用于微型电化学电池的带有互连设计的电极及其制造方法

摘要

揭示揭示了一种微型电极和电化学电池。通过将电极混合物形成在集电器和穿通销的远端部分上，使集电器和穿通销的远端部分包封起来，由此制成该电极。本文所揭示揭示的方法和电极组件允许该电极组件的制造，而不需要将所形成的电极直接附连到穿通销的步骤，由此简化了组装并减小了尺寸。

说明书

技术领域

本发明涉及电化学电池的电极和制造该电极和电化学电池的方法。

背景技术

以下讨论揭示用于可植入医疗装置（IMD）的电极和电化学电池，以及制 造如此电极和电池的方法，所述医疗装置非常紧凑，使得IMD不大可能造成 病人不舒适。此外，由于若干个特征，可便于制造用于如此IMD的电极和电 化学电池，下面将会详细描述这些特征。

发明内容

本文揭示了电极组件和制造如此电极组件的方法。在一个实例中，电极组 件包括附连到穿通销远端部分的集电器以及电极，该电极包括包封所附连的集 电器和穿通销的远端部分的电极材料。

在另一个实例中，制造电极组件的方法包括：将集电器附连到穿通销远端 部分，以及形成电联接到集电器和穿通销的实心电极，该实心电极包封集电器 和穿通销远端部分。

在另一实例中，电化学电池包括外壳、部分地位于外壳内的电极组件，该 电极组件包括集电器、第一电极和第二电极，集电器附连到穿通的销远端部分， 第一电极包括包封所附连的集电器和穿通销远端部分的第一电极材料，从外壳 延伸的穿通销的近端部分，第二电极位于外壳内并电联接到外壳，第一电极与 外壳和第二电极电绝缘。

在另一实例中，方法包括组装电极组件，其包括以下步骤：将集电器附连 到穿通销远端部分，从联接到穿通销和附连的集电器的第一电极材料中，形成 电联接到集电器和穿通销的实心的第一电极，并包封集电器，以及将电极组件 插入外壳内，该外壳包含电联接到外壳的第二电极，外壳构造成使第一电极与 外壳和第二电极电绝缘。

附图说明

图1示出了本发明的电化学电池组装方法的实施例，以及本发明电极组件 和电化学电池的实施例；

图2示出了本发明的电化学电池组装方法的另一实施例，以及本发明电极 组件和电化学电池的另一实施例；

图3示出了用于本发明电化学电池的实心电极的实施例；

图4示出了用来制造本发明电极组件的压机组件的实施例；

图5示出了处于打开位置的压机框架；

图6示出了用来制造本发明电极组件的压机组件；

图7示出了压机组件的剖视图；

图8示出了形成电极之前的压机组件的一部分的放大剖视图；以及

图9示出了压机组件的另一剖视图，含有电极组件的后成形。

具体实施方式

如本文中所使用的“包封”还包括大致这样的包封，其中，集电器顶部的 轮廓可以看见，或者集电器顶部的一部分从形成的电极中突出出来。

所用的“阳极”和“阴极”这些术语，通常参照电化学电池来理解，例如， 电池和电容。

本发明的方法和电极组件可来组装电化学电池，例如，电池和电容。如此 的电池和电容可用于紧凑的IMD中，IMD可植入在诸如血管或器官那样的解 剖学结构的小空间内，例如，心脏的腔室。电化学电池和组装如此电池的方法 的一个实施例显示在图1中。在该实施例中，组装步骤10包括：将穿通件14 附连到穿透销16，用焊接方法将盖板12附连到穿通件14，焊接方法例如是激 光束焊接，盖板密封地附连到穿透销16以形成穿透组件22。实心的、圆柱形 或“圆盘形(puck-shaped)”的阳极18放置到外筒19内。如图1所示，穿透销 是实心的一体销子，其从其远端连续地延伸，延伸通过实心电极，通过穿通件 14，并从穿通件向外延伸。

组装步骤20包括绝缘盘24在穿透销16上的滑动，并邻近于穿通件14， 导电的集电器26通过焊接附连到穿透销27的远端，以形成管座组件34。盘 形的分离器28放置在外筒19内并邻近于阳极18。

圆柱形和管形的阴极绝缘体32放置在外筒19内，以在组装步骤30中使阴 极与外筒19的壁绝缘。如组装步骤40所示，实心和圆柱形的阴极42形成到 集电器26上，并包封附连的集电器26和穿透销的远端部分，例如，包括附连 点，即，焊点，那里，集电器附连到穿透销。下面提供阴极如何形成集电器和 穿透销的细节。

生成的阴极组件44可与阳极组件46相匹配，可通过填充端口13引入电解 液，以在组装步骤50时提供电化学电池52。如此的组装方法提供完整的电极 或阴极组件44，其不需要电极分开地附连到穿透销，例如，介于帽12和电极 42之间，或者在电化学电池之内。换句话说，穿透销是（除附连的集电器之 外的）一体的或单件，其从阴极的远端通过帽向外延伸。盖板可附连到外筒， 例如，通过沿着接触区域的连续的焊缝焊接到筒身上。

当然，阳极、阴极和外筒形状可根据应用来改变。例如，阳极和阴极的横 截面可以是圆形、椭圆形、卵形及其它的几何形状，并可根据外筒形状来改适。 例如，图3示出大致圆柱形的阳极140，其具有锥形或斜面的远端142，以符 合于外筒144的内部远端或底部。此外，集电器的形状可以变化。一般地，集 电器为矩形和平面形，并可具有变化的长度。集电器可以是其它的形状，包括 简单的销形、环形丝、可塑性变形丝、丝网，或任何其它的形状，其改进与穿 透销的粘结和电气连接性。

电化学电池和组装如此电池的方法的另一实施例显示在图2中。在组装步 骤100中，提供穿透组件102，绝缘盘102和集电器106如上所述地组装和附 连起来以形成管座组件111。在组装步骤110中，圆柱形和管形的阳极102放 置在外筒114内。阴极122形成在集电器106上并包封集电器106和穿透销 124的远端部分。下面提供阴极如何形成在集电器和穿透销上的细节。管形分 离器126同心地放置在管形阳极112内和外筒114内。阴极组件128与阳极组 件129相匹配。电解液可通过填充端口13引入而提供电化学电池132。

本申请中描述的用于电化学电池的材料是适用于如此电池的那些材料。例 如，穿透销通常用诸如铂、铌、钼、钛合金（诸如Ti6A14V ELI、Ti3Al2.5V） 以及不锈钢或它们中的任何一个制成；盖板和外筒通常用诸如钛、铝和不锈钢 那样的金属制成；穿通件通常用诸如钛、不锈钢和它们的合金制成，并含有包 括玻璃（诸如CABAL12和LaBor-4）的密封材料；分离器通常用包括多孔的 聚丙烯薄膜的材料制成，例如，从Celgard LLC，Charlotte，NC公司购得的 GELGARD2500和CELGARD4560薄膜；绝缘盘和阴极绝缘体通常用诸如聚 丙烯和乙烯四氟乙烯（ETFE）那样的聚合物材料制成；集电器通常由导电材 料组成，诸如钛、铝、钒、镍或合金以及混合物，或它们中的任何一个；用于 电池的阳极通常是锂金属，用于电容器的阳极通常是铝、钽、铌和这些金属中 任何的合金；用于阴极的电极材料包括银钒氧化物（SVO）粉末和碳一氟化物 （CFx）粉末的混合物，并还可包括碳黑或聚四氟乙烯（PTFE）或两者的组合； 所用的电解液包括那些包括LIBF4或LiAsF6的电极，例如，含有LiBF4、γ- 丁内酯（GBL）和二甲氧基乙烷（DME）的混合物，或LiAsF6、碳酸丙烯（PC） 和DME的混合物。

本发明描述了制造电极的示范方法，例如，将会详细地描述阴极。一般地 说，在一个实施例中，管座组件111放置在装置内，使得集电器和穿透销的远 端部分位于模具或压模内。将电极材料添加到模具内，将电极材料压缩或压紧 到集电器上，并与模具或压模和压机冲头的壁相一致。

图4示出了用于形成本发明电极组件的方法的压机装置200。压机装置299 包括压机框架210和压机组件220。压机框架210用来将箭头212所示的向下 力转换为相对的同步压缩运动或力，该运动或力由箭头212所示施加到压机组 件220上。相对的压缩力214还将压机组件刚性地保持就位。图5示出了施加 箭头216所示的向上力之后处于打开位置的压机框架。向下的力212可用本技 术领域内技术人员熟知的方法和装置进行施加，例如，用液压的或伺服压机。 压机框架通常用金属制成，例如，用钢材制造。

图6是压机组件220放大的视图，而图7是图6所示压机组件的剖视图。 压机组件220的主要部件包括模具框架、模具组件224和传力柱226。传力柱 226将水平力214从压机框架210传递到模具组件中的相对压缩冲头228。

图8示出了模具组件300一部分的剖视图和打开的相对压缩冲头304之间 的管座组件302的剖视图，使电极材料位于由打开的压缩冲头形成的空间内。 电极材料306填充由打开的压缩冲头形成的空间体积，并围绕或包围集电器 308和穿透销310的远端部分，包括附连点，例如，集电器附连到穿透销的焊 点。附连的集电器308定向成使双向压缩力施加到集电器的与主要表面314 相对的主要表面312上。设计和提供模具组件300，使集电器和穿透销的远端 基本上对中，打开的压缩冲头和集电器远端之间的空间位于如此的空间内。形 成之后，电极材料的体积减小4X的因子，在其它的实施例中，减小5X或3X 的因子。当然，任何压缩的电极材料的体积取决于特殊的组成、其形态学、颗 粒大小等。

图9示出了电极材料已经压紧或压迫或压缩在压缩冲头304之间而形成包 封集电器的实心电极之后的电极组件316的实施例。术语“包封”和“包裹” 包括大致的包封和大致的包裹，其中，集电器顶部的轮廓可以看得见，或集电 器顶部的一部分从形成的电极中突出出来。

一般地，通过同步的双向压缩力，即，由各个压缩冲头朝向集电器的基本 上同步运动产生了相对的力，使得各个压缩冲头运动或移动大致相同的距离， 但沿相对的方向使得距离“X”301基本上等于“X”303（图8），于是电极 材料便被压紧、压迫或压缩在模具组件内。电极材料被压紧或压缩，直到实心 电极达到要求的密度和几何形。典型的施力范围从约200N至500N，包括所 有的点和其间的范围。一旦电极制成，便从压机组件中移出电极，然后，全部 的组件可容易地插入和连接到外筒，以完成电化学电池，无需将电极附连或焊 接到穿透销的步骤。

本发明所述的方法、电极组件和电化学电池可用于可植入的医疗装置内， 例如，2009年5月29日提交的美国专利申请Nos.12/547,903；12/548,234； 12/549,469；12/549,572描述了可植入的医疗装置，本文以参见方式引入可植 入的医疗装置的描述。

为了说明和描述的目的，提供了上述对实施例的描述。但并不意图排斥或 限制本发明。特殊实施例的个别元件或特征一般地并不局限于该特殊的实施 例，如合适的话，即使未具体地显示或描述，它们也可互换并可用于选定的实 施例中。这还可以许多种方式变化。如此的变化并不被认为脱离本发明，所有 如此的修改都要被包括在本发明的范围之内。

提供示范的实施例，使得本发明完整并向本技术领域内技术人员完全地传 达了发明范围。许多特殊的细节被阐述为具体部件、装置和方法的实例，以提 供对本发明实施例的彻底的理解。本技术领域内技术人员将会明白到，不需要 采用具体的细节，示范实施例可以许多不同的方式实施，也不应认为限制本发 明的范围。在某些示范的实施例中，众所周知的过程、众所周知的装置结构以 及众所周知的技术不作详细描述。

本文中使用的术语仅是为了描述特殊的示范实施例而已，不意图加以限制。 如文中所用，单数形式的冠词“a”、“an”和“the”也可用来包括复数形式， 除非文中另有明确地所示。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含在内的， 因此，规定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排斥 一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们组合的存在 或添加。文中所描述的方法步骤、过程和操作不被认为一定需要其特性按特别 的次序进行讨论或说明，除非特别地标明特性的次序。还应该理解到，可采用 添加的或替代的步骤。

当元件或层被指定为“在...上”、“接合到”、“连接到”或“联接到” 另一元件或层时，它可以是直接在..上、接合、连接或联接到另一元件或层， 或可存在居间元件或层。相比之下，当元件被指定为“直接在...上”、“直接 接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，可以不存在居 间元件或层。用来描述元件之间关系的其它词语应被诠释为类似的方式（例如， “之间”对于“直接之间”，“邻近”对于“直接邻近”等）。如文中所用， 术语“和/或”包括任何的一个或多个相关所列项以及所有它们的组合。尽管 术语“第一”、“第二”、“第三”等可在文中用来描述各种元件、部件、区 域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限 制。这些术语仅可用来区分一个元件、部件、区域、层和/或部分与另一个的 区域、层或部分。诸如“第一”、“第二”和其它数字项的用于文中的术语， 不隐含顺序或次序，除非文中另有明确所示。因此，下面讨论的第一元件、部 件、区域、层或部分可被称为第二元件、部件、区域、层或部分，并不脱离示 范实施例的叙述。

空间相对的术语，诸如“内”、“外”、“在...之下”、“下”、“低”、 “之上”、“上”等，为描述之方便，可在文中用来描述如图中所示的一个元 件或特征与另一个元件或特征的关系。除了图中示出的定向之外，空间相对的 术语可用来包括装置在使用或操作中的不同定向。