TW201222919A - PTC device and secondary cell having the same - Google Patents

Description

201222919 t、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種PTC裝置以及具有PTC裝置而 成的電氣裝置，例如關於一種二次電池。 【先前技術】 具有包含導電性填料以及聚合物材料而成的層狀 聚合物PTC元件，與在聚合物PTC元件的兩側表面配 置的金屬電極而成的聚合物PTC元件，被使用在各種 電氣裝置。例如，為了防止行動電話的二次電池充電時 的過充電等問題，在充電二次電池的電路，係使用像那 樣的PTC元件做為電路保護元件。此PTC元件經由引 線（lead)配置在保護電路内，具有PTC元件以及引線 而成的PTC裝置以及保護電路，被配置在正極端子的 外側，將這些變成一體而構成電氣裝置，用來做為所謂 「電池組」（battery pack )。電氣裝置内藏有電池組，如 果内藏的電池組可以更小巧，則電氣裝置也可以更小 〇 另一方面，乾電池型的各種二次電池被使用。在此 二次電池中，例如三號電池或四號電池的狀況，由於其 佔有體積大而有限制，所以不配置PTC元件。 將鎳氫電池做為像那樣的乾電池型二次電池的例 子，為了暸解其内部結構，在第一圖以分解斜視圖來概 略顯示。在此電池100，在正極102使用氫氧化鎳，負 201222919 極104使用氫吸附合金，在這些電極之間存在隔板 (separator)以及電解液。例如在放電時，被吸附在八 金的氫放出電子，氫離子在電解液中從負極移動到^ 極。正極被連接於正極片1〇6，這經由封口板丨 袭 於正極端子1 10。 、使用的電解液是以鹼為基劑，例如包含如氫氧化钟 的鉀鹽。做為其他的鹼，也有使用鈉、鋰等各種趟的狀 驗-般是腐錄，正極片係暴露在像“的驗 =氧中。因此，使用在正極片的材料，必須選擇對鹼 ，的腐I虫有耐性者。例如使用鎳做為正極片的材料。 ㊁岭氣氛中形成純態（passive state)結果，對腐姓 【先前技術文獻】 【專利文獻】 【專利文獻1】特開2008-181855號公報 【發明内容】 電襄$明人們為了使PTC裝置及電氣裝置更小巧，該 =钆凌薏例如是具有PTC裝置與二次電池而成的電池 上=及乾電池型二次電池，反覆努力研究的結果，在 在的:，電池型的二次電池，想到了若在該正極片106存 介日空間112 (在本說明書，該空間也被稱為「正極片 工間 )、 變 可以配置ptc裝置，則可以將二次電池的體積 ^配^ °又’在電池組中，想到了若在二次電池的外側 己置的ptc裝置可以配置於二次電池的内部，則可 201222919 以將電池組的體積變更小。 但是，在正極片空間配置PTC裝置，或是在電池 組的二次電池内配置PTC裝置，需要考慮上述鹼導致 的腐蝕。關於這點而進一步反覆研究的結果找出，構成 PTC裝置的各種元件之内，因二次電池的電解液所含的 鹼導致容易受到腐蝕等壞影響的部分，以聚丙烯樹脂、 尼龍樹脂或環氧樹脂予以覆蓋，藉此可以將像那樣的壞 影響抑制在最小限度者，達成本發明的PTC裝置。 因此，在第一要旨，本發明提供一種PTC裝置， 其特徵為：具有： (1) PTC元件，具有： (A)包含（al)導電性填料（filler)以及 (a2)聚合物材料而成的層狀聚合物PTC元件； (B )在聚合物PTC元件的兩側表面配置 的金屬電極；以及 (2) 引線（lead)，至少一部分位於PTC元件的 金屬電極上，被導電性材料連接於金屬電極；而成，其 中，上述導電性材料的露出部分，係被包含聚丙烯樹 脂、尼龍樹脂或環氧樹脂而成的保護部件所覆蓋。 構成本發明的PTC裝置的元件内，PTC元件是眾 所周知者，即使在本發明，也可以用像那樣的PTC元 件。引線是用來將PTC元件電性連接至特定電路的必 要元件，這本身也是眾所周知者，即使在本發明，如此 的引線，可以用例如鎳引線、鍍鎳不鏽鋼引線、鎳鐵合 金（Kovar )引線等。 201222919 又本：T二金2極與引線連接的導電性 用像=料’狀有制限定，即使在本發明也可=使 導電性性，在可= :::::達成連接的功能’也可以從這些原此本的的=:: 、交化後的狀態（例如：構餘成物以 勺狀心） 性樹月旨硬化後的狀態）。 4例如硬化 本發明在下面的狀況是有用的：像那樣的 =可此因構成電池的電解液，特別是其所含有电才 分，例如鈉、鉀、鋰等驗金屬的鹽及/或離子的驗成 腐餘等壞影響。特別是在像那樣的導電輯料’，=到 如錫、鋅、錯等的狀況。本發明在下面情況匕含例 ，，其導電性材料，特別是用焊料，特別是用無用 膏，例如用錫、銀以及銅的合金焊料、錫以及鉍、干料 焊料、錫以及銦的合金焊料等情況。 的合金 在本發明中，「聚丙烯樹脂、尼龍樹脂或戸一士 脂」’只要可解決本發明的課題，可以是—般二氧樹 何樹脂。例如關於聚丙烯樹脂，較佳為使用σ的任 (syndiotactic)性者。例如關於尼龍樹脂，較佳為便用對位 尼龍者’而使用結晶性高者為更佳。例如關於产^6,6-脂，較佳為使用特別是耐化學性優良者，使用例衣 樹脂預聚合物（epoxy resin prepolymer )孝夕氧 (polyamine)樹脂的兩液體混合製成的環氧掏。夕胺 201222919 在本發明的PTC裝置中 當形態。保護部件可以是例如保；：件可以是任-適 態。在這個狀況為將上述的樹、=層（⑽㈣的形 用成覆蓋露出部分。較倍:^例如刷塗、喷濺來適 脂的適當形態，例如使用溶劑這樣地適用樹 溶液、分散液等，將其適用，依需來獲，脂之 燥（例如以加熱來除去）。且體；=劑或溶媒等乾 樹脂的保護部件的情況，較佳成包含環氧 _在其他狀態，也可以從如上述樹炉猶Vr” 薄膜包圍PTC元件’使只有^日^出專膜^， 說，保護部件可以是包圍大出：也就是 是以兩片薄膜挾IPTC元 、2形態，或者 脂薄膜，具體來說，是用雙糾“丙稀樹 龍樹脂的薄膜，而可形成保護 細（opp)或尼 膜，也可以是被稱為;= 件(7，烯樹脂薄 ΐ偏龜=聚丙浠薄膜的單面或兩面塗佈pv二 稀）樹脂而成，在具有提升阻氣性的點是 或一2發明的較佳狀態，層積至少-層，例如附加-:一二來用在廷樣的㈣。做為像那樣的附加層，例 二ί 了提昇像那樣的薄膜與PTC元件的露出部分、 ii寻的接著性的目的，為了提昇阻氣性的目的，及/ 或為了提昇加工性的目的，可以列舉例如eva ，酸乙稀共聚物）層、EV0H(乙稀_乙_共聚物）層、 PVDF (聚偏二敦乙稀）層、pvA(聚乙稀醇）層、Μ% 8 201222919 (聚偏二氣乙烯）層、PE (聚乙烯）層、L-LDPE (線 性低密度聚乙烯）等附加層。在用如此的層積薄膜的狀 況，使聚丙烯樹脂薄膜或層（例如雙軸延伸聚丙烯 (OPP)層），或尼龍樹月旨薄膜或層包圍成位於從PTC 元件到遠側。 PE層以及L-LDPE層，在接著性的提昇是有效的， PVA層以及PVDC層在阻氣性的提昇是有效的，EVA 層在阻氣性與接著性兩者的提昇是有效的，EVOH層在 阻氣性以及容易加工性是有效的。 用如上述層積薄膜的狀況，可以使用例如下列組合 的樹脂層被層積的層積薄膜：

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 再者，在其他狀態，在配置（或插入）PTC元件於 鑄模的狀態，藉由將炫化狀態的上述樹脂注入鑄模的插 201222919 入成形（insert molding)，也可以藉由包含如上述樹脂 的保護部件將露出部分及PTC元件的大部分包圍。也 就是說，保護部件也可以是如上述樹脂的成形部件，該 成形部件包圍PTC元件。 在本發明廣泛的要旨中，本發明的PTC裝置是「包 含聚丙烯樹脂、尼龍樹脂或環氧樹脂而成的保護部件」 被配置成覆蓋PTC元件周圍的至少一部分。也就是說， 像那樣的一部分是如上述導電性材料的露出部分。例 如，僅實質地露出部分，或者是露出部分以及其周圍的 部分被像那樣的材料覆蓋。當然，除了引線的端部分 外，保護部件也可以實質地全部覆蓋PTC元件以及引 線的露出部分（即，若保護部件不存在，則變成暴露在 周邊氣氛的部分）。 如本發明的各種PTC裝置，在二次電池内部，特 別是配置在正極片空間内，可以做為正極片發揮功能。 因此，本發明在第二要旨中，提供做為電氣裝置的二次 電池。像那樣的二次電池可以是乾電池型，又，也可以 是包含PTC裝置於外側的電池組的形態。又，做為保 護元件，只要可使用本發明的PTC裝置，本發明也提 供包含像那樣的PTC裝置的其他電氣裝置。 此二次電池係其特徵在於：具有正極、負極以及配 置於這些之間的隔板及電解液而成，在正極與正極端子 之間，本發明的PTC裝置，更詳細地說，PTC裝置的 引線直接或間接電性連接於這些。像這樣的本發明的二 次電池，也可以是乾電池型，或者是在二次電池的外側 201222919 具有保護電路的電池組的形悲。 本發明的PTC裝置，其導電性材料的露出部分容 易受到因電解質所包含的鹼導致的腐蝕影響，該導電性 材料的露出部分是被「包含聚丙烯樹脂、尼龍樹脂或環 氧樹脂而成的」保護部件所覆蓋，因為這些樹脂具有耐 鹼性，所以PTC裝置即使配置在鹼氣氛下，保護部件 仍可以抑制鹼實質地達到導電性材料，其結果是可以抑 制導電性材料進而PTC元件受到因鹼導致的腐蝕影響 在最小限度。 因此，即使PTC裝置被配置在二次電池包含的電 解液的氣氛下，或者是即使電解液與PTC裝置偶發性 地接觸，PTC裝置接受的因電解質導致的壞影響會成為 最小限度，PTC裝置可做為電路保護元件發揮功能。 特別是，將PTC裝置配置在二次電池内之（可以 收容PTC裝置的意義上）額外的空間内的狀況，可以 節約PTC裝置所需要的空間。例如，可以將本發明的 PTC裝置配置在上述二次電池的正極片空間内。 【實施方式】 以下參照圖式來更詳細的說明本發明。 本發明的一個狀態的PTC裝置如第二圖所示。圖 示的PTC裝置10具有：PTC元件22 ;以及引線24及 26而成，該PTC元件22具有：包含導電性填料（filler) 以及聚合物材料而成的層狀聚合物PTC元件12 ;及聚 201222919 合物PTC元件的兩側表面14及16上的金屬電極（例 如金屬羯電極）18及20。 引線24藉由導電性材料30電性連接於金屬電極 18的一部分，引線26藉由導電性材料28電性連接於 金屬電極20上的整體。其結果是在PTC元件22，導電 性材料在不存在保護部件的狀況，具有在其側面部32 露出的部分。 在本發明的PTC裝置10，像那樣的導電性材料的 露出部分是被包含聚丙烯樹脂、尼龍樹脂或環氧樹脂而 成做為保護塗層34的保護部件所覆蓋。 保護塗層可以是任一形態，在第二圖所示的狀態， 做為導電性材料的露出部分的側面部32以及其上側及/ 或下側的比較狹窄區域被保護塗層34所覆蓋。如此的 保護塗層，是藉由將保護塗層形成材料（例如環氧樹脂 或包含其而成的溶液或分散液）以刷塗、喷濺等來適用 於露出部分，將其硬化，更依需要藉由除去溶媒等形 成。當然，保護塗層除了引線的端部分外，也可以實質 地全部覆蓋著PTC元件以及引線。其狀況是保護塗層 也可以與後述第四圖的薄膜（58、60)實質上是同樣的 形態。 第三圖概略表示本發明的另一狀態的PTC裝置。 在圖示的狀態，PTC裝置40是具有PTC元件42以及 兩側引線44及46而成，此PTC裝置在其周圍具有成 形部件48。又，在圖示的狀態，為了簡化，將PTC元 件42做為整體來圖示，又，位於PTC元件42與引線 201222919 44、46之間的導電性材料的圖示被省略。 如此的PTC裝置，是藉由導電性材料連接引線的 PTC元件被預先插入鑄模，其後，實施射出成形，藉此 為了覆蓋包含導電性材料的露出部分的PTC元件42的 露出表面，以形成做為保護部件的成形部件48來製 造，其中該射出成形將包含聚丙烯樹脂、尼龍樹脂或環 氧樹脂而成的熔化狀態的成形材料，或者是將以像那樣 的樹脂組成的熔化狀態的成形材料注入鑄模，並固化。 但是，如第三圖所示，關於引線的端部分，會變成從成 形部件突出的狀態。因此，射出成形時，必須以在PTC 元件的引線的端部分，成形部件不會被形成之方式來構 成鑄模，而插入其中。 第四圖表示本發明的另一狀態的PTC裝置50。在 圖示的狀態中，PTC裝置是具有PTC元件52以及兩側 的引線54與56而成，在引線54、56的端部分突出的 狀態，PTC元件被夾在兩片薄膜58及60之間。此薄膜 是以包含聚丙烯樹脂、尼龍樹脂或環氧樹脂而成的的材 料所形成，這些薄膜構成本發明的PTC裝置的保護部 件。為了能容易理解，此薄膜58及60覆蓋導電性材料 的露出部分，也覆蓋PTC元件以及引線的露出部分（但 是其端部分除外）的露出表面，做為本發明的PTC裝 置的保護部件發揮功能。又，與第三圖一樣，在圖示狀 態中，為了簡化，將PTC元件52以整體來圖示，又， 省略位於PTC元件52與引線54、56之間的導電性材 料的圖示。 201222919 的ii:能此πα是於弓!線的端部分從薄膜突出 元件電性材料電性連接㈣線的ptc -體仅U Μ片薄膜之間的狀態下，將這些薄膜祕成 確二! 即熱封）來製造。在此狀態，為了 熊，、笼胺、私、PTC兀件以及引線之間已提昇的接著狀 S 、又佺為在其内側有附加層。做為像那樣的附加 曰，η上所述，用EVA層、EV0H層、層為適當。 第五圖概略表示與第一圖一樣地將本發明的PTC ς置組入的本發明的二次電池。在圖示的狀態中，二次 ρ τΐ 1〇其特徵在於’在正極片空間7 2内具有本發明的 凌置74，其一方的引線76的一端，經由封口板78 $連接於正極端子8〇，其他方的引線82被連接於正極 4。如此，除了代替正極片，本發明的pTc裝置被配 置之外，本發明的二次電池的其他部分與公知 池一樣。 尾 在其他的狀態，本發明的二次電池是具有保護電路 在其外部，並具有在二次電池的外側，例如在正極端子 的外側所配置的本發明的PTC裝置而成。此狀況，在 像那樣的二次電池，PTC裝置被配置在保護電路内，這 些成為一體來作用成保護二次電池，二次電池、裝 置以及保護電路係構成電池組。如此即使是PTC敦置 被配置於一次電池的外部的狀況，二次電池内的電解質 稍微地洩漏時’可以抑制因電解質導致對導電性材料的 壞影響。 實施例 201222919 [實施例l] 在以薄膜夾著連接引線的PTC元件的狀態（但是 引線的端部分露出）熱壓接，藉此製造如第 四圖所示的 PTC裝置A °又’在熱壓接時，僅將從PTC元件的周 圍延伸到外側的薄膜部分按壓（按壓了引線部分）成不 施加力於PTC元件。 使用的薄膜為聚乙烯樹脂層與聚丙烯樹脂層的層 積薄膜（厚度100# m)，以聚丙烯樹脂層成為外側的方 式使用此薄膜。 又’其他條件如以下所示： 使用的PTC元件（商品名：Polyswitch，Tyco

Electronics Japan G.K.製造） 引線：鎳（商品名：NB201、NEOMAX公司製造， 厚度：150//m) 導電性材料：無鉛焊料（錫、銀以及銅的合金焊料） 熱壓接條件：溫度160X：〜21(TC，在壓力〇.4MPa 按壓10秒〜40秒 [實施例2] 用與實施例1相同的PTC元件，藉由將聚丙烯樹 脂插入成形，製造如第三圖所示的本發明的PTC裝置 B。使用的^^丙細樹脂’商品名：p〇lyproTM，Prime Polymer Co.，Ltd.製造。保護部件以外的PTC裝置B的 條件係與PTC裝置A相同。 將如此而獲得的本發明的PTC裝置A及B，在60 °C、KOH水溶液（1N)中’浸潰3個月藉以來實施鹼 201222919 浸潰實驗，觀察保護部件與引線的界面狀況，評估驗# 影響。又，關於浸潰後的PTC裝置，實施保持電流測 試（Ι·ν測試）。又，為了比較，關於製造PTC裝置所 用的PTC元件的相同規格的其他PTC元件本身也實施 同樣的測量。這些結果如以下的表所示： PTC裝置A PTC裝置] ~ Rinitial Imax Rinitial Imax 鹼浸潰後 5.5 2.979 5.0 3.332 PTC元件1 5.3 3.366 5.5 2.983 ' PTC元件2 5.7 3.047 5.1 3.345 表中，Rinitial是初期電阻值（單位：mQ )，Imax 是最大電流值（單位：Amps )。初期電阻值是用日置電 機（HIOKI E. E. CORPORATION )製造的 m 〇 HiTESTER，在 60〇C 測量。 又，鹼浸潰實驗前後，在PTC裝置a及b的保護 部件與引線的界面狀況，不認為有以肉眼可目視辨別的 相異點。 在上述表中，關於用於PTC裝置A及b的PTC元 件的相同規格的PTC元件（但是沒有鹼浸潰）的測量 結果是以PTC元件1及PTC元件2來表示，在6〇°c、 KOH水溶液（1 n )中浸潰三個月者是以驗浸潰後來表 示。 PTC元件1及2是在不受驗影響的元件的測量值， 在PTC裝置A的初期電阻值是5.3mΩ及5.7ιηΩ，浸潰 201222919 後的初期電阻值是5.5ηιΩ。因此，可以說電阻值實際 上沒有變化。又，Imax在PTC元件1及2是3.366Α及 3.047A ’浸潰後是2.979A。因此，Imax實質上也沒有 變化。在PTC裝置B，PTC元件1及2的初期電阻值 是5·5γπΩ及5.1ηιΩ ’但浸潰後是5.0ηιΩ。此狀況也與 之前一樣，可以說在實際上沒有變化的電阻範圍内。如 果受到浸潰的影響，則推測電阻值會超過5ιώΩ而大幅 增加。關於Imax，PTC元件1及2，分別是3.345Α及 2.983A，但浸潰後是3.332A。因此，這也可以說實質上 沒有變化。 從這些結果來看可知’即使如本發明將保護部件設 於PTC元件周圍，PTC裝置的保持電流特性實質上不 會受影響。 ' 為了確定，關於PTC裝置A，測量上述鹼浸潰實 驗的前後電阻溫度（R-T)特性。其結果如第六圖所示。 又，在第六圖的曲線圖中’虛線是驗浸潰實驗後的ptc 裝置的測量結果，實線是鹼浸潰實驗前的測量結果。可 知在本發明的PTC裝置，實質上不會受到鹼的影響。 【產業上的利用可能性】 本發明的PTC裝置，即使是配置於二次電池内部 的額外空間，也可以將因電池内電解質造成的影響抑制 在最小限度。 s 201222919 【圖式簡單說明】 第一圖 第二圖 面圖。 面圖圖1既略表不本發明的另一狀態的ptc裝置的剖 =圖··概略表示本發明的再—狀態的咖裝置的剖 $圖··具有本發_ pTc裝 次電池的斜視圖。 弟圖所不的二 2圖：表示在實施例丨製造的本 的電阻_溫度特性（R-T特性）的測量結果\PTCU A 【主要元件符號說明】 10 ' 40、50 ' 74、A、B PTC 裝置 12聚合物PTC元件 14、16表面 18、20 金屬電極 22、42、52 PTC 元件 24 、 26 、 44 、 46 、 54 、 56 、 76 、 82 弓|線 28、30 導電性材料 32 側面部 34 保護塗層 48 成形部件 58、60薄膜 201222919 70 二次電池 72 正極片空間 76 引線 78 ' 108 封口板 80 正極端子 84、 102 正極 100 鎳氫電池 104 負極 106 正極片 110 正極端子

Claims (1)

1. 201222919 七 ‘申請專利範圍·· 1. -種PTCI置，其特徵為： 具有.（1 ) PTC元件，具有· 聚人物(al)導電性填料（filler)以及（a2) “物:枓而成的層狀聚合物pTc元件； 屬電極;以ί聚合物PTC元件的兩側表面配置的金 jnLie』d)’至少一部分位於ptc元件的金屬 以二於金屬電極;而成，其中 9尼兄樹脂或環氧樹脂而成的保護 2.如申請專利範圍第！項所述的卩^^^ 性材料是包含錫而成。 ϋ，、中導電 3 =申^專利範圍第i或2項所 保護部件是在引線的端部分突出的狀能^置其中 4=及Λ線的剩下部分包圍的成形部‘的形雊。凡 4.如申請專利範圍第！或2項所述的ρτ置^， =護部件是在引線的端部分突出的狀態;pTc、= 件以及引線的剩下部分包__的形能。 70 5·，中請專利範圍第4項所述的pTc^ =丙婦樹脂、尼龍樹脂或環氣樹脂的層以及合成乙 脂（EVA)、乙烯-乙烯醇共聚物（E $ 偏二氟乙烯（pvdf)的層的層積物。 一飞來 6. ^種二次電池，其特徵為具有正極、負極與 延兩者間的隔板以及電解液而成，在正 之間，配置有如中請專利範圍第f= 述的PTC裝置。 項所 20 201222919 7·:申巧利範圍第6項所述的二次電池，係乾電池 ί•，其令PTC裝置係被配置在正極片空間内。 8. —種二次電池，係電池組形態，在外側配置有如申 凊專利範圍第1至5項中任一項所述的PTC裝置與 保護電路。 、 21