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锂离子电池

阅读:166发布:2020-08-27

专利汇可以提供锂离子电池专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种 锂离子 电池 (100),其包括正 电极 (110)、包括 碳 的负电极(120)以及含有第一和第二添加剂的 电解 质(130)。所述第一添加剂包括起到离子接收器作用的 硼 烷或硼酸盐化合物,而所述第二添加剂包括能够在所述负电极(120)的表面上发生反应以形成离子导电层的烯 烃 。,下面是锂离子电池专利的具体信息内容。

1、一种锂离子电池(100),包括:
电极(110);
包括的负电极(120);以及
含有第一和第二添加剂的电解质(130);
其中所述第一添加剂包括起到离子接收器作用的烷或硼酸盐化合 物,而所述第二添加剂包括能够在所述负电极(120)的表面上发生反应以 形成离子导电层的烯
2、根据权利要求1所述的锂离子电池(100),其中所述第一添加剂包 括三甲基硼氧酯或其衍生物
3、根据权利要求2所述的锂离子电池(100),其中所述第二添加剂包 括碳酸亚乙烯酯或其衍生物。
4、根据前述权利要求中的任一项所述的锂离子电池(100),其中所述 第一添加剂在所述电解质(130)中存在的量在大约0.1%和3.0%之间,而 所述第二添加剂存在的量在大约0.1%和10.0%之间。
5、根据前述权利要求中的任一项所述的锂离子电池(100),其中所述 电解质(130)包括大约0.3重量%的所述第一添加剂和大约2.4%的所述第 二添加剂。
6、根据前述权利要求中的任一项所述的锂离子电池(100),其中所述 负电极(120)的碳包括从焦炭、碳纤维、硬碳、石墨石墨化中间相碳微 珠及其组合构成的组中选择的材料。
7、根据前述权利要求中的任一项所述的锂离子电池(100),其中所述 负电极(120)的碳包括石墨碳和非石墨碳的混合物。
8、根据权利要求7所述的锂离子电池(100),其中所述石墨碳包括中 间相碳微珠,而所述非石墨碳包括焦炭。
9、根据权利要求8所述的锂离子电池(100),其中以大约4∶1的重 量比提供所述中间相碳微珠和焦炭。
10、根据权利要求1到8中的任一项所述的锂离子电池(100),其中 所述负电极(120)的碳包括大约70重量%和95重量%之间的中间相碳微 珠和大约5重量%和30重量%之间的焦炭。
11、根据权利要求1到8中的任一项所述的锂离子电池(100),其中 所述负电极(120)的碳包括大约80重量%的中间相碳微珠和大约20重量 %的焦炭。
12、根据权利要求1所述的锂离子电池(100),其中所述负电极(120) 的碳包括中间相碳微珠和焦炭,所述第一添加剂为以大约0.3重量%提供在 所述电解质(130)中的三甲氧基硼氧酯或其衍生物,而所述第二添加剂为 以大约2.4重量%提供在所述电解质(130)中的碳酸亚乙烯酯或其衍生物。
13、根据权利要求1所述的锂离子电池(100),其中所述负电极(120) 的碳包括碳纤维,所述第一添加剂为三甲氧基硼氧酯或其衍生物,而所述 第二添加剂为碳酸亚乙烯酯或其衍生物。
14、根据权利要求12所述的锂离子电池(100),其中所述电解质(130) 包括大约0.3重量%的所述第一添加剂和大约2.4重量%的所述第二添加剂。
15、一种医疗装置,其包括根据前述权利要求中的任一项所述的锂离 子电池(100)。
16、根据权利要求15所述的医疗装置,其中所述医疗装置的至少一部 分被构造成植入到患者体内,并且可以在不从所述患者体内将所述锂离子 电池(100)移出的情况下对其进行充电。
17、根据权利要求15或16所述的医疗装置,其中所述医疗装置包括 神经激励装置。
18、根据权利要求15或16所述的医疗装置,其中所述医疗装置从如 下装置构成的组中选出:心脏除颤器、心脏起搏器、心肌收缩调节器、心 率转变器、药物施予装置、人工蜗、助听器传感器、遥测装置和诊断 记录器。

说明书全文

发明总体上涉及锂电池的领域。具体而言,本发明涉及在电池寿命 期间不易受到容量衰减的影响的锂离子电池

锂离子电池包括正集电器(例如,诸如箔等的铝)和负集电器(例 如,诸如箔等的铜),其中正集电器上提供有活性材料(例如LiCoO2), 负集电器上提供有活性材料(例如,诸如石墨等的质材料)。正集电器和 其上提供的活性材料一起被称为正电极,而负集电器和其上提供的活性材 料被称为负电极。

图1示出了如上所述的常规锂离子电池10的一部分的示意性示图。电 池10包括:包括正集电器22和正活性材料24的正电极20、包括负集电器 32和负活性材料34的负电极30、电解质材料40以及提供于正电极20和 负电极30中间(intermediate)或之间的间隔体(例如,聚合物多孔间隔体, 未示出)。电极20、30可以设置成相对扁平的或平坦的板,或者可以卷成 或绕成螺旋或其他构造(例如椭圆状构造)。还可以将电极设置成折叠结构。

在电池10充放电期间,锂离子在正电极20和负电极30之间移动。例 如,当电池10放电时,锂离子从负电极30流动到正电极20。相反,当对 电池10充电时,锂离子从正电极20流动到负电极30。

常规锂离子电池的一个难题是,由于电池老化和循环操作,在电池寿 命期间它们可能会表现出容量衰减。如这里所使用的那样,“容量衰减”一 词表示在电池寿命期间的电池容量的损失。

医疗装置行业生产各式各样的用于治疗患者的医疗疾病电子设备和 机械设备。根据医疗疾病,可以将医疗装置外科植入或从外部连接到接受 治疗的患者。临床医师单独使用医疗装置或与药物治疗和手术结合起来以 治疗患者的医疗疾病。对于某些医疗疾病而言,医疗装置提供最好的,有 时是唯一的治疗,以使人恢复到更健康的状态和更长的寿命。

希望能提供一种用于电池供电设备的改进的电池电源,所述电池供电 设备例如是医疗装置,包括可植入医疗装置。在这种情况下,提供可再充 电的电池可能是有利的。提供对电池寿命期间的容量衰减较有抵抗的电 池也可能是有利的。提供采用了包括这些或其他有利特征中的任一种或多 种的电池的医疗装置(例如可植入医疗装置)也将是有利的。

发明内容

本发明的示范性实施例涉及一种锂离子电池,其包括:正电极;包括 碳的负电极;以及含有第一和第二添加剂的电解质。所述第一添加剂包括 起到离子接收器作用的烷或硼酸盐化合物,而所述第二添加剂包括能够 在所述负电极的表面上发生反应以形成离子导电层的烯
本发明的另一示范性实施例涉及一种锂离子电池,其包括:正电极; 包括碳纤维石墨化中间相碳微珠和焦炭的混合物的负电极;以及包括第 一添加剂和第二添加剂的电解质,所述第一添加剂包括起到离子接收器作 用的硼烷或硼酸盐化合物,而所述第二添加剂包括能够在所述负电极的表 面上发生反应以形成离子导电层的烯烃。
本发明的另一示范性实施例涉及一种锂离子电池,其包括:正电极; 包括活性材料的负电极,所述活性材料包括石墨化中间相碳微珠和焦炭; 以及包括碳酸亚乙烯酯和三甲基硼氧酯添加剂的电解质。
本发明的另一示范性实施例涉及包括锂离子电池的医疗装置,所述锂 离子电池用于为医疗装置供电。所述锂离子电池包括正电极、包括碳的负 电极以及含有第一和第二添加剂的电解质。所述第一添加剂包括起到离子 接收器作用的硼烷或硼酸盐化合物,而所述第二添加剂包括能够在所述负 电极的表面上发生反应以形成离子导电层的烯烃。
附图说明
图1为常规锂离子电池的示意性截面图;
图2为根据示范性实施例的锂离子电池的一部分的示意性截面图;
图3为条形图,其示出了负电极包括MCMB并采用了各种电解质添加 剂的锂电池的容量衰减情况;
图4为条形图,其示出了负电极包括MCMB和焦炭并采用了各种电解 质添加剂的锂电池的容量衰减情况;
图5为条形图,其示出了负电极包括碳纤维并采用了各种电解质添加 剂的锂电池的容量衰减情况;
图6为植入患者体内或躯干内的可植入医疗装置形式的系统的示意图;
图7为可植入医疗装置形式的另一种系统的示意图。

具体实施方式

根据示范性实施例,可以提供一种电池,其对电池寿命期间的容量衰 减可表现出增强的抵抗力。该电池包括含碳的负电极和电解质,电解质包 括一种或多种添加剂,用于减小使用期间电池经受的容量衰减的量。可以 将这种电池用于在整个使用寿命期间需要相对恒定的容量的许多中应用中 的任意一种应用,包括可植入医疗装置。
参考图2,其根据示范性实施例示出了锂离子电池100的一部分的示意 性截面图。根据示范性实施例,电池100的额定值大约在10和1000毫安 时(mAh)之间。根据另一示范性实施例,电池的额定值大约在100和400mAh 之间。根据另一示范性实施例,该电池为大约300mAh的电池。根据另一 示范性实施例,该电池为大约75mAh的电池。
电池外壳(未示出)可以由不锈或另一种金属制成。根据示范性实 施例,电池外壳可以由、铝或其合金制成。根据另一示范性实施例,电 池外壳可以由塑性材料或塑性箔层压材料(例如,设置在聚烯烃层和聚酯 层之间的铝箔)制成。
电池100的尺寸可以根据不同的示范性实施例而不同。例如,在一个 示范性实施例中,缠绕电极使得它们可以被设置在相对为棱柱形的电池外 壳中,根据该示范性实施例,该电池的尺寸为大约30-40mm之间的尺寸乘 以大约20-30mm之间的尺寸乘大约5-7mm之间的尺寸。根据另一示范性实 施例,该电池的尺寸大约为20mm乘以20mm乘以3mm。根据另一示范性 实施例,可以将该电池提供为直径大约为30mm、厚度大约为3mm的钮扣 电池型电池。本领域的技术人员将会认识到,这里所述的尺寸和结构仅仅 是例示性的,可以根据这里所述的新颖的原理生产许多种尺寸、形状和结 构的电池。
电池100包括至少一个正电极110和至少一个负电极120。间隔体150 设置在正电极110和负电极120中间或之间。根据示范性实施例,间隔体 150为诸如聚丙烯/聚乙烯共聚物或另一种聚烯烃多层层压体等的聚合物材 料,其中形成有微孔以容许电解质和锂离子从间隔体一侧流到另一侧。根 据示范性实施例,间隔体150的厚度在大约10微米(μm)和50μm之间。 根据特定示范性实施例,间隔体的厚度大约为25μm,间隔体的平均孔隙 大小在大约0.02μm和0.1μm之间。
根据示范性实施例,将电池100设置成螺旋缠绕的棱柱形电池,其中 电池单元被气密密封在具有玻璃穿通体的不锈钢外壳内。根据其他示范性 实施例,电极可以设置成电池100的扁平或平面组件或者可以设置成折叠 结构。根据一个特定示范性实施例,可以绕着相对为矩形的芯杆缠绕电极, 使它们形成椭圆体缠绕线卷,以插入到相对为棱柱形的电池外壳中。根据 其他示范性实施例,可以将该电池设置成钮扣电池、薄膜固态电池或另一 种锂离子电池结构。
根据示范性实施例,通过包括镍或镍合金的构件或舌片(tab)将负电 极耦合到不锈钢外壳。可以将铝或铝合金构件或舌片耦合或附着到正电极。 根据示范性实施例,镍和铝舌片可以充当电池的端子
正电极110包括由诸如金属等的导电材料制成的集电器112。根据示范 性实施例,集电器112包括铝或铝合金并具有大约5μm和75μm之间的 厚度。根据特定示范性实施例,集电器112的厚度大约为20μm。还要指 出的是,尽管将正集电器112图示和描述为薄的箔材料,但是根据各示范 性实施例,正集电器可以具有多种其他构造中的任一种。例如,正集电器 可以是栅格,例如网状栅格、伸展金属栅格、光化学蚀刻栅格等。
集电器112上设置有活性材料层114(例如涂布在集电器上)。尽管图 2示出了仅在集电器112的一侧上设置层114,应当理解,可以在集电器112 的两侧上都设置或涂布与所示的层114类似或相同的活性材料层。
根据示范性实施例,层114为包括锂的材料或化合物,在电池放电和 充电期间分别可以掺杂和不掺杂锂。根据特定示范性实施例,层114包括 锂钴氧化物(LiCoO2)。阅读本文的人将会认识到,根据各种其他示范性实 施例,替代LiCoO2或除LiCoO2之外,正活性材料层可以由各种其他材料 制成或包括各种其他材料。例如,正活性材料可以具有复合材料,该复合 材料包括2004年10月29日提交的题为“Lithium-Ion Battery”的美国专利 申请No.10/979,041中所述的各种材料组合中的任一种,在此通过引用将 其全部公开内容引入。
根据示范性实施例,活性材料层114的厚度在大约0.1μm和3mm之 间。根据另一示范性实施例,活性材料层114的厚度在大约25μm和300 μm之间。根据特定示范性实施例,活性材料层114的厚度大约为75μm。
负电极120包括的作为其一部分的负集电器122由诸如金属等导电材 料制成。根据示范性实施例,集电器122为铜或铜合金。根据另一示范性 实施例,集电器122为钛或钛合金。根据另一示范性实施例,集电器122 为镍或镍合金。还要指出的是,尽管将负集电器122图示和描述为薄的箔 材料,但根据各示范性实施例负集电器可以具有多种其他构造中的任一种。 例如,负集电器可以是栅格,例如网状栅格、伸展金属栅格、光化学蚀刻 栅格等。
根据示范性实施例,集电器122的厚度在大约100nm和100μm之间。 根据另一示范性实施例,集电器122的厚度在大约5μm和25μm之间。 根据特定示范性实施例,集电器122的厚度大约为10μm。
负集电器122上设置有活性材料层124。尽管图2示出了仅在集电器 122的一侧上设置层124,应当理解,可以在集电器122的两侧上都设置或 涂布与所示层类似或相同的活性材料层。
根据示范性实施例,层124包括碳质材料,例如石油焦炭、碳纤维、 硬碳、石墨(例如天然石墨、人造石墨、铃薯碳(potato carbon)等)、 粉末石墨化沥青(中间相碳微珠(MCMB))或其组合。根据示范性实施例, 负集电器上设置的活性材料层包括重量百分比在大约70和95之间的 MCMB和重量百分比在5和30之间的焦炭。根据特定示范性实施例,负集 电器上设置的活性材料层包括大约80重量%的MCMIB和20重量%的焦炭。 根据其他示范性实施例,MCMB/焦炭层中焦炭的百分比可以在大约10和 30之间的重量百分比的范围内。当焦炭的百分比大大超出该范围的上限时, 该电池可能会表现出诸如容量减小和不可逆容量增大等不利效果,在大大 低于该范围的下限的平上,与使用焦炭相关的益处可能会消失。
还可以与活性材料层124一起使用粘合材料,以便将有源层中使用的 材料保持在一起。例如,根据示范性实施例,活性材料层可以包括诸如炭 黑等的导电添加剂和诸如聚偏氟乙烯(PVDF)或弹性聚合物等的粘合剂
根据各种示范性实施例,活性材料124的厚度在大约0.1μm和3mm 之间。根据其他示范性实施例,活性材料124的厚度在大约25μm和300 μm之间。根据另一示范性实施例,活性材料124的厚度可以在大约20μ m和90μm之间,根据特定示范性实施例,可以是大约75μm。
在正负电极中间或之间设置电解质130,以提供锂离子可以穿过的介 质。根据示范性实施例,电解质为液体且包括(例如)溶解在一种或多种 非水溶剂中的锂盐。
根据另一示范性实施例,电解质可以是溶解在诸如聚环氧乙烷或 等的聚合物材料中的锂盐。根据另一示范性实施例,电解质可以是离子性 液体,例如N-甲基-N-烷基吡咯烷双(三氟甲基磺酰)亚基盐。根据另一 示范性实施例,电解质可以是固态电解质,例如锂离子导电玻璃,如氮氧 化锂磷(LiPON)。
可以根据其他示范性实施例使用各种其他电解质。例如,根据一示范 性实施例,电解质可以是1.0M的LiPF6盐中的碳酸乙二酯和碳酸二乙酯的 混合物。根据另一示范性实施例,电解质可以包括聚碳酸丙二酯溶剂和双 草酸硼酸锂盐(有时称为LiBOB)。根据其他示范性实施例,电解质可以包 括以下材料的一种或多种:PVDF共聚物、PVDF-聚酰亚胺材料和有机硅聚 合物、热聚合凝胶、辐射固化丙烯酸盐、聚合物凝胶的颗粒、无机凝胶聚 合物电解质、无机凝胶-聚合物电解质、PVDF凝胶、聚环氧乙烷(PEO)、 玻璃陶瓷电解质、磷酸盐玻璃、锂导电玻璃、锂导电陶瓷和无机离子性液 体或凝胶等。
根据示范性实施例,电解质包括有机碳酸盐与作为锂盐的1摩尔LiPF6 的混合物。根据特定示范性实施例,电解质包括若干有机碳酸盐,例如碳 酸丙二酯、碳酸乙二酯、碳酸二乙酯和LiPF6。
电解质130包括两种或更多种添加剂,用于减少电池100发生容量衰 减的可能性。已经报导过这些材料有助于防止在用于负电极的碳质材料表 面上形成LiF。不希望形成LiF,因为人们认为这种材料致使容量衰减并且 不是形成在负电极上的稳定的离子导电层(可以将其称为固体电解质界面 (SEI)层)的有利成分。根据示范性实施例,电解质130包括硼酸盐或硼 烷化合物第一添加剂,其充当着阴离子接收器。硼酸盐或硼烷化合物可以 包括含硼氧酯(boroxine)环的化合物(例如三甲氧基硼氧酯(TMOBX) 或其衍生物或三甲基硼氧环烷(trimethyl boroxine))、包括具有聚烷撑氧链 的硼氧酯环的化合物以及具有苯基环被取代或未被取代的硼氧酯环的化合 物。根据特定示范性实施例,第一添加剂为TMOBX。
根据示范性实施例,电解质130包括为烯烃的第二添加剂,其能够在 负电极表面上发生反应(例如聚合)以形成SEI层。特别有吸引力的这样 一种添加剂结合了较易于在碳表面上聚合的不饱和键。可以用于第二添加 剂的烯烃包括碳酸亚乙烯酯及其衍生物、碳酸亚丙烯酯、亚乙基乙基碳酸 酯、异亚丙基乙基碳酸酯、乙酸亚乙烯酯、亚乙烯基碳酸乙酯和肉桂酸乙 酯。根据特定示范性实施例,第二添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)或一种或 多种其衍生物。
本发明的发明人通过试验发现利用添加剂的组合可以获得出人意料的 协同效应。例如,以前在锂离子电池中使用过的诸如VC和TMOBX等添 加剂,因为认为这些添加剂可以有助于制造更加稳定的SEI层。不过,过 去在使用诸如VC或TMOBX的添加剂时,是将其作为电解质中唯一的添 加剂使用的(例如,只将VC加入电池中的电解质)。如下文提供的范例1 和2中所示,通过试验,本发明的发明人判定在利用添加剂的组合时可以 实现改善的容量衰减性能。亦即,与采用多种添加剂的电池中可以实现的 容量衰减相比,仅采用一种添加剂的电池中的容量衰减会更大。这种结果 的一种可能的解释(尚未经过试验验证)是,不同的添加剂可以以不同的 方式起作用以产生更稳定的SEI层,使得使用多种添加剂可以提供每种单 一添加剂的不同益处。
根据一个示范性实施例,电解质包括大约0.1%和3.0%之间的TMOBX 和大约0.1%和10.0%之间的VC。根据一个示范性实施例,电解质包括大约 0.3%和1.0%之间的TMOBX和大约0.1%和10.0%之间的VC。根据特定示 范性实施例,电解质包括大约0.3重量%的TMOBX和大约2.4%的VC。
根据示范性实施例,具有含碳负电极(其中活性材料包括MCMB和焦 炭的混合物)的锂电池包括具有TMOBX和VC添加剂的电解质。根据另 一示范性实施例,具有含碳负电极(其中活性材料包括碳纤维)的锂电池 包括具有TMOBX和VC添加剂的电解质。在这种锂电池的电解质中同时 使用TMOBX和VC添加剂旨在获得电池寿命性能更好的电池,其表现出 显著的容量衰减的趋势减弱。
在使用含碳负电极的锂离子电池的电解质中提供诸如VC和TMOBX 等添加剂的一个有利特征是这种电池可以具有功能性和可靠性得到改善的 更长寿命。这种电池的电压/容量曲线与未使用这些添加剂的电池相比,在 电池寿命将要结束时可以表现出更斜度更大的形状,这可以允许更为准确 的选择替换指示器(ERI)预测。这种添加剂还可以用于促进“均匀化”反 应,通过这种反应锂在负电极中分布得更加均匀。
范例1
制备标称容量大约为0.3安时(Ah)的锂离子电池,其具有LiCoO2正 电极、含碳负电极和电解质,电解质包括有机碳酸盐与1摩尔作为锂盐的 LiPF6的混合物。电池被构造成气密密封在具有玻璃穿通体的不锈钢外壳中 的螺旋缠绕的棱柱形电池。电池的额定容量大约为0.3安培-小时。除了下 述不同之外,以相同的方式构造所有电池。
通过将三种碳类型结合在负电极中来制造十二种锂离子电池,每种锂 离子电池具有四种电解质配方。所述碳类型为:
(1)MCMB;(2)MCMB/焦炭混合物(80/20%比例的MCMB和石油焦炭); 以及(3)碳纤维。将所有电极涂布成大约11g/cm2的沉积密度并具有大约1.2 和1.4g/cm3之间的压缩密度。这些材料的供应商和物理特性信息在以下表1 中提供。
                                    表1
  碳类型   描述   供应商   振实密   度   (g/cm3)  中值粒径V50  (激光衍射,μm)   表面积   (BET,   m2/g)   MCMB   粉末石墨化沥青   Osaka   Gas   1.2-1.3  27   0.45   COKE   Thermocarb XP3   Needle COKE   Conoco   0.6-0.7  11.4   5.71   碳纤维   Trabonic 320   Conoco   1.2-1.3  13.4   0.71
所有电解质都具有相同的有机碳酸盐的主要组合,包括PC、EC、DEC 和LiPF6,不同之处仅在于所用的抗衰减添加剂类型。因此电解质类型为: (1)无(无添加剂);(2)0.3wt%的TMOBX;(3)2.4wt%的VC;以及(4) TMOBX和VC混合物(分别为0.3wt%和2.4wt%)。在其中添加了VC的 电解质中,在电解质供应厂商(EM Industries)那里添加VC,以免出现与 未稀释VC相关的稳定性问题。
加速进程对电池进行循环测试,该加速进程由如下部分构成:以 150mA(“C/2”速率)充电至4.1V(在4.1V保持30分钟);以及以75mA (“C/4”速率)放电至2.75V。在第一次循环以及每个第100次循环中,对 电池进行更低速率的“特征循环”。这些特征循环由以14.5mA充电和以 14.5mA放电到相同的电压极限构成。
容量衰减(fQ)为加速循环期间容量损失的百分比,在1000次循环之 后利用下式确定:
fQ=(1-(Q1001/Q2)*100%
其中Q为放电容量,数字下标表示循环次数。表3中示出了数据,容 量衰减结果的图形表示在图3-5中示出。图3为条形图,示出了负电极包括 MCMB并采用了多种电解质添加剂的锂电池的容量衰减情况。图4为条形 图,示出了负电极包括MCMB和焦炭并采用了多种电解质添加剂的锂电池 的容量衰减情况。图5为条形图,示出了负电极包括碳纤维并采用了多种 电解质添加剂的锂电池的容量衰减情况。
                    表3

注意,对于所有的碳类型(MCMB、MCMB/焦炭、碳纤维)而言,与 单独使用TMOBX或VC相比,通过使用VC/TMOBX组合实现了容量衰减 的减小(即,尽管仅使用VC,仅使用TMOBX和使用VC/TMOBX组合与 不使用添加剂的电池相比都产生了很大的容量衰减减小,但V/TMOBX添 加剂组合产生了最大的容量衰减减小)。如表3和图3-5中所示的结果所说 明的那样(其中在电池中使用了涂布有MCMB的负电极),与单独使用 TMOBX或VC相比,VC和TMOBX的混合物产生了较小的对容量衰减的 减小。不过,对于MCMB/焦炭混合电极电池和碳纤维电池,与单独使用 VC或TMOBX相比,VC和TMOBX混合物的协同效应在整个测试期间产 生了电池容量衰减的较明显的减小。
根据示范性实施例,如以上所述的锂离子电池可以用于任何电池供电 的装置,包括但不限于医疗装置,例如可以植入人体内的医疗装置(称为 “可植入医疗装置”或“IMD”)。
图6示出了植入患者230体内或躯干232内的系统200(例如可植入医 疗装置)的示意图。系统200包括可植入医疗装置形式的装置210,为了举 例说明将装置210示为除颤器,该除颤器用于为患者230提供治疗用高压 (例如700伏)处理。
根据示范性实施例,装置210包括容器或外壳214,其是气密密封的且 在生物学上是惰性的。容器可以由导电材料制成。一根或多根引线216经 由静脉222将装置210电连接到患者的心脏220。设置电极217以感测心搏 和/或向心脏220提供电位。可以将引线216的至少一部分(例如,被示为 暴露电极217的引线的端部)设置为与心脏220的心室和心房中的一个或 多个接近或接触
装置210包括设置在其中的电池240以为装置210供电。根据另一示 范性实施例,电池240可以设置在装置之外或患者230体外(例如,允许 拆除和替换电池和/或对电池充电)。电池240的大小、位置和容量可以基于 若干因素加以选择,包括患者的给定的物理或医学特征所需的电量、装置 的尺寸或构造以及各种其他因素中的任何一种。根据示范性实施例,该电 池为5mAh的电池。根据另一示范性实施例,该电池为300mAh的电池。 根据各种其他示范性实施例,该电池可以具有大约10和1000mAh之间的 容量。根据其他示范性实施例,可以提供超过一个电池以为装置210供电。 在这样的示范性实施例中,电池可以具有相同的容量,或者电池中的一个 或多个可以具有比其他电池更高或更低的容量。
根据图7中所示的另一示范性实施例,可植入神经激励装置300(可植 入神经激励器或INS)可以包括电池302,例如以上结合各示范性实施例所 述的那些电池。在可从Medtronic,Inc.获得的题为“Implantable Neurostimulation Systems”的小册子中图示和描述了一些神经激励产品和相 关元件的范例。
INS产生一种或多种用于影响人的神经系统或器官的电刺激信号。引线 的远端上携带的电触点置于诸如脊柱或脑部的期望激励点,而引线的近端 连接到INS。然后以手术方式将INS植入人体内,例如植入腹部的皮下袋 (subcutaneous pocket)、胸肌区或臀部上区中。临床医师使用编程器为INS 编入治疗程序。治疗程序对用于特定患者疗法的激励信号的参数进行配置。 可以用INS治疗诸如疼痛、失禁、运动障碍等疾病,运动障碍例如为癫痫帕金森病和睡眠窒息。看起来有望使用额外的治疗来治疗各种生理、心理 和有关情绪的疾病。在植入INS以进行治疗之前,通常将外部筛选器连接 到患者以评估所提出的疗法的疗效,该外部筛选器重复INS功能的一些或 全部。
INS 300包括引线加长线322和激励引线324。激励引线324为一根或 多根绝缘电导体,其近端上具有连接器332,远端上具有电触点(未示出)。 一些激励引线被设计成经由皮肤插入患者体内的,例如可从美国明尼苏达 州明尼阿波利斯的Medtronic,Inc.获得的Model 3487A Pisces-Quad引线, 一些激励引线被设计成以手术方式植入的,例如也可从Medtronic获得的 Model 3998 Specify引线。
虽然可以直接将引线连接器332连接到INS 300(例如在点336处), 通常将引线连接器332连接到引线加长线322。然后将引线加长线322(例 如可从Medtronic获得的Model 7495)连接到INS 300。
植入INS 320通常是在患者处于局部麻醉状态下时以植入至少一个激 励引线324开始的。可以经由皮肤或经由手术植入激励引线324。一旦植入 并定位激励引线324,通常将激励引线324的远端固定到一定位置,以使植 入之后激励引线324的移动最小化。可以将激励引线324的近端配置成连 接到引线加长线322。
为INS 300编入治疗程序,并且经常修正治疗程序以优化对患者的治疗 (即,可以为INS编入多个程序或治疗程序,从而在特定情况下可以采用 合适的疗法)。在电池302需要再充电时,可以用外部引线(未示出)将电 池电耦合到充电装置或设备。
还可以提供医生编程器和患者编程器(未示出),以允许医生或患者控 制各种治疗的实施。医生编程器又名控制台编程器,利用遥测技术与植入 的INS 300通信,使临床医师能够编程和管理INS 300中存储的患者治疗程 序,为患者的INS 300系统进行故障检修和/或采集数据。医生编程器的范 例为可从Medtronic获得的Model 7432 Console Programmer。患者编程器也 使用遥测技术来与INS 300通信,使患者能够管理临床医师定义的她的治疗 程序的一些方面。患者编程器的范例为可从Medtronic获得的Model 7434 Itrel3EZ患者编程器。
尽管本文所述的医疗装置(例如系统200和300)被示为和描述为除颤 器和神经激励装置,应当认识到,根据其他示范性实施例,可以使用其他 种类的可植入医疗装置,例如心脏起搏器、心率转变器、心肌收缩调节器、 药物施予装置、诊断记录器、人工蜗(cochlear implant)等,用于缓解各 种健康疾病的不良影响。根据其他的示范性实施例,不可植入医疗装置或 其他种类的装置可以使用如本公开所示和所述的电池。
预期本文所述的医疗装置可以在将医疗装置植入患者体内时被充电或 再充电。亦即,根据示范性实施例,为了对医疗装置充电或再充电,无需 从患者断开或拆除医疗装置。例如,可以使用经由皮肤的能量传输(TET), 其中使用磁感应从体外向植入的电池提供能量,无需直接接触所植入的电 池,且无需植入物的任何部分从患者的皮肤伸出。根据另一示范性实施例, 可以在患者体外提供可电耦合到充电装置的连接器,以便为电池充电或再 充电。根据其他示范性实施例,可以提供为了对电池进行充电或再充电而 需要从患者体内拆除或分离的医疗装置。
要指出的很重要的一点是,结合各示范性实施例所示出和所描述的锂 离子电池的构造和布置仅仅是例示性的。虽然在本公开中仅详细描述了本 发明的几个实施例,阅读了本公开的本领域技术人员将容易认识到,在不 实质脱离权利要求所描述的新颖的教导和主题的优点的情况下可能有很多 修改(例如,各种元件的尺寸、大小、结构、形状和比例的变化,参数值, 安装布置,材料、颜色、取向的使用等)。因此,所有这样的修改都意在包 括在所附权利要求所限定的本发明的范围内。可以在优选的和其他示范性 实施例的设计、工作条件和布置中做出其他替换、修改、改变和省略,而 不脱离由所附权利要求所表达的本发明的范围。

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