專利名稱：：聚合物ptc元件的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明特別涉及作為聚合物PTC元件的PTC元件、過電壓保護元件以及電子設備。本申請以特愿2003-62138號為基礎申請，并采用了該內容。
背景技術：
：便攜電話、數(shù)字照相機、攝像機、筆記本電腦等各種便攜電子設備的電源通常采用通過充電而可以反復利用的二次電池。作為該二次電池，基于要求其小型化和長時間使用而廣泛使用具有高能量密度的鋰離子電池。然而，鋰離子二次電池一旦過充電，則可能會導致電池性能劣化或破損，因此充電時需要防止過充電。例如，特開2000-31302號公報中公開了當發(fā)生過充電時用于保護鋰離子二次電池的保護裝置。也就是說，在該保護裝置中，在充電電路內設置PTC元件及保險絲(低熔點金屬)，當鋰離子二次電池處于過充電狀態(tài)時，通過增大PTC元件的電阻值來抑制向鋰離子二次電池充電的充電電流。當PTC元件因反復動作引起的溫度累積等原因而導致溫度過度上升時，該保護裝置熔斷上述保險絲，從而阻斷向鋰離子二次電池充電的充電電流。特開2002-150918號公報中公開了以包夾PTC元件的方式連接在一對外部連接用端子之間，并且使任意一個外部連接用端子具有保險絲功能的保護元件。在該保護元件中，當達到比PTC元件的工作溫度高的溫度條件時，上述保險絲功能將工作。但是，在上述保護裝置和保護元件中，為了借助于由過充電導致的電池的發(fā)熱來使PTC元件工作后低熔點金屬開始工作，就需要等待過充電的電池的進一步發(fā)熱。為了對此進行改善，考慮采用熔點更低的低熔點金屬并立即使低熔點金屬工作的方法。但是，在該方法中，使用時僅僅處于高溫環(huán)境下低熔點金屬便熔斷，導致該方法并不實用。
發(fā)明內容本發(fā)明鑒于上述問題點而提出，其目的在于提供一種可以防止充電時由二次電池上的過電壓引起的二次電池破損或性能降低的裝置。為了解決上述問題，本發(fā)明采用了下列手段即，其特征在于本發(fā)明的PTC元件設置在二次電池的充電電路內，在設工作時的功耗為P、上述二次電池滿充電時的電壓為V的情況下，當電阻值大于等于V2/P時就發(fā)生熱擊穿。根據(jù)上述PTC元件，當發(fā)生向二次電池的過充電時，施加到PTC元件的電壓也將超過二次電池滿充電時的電壓V。此時的PTC元件由于電阻值大于等于V2/P而引發(fā)熱擊穿，致使溫度急劇上升。這樣，就能夠以PTC元件被熱擊穿的形式來檢測二次電池上產(chǎn)生的過電壓。這里，所謂的“當電阻值大于等于V2/P時就發(fā)生熱擊穿”是指如果電阻值超過V2/P則立即開始熱擊穿，當然不包含電阻值遠遠超過V2/P后才開始熱擊穿的情形。在這一點上，與現(xiàn)有的PTC元件有很大不同。特別是，如果設置PTC元件使得由于發(fā)生過充電而導致二次電池發(fā)熱時所產(chǎn)生的熱量使PTC元件工作，則可以更有效地檢測過電壓。因此，根據(jù)上述PTC元件，能夠以PTC元件發(fā)生被熱擊穿的形式檢測出產(chǎn)生在二次電池上的過電壓，因而，可以根據(jù)此時的PTC元件的溫度關閉充電電路。這種情形下，由于能夠阻止充電時的二次電池產(chǎn)生過電壓，故可以防止二次電池的破損或性能降低。本發(fā)明的過電壓保護元件涉及一種設置在二次電池的充電電路內、當發(fā)生上述二次電池的過電壓時阻斷向上述二次電池的電力供給路徑的過電壓保護元件，其特征在于，包括上述本發(fā)明的PTC元件；以及導電體，熱電連接在上述PTC元件上，當上述PTC元件達到大于等于熱擊穿時的溫度時便阻斷上述電力供給路徑。根據(jù)上述過電壓保護元件，當向充電時的二次電池施加過電壓時，PTC元件將發(fā)生熱擊穿并高溫化。該高溫化所產(chǎn)生的熱量傳導到被熱連接的導電體后對其進行加熱。通過該加熱，導電體檢測到PTC元件處于熱擊穿狀態(tài)，并阻斷電力供給路徑。由此，充電電路不能恢復，即變成所謂的開路模式。因此，根據(jù)上述過電壓保護元件，當充電時的二次電池上產(chǎn)生過電壓時，PTC元件檢測出該情況而導電體阻斷電力供給路徑，故能夠可靠地阻止充電時的二次電池上產(chǎn)生過電壓并防止其破損或性能降低。本發(fā)明的電子設備，包括容納二次電池的電池容納部、以及向容納于上述二次電池容納部內的上述二次電池提供電力的充電電路，其特征在于在上述充電電路內設置有上述本發(fā)明的過電壓保護元件。根據(jù)上述電子設備，可以防止施加過電壓所引起的二次電池的損傷，故可以防止二次電池的破損。由此，可以防止由于二次電池的破損而導致電子設備受損。圖1是具有本發(fā)明的過電壓保護元件的電子設備的第1實施方式的示意圖，并且是電池組的內部構造的說明圖。圖2A和圖2B是同一過電壓保護元件的示意圖，圖2A為其平面圖，圖2B為其側面圖。圖3是表示設置于同一過電壓保護元件上的導電性聚合物的PTC特性的圖表，橫軸表示導電性聚合物的溫度，縱軸表示導電性聚合物的電阻。圖4A和圖4B是本發(fā)明的過電壓保護元件的第2實施方式的示意圖，圖4A為其平面圖，圖4B為其側面圖。具體實施例方式以下，參照本發(fā)明的PTC元件、過電壓保護元件、以及電子設備的各實施方式，但本發(fā)明當然并不限于此。在各實施方式的說明中，以本發(fā)明的電子設備是便攜電話等的電池組的情形為例進行了說明。但本發(fā)明的用途并不限于便攜電話，亦可適用于數(shù)字照相機、攝像機、筆記本電腦、以及其他的電子設備。首先，參照圖1至圖3，說明本發(fā)明的第1實施方式。如圖1所示，本實施方式的電池組(電子設備)1由下列器件構成二次電池單元(二次電池)2、接受外部的電力并提供給二次電池2的充電電路3、形成了容納上述器件的容納部4a的殼體4。上述二次電池單元2是正極材料采用了含錳材料的鋰離子二次電池，包括正極2a和負極2b。上述充電電路3包括當產(chǎn)生二次電池單元2的過電壓時阻斷向該二次電池單元2的電力供給路徑的過電壓保護元件3a、連接該過電壓保護元件3a和上述正極2a之間的布線3b、連接過電壓保護元件3a和后述的外部負極端子4b之間的布線3c、以及連接負極2b和后述的外部正極端子4c之間的布線3d。上述殼體4是例如由樹脂成形品構成的容器，包括在與安裝了該殼體的電子設備之間輸入輸出充放電電流的外部負極端子4b和外部正極端子4c。如圖2A、圖2B所示，上述過電壓保護元件3a包括導電性聚合物(PTC元件)5、直接連接在該導電性聚合物5一端側的低熔點金屬材料(導電體)6、直接連接在另一端側的引線7、直接連接在低熔點金屬材料6一側以便與該引線7共同將導電性聚合物5和低熔點金屬材料6包夾在其間的另一條引線8。導電性聚合物5俯視時為呈長方形的板狀部件，例如是對聚乙烯和碳黑混合而成的混合物進行反射線交聯(lián)而得到的高分子樹脂體。該導電性聚合物5的內部在常溫下碳黑粒子彼此連結在一起而存在，故形成電流流過的多個導電通路并發(fā)揮良好的導電性。另一方面，該導電性聚合物5具有如下特性一旦由于周邊環(huán)境溫度的上升或流過導電通路的電流的過電流化等原因引起熱膨脹，則碳黑的各粒子之間的距離增大并導致導電通路被切斷，因而導電性急劇降低(電阻增大)。為了降低引線7和低熔點金屬材料6的接合部分的電阻而在該導電性聚合物5的上下表面設置了金屬箔，但在圖中省略了該圖示。象這樣，導電性聚合物5具有由于自身的熱膨脹而使導電性發(fā)生改變的PTC特性(正的電阻溫度特性。在此，所謂PTC是PositiveTemperatureCoefficient(正溫度系數(shù))的縮寫)。采用圖3對該PTC特性進行說明。如圖3的曲線所示，導電性聚合物5的工作區(qū)域大致分為3個區(qū)域。也就是說，第1區(qū)域A是由于過電流或發(fā)熱而造成導電性聚合物5不工作的區(qū)域，并且是充電時的通常使用區(qū)域。在該第1區(qū)域A中，導電性聚合物5的電阻較低。第2區(qū)域B是由于過電流或熱而使導電性聚合物5工作的區(qū)域。在該第2區(qū)域B中，由于過電流或者熱，導電性聚合物5的電阻急劇增大。例如，當二次電池2短路而流過過電流的情形，如果設導電性聚合物5工作時的功耗為P、電阻為R、電壓為Vp(該電壓Vp與二次電池單元2的當前電壓相等)，則P＝Vp2/R。在該第2區(qū)域B中，因為沒有施加過電壓，因而能夠恢復(resettable)到低電阻(第1區(qū)域A)。在過充電等工作時被施加了過電壓的情形下，轉移到第3區(qū)域。該第3區(qū)域C被稱為熱擊穿區(qū)域，電阻R的上升趕不上電壓Vp的上升，導致導電性聚合物5的溫度急劇上升到T2以上。該溫度T2下的工作點是熱擊穿開始點，并且此時的電阻值是R2。在現(xiàn)有的鋰離子二次電池中，僅考慮到提高耐電壓性而將該電阻值R2設定在例如1000Ω的高電阻值。該電阻值是比熱擊穿開始點的電阻值高很多的電阻值。與此相對，本實施方式的導電性聚合物5設定熱擊穿開始點的電阻值R2，使得在設功耗為P、二次電池單元2滿充電時的電壓為V的情況下，當電阻值大于等于V2/P就發(fā)生熱擊穿。例如假想使用于鋰離子二次電池，設功耗P為1W、二次電池單元2滿充電時的電壓V為4.2V時，該電阻值R2約為16Ω，與現(xiàn)有的電阻值相比低很多。通過將上述較低的電阻值R2用于熱擊穿開始點，從而在二次電池單元2上施加過電壓而破損之前，可以可靠地檢測出來。將上述低電阻值作為熱擊穿開始點的導電性聚合物5通過減少放射線交聯(lián)時的放射線量或調整所添加的碳黑的量而獲得。上述低熔點金屬材料6是形成為矩形形狀的金屬部件，熱電連接在導電性聚合物5上。該低熔點金屬材料6具有當被加熱到規(guī)定溫度以上時發(fā)生熔斷的特性。在本實施方式中，使該規(guī)定溫度與導電性聚合物5達到熱擊穿開始點時的溫度T2相吻合。低熔點金屬材料6的熔斷位置例如為圖2A、圖2B的虛線所示的位置。這樣通過熔斷為2部分，能夠物理(電)性切斷引線7和8之間，并斷開充電電路3立刻切斷電力供給路徑。上述引線7和8分別連接在上述布線3b和3c上。因此，按照二次電池單元2的負極2a、布線3b、引線8、低熔點金屬材料6、導電性聚合物5、引線7、外部負極端子4b的順序進行電連接。下面說明向電池組1的充電工作，該電池包括具有上述說明的結構的本實施方式的過電壓保護元件3a。首先，將該電池組1安裝到充電器上開始充電?；蛘咧苯影惭b在將該電池組1作為電源的電子設備上，經(jīng)由該電子設備進行充電。這時，如果由于充電器或電子設備的缺陷導致二次電池單元2上產(chǎn)生過電壓，則二次電池單元2發(fā)熱，導電性聚合物5由于該發(fā)熱而工作(第2區(qū)域B)。這時，施加到導電性聚合物5的電壓超過滿充電時的電壓V。此時的導電性聚合物5由于電阻值大于等于V2/P，故其工作點超過上述熱擊穿開始點而進入熱擊穿區(qū)域(第3區(qū)域C)，并急劇升溫。該高溫所產(chǎn)生的熱傳導到熱連接的低熔點金屬材料6而對其進行加熱。通過該加熱使溫度達到T2以上，故低熔點金屬材料6檢測出導電性聚合物5處于熱擊穿狀態(tài)后自行熔斷，切斷電力供給路徑。由此，切斷向二次電池單元2進一步供給充電電流。這樣，當由于過電壓而導致過充電時，提供無恢復性的所謂開路模式的充電電路。另一方面，當導電性聚合物5工作時所施加的電壓小于等于滿充電時的電壓V時，起到具有恢復性的過電流-過熱保護元件的作用。根據(jù)具有上述說明的本實施方式的過電壓保護元件3a的電池組1，當充電時的二次電池單元2上產(chǎn)生過電壓時，導電性聚合物5檢測出該情況從而低熔點金屬材料6切斷電力供給路徑，故可以可靠地阻止充電時的二次電池單元2上產(chǎn)生過電壓，并能夠防止其破損或性能降低。繼而，以下采用圖4A和圖4B說明本發(fā)明的第2實施方式。在本實施方式的說明中，以與上述第1實施方式的區(qū)別為中心進行說明，其他與上述第1實施方式相同的部分采用相同的標記，并省略其說明。如圖4A和圖4B所示，本實施方式的過電壓保護元件3a中，并不是對導電性聚合物5和低熔點金屬材料6之間的連接進行直接連接，而是在二者之間通過由鎳或銅材料構成的引線10來連接的。即，將低熔點金屬材料6連接在引線10的一端側，并且將導電性聚合物5連接在另一端側。該引線10與上述第1實施方式一樣，對導電性聚合物5和低熔點金屬材料6間進行電熱連接。在本實施方式中，亦可獲得與上述第1實施方式同樣的作用效果。除此之外，本實施方式的過電壓保護元件3a借助于引線10來增強導電性聚合物5和低熔點金屬材料6之間的連接強度，因而能夠在結構上保證更高的強度。在上述各實施方式中，本發(fā)明的過電壓保護元件3a安裝在充電的電池組1上，但并不限于此，也可以設置在給電池組1充電的充電器或電子設備上。在上述各實施方式中，以檢測導電性聚合物5的熱并切斷電力供給路徑的導電體是低熔點金屬材料6的情況為例進行了說明，但只要能夠切斷電力供給路徑即可，也可以采用熱敏電阻開關等其他的部件。根據(jù)本發(fā)明的PTC元件，由于能夠以PTC元件被熱擊穿的形式檢測出二次電池上產(chǎn)生的過電壓，故例如可以根據(jù)此時的PTC元件的溫度而關閉充電電路。該情況下，可以阻止充電時的二次電池上產(chǎn)生過電壓，因此能夠防止二次電池的破損或性能降低。權利要求1.一種PTC元件，其特征在于設置在二次電池的充電電路內，在設工作時的功耗為P、所述二次電池滿充電時的電壓為V的情況下，當電阻值大于等于V2/P時就發(fā)生熱擊穿。2.一種過電壓保護元件，設置在二次電池的充電電路內，當產(chǎn)生所述二次電池的過電壓時切斷向所述二次電池的電力供給路徑，其特征在于，包括權利要求1中記載的PTC元件；以及導電體，熱電連接在所述PTC元件上，當所述PTC元件達到熱擊穿時的溫度以上時切斷所述電力供給路徑。3.一種電子設備，具有容納二次電池的電池容納部；以及向容納于所述電池容納部內的所述二次電池供給電力的充電電路，其特征在于在所述充電電路內設置有權利要求2所述的過電壓保護元件。全文摘要采用了具有導電性聚合物的過電壓保護元件，其中，該導電性聚合物在設工作時的功耗為P、二次電池單元滿充電時的電壓為V的情況下，當電阻值大于等于V文檔編號H01M2/34GK1757135SQ200480006100公開日2006年4月5日申請日期2004年3月4日優(yōu)先權日2003年3月7日發(fā)明者宮坂直文申請人:泰科電子雷伊化學株式會社