合金型溫度保險絲及其製造方法
2023-06-28 14:25:41 4
專利名稱：合金型溫度保險絲及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種保險絲及其製造方法，該保險絲主要應用於鋰離子手機電池塊中，當手機電池處於不正常狀態如過充、過流等場合時，該保險絲自動斷開，以防電池溫度過高引起爆炸、失火等。
背景技術：
近年來，隨著通訊技術的發展，小型可攜式電子設備如手機、手提電腦、PDA等日益普及。而鋰離子電池由於其具有一系列優點逐漸成為以上小型設備的供給電源。但鋰離子電池如果使用不當，如在過充電或充電電流過大時，電池溫度急劇升高，有可能引起爆炸、失火等危險。為此，一般採用在電池塊中使用各種溫度保險裝置來控制溫度，如PTC熱敏電阻及低熔點合金保險絲等。
PTC熱敏電阻在過流保護中有著重要應用。一般有金屬複合氧化物陶瓷基PTC熱敏電阻和聚合物基PTC熱敏電阻。當電路中電流過大時，溫度升高，熱敏電阻阻值急劇升高，從而切斷電流，而當溫度降低後，其電阻又恢復到很低的狀態，因此PTC熱敏電阻可以反覆使用。
但無論是金屬複合氧化物陶瓷基PTC熱敏電阻還是聚合物基PTC熱敏電阻，其製造工藝均很複雜，對設備投資要求較大。如對聚合物基PTC熱敏電阻，需要塑料配混設備、交聯改性設備等；而對金屬複合氧化物陶瓷基PTC熱敏電阻，則需要粉末混合設備、燒結設備等，其對雜質含量要求近乎苛刻。且PTC熱敏電阻都存在使用壽命的問題，即使用一段時間後，易出現NTC現象(隨溫度升高熱敏電阻的阻值下降)，當產生NTC現象時，對鋰電池的使用是相當危險的。
低熔點合金型保險絲是採用易熔合金作為保險絲作用單元，由於易熔合金成分固定，其熔點附近發生相變的溫度範圍很窄，當電池內溫度過高到達易熔合金的熔點時，保險絲聲速熔化斷開，因此這種保險絲具有響應迅速、靈敏的特點。
中國專利00246178.1公開了一種主要用於鋰二次電池內的薄型溫度保險絲，該保險絲由導片、熔絲組件及防護片組成，兩片導片成直線並列，以一定間距隔開，在兩導片之間連接有一熔絲組件，兩導片連接成直線狀，導片及熔絲組件兩面均被兩樹脂防護片相互緊密結合成封閉狀態，其中低熔點合金熔絲的動作溫度在90-110℃之間，熔絲組件與導片之間是由膠合法或熱熔法連接。但該專利沒有涉及此種薄型溫度保險絲的具體製造方法，也沒有公開保險絲各組成部件的成分及參數等。
日本內橋公司在日本專利P2000-113784及USP5982268中公開了一種薄型溫度保險絲，其中兩矩形鎳電極連接片一端各有一帽形突起，將連接片與塑料底膜焊接，使此突起穿過塑料底膜上的圓形孔，露出於底膜表面，然後在兩突起間焊接上塗有助焊劑的線狀低熔點合金絲，再將一具有溝槽的塑料膜與塑料底膜焊接，使合金絲處於底膜與上膜的包圍之中。採用這種方法製作的溫度保險絲，塑料上下膜之間結合緊密，有利於保護內部的低熔點合金絲，但金屬電極連接片與塑料底膜之間為異種材料的連接，其抗垂直剪切力的性能不好，且對低熔點合金絲與錐狀突起之間焊接工藝要求較高，不利於操作。另外，由於採用了熔點較高的PET膜作為塑料上下膜，焊接時需較高的溫度，因此熱壓裝置需採用極小型的水冷系統，增加了設備控制的難度，增加了能量消耗。
松下電器公司在日本專利P2000-164093中公開了一種類似的薄型溫度保險絲及其製造方法，其中電極連接片一端留有缺口，將此連接片留有缺口的一端焊接到塑料底膜上，然後將帶狀低熔點合金絲焊接到兩個電極連接片相對的一端。為固定電極連接片，該發明入將一矩形環狀塑料膜(中間層)與塑料底膜及電極連接片焊接，使電極連接片缺口部位被此中間層所覆蓋，然後再在其上焊接塑料上膜。由於採用了帶有缺口的電極連接片及中間層，這種方法有利於使電極連接片在塑料上下膜之間的固定，抗垂直剪切強度提高。但由於採用了中間層，增加了操作工序，且金屬電極連接片與塑料底膜之間及中間層與塑料上膜之間結合強度仍然不高。另外，由於採用高熔點高強度的PET類材料作為塑料上下膜，因此上下膜之間的焊接需較高的溫度，熔點較低的合金絲易受到焊接時熱傳導的影響，有可能使成品率降低，對操作裝置的要求也很高。
本
發明內容
本發明提供了一種合金型溫度保險絲，主要由塑料底膜、金屬電極連接片、易熔合金保險絲及塑料上膜幾部分組成，具體說明如下塑料底膜及塑料上膜採用的材料具有高的機械強度及高的熔點，作為基體使用，稱為第一塑料層；裡層均再複合一材料層構成雙層複合塑料膜，該材料層具有較低的熔點且與鎳、銅等金屬之間有高的粘接性能，稱為第二塑料層。其中由PET、PBT、PC、ABS、PS等工程塑料組成第一塑料層，厚度80-150微米。單一的上述工程塑料具有高的機械強度，但其與金屬的粘接力並不是很好，且上述材料一般具有高的熔點，不利於熱熔焊接，通過複合一層具有較低的熔點且與鎳、銅等金屬之間有高的粘接性能的材料組成第二塑料層，使複合膜同時具有高的機械強度和粘接強度，並且利於熱熔焊接操作。這種複合膜優選的例子可以列舉出如PET/PE、PC/EVA、ABS/PE、PET/ABS等，更優選的例子如PET/PE，其中PE為改性聚乙烯，通常以丙烯酸或馬來酸酐改性。
易熔合金保險絲由銦、錫、銀、鎘、鉛、鉍、銻、銅中至少一種以上元素形成的金屬或合金構成。根據合金絲組成成分的不同，其電阻率也不同，因此其截面積有不同要求，合金絲通常呈帶狀或片狀，截面呈圓形或矩形，優選的例子可以列舉如由鉍(Bi)、錫(Sn)、鉛(Pb)按52.5wt％、15.5wt％、32wt％組成Bi-Sn-Pb三元共晶合金，或由銦(In)、錫(Sn)、鎘(Cd)、鉍(Bi)按44wt％、42wt％、13wt％、1wt％組成In-Sn-Cd-Bi四元合金。
電極連接片由鎳或銅或鋁，或上述元素所形成的合金構成。電極連接片的一端即與塑料底膜的第二塑料層相粘合處表面為銅、錫、銦、鉛、鉍、銀、銻中至少一種或一種以上構成，可以提高電極連接片與低熔點合金絲的焊接性能。將電極連接片在與塑料底膜相粘合的位置設計成對稱的弧形或腰形缺口有利於提高牢固性。適應薄型化要求，電極連接片厚度為60-150μm為佳。
本發明提供了一種如上述描述的合金型溫度保險絲的製造方法，包括由如下步驟一對金屬電極連接片頂端相對成直線排列，兩端部相隔一定間隔，兩連接片相對的一端與塑料底膜粘合在一起；在兩連接片之間焊上添加有助焊劑的保險絲；
在其上覆蓋塑料上膜，並將塑料上膜與電極連接片及塑料下膜四周粘合在一起，使保險絲被由塑料上、下膜組成的封閉體系所包圍。
其中電極連接片的固定是將電極連接片的一端通過熱壓或採用膠水粘接或其它方式粘結在塑料底膜的第二塑料層上，粘合出的電極連接片表面以電鍍、塗刷或其它方式形成銅、錫、銦、鉛、鉍、銀、銻、鎳、鋁中至少一種以上金屬或合金層為佳，以改善電極連接片與低熔點合金絲的焊接性能。
易熔合金絲的連接可以通過在低熔點合金絲表面及電極連接片一端塗布助焊劑溶液或添加助焊劑粉末後，通過熱焊、電阻焊或熱壓或者其它方法將合金絲連接在兩電極連接片相對的一端。助焊劑由松香類物質構成，可將其溶於乙醇等製成溶液狀塗刷，亦可以以粉末狀塗覆。由於天然松香具有較多的雙鍵，其抗氧化性較差，因此採用氫化松香、聚合松香、歧化松香等作為助焊劑的主要成分。
通過熱壓、超聲波焊接或膠水粘合將塑料上膜、電極連接片、易熔合金保險絲及塑料底膜通過第二塑料層粘合在一起成為一個密封的體系。
本發明提供了一種合金型溫度保險絲可用於手機鋰電池等小型電子設備，對溫度變化響應迅速；本發明提供了上述特徵的合金型溫度保險絲的製造方法，製作工藝簡單，投資小。
圖1本發明的電極連接片示意圖。
圖2圖1所示的電極連接片與塑料底膜粘接示意圖。
圖3在圖2所示上連接合金型溫度保險絲示意圖。
圖4在圖3所示上添加助焊劑示意圖。
圖5在圖4所示上粘合將塑料上膜得到本發明合金型溫度保險絲示意圖。
具體實施例方式
如圖1至圖5所示本發明合金型溫度保險絲構造示意圖，其中金屬電極連接片為金屬鎳片，設計有腰形缺口，端部鍍有銅層，電極連接片厚度120μm，平面尺寸3mm×12mm，缺口中心距較近的一端3.5mm，缺口長度2mm，缺口部位連接片的最小寬度為2mm-2.6mm；
塑料底膜及塑料上膜均以聚對苯二甲酸乙撐酯(PET)為基材，在其上複合一層改性聚乙烯層(PE)，此改性聚乙烯層與金屬之間具有極高的粘接強度，其中塑料底膜的第一塑料層(基膜)厚度150μm，第二塑料層厚度50μm，平面尺寸5.5mm×11mm，塑料上膜第一塑料層(基膜)厚度120μm，第二塑料層厚度30μm，平面尺寸5.5×11mm；易熔合金絲可以由鉍(Bi)、錫(Sn)、鉛(Pb)按52.5wt％、15.5wt％、32wt％組成Bi-Sn-Pb三元共晶合金，共晶點溫度96℃，合金絲為片狀，厚度約0.2mm，截面積約0.5～0.6mm2，電阻為～15mΩ，在測試實驗中編號為1；易熔合金絲亦可以由銦(In)、錫(Sn)、鎘(Cd)、鉍(Bi)按44wt％、42wt％、13wt％、1wt％組成In-Sn-Cd-Bi四元合金，共晶點溫度93℃，合金絲為線狀，截面積約0.3mm2，電阻～11mΩ，在測試實驗中編號為2。
助焊劑以氫化松香為主活性成分。
再結合附圖對本發明進一步詳細說明如下如圖2所示，通過對電極連接片加熱到塑料底膜複合膜的第二塑料層的熔點以上溫度，將一對如圖1所示的腰形缺口的金屬電極連接片，靠近缺口的一端相向放置並焊接到塑料底膜複合膜的一面上，使缺口部分完全焊接到塑料底膜上；如圖3所示，將低熔點合金絲通過電阻焊、熱焊或雷射焊等手段焊接到上述金屬連接片靠近缺口的一端的端部；如圖4所示，在低熔點合金絲上及低熔點合金絲與電極連接片的接合部位等位置，通過微量液體注射裝置加入熔融狀助焊劑，此助焊劑熔點比低熔點合金絲的熔點低；如圖5所示，將塑料上膜通過熱壓方式與塑料底膜及金屬連接片缺口處粘接在一起，熱壓溫度略高於複合膜的第二塑料層的熔點得到本發明的溫度保險絲。由於複合膜的熔點比塑料基膜PET的熔點低很多，可以降低熱壓所需溫度，以免低熔點合金絲受熱壓時的熱量影響而熔化。
由於採用了複合膜作為塑料上下膜，提高了塑料上下膜之間、塑料上下膜與金屬電極連接片之間的粘接強度，使溫度保險絲的抗剪切強度提高；同時降低了熱壓溫度，簡化了設備及操作的複雜程度，同時無需水冷系統，減小了能量損失。
對由以上列舉的低熔點合金絲製作的編號為1和2的保險絲進行性能測試1、熔斷溫度測試將保險絲串聯接入帶有負載的迴路中，在電路中通過0.1A的直流電流來檢測。樣品置於矽油浴中，以1℃/min速率升溫，直到其斷開，電路中無電流通過，記錄此時的油浴溫度為保險絲的熔斷溫度。
共測量20個樣品，求其平均值，結果如表1表1 2、斷路測試將溫度保險絲1和2分別串聯接入帶有負載的迴路，分別置於環境溫度為25℃、60℃的空氣氣氛中，在電路中通過直流電流，直到其斷開，記錄時間為此電流下的斷開時間，分別測試環境溫度為25℃、60℃時1000秒內不斷開時所能通過的最大電流。共測20個樣品，求其平均值，結果如表2表2
權利要求
1.一種合金型溫度保險絲，包括塑料底膜、金屬電極連接片、易熔合金保險絲及塑料上膜，其特徵在於塑料底膜及塑料上膜的裡層均再複合一材料層構成雙層複合塑料膜，其中塑料底膜、塑料上膜所採用的材料具有高的機械強度及高的熔點，作為基體使用，稱為第一塑料層；具有較低的熔點且與鎳、銅等金屬之間有高的粘接性能的材料層，稱為第二塑料層。
2.根據權利要求1所述的合金型溫度保險絲，其中塑料底膜、塑料上膜的複合層由PET/PE、PC/EVA、ABS/PE、PET/ABS複合製成。
3.根據權利要求2所述的合金型溫度保險絲，其中塑料底膜、塑料上膜複合層由PET/PE製成，其中PE為改性聚乙烯。
4.根據權利要求1、2或3所述的合金型溫度保險絲，其中塑料底膜、塑料上膜的第一塑料層厚度為80-200微米。
5.根據權利要求1所述的合金型溫度保險絲，其中保險絲由銦、錫、銀、鎘、鉛、鉍、銻、銅中至少一種以上元素形成的金屬或合金構成。
6.根據權利要求5所述的合金型溫度保險絲，其中保險絲由鉍(Bi)、錫(Sn)、鉛(Pb)按52.5wt％、15.5wt％、32wt％組成Bi-Sn-Pb三元合金構成。
7.根據權利要求5所述的合金型溫度保險絲，其中保險絲由銦(In)、錫(Sn)、鎘(Cd)、鉍(Bi)按44wt％、42wt％、13wt％、1wt％組成In-Sn-Cd-Bi四元合金構成。
8.根據權利要求1所述的合金型溫度保險絲，其中電極連接片由鎳或銅或鋁，或上述元素所形成的合金構成。
9.根據權利要求8所述的合金型溫度保險絲，其中電極連接片厚度為60-150微米。
10.根據權利要求8或9所述的合金型溫度保險絲，其中電極連接片的一端與塑料底膜相粘合處表面附加有銅、錫、銦、鉛、鉍、銀、銻中至少一種或一種以上金屬或合金層。
11.根據權利要求8或9所述的合金型溫度保險絲，其中電極連接片在與塑料底膜相粘合的位置有對稱的弧形或腰形缺口。
12.如權利要求1至11所述的合金型溫度保險絲的製造方法，包括如下步驟一對金屬電極連接片頂端相對成直線排列，兩端部相隔一定間隔，兩連接片相對的一端與塑料底膜粘合在一起；在兩連接片之間焊上添加有助焊劑的保險絲；在其上覆蓋塑料上膜，並將塑料上膜與電極連接片及塑料下膜四周粘合在一起，使保險絲被由塑料上、下膜組成的封閉體系所包圍。
13.根據權利要求12所述的合金型溫度保險絲的製造方法，其中電極連接片與塑料底膜之間是通過熱壓或膠水粘合。
14.根據權利要求12所述的合金型溫度保險絲的製造方法，其中保險絲是通過電阻焊、熱焊、超聲波焊接或雷射焊連接在兩電極連接片。
15.根據權利要求12所述的合金型溫度保險絲的製造方法，其中助焊劑通過在保險絲表面塗布助焊劑溶液或在其上添加助焊劑固體粉末添加。
16.根據權利要求15所述的合金型溫度保險絲，其中助焊劑由松香類物質構成。
17.根據權利要求12所述的合金型溫度保險絲的製造方法，其中塑料上膜與塑料底膜及電極連接片之間是通過熱壓、超聲波焊接或膠水相粘合在一起。
全文摘要
本發明涉及一種保險絲，包括塑料底膜、金屬電極連接片、易熔合金保險絲及塑料上膜，為在基膜上再複合，具有較低的熔點且與鎳、銅等金屬之間有高的粘接性能的材料層構成雙層複合塑料膜；該合金型溫度保險絲對溫度變化響應迅速，可用於手機鋰電池等小型電子設備，其製造方法包括如下步驟一對金屬電極連接片頂端相對成直線排列，兩端部相隔一定間隔，兩連接片相對的一端與塑料底膜粘合在一起；在兩連接片之間焊上添加有助焊劑的保險絲；在其上覆蓋塑料上膜，並將塑料上膜與電極連接片及塑料下膜四周粘合在一起，使保險絲被由塑料上、下膜組成的封閉體系所包圍；該方法製作工藝簡單，投資小。
文檔編號H01H69/00GK1501421SQ02151990
公開日2004年6月2日 申請日期2002年11月19日 優先權日2002年11月19日
發明者張建業, 程堂利, 王傳福 申請人:比亞迪股份有限公司