CN103959515A - 具有相邻阴极的电化学电池单元 - Google Patents

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Abstract

本公开包括电化学电池单元，该电池单元包括以堆叠设置彼此相邻从而在电化学电池单元中形成阴极叠层的第一阴极和第二阴极。第一阴极包括第一电流集电器和覆盖该第一电流集电器的第一阴极形式的活性材料，且第二阴极包括第二电流集电器和覆盖该第二电流集电器的第二阴极形式的活性材料。第二电流集电器与第一电流集电器电接触。电化学电池单元还包括与该阴极叠层相邻的阳极、以及位于阴极叠层和阳极之间的分离件。

Description

具有相邻阴极的电化学电池单元
技术领域
本发明一般地涉及电化学电池，且更特定地但非限制性地，涉及可植入医疗设备(IMD)的电池。
背景
可植入医疗设备(IMD)可执行各种功能，包括患者监测和治疗传递。一般而言，期望将MID设计为尽可能小，例如，在体积、覆盖面积、和/或厚度方面尽可能小，同时仍有效地执行其所意在的功能。例如，减少IMD的大小可增加其中IMD可被实际植入的可能位置的数量。此外，较小的IMD可限制手术的广泛性(extensiveness)、减少植入物感染或排斥的可能、并改进舒适度，且在一些情况下改进植入后患者的外观。换言之，相比较大的IMD，较小的IMD在临床上更被接受。
IMD的示例包括可植入刺激器、可植入脉冲发生器(IPG)、和可植入复律器-除颤器(ICD)。IPG和ICD包括容纳于气密密封容器内的控制模块、电容器、和电池等。IMD电池可包括外壳、衬垫、电极组件、电解质、和延伸通过该外壳用作电池端子的至少一个馈通件。衬垫将电极组件与外壳绝缘。电极组件包括电极、阳极、和阴极，阳极和阴极之间具有分离件。
概述
本公开包括诸如IMD内的电池之类的电化学电池单元。该电池可包括堆叠在彼此顶部的多个阴极。提供多个阴极板增加了集电器的界面面积。这可减少阴极电阻。此外，提供多个阴极板还可减少电池放电期间阴极的面内扩展。最后，提供多个阴极板允许在电池厚度方向更大的形状灵活度，因为多个阴极板可具有不同轮廓(profile)。
在一个示例中，本公开包括电化学电池单元，该电池单元包括第一阴极和第二阴极。该第一和第二阴极以堆叠设置彼此相邻从而形成电化学电池单元中的阴极叠层。第一阴极包括第一电流集电器和覆盖该第一电流集电器的第一阴极形式的活性材料，且第二阴极包括第二电流集电器和覆盖该第二电流集电器的第二阴极形式的活性材料。第二电流集电器与第一电流集电器电接触。电化学电池单元还包括与该阴极叠层相邻的阳极、以及在阴极叠层和阳极之间的分离件。
在另一个示例中，本公开包括电池，该电池包括第一阴极。该第一阴极包括第一电流集电器和覆盖该第一电流集电器的第一阴极形式的活性材料。该电池还包括第二阴极。该第二阴极包括第二电流集电器和覆盖该第二电流集电器的第二阴极形式的活性材料。第二电流集电器与第一电流集电器电接触。该第一和第二阴极以堆叠设置彼此相邻从而形成电池中的阴极叠层。该电池还包括与该阴极叠层相邻的阳极、位于该阴极叠层和阳极之间的分离件、电解质、和容纳阴极叠层、阳极、分离件、和电解质的电池外壳。
在另一个示例中，本公开包括制造方法，包括将第一阴极和第二阴极以堆叠设置彼此相邻地放置来形成阴极叠层。该第一阴极包括第一电流集电器和覆盖该第一电流集电器的第一阴极形式的活性材料。该第二阴极包括第二电流集电器和覆盖该第二电流集电器的第二阴极形式的活性材料。该方法还包括将阳极放置在与阴极叠层相邻处，且有分离件定位在阴极叠层和阳极之间，以及将第一电流集电器和第二电流集电器电连接。
在附图和以下描述中阐明了本公开的一个或多个示例的细节。从说明书和附图以及权利要求书中可显示出其它特征、目标和优点。
附图简述
图1是示意图，示出带有电池的起搏器/复律器/除颤器(PCD)，所述电池包括具有相邻阴极的电化学电池单元。
图2是带有电池的可植入医疗设备(IMD)的剖视透视图，所述电池包括具有相邻阴极的电化学电池单元。
图3A-3B示出包括具有相邻阴极的电化学电池单元的电池的一个示例。
图4-9示出具有相邻阴极的电化学电池单元的示例。
图10A-10B示出包括具有相邻阴极的电化学电池单元的示例电池，其中相邻阴极具有不同长度以使电池具有可变厚度。
图11是示出用于制造包括具有相邻阴极的电化学电池单元的电池的技术的流程图。
图12和13示出具有相邻阴极的电化学电池单元的更多示例。
图14和15示出具有相邻阴极的电化学电池单元的另一个示例。
图16和17示出具有相邻阴极的电化学电池单元的另一个示例。
具体实施方式
可植入医疗设备(IMD)被用于将治疗传递至经受各种病况的患者。IMD的示例包括可植入起搏器和可植入心律转变除颤器(ICD)，这些是监测心脏电活动并按需将电刺激提供至一个或多个心脏腔室的电子医疗设备。例如，起搏器感测心律不齐，即心律的紊乱，并以受控速率将合适的电刺激脉冲提供至心脏的所选腔室来修正该心律不齐并恢复合适的心律。可由起搏器检测并修正的心律不齐的类型包括通常为较慢心率的心搏徐缓、和通常为较快心率的特定心动过速。
ICD还检测心律不齐并向心脏的所选腔室提供合适的电刺激脉冲来修正异常心率或心律。然而，与起搏器相反，ICD可递送比典型起搏脉冲强得多的复律和高能除颤脉冲。这是因为ICD一般被设计为修正纤颤和心动过速发作。为了修正这样的心律不齐，ICD传递较低、中等、或高能治疗。
可将起搏器和ICD设计为具有人类工程学形状，该形状与患者的植入位置相对兼容并易于最小化患者不适。例如，设备的角落和边缘可具有相对充裕(generous)的半径从而提供具有平滑轮廓的外部表面的设备。
通过传递来自电源(电池)的电流来对电容器充电从而储能，生成由ICD传递的治疗的电能。在处理元件的控制下，该电容器能被快速放电，从而传递一个或多个合适波形，该波形经由部署为与患者心脏通信的电极来传递能量。为了在检测到心室纤颤后及时向患者提供治疗，例如，必需尽快对电容器以要求量的能量来充电。因此，ICD内的电池必须具有高速率能力来提供必需电流以对电容器充电。此外，由于ICD被植入在患者内，电池必须能在尺寸和形状上适应物理限制。
还期望最小化由该设备所占据的体积。期望能改进包括ICD在内的IMD的电池的性能或电荷密度，原因在于在这样的改进助于减少设备的尺寸或改进设备性能(例如增加电池寿命)。
图1是示意图，示出结合有电池的起搏器/复律器/除颤器(PCD)，该电池具有至少一个电化学电池单元，该电化学电池单元包括相邻阴极。然而，IMD10可采取广泛种类的形式。例如，IMD10可以是可植入心脏去纤颤器(ICD，如本领域已知的)。可选地或附加地，IMD10可以是可植入心脏起搏器。
IMD10包括相关联的电导线14、16、和18，但是可理解，IMD10可包括适于特定应用的任何数量的导线。通过经由多端口连接件块20，导线14、16、和18耦合至IMD10，该连接件块20对于三个导线14、16、和18中的每一个包含分离的端口。导线14耦合至皮下电极30，皮下电极30意在皮下地安装在左胸区域内。可选地或附加地，可采用其中IMD10的外壳可用作电极的活性“罐”配置(active"can"configuration)。导线16是冠状窦导线，采用定位在心脏12的冠状窦和大静脉区内的细长线圈电极。在32处以虚线格式示出该电极的位置，且该电极从冠状窦的开口内的点围绕心脏12延伸至左心耳附近的点。
导线18可被设置为具有细长的电极线圈28，该电极线圈28可定位在心脏12的右心室内。导线18还可包括螺旋刺激电极34，其可采用可被旋入右心室的心肌组织内的可推进的螺旋线圈的形式。导线18还可包括用于近场和远场电描记感测的一个或多个附加电极。
在图示系统中，在螺旋电极34和细长电极线圈28之间传递心脏起搏脉冲。还可采用电极28和34来感测表示心室收缩的电信号。如所示，预期右心室电极28将用作顺序和同时脉冲多电极去纤颤疗法期间的公用电极。例如，在同时脉冲去纤颤疗法期间，将在电极28和电极30之间、且在电极28和电极32之间同时传递脉冲。在顺序脉冲去纤颤期间，据构想，将在皮下电极30和电极28之间、且在冠状窦电极32和右心室电极28之间顺序地传递脉冲。还可一般在电极28和冠状窦电极32之间设置单脉冲、双电极去纤颤脉冲疗法。可选地，可在电极28和30之间传递单个脉冲。电极到IMD10的具体互连将略取决于哪种特定单个电极对去纤颤脉冲疗法被认为更有可能被采用。
如上文所述，IMD10可采取现有技术已知的各种形式。IMD100的各组件的一个示例图示于图2中。
更特定地，图2示出IMD100，作为示例，IMD100可以是可植入脉冲发生器(IPG，如起搏器)，或可植入心律转变-除颤器(ICD)。IMD100包括外壳102、控制模块104、电池106、和电容器(多个)108。控制模块104控制一个或多个感测和/或治疗传递，诸如IMD100的刺激治疗功能，所述功能可经由导线109执行。电池106对电容器(多个)108充电并对控制模块104供电。电池106包括具有相邻阴极的电化学电池单元。
图3A-3B示出电池200。更特定地，图3A示出电池200的组件的分解图，而图3B示出在完全组装的配置内的电池200的组件。作为一个示例，可将电池200用作IMD100内的电池106(图2)，但是还可在其他应用(诸如其他IMD或使用电池的其他设备)中使用电池200。此外，还可将包括此处公开的任何电化学电池单元(包括相对于图4-9、12、和13所公开的任何电化学电池单元)的电池用作IMD100内的电池106(图2)。
电池200包括电化学电池单元，该单元包括两个阳极320A、320B(统称为“阳极320”)和两个阴极220A、220B(统称为“阴极220”)。电池200还包括分两部分(two-part)的外壳，包括杯部(cup)210A和盖部(cover)210B(统称外壳“210”)。馈通件212包括馈通引脚214，其穿过外壳210并连接至阴极220来提供电池200的正端子。
阴极220各自包括电流集电器222和覆盖该电流集电器222的阴极形式224的活性材料。作为一个示例，电流集电器222可以是由铝、不锈钢、镍、钛、铜、前述材料的合金、或其他合适导电材料形成的金属丝网。导电突出部(tab)223直接连接至电流集电器222并提供到电流集电器222的电连接路径。在一些示例中，突出部223可以和电流集电器222是单体组件。
阴极形式224的活性材料可包括现有技术中已知的任何阴极材料。在不同示例中，阴极形式224的活性材料可包括金属氧化物(如，氧化钒、银钒氧化物(SVO)、二氧化锰等)、氟化碳(CFx)、及其混合物(如，CFx+MnO2)、组合银钒氧化物(CSVO)、锂离子、其他可充电化学物质、或其他合适化合物、或前述材料的任意组合。阴极形式224还可包括粘合剂和其他惰性成分。例如，可通过创建活性材料粉末、粘合剂粉末、溶剂的混合物，并将这些混合物压制在电流集电器224上或以其他方式以该混合物涂覆电流集电器224，来创建阴极220。还可使用本领域已知的其他技术来形成阴极220。
阳极320各自包括电流集电器322和部署于电流集电器322上的活动阳极材料的形式324。作为一个示例，电流集电器322可以是铝、不锈钢、镍、钛、铜、前述材料的合金、或其他合适导电材料的金属板或箔。导电突出部323直接连接至电流集电器322并提供到电流集电器322的电连接路径。在一些示例中，突出部323可以和电流集电器322是单体组件。阳极形式324的活性材料可包括现有技术中已知的任何阳极材料。在一个示例中，阳极形式324的活性材料可包括石墨、钛酸锂、锂、锂合金、其他活性材料、或其组合。阳极形式324还可包括粘合剂和其他惰性成分。例如，可通过创建活性材料粉末、粘合剂粉末、溶剂的混合物，并将这些混合物压制在电流集电器322上或以其他方式涂覆电流集电器322，来创建阳极320。还可使用本领域已知的其他技术来形成阳极320。
阴极220A、220B以堆叠设置彼此相邻地放置从而形成电池200的电化学电池单元中的阴极叠层。阳极320被放置在该阴极叠层的两个相对侧上。相比其中没有包括多个阴极的电池或其中阴极没有定位为彼此相邻的电池，以堆叠设置将阴极220A、220B定位在电池200内可提供一个或更多个优势。作为一个示例，将阳极放置在阴极叠层的两侧增加了电池的阳极-阴极界面的面积，藉此降低了电池的电阻。
作为另一个示例，在诸如电池200的电池的放电期间，阴极可能在与阴极厚度方向大致垂直的方向膨胀。为了参考，阴极220B的厚度在图3A中用参考标号227表示。膨胀量取决于阴极厚度，如，阴极220B的厚度227。例如，膨胀可约等于阴极的厚度。通过在阴极叠层中包括多个阴极，如利用电池200中的阴极220A、220B替代单个、较厚的阴极，由于该阴极叠层中的每一个阴极都比具有与该阴极叠层将具有的总电荷容量相同的总电荷容量的单个较厚阴极要薄，在电池的放电期间，该阴极叠层可期待比该单个较厚阴极膨胀得要少。由于电池外壳设计(诸如电池外壳200)应该考虑放电期间的阴极膨胀，通过具有阴极叠层以取代单个阴极来限制电池内阴极的膨胀，相比其内具有单个阴极的电池，可允许阴极叠层更充分地填充电池外壳的内部空间。这可增加电池的电荷密度。
在另一个示例中，在阴极叠层中具有多个阴极以取代单个阴极可减少电池制造期间用电解质来填充外壳210的所需时间。例如，在组装电极叠层后、但在密封外壳210前，外壳210可包括用于抽取电解质(诸如包括锂盐溶液的电解质)的一个或多个填料端口(未示出)。由于阴极叠层内的多个阴极比具有相同电荷容量的单个阴极具有更大表面积，相比渗透具有与阴极叠层相同的电荷容量的单个更厚阴极，电解质可更快地渗透阴极叠层中的阴极。例如，在电池组装期间，如果具有与电池200的阴极叠层相同的电荷容量的单个较厚阴极的电池花费两分钟来用电解质填充，则电池200花费一分钟或更少时间来用电解质填充。还因为阴极叠层内的多个阴极相比具有相同电荷容量的单个较厚阴极而言具有更大表面积，该电解质可更完全地渗透阴极叠层的阴极。
在电池200中，阴极220A、220B实质上(substantially)类似。例如，阴极220A的活性材料实质上类似于阴极220B的活性材料。此外，阴极220A具有与阴极220B实质上类似的形状和轮廓。此外，阴极220A、220B可被考虑为在电池200内可互换。然而，在阴极叠层中具有多个阴极的电池的其他示例中，阴极叠层的阴极可不同于彼此。例如，阴极叠层中的一个或多个阴极可助于更高的功率输出，而阴极叠层中的一个或多个其他阴极可提供更高的能量密度。作为另一个示例，阴极可具有不同形状以助于形成不规则形状的电池。这可允许在包括该电池的电子设备内各组件的更有效的包装。相对于其中一般期望将IMD设计为尽可能小(如，在体积、覆盖面积、和/或厚度方面)的IMD而言，这一点特别地有利。
电池200还包括放置在阴极220和阳极320之间的分离件290。分离件290是可渗透薄膜，用于将阴极220和阳极320物理地间隔开从而防止电短路。作为一个示例，分离件290可以是聚合物分离件。在电池200的示例中，阴极220可由分离件层(多个)290所覆盖，这可简化电池200的构造和组装工艺。在其他示例中，分离件层290可仅被放置在相邻的阴极和阳极之间。
馈通件212包括延伸通过外壳210的馈通引脚214、以及将馈通引脚214与外壳210分离的绝缘件(未示出)。馈通引脚214经由导电突出部223直接连接至阴极220的电流集电器222。例如，导电突出部223可包括孔来接收馈通引脚214，且馈通引脚214可被焊接至导电突出部223。以此方式，馈通引脚214用作电池200的正端子。
在另一个示例中，阴极叠层可包括被折叠为紧凑配置的公用电流集电器元件，当该公用电流集电器元件展开时，该公用电流集电器元件具有中间部分和从该中间部分向外延伸的多个突出部部分，该突出部各自具有基本平坦的平板部分。电流集电器222被包括在公用电流集电器元件的突出部内，以使该公用电流集电器元件在各阴极220之间提供直接电连接。公用电流集电器元件的中间部分在紧凑配置中被折叠以使平板部分放置为在堆叠设置中大体上彼此交迭，且突出部部分在紧凑配置中被折叠以使堆叠的平板部分在阴极叠层中的阴极220的堆叠设置中彼此间隔开。例如，在授权给Viavattine的名为“FOLDEDPLATE ELECTRODE ASSEMBLIES FOR BATTERY CATHODES(电池阴极的折叠的平板电极组件)”的美国专利No.7,035,078中公开了涉及可折叠的公用电流集电器元件的技术，该专利的全部内容通过引用加入本文中。
阳极320经由阳极集电器322和/或导电突出部323，直接连接至外壳210。以此方式，电池210表示其中外壳210用作电池200的负端子的外壳-负配置。在其他示例中，包括根据此处公开的技术的电化学电池单元的电池可被设置为外壳-正配置或外壳-中性配置。在外壳中性的示例中，该电池将包括分开的正和负电池端子，且可包括例如两个馈通件，一个用作电池的正端子且另一个用作电池的负端子。在这些示例中的任意一项示例中，电池可包括位于电极叠层和电池外壳内部之间的衬垫(未示出)来使得阳极和阴极彼此绝缘且阳极和阴极与电池外壳绝缘。
电池200包括具有相邻阴极的电化学电池单元的一个示例，但是存在包括根据此处公开的相邻阴极的很多其他电化学电池单元配置。图4-9示出具有相邻阴极的电化学电池单元的一些示例。
图4示出电化学电池单元400。电化学电池单元400与电池200的电化学电池单元相同。电化学电池单元400包括阴极220A、220B，其以堆叠设置彼此相邻地放置从而形成阴极叠层。阳极320被放置在该阴极叠层的两个相对侧上。分离件290放置在阴极220上，以使分离件290不仅放置在阴极220和阳极320之间，还位于阴极220A、220B本身之间。如上所述，分离件290和阴极220的设置可简化包括电化学电池单元400的电池的组装。例如，分离件290可不需要分离地堆叠在电池内，且阴极220A、220B可互换。
在其他示例中，电化学电池单元可包括仅位于阴极叠层和相邻阳极之间的分离件。在图5中将一个这样的示例图示为电化学电池单元450。电化学电池单元450包括阴极220A、220B，其以堆叠设置彼此相邻地放置从而形成阴极叠层。阳极320被放置在该阴极叠层的两个相对侧上。分离件292仅被放置在阴极220和阳极320之间，但并不位于阴极220A、220B本身之间。与电化学电池单元400相比，电化学电池单元450包括两层或更少的分离件，这在不减少电化学电池单元450的电荷容量的情况减少了电化学电池单元450的厚度。由于该理由，相比电化学电池单元400的配置，可期待电化学电池单元450的配置提供更高的电荷密度。
图6示出电化学电池单元500，其表示具有相邻阴极的电化学电池单元的另一个示例。电化学电池单元500包括阴极220A、220B，其以堆叠设置彼此相邻地放置从而形成第一阴极叠层。电化学电池单元500还包括阴极220C、220D，其以堆叠设置彼此相邻地放置从而形成第二阴极叠层。阳极330被放置在第一和第二阴极叠层之间，而阳极320A、320B被分别放置在相邻于第一阴极叠层和第二阴极叠层、且和阳极330相对处。分离件290放置在阴极220上，以使分离件290不仅放置在阴极220和阳极320、330之间，还位于阴极220A、220B之间和220C、220D之间。如上所述，分离件290和阴极220的设置可简化包括电化学电池单元500的电池的组装。例如，分离件290可不需要分离地堆叠在电池内，且阴极220A、220B、220C、220D可互换。
图7示出电化学电池单元550，其表示具有相邻阴极的电化学电池单元的另一个示例。电化学电池单元550包括阴极220A、220B、220C，其以堆叠设置彼此相邻地放置从而形成阴极叠层。阳极320被放置在该阴极叠层的两个相对侧上。分离件290放置在阴极220上，以使分离件290不仅位于阴极220和阳极320之间，还位于阴极220A、220B、220C本身之间。如上所述，这个设置可简化包括电化学电池单元550的电池的组装。例如，分离件290可不需要分离地堆叠在电池内，且阴极220A、220B、220C可互换。
图4-7的电化学电池单元各自包括实质上类似的阴极，即阴极220。然而，在其他示例中，在阴极叠层中包括多个阴极的电化学电池单元中，阴极的多个阴极可并不全都彼此实质上类似。例如，阴极叠层中的一个或多个阴极可助于更高的功率输出，而阴极叠层中的一个或多个其他阴极可提供更高的能量密度。作为另一个示例，阴极可具有不同形状以助于形成不规则形状的电池。这允许在包括该电池的电子设备内各组件的更有效的包装。相对于其中一般期望将IMD设计为尽可能小(如，在体积、覆盖面积、和/或厚度方面)的IMD而言，这一点特别地有利。
图8示出电化学电池单元600，表示其中阴极叠层中的阴极并不彼此实质上类似的一个示例性配置。电化学电池单元600包括阴极220A、220B、240，其以堆叠设置彼此相邻地放置从而形成阴极叠层。阴极220包括与阴极240不同的活性材料。例如，阴极220的活性材料可助于更高的功率输出，而阴极240的活性材料提供更高的能量密度。例如，由于阴极220被放置在电化学电池单元600内的阳极-阴极界面处，相比包括仅多个阴极240的电化学电池单元600，可增加电化学电池单元600的功率。然而，由于相比阴极220的活性材料，阴极240的活性材料提供更高的能量密度，相比包括仅多个阴极220的电化学电池单元600，可增加电化学电池单元600的能量密度。
阳极320被放置在电化学电池单元600的阴极叠层的两个相对侧上。分离件290放置在阴极220、240上，以使分离件290不仅位于阴极220和阳极320之间，还位于阴极220A、220B、240本身之间。如上所述，这个设置可简化包括电化学电池单元600的电池的组装。例如，分离件290可不需要分离地堆叠在电池内。
图9示出电化学电池单元650，其表示其中阴极叠层中的阴极并不彼此实质上类似的另一个配置。电化学电池单元650包括阴极220A、220B、250，其以堆叠设置彼此相邻地放置从而形成阴极叠层。如图9中所示，阴极250比阴极220厚。由于阴极220、250的不同厚度，阴极220可助于更高的功率输出，而阴极250可相比阴极220提供更高的能量密度。例如，在不增加任何附加电流集电器材料的情况下，阴极250相比于阴极220所增加的厚度允许更多的活性材料。以此方式，相比阴极220，阴极250可提供更高的能量密度。然而，相比在仅具有较厚阴极的阴极叠层中，阴极220相比阴极250而言的更大的表面积可允许阴极220来助于更高的功率输出。
阳极320被放置在电化学电池单元650的阴极叠层的两个相对侧上。分离件290放置在阴极220、250上，以使分离件290不仅位于阴极220和阳极320之间，还位于阴极220A、220B、250本身之间。如上所述，这个设置可简化包括电化学电池单元650的电池的组装。例如，分离件290可不需要分离地堆叠在电池内。
尽管图4-9中的电化学电池单元的配置表示具有相邻阴极的电化学电池单元的一些示例，但是这些示例仅是说明性目的且存在多种其他示例。例如，可将用图4-9、12、和13中的电化学电池、以及图10A-10B的电池所展示的技术以任何方式组合，来创建具有相邻阴极的电化学电池单元的不同配置。
图10A-10B示出电池700。更特定地，图10A示出电池700的组件的分解图，而图10B示出在完全组装的配置内的电池700的组件。作为一个示例，可将电池700用作IMD(100)内的电池106，但是还可在其他应用(诸如其他IMD或使用电池的其他设备)中使用电池700。电池700包括电化学电池单元，该单元包括两个阳极320、330和三个阴极220、260、270。电池700还包括分两部分的外壳，该外壳包括杯部211A和盖部211B(统称外壳“211”)。馈通件212包括馈通引脚214，其穿过外壳211并连接至阴极220、260、270来提供电池700的正端子。
电池700实质上类似于电池200(图3A-3B)，不同之处在于电池700包括具有变化的长度的阳极和阴极，以使电池700具有变化的厚度。这可允许在包括该电池700的电子设备内各组件的更有效的包装。例如，电池700可设计为填充IMD外壳内的不规则的可用空间，或IMD外壳可被设计为具有更优选的轮廓，诸如具有更圆滑的隅角部的轮廓。由于电池700实质上类似于电池200，为简洁起见，与已经相对于电池200描述的特征相同或基本类似的电池700的特征，将相对于电池700有限地描述或不详细描述。
阴极220、260、270各自包括电流集电器和覆盖该电流集电器222的阴极形式的活性材料。当沿与阴极叠层的厚度大致垂直的方向测量时，阴极260具有比阴极220短的长度，且阴极270具有比阴极260短的长度。类似地，当沿与阴极叠层的厚度大致垂直的方向测量时，阳极330具有比阳极320短的长度。阳极330的长度对应于阴极270的长度，且阳极320的长度对应于阴极220的长度。阴极220、260、270和阳极320、330的变化的长度允许电池外壳211具有倾斜表面215，而不是具有如电池200的电池外壳210一样的矩形轮廓(图3A-3B)。特定地，沿与阴极叠层的厚度大致垂直的方向测量的电池外壳211的厚度变化以遵循阳极320、330的不同长度以及阴极220、260、270的不同长度。
电池700还包括放置在阴极220、260、270和阳极320、330之间的分离件290。分离件290是可渗透薄膜，用于将阴极220、260、270和阳极320、270物理地间隔开从而防止电短路。作为一个示例，分离件290可以是聚合物分离件。在电池700的示例中，阴极220、260、270可由分离件层290所覆盖，这可简化电池700的构造和组装工艺。在其他示例中，分离件层290可仅被放置在相邻阴极和阳极之间。
馈通件212包括延伸通过外壳211的馈通引脚214、以及将馈通引脚214与外壳211分离的绝缘件(未示出)。馈通件214经由阴极的导电突出部直接连接至阴极220、260、270的电流集电器。例如，导电的突出部可包括孔来容纳馈通引脚214，且馈通引脚214可被焊接至导电突出部223。以此方式，馈通引脚214用作电池700的正端子。电池700还包括位于阴极220、260、270的电流集电器的导电突出部之间的金属间隔件280。金属间隔件280还可包括孔来容纳馈通引脚214。在一个示例中，阴极220、260、270的电流集电器的导电突出部可首先焊接至金属间隔件280，且然后可将整个阴极叠层摆放为使得馈通引脚214延伸通过阴极220、260、270的电流集电器的所有导电突出部，并延伸通过金属间隔件280。然后可使用阴极220的电流集电器的导电突出部的底部侧上的单个焊接点来将整个阴极叠层电连接至馈通引脚214。
阳极320经由阳极集电器322和/或导电突出部323，直接连接至外壳211。以此方式，电池211表示其中外壳211用作电池700的负端子的外壳-负配置。在其他示例中，包括根据此处公开的技术的电化学电池单元的电池可被设置为外壳-正配置或外壳-中性配置。
图11是示出用于制造包括具有相邻阴极的电化学电池单元的电池的技术的流程图。为了清楚起见，可相对于电池200来描述图11的技术(图3A-3B)。
首先，以分开的阴极形式224来制造阴极220A和阴极220B。在一些示例中，将包括活性阴极材料的集电器混合物施加在电流集电器222上来形成阴极220A和阴极220B(701)。每一个电流集电器222可以是独立的组件，或电流集电器可以是上述可折叠公用电流集电器元件的一部分。在一些示例中，电流集电器222可涂覆有活性阴极材料来创建阴极形式224。在其他示例中，可在模具内将活性阴极材料压制到电流集电器222上来创建阴极形式224。还可使用其他技术来将活性材料施加至电流集电器222。然后，阴极220A和阴极220B在堆叠设置中被放置为彼此相邻来形成阴极叠层。如上所述，阴极220各自包括电流集电器222和覆盖该电流集电器222的阴极形式224的活性材料。
接着，将阳极320放置在与包括阴极220的阴极叠层相邻处(702)。分离件290位于阴极叠层和阳极320之间。电极叠层，包括阴极220的阴极叠层和阳极，被放置在电池外壳210内。阳极320A电连接至外壳杯部210A，且阳极320B电连接至外壳盖部210B，以使外壳210用作电池200的中性端子。此外，馈通件212的馈通引脚214经由导电突出部223直接连接至阴极220的电流集电器222。例如，导电的突出部223可包括孔来容纳馈通引脚214，且馈通引脚214可被焊接至导电突出部223。以此方式，馈通引脚214用作电池200的正端子。
一旦电极叠层被放置在外壳杯部210A内，将盖部210B固定至杯部210A并密封。例如，可将外壳盖部210B焊接至外壳杯部210A。然后，经由外壳210上的填料端口来对外壳210填充电解质。在一个示例中，可将真空施加至外壳210上的真空端口，同时用电解质填充外壳210来增加外壳210的填充率。一旦外壳210被填充了电解质，则密封该填料端口和真空端口(如果有的话)。
在电池200、700和电化学电池单元400、450、500、550、600、650的示例中，电极叠层包括位于阴极叠层外的阳极。然而，如图12和13中所示，还可将具有相邻阴极的电化学电池单元配置为使得阴极叠层位于阳极外。
电化学电池单元800包括阴极220A、220B、220C、220D、和阳极330。在图12中所示的电化学电池单元800的示例中，包括阴极220A、220B的第一阴极叠层位于阳极330的一侧上，且包括阴极220C、220D的第二阴极叠层位于阳极330的相对侧上。每一个阴极叠层仅相邻于一个阳极，而阳极330相邻于电化学电池单元800内的阴极叠层且位于两个阴极叠层之间。
电化学电池单元800还包括位于相邻阴极220和阳极330之间的分离层294、296。每一个分离层294、296是可渗透薄膜，用于将阴极220和阳极330物理地间隔开从而防止电短路。在不同示例中，可由不同材料或实质上类似的材料形成分离层294、296。相比具有单-层分离层的电化学电池单元，使用两个分离层294、296，即2-层分离件，允许进一步定制电化学电池单元800，如，来满足期望性能特性。作为一个示例，每一个分离层294、296可以是聚合物分离件。在电化学电池单元800的示例中，由分离层294、296覆盖阳极330。在其他示例中，可仅将分离层294、296放置在相邻阴极和阳极之间或可覆盖一个或多个阴极220。
图13示出电化学电池单元850，其提供电化学电池单元的另一个示例，其被配置为使得阴极叠层位于阳极外。电化学电池单元850包括阴极220A、220B、220C、220D、220E、220F、220G、220H、和阳极330A、330B。电化学电池单元850包括第一阴极叠层和第二阴极叠层，第一阴极叠层包括位于阳极330A一侧上的阴极220A、220B，且第二阴极叠层包括位于阳极330A的相对侧上的阴极220C、220D、220E、220F。包括阴极220C、220D、220E、220F的第二阴极叠层还与阳极330B相邻，以使第二阴极叠层位于阳极330A、330B之间。电化学电池单元850还包括第三阴极叠层，该第三阴极叠层包括阴极220G、220H。该第三阴极叠层与阳极330B相邻，以使阳极330B在电化学电池单元850内位于第三阴极叠层和第二阴极叠层之间。
电化学电池单元850还包括被放置在相邻阴极220和阳极330之间的分离件294。在电化学电池单元850的示例中，由分离层294覆盖阳极330。在其他示例中，可仅将分离件294放置在相邻阴极和阳极之间，或可覆盖一个或多个阴极220。
图14示出电化学电池单元900的另一个实施例的展开示图。电化学电池单元包括阳极902和阴极904A-904J。阴极904A-904E和904F-904J经由电流集电器连接件908连接在一起从而形成第一阴极叠层906A和第二阴极叠层906B。
图15示出电化学电池单元950，其具有位于阳极902一侧上的第一阴极叠层906A和位于阳极902的相对侧上的第二阴极叠层906B。在这个实施例中，通过完全覆盖阳极的分离层294来将阴极叠层与阳极分离。每一个阴极叠层内的阴极经由电流集电器连接件908连接在一起。电流集电器连接件908是没有由阴极材料覆盖的连续电流集电器910A和910B的暴露的部分。
图16和17以截面和立体图示出电化学电池单元1000的另一个实施例。电化学电池单元1000包括阳极1010和与阳极相邻的阴极叠层1020A和1020B，其在阳极和相邻的阴极叠层之间放置有分离层294。在这个实施例中，阴极叠层1020A和1020B形状为椭圆形线圈形式，其中阴极材料的连续长度被折叠为实质上(substantially)为线圈形状的叠层。在这个实施例中，每一个阴极叠层1020A和1020B具有分别形式为阴极层1022F-1022J和1022A-1022E的叠层中的阴极。阴极叠层1020A和1020B包含电流集电器(多个)1030A和1030B。
已经描述了本公开的各示例。然而，可在本公开的精神范围内作出对于上述示例的各种修改。例如，尽管通常所公开的能量存储技术是相对于可植入医疗设备而总体描述，且相对于心脏刺激器而具体描述的，但是可在其他应用中使用所公开的能量存储技术，所述其他应用包括例如，其他可植入医疗设备，诸如可植入泵浦、神经刺激器、或其他IMD。此外，还可将所公开的能量存储技术应用于医疗领域外。例如，可在便携式消费者电子设备或利用电化学电池单元的其他领域内使用所公开的能量存储技术。这些及其他示例都落在随附的权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种电化学电池单元，包括：
第一阴极，其中所述第一阴极包括第一电流集电器和覆盖所述第一电流集电器的第一阴极形式的活性材料；
第二阴极，所述第二阴极包括第二电流集电器和覆盖所述第二电流集电器的第二阴极形式的活性材料，
其中所述第二电流集电器与所述第一电流集电器电接触，
其中所述第一和第二阴极以堆叠设置彼此相邻从而在所述电化学电池单元中形成阴极叠层；
与所述阴极叠层相邻的阳极；以及
位于所述阴极叠层和所述阳极之间的分离件。
2.如权利要求1所述的电化学电池单元，其特征在于，所述阳极是第一阳极且所述分离件是第一分离件，所述电化学电池单元还包括：
第二阳极，其与所述阴极叠层相邻且相对于所述阴极叠层在所述第一阳极对面；以及
位于所述阴极叠层和所述第二阳极之间的第二分离件。
3.如权利要求2所述的电化学电池单元，其特征在于，还包括位于所述第一和第二阴极之间的第三分离件。
4.如权利要求2所述的电化学电池单元，其特征在于，
所述阴极叠层还包括第三阴极，以使在所述阴极叠层中所述第三阴极与所述第二阴极相邻，
其中所述第三阴极包括第三电流集电器和覆盖所述第三电流集电器的第三阴极形式的活性材料，且
其中所述第三电流集电器与所述第一和第二电流集电器电接触。
5.如权利要求2所述的电化学电池单元，其特征在于，还包括：
第三阴极，其与所述第二阳极相邻且相对于所述第二阳极在所述阴极叠层对面，
其中所述第三阴极包括第三电流集电器和覆盖所述第三电流集电器的第三阴极形式的活性材料，
其中所述第三电流集电器与所述第一和第二电流集电器电接触；
位于所述第三阴极和所述第二阳极之间的第三分离件；
第三阳极，其相对于所述第三阴极在所述第二阴极对面；和
位于所述第三阴极和所述第三阳极之间的第四分离件。
6.如权利要求5所述的电化学电池单元，其特征在于，所述阴极叠层是第一阴极叠层，所述电化学电池单元还包括：
第四阴极，其与所述第三阴极相邻，以使所述第三阴极和所述第四阴极在所述电化学电池单元中形成第二阴极叠层，
其中所述第四阴极包括第四电流集电器和覆盖所述第四电流集电器的第四阴极形式的活性材料，
其中所述第四电流集电器与所述第三电流集电器电接触。
7.如权利要求1所述的电化学电池单元，其特征在于，
所述阴极叠层是第一阴极叠层，且其中所述分离件是第一分离件，所述电化学电池单元还包括：
第三阴极，其中所述第三阴极包括第三电流集电器和覆盖所述第三电流集电器的第三阴极形式的活性材料；
第四阴极，其中所述第四阴极包括第四电流集电器和覆盖所述第四电流集电器的第四阴极形式的活性材料，
其中所述第四电流集电器与所述第三电流集电器电接触，
其中所述第三和第四阴极以堆叠设置彼此相邻从而在所述电化学电池单元中形成第二阴极叠层；和
位于所述阳极和所述第二阴极叠层之间的第二分离件。
8.如权利要求1所述的电化学电池单元，其特征在于，所述第一阴极具有与所述第二阴极实质上不同的活性材料以使所述第二阴极具有比所述第一阴极更高的能量密度。
9.如权利要求1所述的电化学电池单元，其特征在于，在与所述阴极叠层的厚度大致平行的方向测量时，所述第二阴极比所述第一阴极实质上更厚，以使所述第二阴极具有比所述第一阴极更高的能量密度。
10.如权利要求1所述的电化学电池单元，其特征在于，所述第一阴极与所述第二阴极实质上类似。
11.如权利要求1所述的电化学电池单元，
其中所述第一阴极包括从所述第一电流集电器延伸出来的第一导电突出部，
其中所述第二阴极包括从所述第二电流集电器延伸出来的第二导电突出部，
其中所述第一导电突出部与所述第二导电突出部电接触。
12.如权利要求1所述的电化学电池单元，其特征在于，所述阴极叠层包括被折叠为紧凑配置的公用电流集电器元件，所述公用电流集电器元件具有中间部分和当所述公用电流集电器元件展开时从所述中间部分向外延伸的多个突出部部分，所述突出部各自具有基本平坦的平板部分，其中所述第一电流集电器和所述第二电流集电器被包括在所述公用电流集电器元件的所述突出部内，且所述中间部分在紧凑配置中被折叠以使所述平板部分被放置为在堆叠设置中大体上彼此交迭，且所述突出部部分在紧凑配置中被折叠以使堆叠的平板部分在堆叠设置中彼此间隔开。
13.一种可植入医疗设备，包括：
气密密封的外壳；和
部署在所述外壳内用于给所述可植入医疗设备供电的如权利要求1-12中任一项所述的电化学电池单元。
14.如权利要求13所述的可植入医疗设备，其特征在于，还包括位于所述气密密封的外壳内的控制模块，其中所述控制模块控制所述可植入医疗设备的电刺激功能。
15.如权利要求13所述的可植入医疗设备，其特征在于，所述可植入医疗设备是心脏刺激器。
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