[发明专利]过电流保护装置

说明书

本发明涉及一种过电流保护装置，更具体而言，涉及具有正温度系数的导电复合材料为电流检测元件的过电流保护装置。

为防止发生电池过电流(over-current)或是过高温(over-temperature)现象的过电流保护装置，随着目前便携电子仪器的广泛应用，例如手机、笔记型电脑、手提摄影机及个人数位助理器(PDA)等，其重要性也愈来愈显著。

已知的电池过电流保护装置各种各样，包括温度保险丝(Thermal-Fuso)、双金属保险器或正温度系数(PTC：Positive ThermalCoefficient)过电流保护装置等。其中，由于PTC过电流保护装置具有不需更换即可重复使用、对温度敏感及可靠稳定等优点，所以目前已被普遍应用于电池的过电流保护，尤其是应用于二次电池的过电流保护装置，例如镍氢电池或是锂电池等。

PTC过电流保护装置是利用一具有正温度系数的导电复合材料，作为电流检测元件。由于该正温度导电复合材料的电阻值对温度变化反应敏锐，在正常使用状况时，PTC过电流保护装置的电阻可维持极低值，使电路得以正常运作。但是当电池不当使用而发生过电流(overcurrent)或过高温(over temperature)的现象时，PTC过电流保护装置的电阻值会瞬间提高数万倍至一高电阻状态(例如10⁴ohm)，而将过量的电流抵销，以达到保护电路元件及电池的目的。

一般而言，PTC过电流保护装置需具备以下特性：

1.低电阻：即使电池在正常放电(discharge)的状况下，也会困其电路末端的电子仪器的需求，偶尔会有瞬间大量电流的流通。此时，若PTC过电流保护装置的电阻值过高，则会造成供电电压下降(Voltage Drop)，而导致电子仪器的电路及其他元件无法正常运作。因此在正常的使用状况下，PTC过电流保护装置的电阻应保持小于30毫欧姆，且最好小于20毫欧姆。

2.低切换温度(Switching Temperature)：当电路温度逐渐上升时，PTC过电流保护装置的电阻值会瞬间转变至一高电阻状态，该项转折的温度称为切换温度。一般而言，PTC过电流保护装置的切换温度最好小于100℃，以保护电池在长时间过充电的状况下，不会因其本身温度过高而造成损坏。

PTC过电流保护装置中所使用的PTC导电复合材料，是由一具有结晶性的聚合物掺混导电填料，例如碳黑或金属微粒所组成，再将该导电复合材料经由放射线照射使的进行交链(crosslinking)反应。上述导电复合材料的电阻可在室温下保持极低值，而当温度上升达切换温度时，其电阻会瞬问升高至一高电阻状态。

美国专利第5,801,612号公开了一过电流保护装置，所使用的聚合物为一聚烯烃及聚丙烯酸的聚合物，再与导电填料掺混形成一PTC导电复合材料。该PTC导电复合材料在与二电极压合后，以放射线照射使该PTC导电复合材料进行一交链反应。由于该先前技艺公开的熔点必须低于110℃，结晶度必须小于40％，且放射线照射的累积放射量必须小于20Mrad，因此无法在较低的温度下敏锐地感应过电流变化，以产生电阻转变跳动而保护电路及电池。另，美国专利号第5,580,493及5,378,407亦分别公开PTC导电复合材料的组成，但其使用的聚合物皆为聚烯烃及聚丙烯酸的聚合物。由于聚丙烯酸具有易吸水的特性，会使导电复合材料的导电度降低，对温度的灵敏度也相对地降低。

本发明的一目的在于提供一种过电流保护装置，在正常操作下其电阻可维持极低值，使电池得以正常操作。但当电池的温度到达一切换温度时，其电阻值则会瞬间升高至一高电阻状态以降低电流。

本发明另一目的在提供一种制备电池过电流保护装置的方法，可快速且大量制备一稳定且对温度敏感度高的过电流保护装置。

为实现上述目的并避免已知技术的缺点，本发明公开一种过电流保护装置，包含一电流检测元件及二电极。其中该电流检测元件是由一PTC导电复合材料所形成，包含至少一聚合物、一导电填料及一非导电填料。其特征在于该PTC导电复合材料所使用的聚合物的熔点高于110℃，且其卫式软化点(Vicat softing point)低于110℃，以增加过电流保护装置的导电性及对温度的灵敏度。