로 보호 소자로서 기능할 수 있다.

특히, PTC 디바이스를 2차 전지 내의(PTC 디바이스를 수용할 수 있다는 의미에서는) 여분의 공간 내에 배치하는 경우, PTC 디바이스를 위해서 필요한 공간을 절약할 수 있게 된다. 예를 들어, 상술한 2차 전지의 정극 탭 공간 내에 본 발명의 PTC 디바이스를 배치할 수 있다.

도 1은, 내부 구조를 모식적으로 도시한 2차 전지의 단면도를 나타낸다.
도 2는, 본 발명의 한 형태의 PTC 디바이스를 모식적으로 단면도로 나타낸다.
도 3은, 본 발명의 다른 형태의 PTC 디바이스를 모식적으로 단면도로 나타낸다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 형태의 PTC 디바이스를 모식적으로 단면도로 나타낸다.
도 5는, 본 발명의 PTC 디바이스를 갖는, 도 1에 도시하는 2차 전지를 단면도로 나타낸다.
도 6은, 실시예 1에서 제조한 본 발명의 PTC 디바이스 A의 저항-온도 특성(R-T 특성)의 측정 결과를 나타낸다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 한 형태의 PTC 디바이스를 도 2에 도시한다. 도시한 PTC 디바이스(10)는, 도전성 필러 및 중합체 재료를 포함해서 이루어지는 층상 중합체 PTC 요소(12), 중합체 PTC 요소의 양측 표면(14 및 16) 상의 금속 전극(예를 들어, 금속 박 전극: 18 및 20)을 갖는 PTC 소자(22) 및 리드(24 및 26)를 가지고 이루어진다.

리드(24)는, 금속 전극(18)의 일부분에 도전성 재료(30)에 의해 전기적으로 접속되고, 리드(26)는, 금속 전극(20) 상의 전체에 도전성 재료(28)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 그 결과, PTC 소자(22)에 있어서, 도전성 재료는, 보호 부재가 존재하지 않는 경우에는, 그 측면부(32)에서 노출되는 부분을 갖는다.

본 발명의 PTC 디바이스(10)에서는, 그러한 도전성 재료의 노출 부분이 폴리프로필렌 수지, 나일론 수지 또는 에폭시 수지를 포함해서 이루어지는 보호 코팅(34)으로서의 보호 부재에 의해 덮여 있다.

보호 코팅은, 어떤 형태라도 좋고, 도 2에 도시하는 형태에서는, 도전성 재료의 노출 부분으로서의 측면부(32) 및 그 상측 및/또는 하측의 비교적 좁은 영역이 보호 코팅(34)에 의해 덮여 있다. 이러한 보호 코팅은, 노출 부분에 보호 코팅 형성 재료(예를 들어, 에폭시 수지 또는 그것을 포함해서 이루어지는 용액 또는 분산액)를 브러시 도포, 스프레이 등에 의해 적용하고, 그것을 경화시킴으로써, 또한, 필요에 따라 용매 등을 제거함으로써, 형성할 수 있다. 물론, 보호 코팅은, 리드의 단부분을 제외하고, PTC 소자 및 리드를 실질적으로 전부 덮어도 된다. 그 경우, 보호 코팅은, 후술하는 도 4의 필름(58, 60)과 실질적으로 마찬가지 형태라도 된다.

도 3에, 본 발명의 다른 형태의 PTC 디바이스를 모식적으로 도시한다. 도시한 형태에서는, PTC 디바이스(40)는, PTC 소자(42) 및 양측의 리드(44 및 46)를 가져서 이루어지고, 이 PTC 디바이스는, 그 주위에 성형 부재(48)를 갖는다. 또한, 도시한 형태에서는, 간단화를 위하여, PTC 소자(42)를 전체로서 도시하고, 또한 PTC 소자(42)와 리드(44, 46) 사이에 위치하는 도전성 재료의 도시는 생략하고 있다.

이러한 PTC 디바이스는, 도전성 재료에 의해 리드를 접속한 PTC 소자를 금형에 미리 인서트하고, 그 후, 폴리프로필렌 수지, 나일론 수지 또는 에폭시 수지를 포함해서 이루어지는, 혹은 그러한 수지를 포함하는, 용융 상태의 성형 재료를 금형에 주입해서 고화시키는 사출 성형을 실시함으로써, 도전성 재료의 노출 부분을 포함하는, PTC 소자(42)의 노출 표면을 덮도록, 보호 부재로서의 성형 부재(48)를 형성함으로써 제조할 수 있다. 단, 도 3에 도시한 바와 같이, 리드의 단부분에 대해서는, 성형 부재로부터 돌출된 상태로 되어 있다. 그로 인해, 사출 성형시에 PTC 소자의 리드의 단부분에는 성형 부재가 형성되지 않도록 금형을 구성해서 그것에 인서트할 필요가 있다.

도 4에, 본 발명의 다른 형태의 PTC 디바이스(50)를 나타낸다. 도시한 형태에서는, PTC 디바이스는 PTC 소자(52) 및 양측의 리드(54 및 56)를 가져서 이루어지고, 리드(54, 56)의 단부분이 돌출된 상태에서, 2매의 필름(58 및 60) 사이에 PTC 소자가 끼워 넣어져 있다. 이 필름은, 폴리프로필렌 수지, 나일론 수지 또는 에폭시 수지를 포함해서 이루어지는 재료로 형성되고, 이들 필름이 본 발명의 PTC 디바이스의 보호 부재를 구성한다. 용이하게 이해할 수 있도록, 이 필름(58 및 60)은, 도전성 재료의 노출 부분을 포함하고, PTC 소자 및 리드의 노출 부분(단, 그 단부분을 제외한다)의 노출 표면을 덮어, 본 발명의 PTC 디바이스의 보호 부재로서 기능할 수 있다. 또한, 도 3과 마찬가지로, 도시한 형태에서는, 간단화를 위하여, PTC 소자(52)를 전체로서 도시하고, 또한, PTC 소자(52)와 리드(54, 56) 사이에 위치하는 도전성 재료의 도시는 생략하고 있다.

이러한 PTC 디바이스는, 도전성 재료에 의해 전기적으로 접속된 리드를 갖는 PTC 소자를, 리드의 단부분이 필름으로부터 돌출된 상태에서, 2매의 필름 사이에 끼운 상태에서, 이들 필름을 일체로 압착하는, 예를 들어 열 압착함으로써(즉, 히트 시일함으로써) 제조할 수 있다. 이 형태에서는, 필름과 PTC 소자 및 리드 사이에서 향상된 접착 상태를 확보하기 위해서, 필름은 그 내측에, 추가 층을 갖는 것이 바람직하다. 그러한 추가 층으로서, 상술한 바와 같이, EVA층, EVOH층, PVDF층을 사용하는 것이 적당하다.

도 5에, 본 발명의 PTC 디바이스를 내장한 본 발명의 2차 전지를, 도 1과 마찬가지로 모식적으로 도시한다. 도시한 형태에서는, 2차 전지(70)는, 정극 탭 공간(72) 내에 본 발명의 PTC 디바이스(74)를 갖고, 그 한쪽 리드(76)의 일단부가 밀봉판(78)을 거쳐서 정극 단자(80)에 접속되며, 다른 쪽의 리드(82)가 정극(84)에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 정극 탭 대신에 본 발명의 PTC 디바이스가 배치되어 있는 점을 제외하고, 본 발명의 2차 전지의 다른 부분은, 공지의 2차 전지와 마찬가지여도 된다.

다른 형태에서는, 본 발명의 2차 전지는, 보호 회로를 그 외부에 갖고, 그리고, 2차 전지의 외측, 예를 들어 정극 단자의 외측에 배치된 본 발명의 PTC 디바이스를 가져서 이루어진다. 이 경우, 그러한 2차 전지에서는, PTC 디바이스가 보호 회로 내에 배치되고, 이들이 일체로 되어서 2차 전지를 보호하도록 작용하며, 2차 전지, PTC 디바이스 및 보호 회로는 전지 팩을 구성한다. 이렇게 PTC 디바이스가 2차 전지의 외부에 배치되는 경우에도, 2차 전지 내의 전해질이 약간 누설될 때에는, 전해질에 의한 도전성 재료에의 악영향을 억제할 수 있다.

실시예

실시예 1

리드를 접속한 PTC 소자를 필름에 의해 끼운 상태(단, 리드의 단부분은 노출)에서 열 압착함으로써, 도 4에 도시하는 본 발명의 PTC 디바이스 A를 제조했다. 또한, 열 압착시에는, PTC 소자에 힘이 가해지지 않도록, PTC 소자의 주위에서 외측으로 연장되는 필름 부분만을 가압했다(리드 부분은 가압했다).

사용한 필름은, 폴리프로필렌 수지층과 폴리에틸렌계 수지층의 적층 필름(두께 100㎛)이었다. 이 필름을 폴리프로필렌 수지층이 외측이 되도록 사용했다.

또한, 다른 조건을 이하에 나타낸다:

사용한 PTC 소자(상품명: 폴리스위치, 타이코 일렉트로닉스 재팬 고도 가이샤사제)

리드: 니켈(상품명: NB 201, 가부시끼가이샤 네오맥스사제, 두께: 150㎛)

도전성 재료: 납 프리 땜납(주석, 은 및 구리의 합금 땜납)

열 압착 조건: 온도 160℃ 내지 210℃, 압력 0.4MPa에서 10초 내지 40초 가압

실시예 2

실시예 1과 같은 PTC 소자를 사용하여, 폴리프로필렌 수지를 인서트 성형함으로써, 도 3에 도시하는 본 발명의 PTC 디바이스 B를 제조했다. 사용한 폴리프로필렌 수지는, 상품명: 프라임 폴리프로, 가부시끼가이샤 프라임 폴리머사제이었다. 보호 부재 이외의 PTC 디바이스 B의 조건은, PTC 디바이스 A와 동일하였다.

이와 같이 하여 얻어진 본 발명의 PTC 디바이스 A 및 B를, 60℃에서 KOH 수용액(1N) 중에 3개월 침지함으로써 알칼리 침지 실험을 실시하고, 보호 부재와 리드의 계면의 상황을 관찰하고, 알칼리에 의한 영향을 평가했다. 또한, 침지 후의PTC 디바이스에 대해서, 유지 전류 시험(I-V 시험)을 실시했다. 또한, 비교를 위하여, PTC 디바이스의 제조에 사용한 PTC 소자와 같은 규격의 다른 PTC 소자 자체에 대해서도 마찬가지 측정을 실시했다. 이들 결과를 이하의 표에 나타낸다:

표 중, Rinitial은 초기 저항값(단위: mΩ)이며, Imax는 최대 전류값(단위: Amps)이다. 초기 저항값은, 히오키 전기제 밀리옴 하이테스터를 사용해서 60℃에서 측정했다.

또한, 알칼리 침지 실험 전후에, PTC 디바이스 A 및 B에 있어서의, 보호 부재와 리드 계면의 상황은, 육안으로 외관상 판별할 수 있는 상위점은 확인되지 않았다.

상기 표에 있어서, PTC 디바이스 A 및 B에 사용한 PTC 소자와 같은 규격의 PTC 소자(단, 알칼리 침지되어 있지 않은)에 대해서 측정한 결과를 PTC 소자 1 및 PTC 소자 2로서 나타내고, 60℃에서 KOH 수용액(1N) 중에 3개월 침지한 것을 알칼리 침지 후로서 나타내고 있다.

PTC 소자 1 및 2는 알칼리의 영향을 받지 않는 소자에서의 측정값이며, PTC 디바이스 A에서는 초기 저항값이 5.3mΩ 및 5.7mΩ이고, 침지 후의 초기 저항값이 5.5mΩ이다. 따라서, 저항값은, 실질적으로 변화하고 있지 않다고 말할 수 있다. 또한, Imax는, PTC 소자 1 및 2에 있어서 3.366A 및 3.047A이며, 침지 후는 2.979A이다. 따라서, Imax도 실질적으로 변화하지 않는다. PTC 디바이스 B에 있어서는, PTC 소자 1 및 2의 초기 저항값이 5.5mΩ 및 5.1mΩ인 것이, 침지 후는 5.0mΩ이다. 이 경우도, 전과 마찬가지로, 실질적으로 변화하고 있지 않은 저항 범위 내에 있다고 말할 수 있다. 만약에 침지에 의한 영향을 받고 있다고 하면, 저항값은 5mΩ대를 초과해서 크게 증가하고 있다고 추측된다. Imax에 관해서는, PTC 소자 1 및 2는, 각각 3.345A 및 2.983A이었던 것이, 침지 후는 3.332A이다. 따라서, 이것도 실질적으로 변화하고 있지 않다고 말할 수 있다.

이들 결과로부터, 본 발명과 같이 보호 부재를 PTC 소자 주위에 설치해도, PTC 디바이스의 유지 전류 특성은, 실질적으로 영향을 받지 않는 것을 알 수 있다.

만약을 위해, PTC 디바이스 A에 대해서, 상술한 알칼리 침지 실험 전후의 저항-온도(R-T) 특성을 측정했다. 그 결과를, 도 6에 나타낸다. 또한, 도 6의 그래프에 있어서, 파선은, 알칼리 침지 실험 후의 PTC 디바이스의 측정 결과이며, 실선은, 알칼리 침지 실험 전의 측정 결과이다. 본 발명의 PTC 디바이스에서는 알칼리의 영향을 실질적으로 받고 있지 않은 것을 알 수 있다.

<산업상 이용가능성>

본 발명의 PTC 디바이스는, 2차 전지의 내부의 여분의 공간에 배치되어도, 전지 내의 전해질에 의한 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.

10: PTC 디바이스
12: 중합체 PTC 요소
14, 16: 표면
18, 20: 금속 전극
22: PTC 소자
24, 26: 리드
28, 30: 도전성 재료
32: 측면부
34: 보호 코팅
40: PTC 디바이스
42: PTC 소자
44, 46: 리드
48: 성형 부재
50: PTC 디바이스
52: PTC 소자
54, 56: 리드
58, 60: 필름
70: 2차 전지
72: 정극 탭 공간
74: PTC 디바이스
76: 리드
78: 밀봉판
80: 정극 단자
82: 리드
100: 니켈 수소 전지
102: 정극
104: 부극
106: 정극 탭
108: 밀봉판
110: 정극 단자

Claims

(1) PTC 소자이며,
(A) 층상 중합체 PTC 요소이며,
(a1) 도전성 필러와,
(a2) 중합체 재료를 포함하는, 층상 중합체 PTC 요소와,
(B) 상기 층상 중합체 PTC 요소의 양측 표면에 배치된 금속 전극을 포함하는, PTC 소자와,
(2) 적어도 일부분이 PTC 소자의 금속 전극 상에 위치하고, 도전성 재료에 의해 금속 전극에 접속되는 리드를 포함하고,
상기 도전성 재료의 노출 부분은, 폴리프로필렌 수지, 나일론 수지 또는 에폭시 수지를 포함하는 보호 부재에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는,
PTC 디바이스.