[发明专利]用于大电流锂电池的PPTC过流保护元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及正温度系数（Positive temperature coefficient, PTC）过流保护元件技术领域，具体是指一种用于大电流锂电池的PPTC过流保护元件及其制造方法。

背景技术

PPTC是高分子正温度系数热敏电阻的简称，它是一种利用通过热膨胀而使导电性变化的导电性聚合物的正电阻温度特性来接通与断开电路的过流保护元件。PPTC保护元件是由特殊配方的塑料和导电粒子混合的导电聚合物层夹于金属箔之间而制成，能在电路电流过大、温度过高时对电路起到限流保护作用。正常温度下，这些导电粒子在聚合物中成低阻链。当温度上升超过器件的动作温度时，聚合物中的晶粒熔化形成非晶态，在晶粒熔化中体积膨胀，导致导电粒子的分离，从而非线性增加了器件的电阻，起到对电路限流保护的作用。这种温度的上升可能是环境或设备本身温度上升引起的，也可能是过流情况下电阻发热引起的。而当故障排除后，PPTC保护元件温度下降，其电阻值重新恢复到低阻值状态。基于PPTC器件优异的过电流保护特性，使得其在计算机、通信、消费电子、电池等领域获得广泛的应用。

当前，便携式电子产品、电动汽车等的快速发展，不但在外型上持续地小型化、轻量化、薄型化，而且对产品特性方面也不断提出更高的要求，比如作为产品动力供应来源的锂电池，输出高功率、大电流，并兼顾可靠性与安全性。为顺应这种趋势，世界各大电池厂商纷纷将开发目标瞄准大电流、大容量（如大于3000mAh，甚至15000mAh）的圆柱型锂电池。圆环型PPTC器件因其良好的可恢复性、兼具过流与过温保护特性，被广泛的应用于圆柱锂电池的保护。但是，当前的常规圆环PPTC器件的维持电流一般不超过5A，只能用于现有的电池容量不高、输出电流不大的锂电池的过流与过温保护。其原因在于，对于环形PPTC来说若要达到较高的维持电流，需要PPTC具有很小的阻值，然而常规的圆环PPTC均是以炭黑作为导电粒子，而炭黑本身较高的电阻率限制了PPTC器件无法达到很低的阻值。因此，为满足高容量大电流圆型锂电池过流与过温保护的要求，需要开发出具有更低阻值的、更高维持电流的圆环型PPTC器件。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于大电流锂电池的PPTC过流保护元件及其制造方法。本发明提供的PPTC保护元件具有超过10A的维持电流，及良好的电阻稳定性，可以用于高容量大电流圆型锂电池过流与过温保护。

本发明的技术方案是一种用于大电流锂电池的PPTC过流保护元件，包括圆环形的PPTC导电材料层和固定在该PPTC导电材料层上表面和下表面的金属箔片，所述PPTC导电材料层包括结晶性聚合物、界面相容剂、导电陶瓷粉和导电炭黑，所述结晶性聚合物、界面相容剂、导电陶瓷粉以及导电炭黑的质量比为4～20%：0.5～10%：75～95%：0.1～5%，所述PPTC导电材料层中各材料的组分之和为100%；所述PPTC导电材料层的体积电阻率低于0.05Ω.cm。

进一步地，所述PPTC导电材料层的体积电阻率为0.03Ω.cm。

进一步地，所述结晶性聚合物为结晶性烯烃聚合物，该结晶性烯烃聚合物选自高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）和线型低密度聚乙烯（LLDPE）中一种或多种。

进一步地，所述界面相容剂为马来酸酐接枝烯烃聚合物，选自马来酸酐接枝高密度聚乙烯、马来酸酐接枝低密度聚乙烯和马来酸酐接枝线型低密度聚乙烯中的一种。马来酸酐接枝率大于1.0%。

进一步地，所述导电陶瓷粉的粒径大小介于0.1~50μm，所述导电陶瓷粉为无氧导电陶瓷粉。

进一步地，所述导电陶瓷粉的粒径大小介于0.1~30μm。

进一步地，所述导电陶瓷粉的粒径大小介于0.1~10μm。

进一步地，所述导电陶瓷粉的体积电阻率小于100μΩ.cm。

进一步地，所述导电陶瓷粉选自碳化钛、碳化钨、碳化锆、碳化钒、硼化钛、氮化钛中一种或多种。

进一步地，所述导电炭黑的平均粒径为20~120nm，所述导电炭黑的吸油值为40cm³/100g ~ 200cm³/100g。

进一步地，所述导电炭黑的平均粒径为30~100nm，所述导电炭黑的吸油值为60cm³/100g ~ 150cm³/100g。

进一步地，所述金属箔片厚度介于0.15~0.35μm。

进一步地，所述金属箔片选自铜箔、镍箔、镀镍铜箔中的一种。