CN100444299C - 一种助熔剂及含该助熔剂的温度保险丝元件 - Google Patents
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Abstract
一种助熔剂及含该助熔剂的温度保险丝元件，其中助熔剂由松香或改性松香、二甲基硅油及气相二氧化硅按如下配比(重量%)混合而成：松香50～80，二甲基硅油10～40，气相二氧化硅0.5～16。温度保险丝元件包括电极片、塑料底膜、保险丝、助熔剂及塑料覆盖膜，其中助熔剂涂覆在塑料底膜内侧，保险丝置于助熔剂上，保险丝两端分别与电极片连接，电极片另一端伸出塑料底膜外，上述部件外部由塑料覆盖膜包覆，并整体热压成型。本发明的助熔剂与传统助熔剂相比由其制备出的保险丝的热熔断性能明显提高，熔断后保险丝的形貌明显改善，由该助熔剂制成的锂离子电池用保险丝元件的熔断性能明显改善，熔断后保险丝的形貌也进一步改善，从而对高能电池形成更好的保护作用。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品保护用电熔断元件，特别是涉及一种锂离子电池保护用的助熔剂及含该助熔剂的温度保险丝元件。
背景技术
在人们生活中广泛使用着各种各样的电子和电器产品，这类产品在使用中常会由于过流、过热等原因导致电路短路而使电路受到损坏，并影响产品的正常使用，目前大量使用的锂电池更是如此。因此，为保证锂电池的使用安全，锂离子电池上都设有温度保险丝元件，使得当上述情况发生时，保险丝元件产生熔断而保护电路或产品。
在温度保险丝元件中通常需加入助熔剂，以改善温度保险丝电熔断和热熔断性能以及熔断后的形貌，以形成对高能电池，尤其是锂离子电池好的过流保护作用。因此对温度保险丝中所用助熔剂的基本要求是：助熔剂的熔化温度及最低活性温度应低于温度保险丝的熔化温度，并在保险丝熔断的温度范围内具有足够的热稳定性；在温度保险丝熔断温度下发生触变，粘度小，流动性好，能很好的润湿温度保险丝；与基体膜以及温度保险丝的电极不发生化学反应。在ToshiroKawanishi的美国专利US6040754中报道的助熔剂为活化松香，包括天然松香、氢化松香、歧化松香、聚合松香等；并加入诸如二乙胺盐酸盐、二乙胺溴酸盐等活性剂。此外有时还添加石蜡来调节助熔剂的熔点。利用上述助熔剂制成的温度保险丝元件可以获得较好的电熔断性能。但是上述松香活性剂能够对温度保险丝中的镀铜引片造成不同程度的腐蚀，从而破坏保险丝和引片之间的电连接，增大温度保险丝的内阻，最终影响温度保险丝的熔断性能。此外，添加的石蜡为非极性物质，不能形成对温度保险丝很好的润湿，使温度保险丝在熔断过程中不能对其形成有效的“拖曳”，从而影响温度保险丝的熔断性能以及熔断后的形貌，尤其是热熔断性能。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，而提供一种既能消除松香活化物质对金属铜的腐蚀，维持温度保险丝元件的长期稳定性，又采用能够对温度保险丝形成很好润湿的物质，在保险丝熔断过程中形成对温度保险丝有效的拖曳，从而改善温度保险丝元件熔断性能的助熔剂。
本发明的另一目的是提供用上述助熔剂制成的温度保险丝元件，以进一步改善其熔断性能和熔断后保险丝的形貌，从而增强对高能电池以及电池组的保护作用。
为实现上述目的，本发明提供一种温度保险丝用助熔剂，该助熔剂由松香或改性松香、二甲基硅油及气相二氧化硅按如下配比(重量％)混合而成：
松香或改性松香 50～80
二甲基硅油 10～40
气相二氧化硅 0.5～16
松香或改性松香的优选含量(重量％)为60～70，二甲基硅油的优选含量(重量％)为30～40，气相二氧化硅的优选含量(重量％)为5～10。
二甲基硅油在25℃下的运动粘度范围为1000～12500mm2/s。
气相二氧化硅的初级粒子的平均粒径为7～40nm，相对应的比表面积为380～50m2/g。
本发明也提供了一种含有所述助熔剂的温度保险丝元件，该元件包括电极片、塑料底膜、保险丝、助熔剂及塑料覆盖膜，其中助熔剂涂覆在塑料底膜内侧，保险丝置于助熔剂上，保险丝两端分别与电极片连接，电极片另一端伸出塑料底膜外，上述部件外部由塑料覆盖膜包覆，并整体热压成型。
所述电极片为镍电极片，其连接端表面镀铜；所述保险丝为低熔点合金丝。
本发明的贡献在于，通过将松香、二甲基硅油及气相二氧化硅进行有机组合，使得本发明的助熔剂与传统的助熔剂相比，由其制备的保险丝的热熔断性能明显提高，且熔断后保险丝的形貌有了明显的改善，由此制成的锂离子电池用保险丝元件的熔断性能明显改善，熔断后保险丝的形貌也进一步改善，从而对高能电池形成更好的保护作用。本发明的特点更具体地表现在：
一、因本发明的助熔剂中含有二甲基硅油，因其具有高的导热性能、优异的电绝缘性能和耐热性，闪点高，凝固点低，可在-50℃～200℃下长期工作，粘温系数小等性能，能够改善与外界的热传导，因此由含二甲基硅油的助熔剂制成的温度保险丝元件可改善温度保险丝元件在高温条件下对电流的敏感性，相应的改善温度保险丝的热熔断性能；另一方面由于二甲基硅油表面张力小、具有一定的极性可以形成对温度保险丝较好的润湿以及保持良好的界面性能，在温度保险丝熔断的过程中形成对温度保险丝的有效拖曳，从而充分发挥助熔剂的作用，改善温度保险丝的熔断性能。
二、本发明的助熔剂中含有一定量的气相二氧化硅，它一方面可以调节体系的粘度，增加体系的稳定性，另一方面在体系中形成气相二氧化硅的三维网络结构，赋予体系一定的热触变结构。
附图说明
图1是本发明的温度保险丝元件结构示意图。
具体实施方式
下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。
本发明的温度保险丝用助熔剂是由50～80(重量％)的松香或改性松香、10～40(重量％)的二甲基硅油及0.5～16(重量％)的气相二氧化硅混合而成。
其中，松香为透明、硬脆的固态物质，颜色由淡黄色至褐红色，密度为1.05～1.10g/cm3，软化点在60～85℃，沸点约为300℃。松香的主要成为是松香酸、新松香酸、异右旋海松酸等异构体的混合物，分子结构中含有羧基和不饱和双键。在上述松香酸分子中的不饱和双键上进行化学反应后所得到的产品成为改性松香，主要有氢化松香、歧化松香、聚合松香、马来松香等。尤其是软化点较低的松香，如普通松香是助熔剂较好的基体。松香的含量一般为50～80％，其优选含量为60～70％。
二甲基硅油是一种无色透明液体，具有各种不同的粘度，无毒，无嗅，无腐蚀。所用二甲基硅油25℃下的运动粘度范围为1000～12500mm2/s：当粘度低于1000，体系的稳定性太差；当粘度高于12500，则粘度太大，难于将体系调节为糊状物，不利于涂布。二甲基硅油的用量一般为10～40％，其优选含量为30～40％。当用量低于10％时，体系的粘度过大，难以形成糊状物，不利于涂布。当用量超过50％时，一方面由于体系的粘度较小，助熔剂易于流动，造成封装的困难，影响温度保险丝元件的密封，另一方面由于硅油具有良好的导热性在温度保险丝发生大电流熔断的过程中能够将热量快速的传导到封装膜上，造成膜的破坏，从而带有一定的安全隐患。此外，除了上述二甲基硅油外，还可以选用二乙基硅油、苯基甲基硅油等硅油产品。
气相二氧化硅是由四氯化硅在氢-氧焰中水解而制成的。气相二氧化硅微观形态为球形，X射线下为无定型的颗粒。气相二氧化硅的初级粒子的平均粒径为7～40nm，相对应的比表面积为380～50m2/g。一方面加入少量的、表面积很大的气相二氧化硅分散悬浮于硅油中，可以提高其表面张力，进一步提高对温度保险丝在熔断过程中的拖曳；另一方面球形的气相二氧化硅表面含有憎水性硅氧烷单元和亲水性硅醇单元，其中憎水性的硅氧烷单元与二甲基硅油中的硅氧烷结构类似，通过二者的相互作用来实现气相二氧化硅在二甲基硅油中的分散，还由于相邻气相二氧化硅颗粒之间的硅醇基团之间的氢键相互作用，形成三维结构。因此，气相二氧化硅的用量是由所用硅油的粘度、气相二氧化硅的比表面积以及最终体系的粘度三者共同决定的，通常用量为硅油用量的5％～40％。
由上述助熔剂可制成本发明的温度保险丝元件，参阅图1，该元件包括电极片1、塑料底膜2、保险丝3、助熔剂4及塑料覆盖膜5，其中助熔剂4涂覆在塑料底膜2内侧，低熔点合金保险丝3置于助熔剂4上，保险丝两端分别与镍电极片1连接，电极片另一端伸出塑料底膜外，上述部件外部由塑料覆盖膜5包覆，并整体热压成型。含有该助熔剂的温度保险丝元件的熔断性能如表1所示。
表1
本发明的温度保险丝元件的工作原理为：通常串联在电池电路中的温度保险丝元件当电池电路发生短路或者其他故障时，将导致电路的电流异常升高，由于电流的热效应将导致温度保险丝的温度不断升高，当到达低熔点合金丝的熔点时，温度保险丝将发生自身熔断切断电流，从而形成对电池的保护，即通常的“过流保护”；另一方面，由于其他原因导致电池温度升高到低熔点合金的熔点时，同样温度保险丝将发生自身熔断切断电流，从而形成对电池的保护，即通常所说的“过热保护”。因此，通过改变低熔点合金丝的成分和尺寸可以制成不同规格的温度保险丝元件。
下列具体实例可以更清楚地说明本发明。
实施例1
本发明的助熔剂按如下工艺制备：称取3.5g普通松香加入到2.0g的乙醇中，完全溶解后加入1.5g硅油(运动粘度为1000mm2/s)以及0.5g气相二氧化硅(CAB-O-
M-5，比表面积为200m2/g)，搅拌混合均匀，放入烘箱中加热一段时间将溶剂乙醇蒸出调节成糊状助熔剂。将上述糊状助熔剂涂覆在制作保险丝元件的底膜上热压成型。
实施例2
称取3.5g普通松香加入到2.0g的乙醇中，完全溶解后加入2.0g硅油(运动粘度为1000mm2/s)以及0.5g的气相二氧化硅，搅拌混合均匀。其它制备工艺同实例1。
实施例3
称取3.0g普通松香加入到2.0g的乙醇中，完全溶解后加入2.0g硅油(运动粘度为1000mm2/s)以及0.5g气相二氧化硅，搅拌混合均匀。其它制备工艺同实例1。
实施例4
称取4.0g普通松香加入到2.0g的乙醇中，完全溶解后加入1.0g硅油(运动粘度为1000mm2/s)以及0.2g气相二氧化硅，搅拌混合均匀。其它制备工艺同实例1。
实施例5
称取5.5g二甲基硅油(运动粘度为12500mm2/s)和0.5g气相二氧化硅，搅拌混合均匀。其它制备工艺同实例1。
比较例1
普通松香3.5g，甲基硅油(运动粘度为1000mm2/s)2.0g，气相白碳黑(CAB-O-M-5)0.5g，溶剂：酒精(适量)。
比较例2
普通松香：3.5g，石蜡：2.0g，二乙胺盐酸盐：0.06g，溶剂：酒精(适量)。
比较例3
普通松香：3.5g，凡士林2.0g，二乙胺盐酸盐：0.06g，溶剂：酒精(适量)。
本发明的助熔剂与传统助熔剂的熔断性能的比较如表2所示。
表2
Claims (8)
1、一种温度保险丝用助熔剂，其特征在于，它由松香或改性松香、二甲基硅油及气相二氧化硅按如下配比(重量％)混合而成：
松香或改性松香 50～80
二甲基硅油 10～40
气相二氧化硅 0.5～16。
2、如权利要求1所述的助熔剂，其特征在于，松香或改性松香的含量(重量％)为60～70。
3、如权利要求1所述的助熔剂，其特征在于，二甲基硅油的含量(重量％)为30～40。
4、如权利要求1所述的助熔剂，其特征在于，气相二氧化硅的含量(重量％)为5～10。
5、如权利要求1所述的助熔剂，其特征在于，二甲基硅油在25℃下的运动粘度范围为1000～12500mm2/s。
6、如权利要求1所述的助熔剂，其特征在于，气相二氧化硅的初级粒子的平均粒径为7～40nm，相对应的比表面积为380～50m2/g。
7、一种含有权利要求1所述助熔剂的温度保险丝元件，其特征在于，该元件包括电极片(1)、塑料底膜(2)、保险丝(3)、助熔剂(4)及塑料覆盖膜(5)，其中助熔剂(4)涂覆在塑料底膜(2)内侧，保险丝(3)置于助熔剂(4)上，保险丝两端分别与电极片(1)连接，电极片另一端伸出塑料底膜外，上述部件外部由塑料覆盖膜(5)包覆，并整体热压成型。
8、如权利要求7所述的温度保险丝元件，其特征在于，所述电极片(1)为镍电极片，其连接端表面镀铜；所述保险丝(3)为低熔点合金丝。
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