专利名称：合金型温度保险丝的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种保险丝和制造方法，特别是指一种用于锂离子手机电池中的合金型温度保险丝的制造方法。
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应用。一般又分为金属复合氧化物陶瓷基PTC热敏电阻和聚合物基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热敏电阻还是聚合物基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，保险丝迅速熔化断开，因此这种保险丝具有响应迅速、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。如图1所示，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。低熔点合金的动作温度在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。
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。如图2所示，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。
日本专利P2001-6508中公开的合金型温度保险丝，采用铜材质作为电极连接片，在电极连接片部分表面镀镍，然后将低熔点合金丝与端部未镀镍的部分相连。这样可以增加低熔点合金丝与电极连接片之间的结合力，同时保证电极连接片具有良好的导热性能，能够较快地响应受保护器件在异常使用状态下的温度变化，更好地起到保护作用。
在上述文献中，将低熔点合金丝与电极连接片相连接时，一般是采用热焊或电阻焊的方式，即通过直接或间接加热使低熔点合金丝与电极连接片相连的部分熔融，在助焊剂的作用下低熔点合金在电极连接片表面浸润分散，使低熔点合金丝与电极连接片相连接。在此过程中，由于对低熔点合金丝进行加热熔融，不易精确控制熔融部分的大小，易造成产品电阻分布不均；且由于必须采用金属焊头，易使低熔点合金与焊头粘连，影响操作的连续性及稳定性。
发明内容本发明的目的在于提供一种使产品电阻分布均匀、操作连续性及稳定性好，并且降低了设备的复杂程度的合金型温度保险丝制造方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的该温度保险丝由以下几部分组成塑料下膜及塑料上膜由两种具有不同熔点的塑料膜构成的复合膜。
电极连接片由耐氧化及耐腐蚀的金属材料如镍构成，并在一端覆有铜、锡等金属层。
易熔合金丝由铟、锡、镉、铅、铋、镉中至少一种以上元素形成的合金构成。
助焊剂主要由松香类物质构成。
本发明合金型温度保险丝的制造方法由以下几个步骤组成一对金属电极连接片端部相对成直线排列，两端部相隔一定间距，电极连接片的一端粘接到塑料下膜上；在两金属连接片之间压焊涂布有助焊剂的易熔性合金丝；在其上覆盖塑料上膜，并将塑料上膜、电极连接片及塑料下膜依次叠合在一起，置于焊头与底板之间，通过热压的方式将其粘合在一起，使低熔点合金丝处于一个由塑料上膜与塑料下膜构成的密封体系内；其中，金属电极连接片的焊接端镀有铜层或锡层，易熔合金丝是使用焊头通过冷压的方式焊接在两金属连接片上。
冷压易熔合金丝所用的焊头采用非金属材料或在金属焊头表面覆有非金属涂层，其中所述非金属焊头的材料为刚玉(Al2O3)或氧化锆(ZrO2)，所述金属焊头表面涂覆的非金属涂层为聚四氟乙烯(PTFE)或环氧树脂。
本发明的优点在于本发明对焊头及焊接工艺进行了改进，提出了一种合金型温度保险丝及其制造方法，该方法可以使产品电阻分布均匀、操作连续性及稳定性好，并且降低了设备的复杂程度。
下面参照附图结合实例对本发明作进一步的说明。
图1是一种薄型温度保险丝。
图2是另一种温度保险丝的制法。
图3是本发明温度保险丝的制作过程示意图。
图4是本发明中低熔点合金丝的焊接示意图。
具体实施方式请参考图3和图4，在本发明温度保险丝的制法中，塑料下膜1及塑料上膜2均以聚对苯二甲酸乙撑酯(PET，熔点约250℃)为基材，在其上复合一层改性聚乙烯(熔点约130℃)层，此改性聚乙烯层与金属之间具有极高的粘接强度。
金属电极连接片3为金属镍片，端部镀有铜层或锡层，以改善电极连接片与低熔点合金丝的焊接性能。镍电极片与低熔点合金丝相连的一端表面镀有铜、锡等金属层，与镍相比，铜、锡等对于低熔点合金丝有更强的粘接性，可以增加电极片与低熔点合金丝的粘接性能。经过对镀层表面的化学粗化(如电解)、或物理粗化(如磨砂)等，可增加其表面粗糙度，进一步增强镍电极片与低熔点合金丝的粘接性能。
易熔合金丝4由铟(In)、锡(Sn)、镉(Cd)、铋(Bi)按44wt％、42wt％、13wt％、1wt％组成In-Sn-Cd-Bi四元共晶合金，共晶点温度93℃。
助焊剂5以氢化松香为主活性成分。
以上说明了本发明的温度保险丝各个部分的构成。以下对其制造方法进行详细说明。
(1)首先，如图3-b所示，通过对电极连接片3加热到塑料底膜复合膜1、2(聚乙烯层)的熔点以上温度，将一对具有腰形缺口的金属电极连接片3(图3-a)，靠近缺口的一端相向放置并焊接到塑料底膜复合膜的聚乙烯层的一面上，使缺口部分完全焊接到塑料底膜1上。
(2)然后，采用弱酸性溶液对电极连接片3有缺口的一端进行清洗、干燥后，如图4-c及图5所示，将低熔点合金丝4通过冷压焊接的方法焊接到上述金属连接片3靠近缺口的一端的端部。
(3)然后，如图4-d所示，在低熔点合金丝4上及低熔点合金丝4与电极连接片3的接合部位等位置，加入糊状或粉状助焊剂5。
(4)最后，如图4-e所示，将塑料上膜2、电极连接片3及塑料下膜1依次叠合在一起，置于焊头6与底板7之间，通过热压的方式将其粘合在一起，热压温度高于复合膜(聚乙烯层)的熔点。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4受热压时的热量影响而熔化。这样得到本发明的温度保险丝。
在本发明中，由于低熔点合金丝熔点较低、形态较软，在用焊头将其焊接至镍电极片表面时，如果焊头采用金属材料，则金属焊头和镍电极片易对低熔点合金丝产生竞争性的粘接，即金属焊头在将低熔点合金丝压至镍电极片表面以后，焊头向上抬起的过程中，由于低熔点合金丝和金属焊头同为金属材料，两者之间可能发生互相粘接，从而将低熔点合金丝拉离镍电极片表面，造成低熔点合金丝与镍电极片之间焊接不良。
本制造方法中所用的焊头一种为非金属材料制成，此种非金属材料具有较高的硬度、强度、韧性、耐蚀性，如刚玉(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)等。另一种焊头由金属材料制成，此种金属材料具有较高的硬度、强度、韧性，如钢、镍等，并且在焊头表面涂覆有非金属涂层，如聚四氟乙烯(PTFE)、环氧树脂等。
本发明上述实施例所使用的材料规格如下塑料下膜基膜厚度150μm，复合层(聚乙烯层)厚度50μm，平面尺寸5.5mm×11mm。
塑料上膜基膜厚度120μm，复合层(聚乙烯层)厚度30μm，平面尺寸5.5mm×11mm。
电极连接片厚度120μm，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2.6mm。
低熔点合金丝线状，直径约0.35mm，电阻为11mΩ。
实施例一将低熔点合金丝与电极连接片相连接时采用表面涂有聚四氟乙烯层的金属焊头，冷压焊接。电极连接片一端与低熔点合金丝相连接的部分镀有金属铜层。
实施例二将低熔点合金丝与电极连接片相连接时采用非金属材料电木焊头，冷压焊接。电极连接片一端与低熔点合金丝相连接的部分镀有金属铜层。
比较例一将低熔点合金丝与电极连接片相连接时采用金属焊头，控制焊头温度150℃进行焊接。电极连接片一端与低熔点合金丝相连接的部分镀有金属铜层。
比较例二将低熔点合金丝与电极连接片相连接时采用表面涂有聚四氟乙烯层的金属焊头，冷压焊接。但电极连接片端部未覆其它种金属层，即将低熔点合金丝直接与镍金属表面连接。
性能测试将上述实施例及比较例进行电阻测试及跌落测试。具体方法如下电阻测试采用四针交流内阻仪测量样品的电阻。并结合目视检查。共测试样品数100只。统计产品电阻分布，考察其电阻的均匀性。结果见表一。
表一
跌落测试先测量样品的电阻，然后将样品固定于重100克的木质平板上，将其从0.91米的高度自由坠落至木质地板上，再次测量其电阻。以两次电阻测试结果来考察低熔点合金丝与电极连接片之间结合的牢固程度，跌落后电阻明显变大甚至低熔点合金丝与电极连接片完全断开，表明焊接不良。结果见表二。
表二
由表一、表二可见，当对低熔点合金丝进行熔融焊接时，由于不易控制熔融部分大小程度，使其电阻分布的均匀性较差；而对电极连接片端部与低熔点合金丝相连接的部分不进行处理，直接使低熔点合金丝与镍金属表面相焊接，将使两者间结合的牢固程度受到很大影响，焊接不良率很高，同时也影响了其电阻分布的均匀性。而采用本发明，可以获得令人满意的电阻均匀性及焊接效果。
权利要求
1.一种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端部相对成直线排列，两端部相隔一定间距，电极连接片的一端粘接到塑料下膜上；在两金属连接片之间压焊涂布有助焊剂的易熔性合金丝；在其上覆盖塑料上膜，并将塑料上膜、电极连接片及塑料下膜依次叠合在一起，置于焊头与底板之间，通过热压的方式将其粘合在一起，使低熔点合金丝处于一个由塑料上膜与塑料下膜构成的密封体系内；其特征在于金属电极连接片的焊接端镀有铜层或锡层，易熔合金丝是使用焊头通过冷压的方式焊接在两金属连接片上。
2.如权利要求1所述的合金型温度保险丝的制造方法，其特征在于冷压易熔合金丝所用的焊头采用非金属材料或在金属焊头表面覆有非金属涂层。
3.如权利要求2所述的合金型温度保险丝的制造方法，其特征在于所述非金属焊头的材料为刚玉(Al2O3)或氧化锆(ZrO2)。
4.如权利要求2所述的合金型温度保险丝的制造方法，其特征在于所述金属焊头表面涂覆的非金属涂层为聚四氟乙烯(PTFE)或环氧树脂。
5.如权利要求1所述的合金型温度保险丝的制造方法，其特征在于所述塑料下膜及塑料上膜是具有不同熔点的塑料膜构成双层复合塑料膜，外层是具有较高机械强度及较高熔点的塑料，内层是具有较低熔点且与镍、铜等金属之间有高的粘接性能的塑料。
全文摘要
一种合金型温度保险丝的制造方法。这种温度保险丝由塑料下膜、电极连接片、易熔合金丝及塑料上膜组成，其制造方法为将电极连接片热压在塑料下膜上，在两电极连接片相对的两端点焊接低熔点合金丝并加入助焊剂，最后在其上覆盖并热压塑料上膜。其特征在于将低熔点合金丝焊接到两电极连接片相对的两端点时，采用冷压焊接的方法，即不对低熔点合金丝加热使其熔融焊接，而是在室温或低于合金熔点的温度下直接将低熔点合金丝压到电极连接片端部表面。
文档编号H01H85/00GK1591729SQ0314028
公开日2005年3月9日 申请日期2003年8月25日 优先权日2003年8月25日
发明者张建业, 程觉利, 王传福 申请人:比亚迪股份有限公司