CN104584176A

CN104584176A - 保护元件

Info

Publication number: CN104584176A
Application number: CN201380044745.1A
Authority: CN
Inventors: 野村圭一郎; 柴原信行; 横田贵之
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: Lite Electronics Co. Ltd. (Japan)
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: US20150333497A1; TW201409519A; WO2014034833A1; TWI628688B; CN104584176B; JP6231985B2; US10050431B2; JPWO2014034833A1; KR20150048241A

Abstract

本发明提供一种保护元件，该保护元件具有：层状要素(16)，其由绝缘性树脂形成，并具有至少1个贯通开口部；导电性金属薄层(22)以及(28)，其位于层状要素的各主表面上；以及熔丝层(40)，其位于对该贯通开口部的至少1个进行规定的侧面上，将导电性金属薄层电连接，并至少包含由高熔点金属构成的第1金属层(41)以及由低熔点金属(42)构成的第2金属层。本发明的保护元件在能够流过更大的电流的同时，还能够提供对过量电流的保护。

Description

保护元件

技术领域

本发明涉及保护电气装置的保护元件，更详细来说，涉及保护包含在电气装置中的电气要素或电路的保护元件。例如，涉及在二次电池那样的电气装置内流过过量的电流的情况下切断该电流的流动的保护元件即过电流保护元件。

背景技术

作为在圆筒型锂离子二次电池的充电或放电时流过过量电流的情况下切断该电流的流动的保护元件，使用温度熔丝元件、电流熔丝元件、聚合物PTC元件等。这当中，由于聚合物PTC元件能装入二次电池的封口板来配置，因此特别在由许多二次电池构成的电池包变得紧凑的点上很有用。

但是，市售的例如圆环状PTC元件不能持续接通大的电流(例如10A的电流)。另外，PTC元件虽然具有若消除异常而温度降低则成为低电阻的恢复性，但根据用途不同存在会产生问题的情况。例如，在并联多个来使用的圆筒型锂离子二次电池单元中使用PTC元件的情况下，只要不去除使用了PTC元件的短路的单元，该单元就会持续发热，结果有导致电池单元破裂的可能性。

考虑到这样的问题点，提出了在圆筒型锂离子二次电池单元中例如在封口板的内侧取代PTC元件而使用隔板的方案(参考下述非专利文献1)。但是，在使用隔板的情况下，存在不能确保针对过量电流的保护的问题点。

先行技术文献

专利文献

非专利文献1：Matsushita Technical Journal Vol.52No.4Aug.2006pp31-35

发明内容

发明要解决的课题

进而，在过电流保护元件中，优选即使是超过额定容量不是太多的过量电流、例如额定容量的2倍程度的过量电流，也迅速且确实地切断过量电流。

为此，本发明要解决的课题在于，提供一种在能够流过更大的电流的同时，对超过额定容量不是太多的过量电流例如额定容量的2倍程度的过量电流也能够提供确实且迅速的保护的保护元件。

用于解决课题的手段

在第1主旨中，本发明提供一种保护元件，具有：层状要素，其由绝缘性树脂形成，并具有至少1个贯通开口部；导电性金属薄层，其位于层状要素的各主表面上；以及熔丝层，其位于对该贯通开口部的至少1个进行规定的侧面上，将导电性金属薄层电连接，并至少包含由高熔点金属构成的第1金属层以及由低熔点金属构成的第2金属层。

在第2主旨中，本发明提供具有上述以及后述那样本发明的保护元件的电气装置例如二次电池。

本发明的保护元件具有由绝缘性树脂形成的层状要素，该层状要素具有至少1个贯通开口部。该开口部沿层状要素的厚度方向延伸而贯通层状要素，与该厚度方向垂直的方向的截面形状并没有特别限定，但优选例如是圆形。但是，也可以是其它形状例如正方形、菱形、长方形、椭圆形。贯通开口部的数量为至少1个。即是1个或2个以上，例如可以是2个、3个、4个、5个、8个、9个，能够根据保护元件所需要的保护的程度来适当选择。在具有1个贯通开口部的情况下，贯通开口部优选位于层状要素的中心部即与厚度方向垂直的方向的截面形状的中心部。

构成层状要素的绝缘性树脂只要是有电绝缘性的树脂，就没有特别的限定。例如能够例示聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、含氟树脂、ABS树脂、聚碳酸酯-ABS合金树脂、PBT树脂、合成橡胶(elastomer)等的树脂。尤其优选使用聚乙烯、聚偏二氟乙烯这样的树脂，这样的树脂具有与用于聚合物PTC元件的聚合物同样的柔软性，能够取代聚合物PTC元件将本发明的保护元件装入二次电池单元的封口板，另外，在一般能在电气装置中可靠使用的点上有利。在其他方式中，能够取代在上述的二次电池单元的封口板的内侧所用的隔板而使用本发明的保护元件，这种情况下，保护元件能够作为垫片来使用。

该层状要素具有在其两侧的主表面上配置的导电性金属薄层。该导电性金属薄层只要是有导电性的金属的薄的层(例如厚度为0.1μm～100μm程度)，就没有特别的限定，例如能够由铜、镍、铝、金等的金属构成，也可以由多个金属薄层形成。

导电性金属薄层位于各主表面上的层状要素能够通过如下方式来制造：将构成层状要素的绝缘性树脂和构成金属薄层的金属薄片(或金属箔)一起同时挤压，由此得到在金属薄片(或金属箔)之间夹着绝缘性树脂的状态的挤压物。在另一方式中，还能够通过如下方式来制造：例如通过挤压而得到绝缘性树脂的层状物，将该层状物夹在金属薄片(或金属箔)之间，对它们一体地进行热压接而得到压接物。这样的挤压物(或压接物)为在两侧的主表面具有导电性金属薄层的、绝缘性树脂的层状要素许多相邻地集合的状态，将挤压物(或压接物)按给定形状、尺寸进行切割，能够得到单个的具有导电性薄层的层状要素。

进而，在其他方式中，也可以通过对绝缘性树脂的层状要素实施导电性金属的镀覆，从而在两侧的主表面上形成导电性金属薄层。这种情况下，也优选在得到上述那样的集合状态的形成物之后，分割成单独的层状要素。

如此，在进行镀覆的情况下，层状要素特别优选在其主表面通过对另外的金属层尤其优选为金属箔例如与上述同样地进行挤压或热压接，从而预先使另外的金属层与层状要素密接。这种情况下，优选在该另外的金属层上通过镀覆来形成导电性金属薄层。在通过镀覆来形成该导电性金属薄层的情况下，在作为导电性金属薄层的镀层能够与密接于层状要素的另外的金属层密接的点上有利。例如，本发明的保护元件在层状要素的两侧主表面具有镍箔或镀镍铜箔作为另外的金属层，并具有通过镀镍以及镀锡而形成的导电性金属薄层以及构成熔丝层的金属层。

层状要素的形态只要是厚度方向的量纲小于其它量纲优选为相当小(例如薄片状形态)，就没有特别的限定。层状要素的平面形状(从正上方观察层状要素的情况下的图形、例如图2所示的保护元件的轮廓形状)或者与层状要素的厚度方向垂直的方向的截面形状优选具有几何学上线对称以及/或者点对称的形状，例如具有圆形、正方形、长方形、菱形、环状(特别是圆环状、所谓的圈饼状)等的形状的主表面。

其中，层状要素优选是环状，尤其优选是圆环状。在环状的情况下，可以是中央的开口部例如圆环状的情况下的中央的圆形开口部为本发明的贯通开口部。另外，层状要素在规定环形状的内侧周与外侧周之间的部分(例如其中间部)，可以具有1个或1个以上的追加的贯通开口部例如截面为圆形的贯通开口部。

本发明的保护元件具有位于对这样的贯通开口部的至少1个进行规定的侧面上、将位于层状要素的两侧主表面的导电性金属薄层电连接的熔丝层。该熔丝层包含熔点彼此不同的至少2种金属层(以下将2种金属层中由高熔点金属构成的层称作“第1金属层”而将由低熔点金属构成的层称作“第2金属层”)。该熔丝层也可以由3层以上的金属层构成。在该熔丝层由3层以上的金属层构成的情况下，并不需要形成这些层的金属全都不同，只要至少2种不同即可。优选第1金属层以及第2金属层以外的其他的金属层的熔点为第2金属层的熔点以上的温度，更优选为第1金属层的熔点以下且第2金属层的熔点以上的温度。在层叠上述金属层的情况下，并不限定层叠顺序，可以根据产品要求等进行适当设定。例如，在要求耐腐蚀性的情况下，可以将形成最外层的金属设为Ni等。另外，虽然优选对该金属层进行层叠，但并不限定于此，例如，也可以在贯通开口部的半周形成1个层，在剩余的半周形成别的层。本发明的保护元件通过采用这样的结构，即使在流过保护元件的额定容量的1.2～4倍优选为1.5～2.0倍的过量电流的情况下，也能够抑制电弧的产生，并迅速且确实地切断过量电流。

本发明并不受到任何理论拘束，但本发明的保护元件可以认为是如下述那样切断过量电流。在过量电流想要从一方的主表面上的导电性金属薄层向另一方的主表面上的导电性金属薄层流动的情况下，过量电流集中在熔丝层中流动而发热，其结果，首先由低熔点金属构成的第2金属层熔断。结果，在第2金属层中流动的电流也流向第1金属层，由于在第1金属层中流动的电流增大，因此即使在保护元件的额定容量的低倍率的过量电流例如额定容量的1.5～2.0倍的过量电流流过的情况下，第1金属层也会迅速熔断，能迅速且确实切断过量电流。在熔丝层包含3层以上的金属层的情况下，也与上述同样，最初熔点最低的金属层熔断，从而电流换流到剩余金属层，在这些金属层中流动的电流增大。于是，通过依次反复这样的熔断和换流，熔丝层迅速熔断，过量电流被迅速且确实地切断。

作为形成上述金属层的金属，只要是导电性的就没有特别的限定，例如能举出Ni、Cu、Ag、Au、Al、Zn、Rh、Ru、Ir、Pd、Pt、Ni-P合金、Ni-B合金、Sn、Sn-Ag合金、Sn-Cu合金、Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag-Cu-Bi合金、Sn-Ag-Cu-Bi-In合金、Sn-Ag-Bi-In合金、Sn-Ag-Cu-Sb合金、Sn-Sb合金、Sn-Cu-Ni-P-Ge合金、Sn-Cu-Ni合金、Sn-Ag-Ni-Co合金、Sn-Ag-Cu-Co-Ni合金、Su-Bi-Ag合金、Sn-Zn合金、Sn-In合金、Sn-Cu-Sb合金、Sn-Fe合金、Zn-Ni合金、Zn-Fe合金、Zn-Co合金、Zn-Co-Fe合金、Sn-Zn合金、Pd-Ni合金以及Sn-Bi合金。

其中，作为上述高熔点金属并没有特别的限定，例如能举出Ni、Cu、Ag、Au、Al、Zn、Sn、Rh、Ru、Ir、Pd、Pt、Sn、Ni-Au合金、Ni-P合金以及Ni-B合金。上述第1金属层优选通过对该高熔点金属进行无电解镀而形成，但并不限定于此。

作为上述低熔点金属并没有限定，例如能举出Sn、Sn-Ag合金、Sn-Cu合金、Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag-Cu-Bi合金、Sn-Ag-Cu-Bi-In合金、Sn-Ag-Bi-In合金、Sn-Ag-Cu-Sb合金、Sn-Sb合金、Sn-Cu-Ni-P-Ge合金、Sn-Cu-Ni合金、Sn-Ag-Ni-Co合金、Sn-Ag-Cu-Co-Ni合金、Su-Bi-Ag合金、Sn-Zn合金以及Sn-Bi合金。该低熔点金属优选是具有比构成层状要素的绝缘性树脂的分解温度低的熔点的导电性金属。通过使用具有比构成层状要素的绝缘性树脂的分解温度低的熔点的导电性金属，从而在流过过量电流的情况下，熔丝层在达到绝缘性树脂的分解温度前就被切断，能够防止绝缘性树脂的分解。所谓的绝缘性树脂的分解温度指的是绝缘性树脂热分解的温度，例如能够用差热/热重同时测定装置(TG-DTA)进行测定。例如，在绝缘性树脂是高密度聚乙烯的情况下，在空气中，在300～550℃之间能看到阶段性的重量减少，尤其在400℃以上会发生急剧的重量减少。即，400℃是分解温度。上述第2金属层优选通过在上述第1金属层上对上述低熔点金属进行电解镀来形成，但并不限定于此。

熔丝层的厚度并没有特别的限定，但例如优选是0.001～0.02mm，更优选是0.002～0.015mm。在熔丝层的厚度不足0.001mm的情况下，难以成形均匀的镀层，可能产生针孔等。另一方面，在熔丝层的厚度超过0.02mm的情况下，镀覆成形的时间和成本变大。在这样的情况下，优选通过使贯通开口部的数量或贯通开口部的直径增加来调整元件特性。

熔丝层中的各金属层的厚度的比率只要能得到所期望的特性，就没有特别的限定，在例如熔丝层由第1金属层以及第2金属层构成的情况下，第1金属层与第2金属层之比(厚度比)为1∶100～5∶1，优选为1∶25～3∶5，更优选为1∶25～3∶10。

在设置1个在侧面上具有熔丝层的贯通开口部的情况下，优选层状要素是圆形或其它适当的原本无孔的平板形状，在其中心部(如平面形状为圆形(即圆板状)的层状要素那样存在这样的中心部的情况下)设置贯通开口部(也称作“中心贯通开口部”)。结果，层状要素会严密具有环状的形状。在具有这样的环状的形状的层状要素的一方的主表面的导电性金属薄层中流动的电流朝向贯通开口部的一方的端部流动，之后通过熔丝层，从贯通开口部另一方的端部呈辐射状地在层状要素的另一方的主表面的导电性金属薄层上流动。

对于如此在层状要素设置1个贯通开口部的方式而言，与后面详细说明的设置多个贯通开口部的方式比较，优选在环状要素的中心部设置更大的贯通开口部作为中心贯通开口部，在该贯通开口部的侧面上设置熔丝层。这样的保护元件由于能够使电阻值较小，因此通过选择合适的金属层材料而能够适用于流过大容量的电流(优选大于20A的电流例如30～40A或更大的电流例如50A)的情况。另外，由于仅设置1个贯通开口部，因此保护元件的制造变得简单。

在优选的方式中，如图2或图5所示那样，层状要素是由内侧周30以及外侧周34规定的圆环状。优选对层状要素的内侧周进行规定的圆的直径例如为6～16mm，对其外侧周进行规定的圆的直径例如为13～24mm。作为流过20～30A的电流的情况下的保护元件，优选内侧周的圆的直径例如为6.5mm，熔丝层的厚度例如为0.008mm。

在设置多个贯通开口部的情况下，优选对贯通开口部进行配置以使通过层状要素的电流尽可能均等地流过各贯通开口部。例如，可以在具有中心贯通开口部的圆环状的层状要素的周状部分(即由内侧周和外侧周规定的层状要素的主体部分)设置多个具有相同截面形状以及尺寸的贯通开口部(也称作“周边贯通开口部”)，这种情况下，优选相对于对圆环进行规定的内侧周的圆的中心而言等角度地设置贯通开口部。例如，每隔180°设置一个而设置2个、每隔120°设置一个而设置3个、每隔90°设置一个而设置4个、每隔60°设置一个而设置6个贯通开口部。但是，根据保护元件的使用条件，层状要素也可以仅具有1个周边贯通开口部。因此，周状贯通开口部的数量例如可以是1～6。

在对圆环状的层状要素进行规定的内侧周的圆即中心贯通开口部的截面圆的直径与其他贯通开口部即周边贯通开口部的直径相同或比其小的情况下，也可以在对这样的中心贯通开口部进行规定的侧面也设置熔丝层。反之，在中心贯通开口部的截面圆的直径大于周边贯通开口部的截面圆的直径的情况下，优选在中心贯通开口部不设置熔丝层。

是否如此在中心贯通开口部设置熔丝层通过流过在保护元件的各贯通开口部设置的熔丝层的电流是否实质上成为等量来判断。简单说，在中心贯通开口部具有比周边贯通开口部大的圆形截面的情况下，若在中心贯通开口部设置熔丝层，则流过保护元件的电流的实质上大部分容易流过该熔丝层，电流难以流过在具有更小的圆形截面的其它贯通开口部设置的熔丝层，因此在其它贯通开口部设置熔丝层的意义减弱。

在1个优选的方式中，可以是，层状要素是由外侧周以及内侧周规定的环状要素，由内侧周面规定贯通开口部，进而，其他的贯通开口部在层状要素的内部即对层状要素进行规定的内侧周与外侧周之间(即对层状要素进行规定的绝缘性树脂的部分)贯通而作为周边贯通开口部存在。因此，这种情况下，在层状要素中，存在由内侧周规定的中心贯通开口部(1个)以及在层状要素的主体部分中贯通的至少1个贯通开口部(与上述的周边贯通开口部对应)。

在该方式中，熔丝层存在于对周边贯通开口部进行规定的侧面(即壁)上。在设为中心贯通开口部的直径与周边贯通开口部的直径没有很大差别、且在中心贯通开口部存在熔丝层的情况下，在能预想到电流将会与周边贯通开口部的熔丝层同等地流过熔丝层的情况下，也可以在中心贯通开口部设置熔丝层。在设为中心贯通开口部的直径大于周边贯通开口部的直径、且在中心贯通开口部存在熔丝层的情况下，在能预想到远多于周边贯通开口部的熔丝层的电流将会流过该熔丝层的情况下，在周边贯通开口部设置熔丝层的意义消失，因此在中心贯通开口部不设置熔丝。

因此，在包含具有多个贯通开口部的环状的层状要素例如圆环状的层状要素的保护元件的1个方式中，中心贯通开口部没有熔丝层而具有围绕中心贯通开口部呈周状地配置的多个周边贯通开口部。设置周边贯通开口部的周通常优选是1重，但根据情况也可以是多重的周例如2重的周或3重的周。如此，仅在周边贯通开口部设置熔丝层的方式能够根据所设置的周边贯通开口部的数量来调节保护元件的电阻值。因此，与仅在上述的中心贯通开口部设置熔丝层的方式比较，有如下好处：仅通过改变所设置的贯通开口部的数量就能够容易且精密地改变保护元件的电阻值。

在层状要素为环形状例如圆环状的情况下，周边贯通开口部优选相对于层状要素的中心而位于对称的位置。在周边贯通开口部存在多个的情况下，优选在例如环状要素的中心即对内侧周进行规定的图形例如圆的中心的周围，以等角度例如每隔180°存在一个而存在2个、每隔120°存在一个而存在3个、每隔90°存在一个而存在4个。

在具体的方式中，中心贯通开口部(未设置熔丝层)的直径为6～16mm，其周围的周边贯通开口部(设置熔丝层)的截面圆的直径为0.2～1mm。在这样的方式中，层状要素的外径优选例如为13～24mm。作为流过20～30A的电流的情况下的保护元件，优选例如设置8个直径0.6mm的周边贯通开口部，熔丝层的厚度例如是0.008mm。

另外，不管在哪种方式中，贯通开口部都可以具有任意适当的其他的截面形状，通常优选具有圆形截面。在其他方式中，也可以是正方形、长方形、菱形、三角形等。这种情况下，上述的直径与其它截面形状的相当直径相对应。

因此，对贯通开口部的截面形状、贯通开口部的大小(通常是直径)及其厚度方向的长度、熔丝层的厚度、熔丝层中的各金属层的材料以及各金属层之比、和贯通开口部的数量以及配置等各种因素(factor)进行选择，并按照给定那样来选择其数值等，使得根据所设想的过量电流量来熔融。只要是本领域技术人员，关于这些因素就能通过例如试错来实施该选择。

在1个优选的方式中，导电性金属薄层以及熔丝层通过高熔点金属的镀覆以及低熔点金属的镀覆更优选通过镀Ni以及镀Sn而一体地形成。在该方式中，熔丝层由第1金属层(镀Ni)以及第2金属层(镀Sn)构成。在这种情况下，通过用高熔点金属以及低熔点金属对具有贯通开口部的层状要素进行镀覆，能够同时且一体地形成导电性金属薄层以及熔丝层，所以有利。即，熔丝层和导电性金属薄层由相同种类的金属形成。作为形成熔丝层以及导电性金属薄层的镀法，能使用电解镀或无电解镀法，但对于高熔点金属优选使用无电解镀法，对于低熔点金属优选使用电解镀法。

在特别优选的方式中，在层状要素与导电性金属薄层之间，存在预先密接于层状要素的金属箔，优选为镍箔或镀镍铜箔。这种情况下，作为镀层而形成的导电性金属薄层能够密接于金属箔，结果，存在导电性金属薄层经由金属箔而稳固地与层状要素结合的好处。

本发明的保护元件为了保护要保护的电路或构成其的电气要素，为了将第1电气要素(例如二次电池)与作为另外的电气要素的第2电气要素(例如充电器)直接或间接地电连接而位于它们之间，结果，一方的导电性金属薄层与第1电气要素直接或间接地接触，另一方的导电性金属薄层与第2电气要素直接或间接地接触。因此，本发明还提供具有本发明的保护元件、和通过其电连接的电路以及/或者电气要素的电气装置。

发明的效果

本发明的保护元件在层状要素的两侧的主表面上具有导电性金属薄层，并通过熔丝层将它们电连接而使得能够流过较大的电流，同时在流过过量电流的情况下，电流集中流向熔丝层，结果，熔丝层熔融而电路被切断，由此能够切断电流的流动。

附图说明

图1用沿厚度方向的截面图示意性地表示本发明的保护元件。

图2用俯视图示意性地表示图1所示的保护元件。

图3用截面图示意性地表示图1以及图2所示的保护元件中的熔丝层。

图4用沿厚度方向的截面图示意性地表示本发明的其他方式的保护元件。

图5用俯视图示意性地表示图4所示的保护元件。

图6用截面图示意性地表示图4以及图5所示的保护元件中的熔丝层。

具体实施方式

参考附图来更详细地说明本发明的保护元件。在图1中用沿厚度方向的截面图示意性地表示本发明的保护元件的1个方式(用A表示作为切断面而呈现的部分)，另外，在图2中用俯视图示意性地表示图1所示的保护元件。进而，在图3中用截面图示意性地表示图1以及图2所示的保护元件的熔丝层。

图示的保护元件10具有圆环状的层状要素16，其中层状要素16由绝缘性树脂形成，并具有至少1个贯通开口部，在图示的方式中，具有截面圆形的中心贯通开口部12以及截面圆形的周边贯通开口部14这2个贯通开口部。具有位于层状要素16的两侧的主表面18以及20上的导电性金属薄层22以及24。另外，在图示的方式中，在层状要素16与导电性金属薄层之间存在另外的金属层26以及28。

在图示的方式中，在规定中心贯通开口部的圆环的内侧周30上、即在圆环的内侧的侧面上不存在熔丝层。在图示的方式中，在对位于圆环的内侧周30与外侧周34之间的层状要素的主体部分36的周边贯通开口部14进行规定的圆周状侧面38上存在熔丝层40。

在图示的方式中，熔丝层40由存在于对周边贯通开口部14进行规定的圆周状侧面38上的第1金属层41、存在于第1金属层41上的第2金属层42构成。

在图示的方式中，具有熔丝层40的周边贯通开口部14沿通过层状要素的中心O的直径(图2中用虚线图示)在主体部分36的中间仅设置1个，但也可以沿直径方向在相反侧也设置这样的周边贯通开口部。这种情况下，成为围绕中心O每隔180°来设置周边贯通开口部。在另一方式中，也可以以圆的中心O为基准，等角度地设置具有熔丝层的周边贯通开口部，例如每隔120°而设置3个、每隔90°而设置4个、每隔60°而设置6个、或者每隔45°而设置8个。

另外，在图示的方式中，由于中心贯通开口部的直径远大于周边贯通开口部的直径，因此在圆环的内侧周30的侧面上不存在熔丝层，但在中心贯通开口部的直径与周边贯通开口部的直径同等或小于周边贯通开口部的直径的情况下，也可以根据需要在圆环的内侧周30的侧面上设置熔丝层。另外，在某方式中，存在如下情况：若在要配置保护元件的电气装置中设置与中心贯通开口部相对应的凸部，则通过使这样的凸块嵌入中心贯通开口部的较大的直径部分内，能够将保护元件定位于电气装置。例如，通过在二次电池单元的封口板设置这样的凸部，使该凸块嵌入中心贯通开口部，能够将保护元件定位于封口板。

在另一方式中，也可以层状要素16没有中心贯通开口部12(因此层状要素为圆板形状)而仅具有至少1个周边贯通开口部14，周边贯通开口部14具有熔丝层40。

在图4以及图5中，与图1以及图2同样地示出本发明的另一方式的保护元件10’。另外，在图6中，与图3同样地示出熔丝层32。另外，关于与图1～图3相同的要素使用相同的标号。在图示的方式中，层状要素16没有周边贯通开口部14，仅具有中心贯通开口部12，中心贯通开口部12具有熔丝层32。熔丝层32由存在于对中心贯通开口部12进行规定的内侧周30上的第1金属层43、存在于第1金属层43上的第2金属层44构成。

[实施例]

(实施例1)

制造了图1以及图2所示的本发明的保护元件。因此，制造了仅具有熔丝层40、没有熔丝层32的保护元件10。其中，周边贯通开口部14周状地等间隔形成了8个。

最初准备绝缘性树脂的薄片(聚乙烯制，厚度0.3mm，与层状要素16对应)，在其两侧配置镍箔(厚度：22μm，与另外的金属层26以及28对应)，在加热下将它们按压为一体，从而得到在两主表面粘贴有镍箔的压接物。

在压接物的给定部位形成直径0.6mm的贯通孔(与周边贯通开口部14对应)，之后对压接物施加基于无电解法的镀Ni处理。通过镀Ni处理而形成的镍层的厚度为约1.5μm。接下来，对压接物施加基于电解法的镀Sn处理。通过镀Sn处理而形成的锡层的厚度为约6.5μm。通过所述镀覆处理，得到导电性金属薄层(与导电性金属薄层22以及24对应)、由第1金属层(与第1金属层41对应)以及第2金属层(与第2金属层42对应)构成的熔丝层(与熔丝层40对应)。接下来，用压接物冲制圆环状要素，得到8个贯通孔围绕圆环状要素的中心每隔45°位于给定部位的本发明的保护元件10。

得到的圆环状要素的外侧周圆34的直径为15mm，内侧周30的直径(即中心贯通开口部的直径)为6.4mm。该圆环状要素在作为层状要素16的绝缘树脂层的两侧主表面具有作为另外的金属层26以及28而发挥功能的镍箔，在圆环状部分的主体部分36的中间部分具有周边贯通开口部14。另外，圆环状要素在镍箔上具有作为导电性金属薄层22以及24的镀层(镀镍层以及镀锡层)，在规定周边贯通开口部的内侧周面上具有作为由第1金属层41以及第2金属层42构成的熔丝层40而发挥功能的镀层。

(实施例2～3)

取代镀锡处理而分别进行镀Sn-Cu(Cu 4重量％)处理、以及镀Sn-Bi(Bi 16重量％)处理，除此以外其它都与实施例1同样，从而得到实施例2～4的保护元件。

(比较例1～3)

取代镀锡处理而进行镀镍处理，通过该镀镍处理而形成的镀镍层的厚度分别为4.5、6.5以及8.5μm，除此以外其它都与实施例1同样，从而得到比较例1～3的保护元件。

下述表1中示出实施例1～3以及比较例1～3的特征。

[表1]

(试验例1)

在实施例1～3以及比较例1～3的保护元件中，从一方的导电性金属薄层22向另一方的导电性金属薄层24流过下述表2所示的电流，调查通电10分钟时熔丝层不熔断的电流值(60Vdc设定)。对于各保护元件，将熔丝层不熔断(blow)的最大电流值设为额定容量。表2中示出结果。另外，表中“○”表示10分钟不熔断，“×”表示在10分钟内熔断，“-”表示没有数据。

[表2]

试验电流值

实施例1

实施例2

实施例3

比较例1

比较例2

比较例3

10A

○

15A

○

17.5A

○

-

20A

○

22.5A

○

-

25A

×

○

×

○

30A

×

(试验例2)

在实施例1～3以及比较例1～3的保护元件中，从一方的导电性金属薄层22向另一方的导电性金属薄层24流过各自额定容量的150％、200％、300％以及400％的过量电流，对电流切断时间(即直到熔丝层熔断为止的时间)进行了测定。下述表3中示出结果。

[表3]

根据这些结果而得到了确认，对于该容量的约1.5倍程度的过量电流也能够提供确实且迅速的保护。

产业上的利用可能性

本发明的保护元件能够作为在二次电池这样的电气装置内流过过量的电流的情况下切断该电流的流动的保护元件来利用。另外，本发明的保护元件例如也能够在圆筒型锂离子二次电池单元中作为装入封口板的镍垫片、对不锈钢材料实施镀镍的垫片等的代替品来利用。在这种情况下，由于保护元件具有由绝缘性树脂形成的层状要素，因此作为垫片的功能因树脂的弹性而得到提高。因此，本发明的保护元件能够作为具有上述的本发明的保护元件的特征的垫片来利用。

标号的说明

10、10’ 保护元件

12 中心贯通开口部

14 周边贯通开口部

16 层状要素

18、20 主表面

22、24 导电性金属薄层

26、28 另外金属层

30 内侧周

32 熔丝层

34 外侧周

36 主体部分

38 侧面

40 熔丝层

41 第1金属层

42 第2金属层

43 第1金属层

44 第2金属层

Claims

1.一种保护元件，具有：

层状要素，其由绝缘性树脂形成，并具有至少1个贯通开口部；

导电性金属薄层，其位于层状要素的各主表面上；以及

熔丝层，其位于对该贯通开口部的至少一个进行规定的侧面上，将导电性金属薄层电连接，并至少包含由高熔点金属构成的第1金属层以及由低熔点金属构成的第2金属层。

2.根据权利要求1所述的保护元件，其特征在于，

熔丝层由高熔点金属所构成的第1金属层以及低熔点金属所构成的第2金属层构成。

3.根据权利要求1或2所述的保护元件，其特征在于，

高熔点金属是Ni。

4.根据权利要求1或2所述的保护元件，其特征在于，

低熔点金属具有比绝缘性树脂的分解温度低的熔点。

5.根据权利要求4所述的保护元件，其特征在于，

低熔点金属是Sn、Sn-Cu合金、或者Sn-Bi合金。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的保护元件，其特征在于，

第1金属层通过对高熔点金属进行无电解镀而形成，第2金属层通过在该第1金属层上对低熔点金属进行电解镀而形成。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的保护元件，其特征在于，

第1金属层与第2金属层的厚度之比为1∶100～5∶1。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的保护元件，其特征在于，

导电性金属薄层以及熔丝层通过对高熔点金属以及低熔点金属进行镀覆而一体地形成。

9.根据权利要求8所述的保护元件，其特征在于，

所述保护元件还具有位于层状要素与导电性金属薄层之间的金属箔。

10.根据权利要求9所述的保护元件，其特征在于，

金属箔是镍箔或者镀镍铜箔。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的保护元件，其特征在于，

层状要素是由内侧周面以及外侧周面规定的环状要素，具有由内侧周面规定的1个贯通开口部。

12.根据权利要求1～10中任一项所述的保护元件，其特征在于，

层状要素是由内侧周面和外侧周面规定、具有至少2个贯通开口部的环状要素，这些贯通开口部是由内侧周面规定的中心贯通开口部以及位于内侧周面与外侧周面之间的至少1个周边贯通开口部，周边贯通开口部具有熔丝层。

13.根据权利要求12所述的保护元件，其特征在于，

在层状要素中，围绕中心贯通开口部每隔45°设置一个周边贯通开口部而设置了8个周边贯通开口部。

14.根据权利要求1～13中任一项所述的保护元件，其特征在于，

层状要素具有圆环状形状。

15.一种电气装置，其特征在于，

所述电气装置具有权利要求1～14中任一项所述的保护元件。

16.一种二次电池单元，其特征在于，

所述二次电池单元具有权利要求1～14中任一项所述的保护元件。

17.一种垫片，具有：

导电性金属薄层，其位于层状要素的各主表面上；以及

熔丝层，其位于对该贯通开口部的至少1个进行规定的侧面上，将导电性金属薄层电连接，并包含熔点不同的至少2种金属层。