科特高分子PTC解決鋰離子電池過充電/短路保護難題

一、鋰離子電池保護面臨的挑戰：

鋰離子電池同NiMH 或NiCd 電池比較，電流密度大，廣泛應用于各種便攜式設備中。

通常鋰離子電池對過充電十分敏感。當充電至電池兩端電壓過高時，會增加電池漏液、冒煙、燃燒、爆裂的危險（這類危險往往相當劇烈）。過充電可能由充電失控、電極錯誤或使用不正確的充電器造成。鋰離子電池在充放電電流過大或外部短路時，內部發熱可能損壞電池或燒毀其他部件，嚴重縮短電池的循環使用壽命。

保護電路的任務是針對電池可能出現的各種故障，對電池充放電狀態的參數進行監控，以保證電池壽命和效能，使電池以及外部設備（如手機、PDA、筆記本電腦等）免受損壞。

手機電池通常采用由電池保護專用集成IC 和金屬氧化物場效應管組成的一次保護電路。保護IC 通過監測電池兩端電壓以及放電電流來控制FET 的導通或關斷，防止過充電、短路、過放電等故障。

盡管一次保護通常被認為是可靠的，但當靜電放電電壓過高或超溫時可能損壞保護IC 或MOS-FET ，而且在短路時集成電路會發生振蕩，同時多數IC+MOS-FET 電路對充電、放電過電流的檢測是間接的，并不能保證在電池的所有工作狀態下都會提供過電流保護，保護的可靠性也降低了。保護電路中增加科特公司電池保護專用PTC 后，即使一次保護電路失效或者溫升較高時，PTC 仍能對過充、過流、短路、超溫等故障提供保護，保證電池在被誤用或濫用的情況下，不致發生安全性問題。

二、解決方案：

早期的電池采用保險絲或雙金屬片等作為在過流、短路、超溫時的二次保護裝置。但由于電池過流等故障往往是暫時性的，并不意味著電池的永久性損壞，保險絲不可恢復的缺點使電池制造商的質量保證成本增加；而雙金屬片雖然可以自恢復，但是會不停地動作/恢復，會導致觸點早期疲勞磨損進而粘連從而失去保護作用，另外雙金屬片對于便攜式設備對電池體積和重量方面的苛刻要求而言，體積和重量都較大。而高分子PTC 以自恢復、低電阻以及不增加額外的體積要求的特點在為電池提供二次保護方面具有優勢。

1．過充電保護：

按照GB/T18287-2000 對鋰離子電池過充電保護的要求，我們分別以標稱容量720mAh 的電池沒有保護電路、僅僅安裝科特公司電池保護專用PTC 保護兩種情況進行過充電測試，期間監測電池電壓和表面溫度。（充電電源設定為恒流2C A 充電，恒壓值為2 倍標稱電壓）。

圖2：帶和不帶高分子PTC 保護的電池表面溫升曲線

從上面的試驗結果能夠觀察到，不帶PTC 保護的電池在過充電時表面溫度最高可達到接近120℃，最終引起漏液、起火甚至爆炸；而裝有科特公司KT16-1750DL 型高分子PTC 的電池其表面溫度不會超過80℃。

2．短路保護：

電池在外部短路時，電流可達15A 以上，一般情況下，功率場效應管的極限工作參數會被輕易超過；另外，短路時保護IC 的工作狀態不可能保持穩定。以上問題都導致電池短路保護功能不夠完善。

這種情況下，高分子PTC是很好的解決方案。高分子PTC 可以在MOS 管被擊穿之前提供保護，確保電池的循環壽命，降低制造商的質量保證成本。

上海科特高分子材料有限公司的電池保護用高分子PTC 熱敏電阻為帶狀，鍍鎳銅引線，適合在便攜式設備的高電流密度鋰離子電池中使用。