过电流保护装置及使用该装置的电池组件的制作方法【专利摘要】一种过电流保护装置及使用该装置的电池组件，该过电流保护装置包含一具有对立的第一及第二表面以及一周端的正温度系数元件，分别依序地连接于该正温度系数元件第一及第二表面的第一及第二电极层，分别依序地连接于该第一及第二电极层的第一及第二导电引线，及由一导热系数大于1.7W/mK的散热电绝缘材料构成的第一及第二散热层。第一及第二导电引线各具有一第一端部及第二端部；该第一端部是与该正温度系数元件重叠，该第二端部是由该第一端部延伸并超出该正温度系数元件的周端；该第一及第二散热层分别依序地连接并包覆于该第一及第二电极层及该第一及第二导电引线的第一端部。该电池组件包含该过电流保护装置及一与该装置电连接的电池单元。【专利说明】过电流保护装置及使用该装置的电池组件【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种过电流保护装置及使用该装置的电池组件，特别是涉及一种包含正温度系数（positivetemperaturecoefficient,简称PTC)元件及由具有一大于1.7W/mK的导热系数的散热电绝缘材料（heatdissipatingandelectricallyinsulativematerial)构成的散热层。【
背景技术：
】[0002]正温度系数元件由于具有正温度系数效应,而能够作为过电流保护装置,例如自恢复保险丝（resettablefuse)。过电流保护装置包括一正温度系数元件，以及形成在该正温度系数元件的两相对应表面上的第一及第二电极。[0003]美国专利第4,255,698号公开一种充电电池，包含多个电池单元，以及通过串联方式与所述电池单元电连接且具有在所述电池单元充电期间对抗过电流的功能的正温度系数装置。[0004]参见图1，美国专利第5,801，612号电池组件8,包含多个电池单元82、83,及一在过热和过电流条件下保护所述电池单元82、83的正温度系数装置81，该正温度系数装置81是通过串联方式与所述电池单元82、83电连接。该正温度系数装置81包括一正温度系数元件811，及分别连接于该正温度系数元件811的两相对应的表面上的第一及第二电极812、813。[0005]由于充电电流越高，所述电池单元82、83可以越快完成充电，因此希望能够将正温度系数装置81的保持电流（holdcurrent)提高。所谓「保持电流」（或称为通过电流，passcurrent)是表示可以通过正温度系数装置而不会造成跳脱（trip)的最大稳定电流(maximumsteadycurrent)。理论上，要增加正温度系数装置81的保持电流可以通过增加该正温度系数装置81的表面积。然而，表面积的增加将无可避免地增加该电池组件8的整体尺寸，就目前电子产品微型化的趋势来说是不利的。【
发明内容】[0006]本发明的第一目的在于提供一种可以克服如前所述的现有技术的缺点的过电流保护装置。[0007]本发明所述过电流保护装置，包含：[0008]-正温度系数元件，具有对立的第一及第二表面，以及一周端；[0009]第一及第二电极层，分别依序地连接于该第一及第二表面；[0010]第一及第二导电引线，分别依序地连接于该第一及第二电极层，且分别具有一第一端部及第二端部；该第一端部是与该正温度系数元件重叠，该第二端部是由该第一端部延伸并超出该正温度系数元件的周端；及[0011]由一散热电绝缘材料构成的第一及第二散热层，分别依序地连接并包覆于该第一及第二电极层及该第一及第二导电引线的第一端部；其中，该散热电绝缘材料具有一大于I.7W/mK的导热系数。[0012]本发明的第一目的还可以采用以下技术手段进一步实现。[0013]该散热电绝缘材料是选自于由下列所构成的群组：环氧类复合材料、丙烯酸类复合材料，及聚酯类复合材料。[0014]该正温度系数元件是由一包括一导电性颗粒填充物及一高分子系统的正温度系数组成物所形成，该高分子系统含有一主聚合物单元及一强化聚烯烃，该主聚合物单元包含一基础聚烯烃及可选择性的地一接枝型聚烯烃；该基础聚烯烃具有一根据ASTMD-1238在230°C与12.6Kg压力下所量得的介于10g/10min至100g/10min的熔流速率；该强化聚烯烃具有一根据ASTMD-1238在230°C与12.6Kg压力下所量得的介于0·01g/10min至I.0g/10min的熔流速率。[0015]该强化聚烯烃具有一介于600,000g/mole至1，500,000g/mole间的重量平均分子量。[0016]该基础聚烯烃具有一介于50,OOOg/mole至300,000g/mole间的重量平均分子量。[0017]该基础聚烯烃与该强化聚烯烃为高密度聚乙烯。[0018]该接枝型聚烯烃是羧酸酐接枝的高密度聚乙烯。[0019]该导电性颗粒填充物是选自于下列所构成的群组：碳化钛、碳化锆、碳化钒、碳化铌、碳化钽、碳化铬、碳化钥、碳化钨、氮化钛、氮化锆、氮化钒、氮化铌、氮化钽、氮化铬、二硅化钛、二硅化锆、二硅化铌、二硅化钨、金、银、铜、铝、镍、表面度镍玻璃球、表面镀镍石墨、钛钽固熔体、钨钛钽铬固熔体、钨钽固熔体，钨钛钽铌固熔体、钨钛钽固熔体、钨钛固熔体、钽铌固熔体及前述的组合。[0020]本发明的第二目的在于提供一种包含前述过电流保护装置的电池组件。[0021]于是，本发明电池组件，包含：[0022]一电池单元；及[0023]-与该电池单元电连接的过电流保护装置，且其包括：[0024]-正温度系数元件，具有对立的第一及第二表面，以及一周端；[0025]第一及第二电极层，分别依序地连接于该第一及第二表面；[0026]第一及第二导电引线，分别依序地连接于该第一及第二电极层，且分别具有一第一端部及第二端部；其中，该第一端部是与该正温度系数元件重叠，该第二端部是由该第一端部延伸并超出该正温度系数元件的周端；及[0027]由一散热电绝缘材料构成的第一及第二散热层，分别依序地连接并包覆于该第一及第二电极层及该第一及第二导电引线的第一端部；[0028]其中，该散热电绝缘材料具有一大于I.7W/mK的导热系数。[0029]本发明的第二目的还可以采用以下技术手段进一步实现。[0030]该散热电绝缘材料是选自于由下列所构成的群组：环氧类复合材料、丙烯酸类复合材料，及聚酯类复合材料。[0031]本发明的有益效果在于：本发明过电流保护装置包含由导热系数大于I.7W/mK的散热电绝缘材料构成的第一及第二散热层，该过电流保护装置可以在不增加表面积的前提下，达到提升保持电流的目的。【专利附图】【附图说明】[0032]图1是一示意图，说明美国专利第5,801，612号所公开的电池组件；[0033]图2是一部分剖面图，说明本发明电池组件的较佳实施例；[0034]图3是一实验数据图，说明在-20°C下，导热系数与实施例1至3及比较例1至5的测试样品的保持电流间的关系；[0035]图4是一实验数据图，说明在23°C下，导热系数与实施例1至3及比较例1至5的测试样品的保持电流间的关系；及[0036]图5是一实验数据图，说明在60°C下，导热系数与实施例1至3及比较例1至5的测试样品的保持电流间的关系。【具体实施方式】[0037]下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。[0038]在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表不。[0039]图2说明了本发明电池组件的较佳实施例。该电池组件，包含两个电池单元51、52,以及一以串联的方式与所述电池单元51、52电连接的过电流保护装置100。[0040]该过电流保护装置100包含：一具有对立的第一及第二表面以及一周端的正温度系数元件1，分别依序地连接于该第一及第二表面的第一及第二电极层21、22,及分别依序地连接于该第一及第二电极层21、22的第一及第二导电引线31、32,及由一散热电绝缘材料构成的第一及第二散热层41、42。第一及第二导电引线31、32分别具有一第一端部311、321及第二端部312、322;其中，该第一端部311、321是与该正温度系数元件1重叠，该第二端部312、322是由该第一端部311、321延伸并超出该正温度系数元件1的周端；及由一散热电绝缘材料构成的第一及第二散热层41、42,分别依序地连接并包覆于该第一及第二电极层21、22及该第一及第二导电引线31、32的第一端部311、321。该散热电绝缘材料具有一大于I.7W/mK的导热系数。[0041]该散热电绝缘材料的例子包含，但不限于：热传导性黏合剂（thermalconductiveadhesive)、热传导性胶布（tape),及热传导性膜（film)。较佳地，该散热电绝缘材料是选自于由下列所构成的群组：环氧类复合材料（epoxy-basedcompositematerial)、丙烯酸类复合材料（acrylic-basedcompositematerial)，及聚酯类复合材料（polyester-basedcompositematerial)〇[0042]较佳地，该正温度系数元件1是由一包括一高分子系统12及一分散于该高分子系统12的导电性颗粒填充物11的正温度系数组成物所形成。该高分子系统12含有一主聚合物单元及一强化聚烯烃。该主聚合物单元包含一基础聚烯烃及可选择性地一接枝型聚烯烃。该基础聚烯烃具有一根据ASTMD-1238在230°C与12.6Kg压力下所量得的介于10g/10min至100g/10min的熔流速率；该强化聚烯烃具有一根据ASTMD-1238在230°C与12.6Kg压力下所量得的介于0·01g/10min至I.0g/10min的烙流速率。[0043]较佳地，该基础聚烯烃具有一介于50,OOOg/mole至300,000g/mole间的重量平均分子量，以及该强化聚烯烃具有一介于600,000g/mole至1，500,000g/mole间的重量平均分子量。[0044]较佳地，该基础聚烯烃与该强化聚烯烃为具有不同重量平均分子量的高密度聚乙烯（highdensitypolyethylene，简称HDPE)。[0045]较佳地，该接枝型聚烯烃是羧酸酐接枝型高密度聚乙烯。该接枝型聚烯烃是用于提升该正温度系数元件1对该第一及第二电极层21、22的黏合力。[0046]较佳地，该主聚合物单元占该高分子系统12重量的50至95wt%，及该强化聚烯烃占该高分子系统12重量的5至50wt%。更佳地，该主聚合物单元占该高分子系统12重量的75至95wt%，及该强化聚烯烃占该高分子系统12重量的5至25wt%。[0047]较佳地，该强化聚烯烃占该正温度系数元件1重量的0.5至10wt%，该主聚合物单元占该正温度系数元件1重量的5至20wt%,该导电性颗粒填充物11占该正温度系数元件1重量的70至90wt%，且最佳地，该强化聚烯烃占该正温度系数元件1重量的0.5至6wt%，该主聚合物单元占该正温度系数元件1重量的9至18wt%，该导电性颗粒填充物11占该正温度系数元件1重量的76-90wt%。[0048]较佳地，该导电性颗粒填充物11是选自于下列所构成的群组：碳化钛、碳化锆、碳化钒、碳化铌、碳化钽、碳化铬、碳化钥、碳化钨、氮化钛、氮化锆、氮化钒、氮化铌、氮化钽、氮化铬、二硅化钛、二硅化锆、二硅化铌、二硅化钨、金、银、铜、铝、镍、表面镀镍玻璃球(nickel-metallizedglassbeads)、表面锻镇石墨、钦组固溶体（Ti-Tasolidsolution)、钨钛钽铬固熔体、钨钽固熔体、钨钛钽铌固熔体、钨钛钽固熔体、钨钛固熔体、钽铌固熔体及前述的组合。更佳地，该导电性颗粒填充物11是由镍或二硅化钛所形成。[0049]本发明将就以下实施例来做进一步说明，但应了解的是，该实施例仅为例示说明用，而不应被解释为本发明实施的限制。[0050]<实施例>[0051]〈实施例I(El)>[0052]取4g作为该强化聚烯烃的高密度聚乙烯（购自于Ticona公司，商品型号：GHR8110,重量平均分子量600,000g/mole，在230°C、12.6kg下的M.F.I.(meltflowrate)(为0·96g/10min)、9g作为该基础聚烯经的高密度聚乙烯（购自于FormosaplasticCorp.，商品型号：HDPE9002,重量平均分子量150,000g/mole，在230°C、12.6kg下的M.F.I为45g/10min)、9g作为该接枝型聚烯经的不饱和羧酸接枝型高密度聚乙烯（购自于Dupont公司，商品型号：MB100D，重量平均分子量80,000g/mole，在230°C、12.6kg下的M.F.I.为75g/10min),与178g作为该导电性颗粒填充物的镍粉（购自于NovametSpecialtyProducts公司，商品型号：N525)加入一Brabender混炼机内混炼。炼温度为200°C;搅拌速度为50rpm;加压重量为5kg;混炼时间为10分钟。[0053]将混炼后所得的混合物进行热压，以形成一厚度为0.43mm的正温度系数元件薄片，其中热压温度为200°C、热压时间为4分钟、热压压力为80kg/cm2。[0054]将作为第一及第二电极层21、22的两个铜箔分别贴合于该正温度系数元件薄片的第一及第二表面，并且于200°C、80kg/cm2下进行热压4分钟以形成一三明治结构的正温度系数层制品。将该正温度系数层制品切割成多个尺寸为4.5mmX3.2mm的测试晶片，并将每一个测试晶片都以总辐射剂量为130kGy的钴-60源照射。[0055]以焊接材料将第一及第二导电引线31、32分别固定于每一测试晶片的第一及第二电极层21、22。将一散热电绝缘材料（购自于T-GlobalTechnologyCo.,Ltd.，商品型号：Li98C，具有导热系数1.8W/mK)连接并包覆该第一及第二电极层21、22以及该第一及第二导电引线31、32的第一端部311、321，以分别形成该第一及第二散热层41、42于该第一及第二电极层21、22上,并构成一个小型的带式（straptype)过电流保护装置的测试样品。[0056]测量实施例1所制得的测试样品的平均电阻值如表1所示。表1中，「PE/m-PE」代表该主聚合物单元的基础聚烯烃（PE)与该接枝型聚烯烃（m-PE)，「R」代表平均电阻（ohm)。[0057]实施例1所制得的正温度系数元件1包含2wt%强化聚烯烃、9wt%主聚合物单元(该基础聚烯烃与该接枝型聚烯烃的重量比为1:1)与89wt%导电性颗粒填充物11。此外，所制得的高分子系统12是包含81.8wt%主聚合物单元与18.2wt%强化聚烯烃的高分子组成物。[0058]<实施例2及3(E2及E3)>[0059]实施例2及3(E2及E3)的制备方法与条件是与实施例1类似，不同处在于所使用的散热电绝缘材料（见表1)。[0060]实施例2所用的散热电绝缘材料是一环氧类复合材料（购自于T-GlobalTechnologyCo.，Ltd.，商品型号：A98AB，具有导热系数2.5W/mK)。[0061]实施例3所用的散热电绝缘材料是一包含聚酯类复合材料及金属薄膜的复合材料（购自于T-GlobalTechnologyCo.,Ltd.，商品型号：PH3,具有导热系数5W/mK)。[0062]测量实施例2及3所制得的测试样品的平均电阻值如表1所示。[0063]<比较例I(CEl)>[0064]比较例I(CEl)的制备方法与条件是与实施例1类似，不同处在于比较例1不包含散热电绝缘材料（见表1)。[0065]该正温度系数元件1的组成是记载于表1中，并测量比较例1所制得的测试样品的平均电阻值（如表1所示）。[0066]<比较例2至5(CE2至CE5)>[0067]比较例2至5(CE2至CE5)的制备方法与条件是与实施例1类似，不同处在于所使用的散热电绝缘材料（见表1)。[0068]比较例2所用的散热电绝缘材料是一聚酯胶布（具有导热系数0.3W/mK)。[0069]比较例3所用的散热电绝缘材料是一环氧类复合材料（购自于WellunionElectronicsMaterialsCo.,Ltd·，商品型号：CF-16,具有导热系数0.6W/mK)。[0070]比较例4所用的散热电绝缘材料是一丙烯酸类复合材料（购自于T-GlobalTechnologyCo.，Ltd.，商品型号：Li98,具有导热系数0·95W/mK)。[0071]比较例5所用的散热电绝缘材料是一相变化材料（购自于T-GlobalTechnologyCo.，Ltd.，商品型号：PC99,具有导热系数I.5W/mK)。[0072]比较例2至5的正温度系数元件1的组成记载于表1，并测量比较例2至5所制得的测试样品的平均电阻值（如表1所示）。[0073]【权利要求】1.一种过电流保护装置，其特征在于：其包含：一正温度系数元件，具有对立的第一及第二表面，以及一周端；第一及第二电极层，分别依序地连接于该第一及第二表面；第一及第二导电引线，分别依序地连接于该第一及第二电极层，且分别具有一第一端部及第二端部；该第一端部是与该正温度系数元件重叠，该第二端部是由该第一端部延伸并超出该正温度系数元件的周端；及由一散热电绝缘材料构成的第一及第二散热层，分别依序地连接并包覆于该第一及第二电极层及该第一及第二导电引线的第一端部；其中，该散热电绝缘材料具有一大于1.7W/mK的导热系数。2.根据权利要求1所述的过电流保护装置，其特征在于：该散热电绝缘材料是选自于由下列所构成的群组：环氧类复合材料、丙烯酸类复合材料，及聚酯类复合材料。3.根据权利要求1所述的过电流保护装置，其特征在于：该正温度系数元件是由一包括一导电性颗粒填充物及一高分子系统的正温度系数组成物所形成，该高分子系统含有一主聚合物单元及一强化聚烯烃，该主聚合物单元包含一基础聚烯烃及可选择性的一接枝型聚烯烃；该基础聚烯烃具有一根据ASTMD-1238在230°C与12.6Kg压力下所量得的介于10g/10min至100g/10min的熔流速率；该强化聚烯烃具有一根据ASTMD-1238在230°C与12.6Kg压力下所量得的介于0?01g/10min至1.0g/10min的烙流速率。4.根据权利要求3所述的过电流保护装置，其特征在于：该强化聚烯烃具有一介于600,OOOg/mole至1，500,OOOg/mole间的重量平均分子量。5.根据权利要求3所述的过电流保护装置，其特征在于：该基础聚烯烃具有一介于50,OOOg/mole至300,OOOg/mole间的重量平均分子量。6.根据权利要求3所述的过电流保护装置，其特征在于：该基础聚烯烃与该强化聚烯烃为高密度聚乙烯。7.根据权利要求3所述的过电流保护装置，其特征在于：该接枝型聚烯烃是羧酸酐接枝的高密度聚乙烯。8.根据权利要求3所述的过电流保护装置，其特征在于：该导电性颗粒填充物是选自于下列所构成的群组：碳化钛、碳化锆、碳化钒、碳化铌、碳化钽、碳化铬、碳化钥、碳化钨、氮化钛、氮化锆、氮化钒、氮化铌、氮化钽、氮化铬、二硅化钛、二硅化锆、二硅化铌、二硅化钨、金、银、铜、铝、镍、表面度镍玻璃球、表面镀镍石墨、钛钽固熔体、钨钛钽铬固熔体、钨钽固熔体，钨钛钽铌固熔体、钨钛钽固熔体、钨钛固熔体、钽铌固熔体及前述的组合。9.一种电池组件，其特征在于：其包含：一电池单元；及一与该电池单元电连接的过电流保护装置，且其包括：一正温度系数元件，具有对立的第一及第二表面，以及一周端；第一及第二电极层，分别依序地连接于该第一及第二表面；第一及第二导电引线，分别依序地连接于该第一及第二电极层，且分别具有一第一端部及第二端部；该第一端部是与该正温度系数元件重叠，该第二端部是由该第一端部延伸并超出该正温度系数元件的周端；及由一散热电绝缘材料构成的第一及第二散热层，分别依序地连接并包覆于该第一及第二电极层及该第一及第二导电引线的第一端部；其中，该散热电绝缘材料具有一大于1.7W/mK的导热系数。10.根据权利要求9所述的电池组件，其特征在于：该散热电绝缘材料是选自于由下列所构成的群组：环氧类复合材料、丙烯酸类复合材料，及聚酯类复合材料。【文档编号】H01M2/34GK104425088SQ201310363519【公开日】2015年3月18日申请日期:2013年8月19日优先权日:2013年8月19日【发明者】陈继圣,江长鸿申请人:富致科技股份有限公司