CN104685660A

CN104685660A - 电化学装置和用于组装电化学装置的方法

Info

Publication number: CN104685660A
Application number: CN201380049682.9A
Authority: CN
Inventors: C·S·尼尔森
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-06-03
Also published as: EP2915201B1; EP2915201A1; US8785036B2; US20140120413A1; WO2014070961A1

Abstract

电化学装置和用于组装电化学装置的方法。所述电化学装置具有电化学模块和构造成包封电化学模块的封罩。封罩具有：第一外壳部分，其形成第一边沿并且是绝缘材料；和第二外壳部分，其形成第二边沿并且是绝缘材料，当第一边沿基本上邻接第二边沿时，第一外壳部分和第二外壳部分至少部分地形成构造成包封电化学装置的空间。封罩还具有：接合第一边沿和第二边沿的压接环，该压接环将第一外壳部分相对于第二外壳部分固定；以及索环，其定位在第一边沿和第二边沿之间且接触第一边沿和第二边沿。封罩为基本上密封的。

Description

电化学装置和用于组装电化学装置的方法

技术领域

本发明整体涉及电化学装置和用于组装这样的电化学装置的方法，并且特别地涉及具有多部件外壳的电化学装置和，该外壳具有闭合件。

背景技术

诸如电池、电容器等的电化学模块在本领域中是公知的。常规地，这样的电化学模块收容在封罩中。这样的封罩常常用来使电化学模块与周围的环境基本上隔离，以便既保持电化学模块的完整性又防止电化学模块的材料与环境材料相互作用。

包含在封罩内的一种类型的电化学模块是所谓的纽扣电池。纽扣电池常规地包括金属外壳区段，该外壳区段接触包含在其内的电池。作为接触的结果，每个外壳区段用作电池的电触点，其中，一个外壳区段用作阳极触点，而另一个外壳区段用作阴极触点。纽扣电池的使用者可将电池插入电路中，使得电路的正极和负极端子接触恰当的外壳区段。因此，采用金属外壳提供针对环境条件的保护和方便的电触点。

纽扣电池和按照类似的方式构造的其它电池可进一步利用金属外壳来在外壳区段之间形成相对紧的摩擦接触。外壳区段可相对于彼此定位并且然后被撞击以在两个外壳区段之间形成摩擦配合。这样的摩擦配合已经传统地提供针对环境相互作用的有效密封。由于这样的金属外壳的一般有效性，通常不使用非金属外壳。

但是纽扣电池和类似的电池具有某些缺陷。特别地，因为将外壳区段撞击在一起的过程依赖在内部外壳区段和外部外壳区段之间的径向力，根据定义，纽扣电池为基本上圆形的，以便提供用于摩擦配合的径向力。因此，纽扣电池不是能容易地调适形状的。此外，金属外壳可能易受电磁环境的影响。特别地，诸如在核磁共振成像或MRI系统中可见的磁场的强磁场可能干扰纽扣电池或受到来自纽扣电池的干扰。因此，医疗装置应用和特别地可植入医疗装置应用可能不能够便利地利用纽扣电池。

发明内容

历史上，已通过将外壳区段焊接在一起而部分地解决这些挑战。特别地，已通过将外壳区段激光焊接在一起而形成用于电化学模块的非圆形封罩。通过这样做，对用来将外壳区段保持在一起的径向力的需求减少或完全消除。然而，焊接实施例可能仍然易受电磁环境的影响，并且制造成本是相对高的。

已经开发出一种利用由绝缘材料制成的外壳的用于电化学模块的封罩。诸如聚合物的材料可形成为外壳区段。外壳区段可以利用压接环相对于彼此接合和固定。这与金属外壳区段形成对比，金属外壳区段可以通过径向压接或焊接固定，如上所述。索环可以有助于密封封罩。虽然压接环特别地可能是金属的，但压接环可能往往比外壳区段小得多。因此，封罩整体上可能不太易受电磁环境的影响或者不太可能破坏电磁环境。

不考虑外壳区段如何固定在一起的具体细节，对于利用非磁性外壳材料的实用性的某些过去的调查研究已经推断出这样做是不可行的。在过去，这样的材料(特别是具有不均匀的形状的那些)的制造和模制可能在材料中产生薄弱点，这可能不适合基本上密封的电化学模块封罩。对新材料的最近的评估已惊人地得出结果，该结果表明现代的聚合物可能适合具有不均匀的形状的电化学封罩应用。

在一个实施例中，电化学装置包括电化学模块和构造成包封电化学模块的封罩。该封罩包括形成第一边沿的第一外壳部分和形成第二边沿的第二外壳部分，当第一边沿基本上邻接第二边沿时，第一外壳部分和第二外壳部分至少部分地形成构造成包封电化学装置的空间。第一外壳部分和第二外壳部分中的至少一个由绝缘材料形成。封罩还包括：接合第一边沿和第二边沿的压接环，该压接环被构造成将第一外壳部分相对于第二外壳部分固定；以及定位在第一边沿和第二边沿之间且接触第一边沿和第二边沿的索环。封罩为基本上密封的。

在一个实施例中，电化学装置还包括在第一外壳部分中的第一馈通和在第二外壳部分中的第二馈通，第一馈通和第二馈通被构造成分别在第一和第二位置处接触电化学电池并提供到电化学电池的电连接。

在一个实施例中，第一馈通和第二馈通分别与第一外壳部分和第二外壳部分共同模制。

在一个实施例中，第一外壳部分和第二外壳部分是不规则形状的。

在一个实施例中，第一外壳部分和第二外壳部分各自具有主表面，该主表面具有边缘，其中该边缘包括至少一个线性部分。

在一个实施例中，边缘还包括至少一个非线性部分。

在一个实施例中，绝缘材料为聚合物。

在一个实施例中，绝缘材料具有至少大约18.9千伏/毫米的击穿电压。

在一个实施例中，压接环为金属的。

在一个实施例中，压接环包括多个非连续区段。

在一个实施例中，压接环包括相对的纵向边缘，第一外壳部分的第一边沿和第二外壳部分的第二边沿各自形成具有接触表面的唇缘，该接触表面被构造成至少部分地接触索环部分，并且第一外壳部分的第一边沿的唇缘和第二外壳部分的第二边沿的唇缘中的每一个被构造成容纳压接环的纵向边缘中相应的一个。

在一个实施例中，压接环接合在第一外壳部分的第一边沿和第二外壳部分的第二边沿的周边周围。

在一个实施例中，索环与第一边沿和第二边沿中的至少一个具有纹理，该纹理被构造成至少部分地将索环固定到第一边沿和第二边沿。

在一个实施例中，封罩为基本上密封的，其中泄漏速率不超过大约1×10^-8标准立方厘米/秒氦气。

在一个实施例中，一种组装电化学装置的方法包括以下步骤：将电化学模块放置到具有第一边沿和第一馈通的第一外壳部分中，以使得电化学模块的第一电气端子与第一馈通电接触；将第二外壳部分的第二边沿与外壳部分的第一边沿并列放置，第二外壳具有形成包封电化学模块的空间的第二馈通，以使得电化学模块的第二电气端子与第二馈通电接触，其中第一外壳部分和第二外壳部分中的至少一个由绝缘材料构成；将索环定位在第一外壳部分的第一边沿和第二外壳部分的第二边沿之间且与第一边沿和第二边沿接触；将压接环定位成邻近第一外壳部分的第一边沿和第二外壳部分的第二边沿；以及对压接环进行压接，以与第一外壳部分的第一边沿和第二外壳部分的第二边沿接合并且将第一外壳部分相对于第二外壳部分至少部分地固定，并且基本上密封包封电化学模块的空间。

在一个实施例中，压接环包括相对的纵向边缘，并且第一外壳部分的第一边沿和第二外壳部分的第二边沿各自形成具有接触表面的唇缘，该接触表面被构造成至少部分地接触索环部分。压接步骤将压接环的纵向边缘中的相应的一个容纳到第一外壳部分的第一边沿的唇缘和第二外壳部分的第二边沿的唇缘中的每一个中。

在一个实施例中，压接步骤使压接环接合在第一外壳部分的第一边沿和第二外壳部分的第二边沿的周边周围。

在一个实施例中，压接步骤将封罩基本上密封，其中泄漏速率不超过大约1×10^-8标准立方厘米/秒氦气。

附图说明

图1是用于电化学模块的封罩的剖视透视图；

图2是图1的封罩的剖视图；

图3是图1的封罩的索环和外壳的放大视图；

图4是图1的封罩的透视图；以及

图5是用于制造用于电化学模块的封罩的流程图；

图6是封罩的备选实施例的局部剖视图；

图7示出用于与封罩一起使用的压接环的实施例；

图8示出压接环的备选实施例；

图9示出压接环的另一个备选实施例；

图10示出压接环的又一个备选实施例；以及

图11示出压接环的又一个备选实施例。

具体实施方式

图1是用于诸如电池或电容器的电化学模块11(以轮廓线示出以便保留封罩10的内部视图)的封罩10的实施例的剖视透视图。第一外壳部分12和第二外壳部分14大体上形成构造成包封电化学模块11的空间16。第一外壳部分12和第二外壳部分14分别形成第一边沿18和第二边沿20。当第一边沿18和第二边沿20彼此基本上邻接时，可以形成空间16。索环22定位在第一边沿18和第二边沿20之间，以便为空间16至少部分地提供密封。压接环24被构造成与第一边沿18和第二边沿20接合，以将第一外壳部分12相对于第二外壳部分14固定。馈通26被构造成使导电构件穿过第一外壳部分12以与包含在空间16内的电化学模块11电接触。

在各种实施例中，第一外壳部分12和第二外壳部分14由绝缘材料制成，该材料被构造成相对于电磁力基本上隔离。在某些实施例中，第一外壳部分12和第二外壳部分14由非磁性或顺磁性材料形成。在一个实施例中，第一外壳部分12和第二外壳部分14由诸如聚醚醚酮(“PEEK”)聚合物的聚合物形成。在各种实施例中，第一外壳部分12和第二外壳部分14的绝缘材料具有至少大约18.9千伏/毫米的击穿电压。封罩10的各种实施例的这样的材料可被选择以减小或最小化在诸如由MRI机器感应的那些的高密度电磁场中的反作用力。在某些实施例中，这样的材料可以要么基本上或完全不受MRI场影响，要么不影响MRI场。

在各种实施例中，索环22可选自各种基本上不可渗透的材料。这样的材料包括但不限于聚醚醚酮(“PEEK”)聚合物、聚苯硫醚(“PPS”)聚合物、聚丙烯(“PP”)、氢化丁腈橡胶(“HNBR”，在本领域中也被称为“高饱和丁腈”或“HSN”)和含氟弹性体。在各种实施例中，索环22由诸如HNBR和含氟弹性体的相对柔软且可变形的材料制成。虽然可使用相对硬的材料，但是与相对硬的材料相比，当第一外壳部分12和第二外壳部分14通过压接环24相对于彼此固定时，相对低硬度的材料可有利地提供对进入空间16的气体和流体流的增强的阻力。

在一个实施例中，索环22与第一外壳部分12、第二外壳部分14和压接环24结合为空间16提供气密密封。在备选实施例中，索环22基本上气密地密封空间16。在一个实施例中，空间16具有不超过大约1×10^-8标准立方厘米/秒氦气的泄漏速率。在构造成满足严格的标准的一个实施例中，空间16具有不超过准确地1×10^-8标准立方厘米/秒氦气的泄漏速率。

压接环24被构造成在第一边沿18和第二边沿20上施加压缩或压接力以将第一外壳部分12相对于第二外壳部分14固定。在各种实施例中，压接环24为金属的，在某些实施例中为不锈钢，并且在一个实施例中为400系列不锈钢。可使用金属的或其它的备选材料，该备选材料可在第一边沿18和第二边沿20上提供可将第一外壳部分12相对于第二外壳部分14固定的压缩力并且提供如以上所述的合适的泄漏速率。

在各种实施例中，馈通26与第一外壳区段12独立地加工，并且然后在制造期间相对于第一外壳区段12附接。附接可以基于插入、压力配合或铆钉或类似结构。在备选实施例中，馈通26与第一外壳区段12共同模制。

图2是封罩10的剖视图。第一边沿18和第二边沿20被构造成具有卷曲的边缘，以分别形成接触表面28和30，以分别与索环22和通道32及34进行交互，以安放压接环24的相对的边缘36、38并与它们接合。在各种实施例中，第一边沿18和第二边沿20为从大约一(1)毫米至大约三(3)毫米宽。

图3是第一边沿18、第二边沿20和索环22的放大剖视图。特别地，图3示出了其中接触表面28和30被粗糙化以相比平滑表面改善与索环22的接合的实施例。如图所示，接触表面28、30具有凹槽40。备选地，接触表面28、30可被锐化或以其它方式力集中化，以便改善与索环22的接合和索环22的变形。

在另外的实施例中，索环22可并入凹槽或其它力集中物，以促进与接触表面28、30的接合。这样的力集中可以代替接触表面28、30上的类似构造或作为其补充。在一个实施例中，索环22并入构造成与接触表面28、30接合的一个或多个三角形凸起。该三角形凸起可被构造成与各个凹槽40交接。备选地，对应于每个接触表面28、30的索环22的单个大的三角形凸起可增强索环22与接触表面28、30的摩擦配合而不考虑与各个凹槽40的交接。

图4是电化学装置42的透视图。在各种实施例中，封罩10为从大约二十五(25)至大约三十五(35)毫米宽×大约四十(40)毫米至大约六十(60)毫米长，且具有从大约四(4)毫米至大约九(9)毫米的厚度。在这样的实施例中，第一外壳部分12、第二外壳部分14和压接环24具有可根据封罩10的总尺寸选择的尺寸。

在图示实施例中，压接环24由多个不连续的压接环区段44构成，每个区段由间隙46或接缝分离。在一个实施例中，每个间隙46仅延伸穿过压接环24一半，导致压接环24是具有可单独地关节运动的区段44的单件。在一个备选实施例中，每个间隙46延伸穿过压接环24，产生相对于封罩10的剩余部分和彼此单独地定位的压接环区段44。相比不具有多个区段44的压接环24，具有多个区段44的压接环24可以是相对较容易制造和压接的。然而，具有多个压接环区段44的压接环24可以是比仅由一件制成的压接环24相对更弱的。然而，在许多情况下，在并入多个压接环区段44的同时，压接环24仍然可以提供足够的压缩力以将第一外壳部分12相对于第二外壳部分14固定。

馈通26和26’被构造成使导电构件分别穿过第一外壳部分12和第二外壳部分14，以与包含在空间16(被遮盖)内的电化学模块电接触。可以使用馈通26、26’，因为不像常规的纽扣电池那样，例如，第一外壳部分12和第二外壳部分14为绝缘的，如上所述。因此，馈通26可提供到电化学模块11的阳极的电联接，而馈通26’可提供到电化学模块11的阴极的电联接，反之亦然。

第一外壳部分12和第二外壳部分14以及扩展开来大体上封罩10和电化学装置42被构造成不规则形状的。如图所示，封罩10具有弯曲区段48、相对更急剧弯曲的拐角50和直的区段52。这样的非圆形模制与常规地具有规则的(通常圆形的)形状的常规的纽扣电池和相关制品形成对比。

图5是用于组装电化学装置42的流程图。电化学模块11被放置(500)在第一外壳部分12中，使得第一馈通26与电化学模块11电接触。第二外壳部分14的第二边沿20与第一外壳部分12的第一边沿18并列放置(502)，形成包封电化学模块11的空间16，并且将第二馈通26’放置成与电化学模块11电接触。索环22定位(504)在第一边沿18和第二边沿20之间并与它们接触。压接环24定位(506)成邻近第一边沿18和第二边沿20。压接环24被压接(508)以与第一边沿18和第二边沿20接合，以便将第一外壳部分12相对于第二外壳部分14至少部分地固定并且基本上密封空间16和电化学模块11。

图6是示出为封罩10’的备选实施例的局部剖视图。封罩10’由形成空间16’的第一外壳部分12’和第二外壳部分14’形成。与封罩10类似，封罩10’在第一外壳部分12’的第一边沿18’和第二外壳部分20’的第二边沿20’处用压接环24’闭合和密封。要注意的是，封罩10’通过省略索环(22和26)区别于封罩10。在一个实施例中，第一外壳部分12’的第一边沿18’与第二外壳部分20’的第二边沿20’直接配合。在该实施例中，第一边沿18’和第二边沿20为封罩10’提供密封。在一个实施例中，第一外壳部分12’的第一边沿18’与第二外壳部分20’的第二边沿20’配合并且用密封件62密封，密封件62协助第一边沿18’与第二边沿20’密封。

在所示实施例中，第一边沿18’和第二边沿20’为基本平坦的，从而提供可密封的配合表面。然而，应当认识到并且理解，由第一边沿18’和第二边沿20’形成的配合表面可采取并且同样地或可能更好地可密封的其它形式。例如，可以构想，第一边沿18’和第二边沿20’能形成互补的配合横截面，例如分别在第一边沿18’和第二边沿20’中形成有“V”横截面形状和互补的“V凹槽”横截面形状的互锁。还可以构想，密封表面可在凹槽中形成有诸如圆形的其它横截面形状。这样的非平坦表面可实际上提供比所示的第一边沿18’和第二边沿20’的平坦横截面更好的密封。

在一个实施例中，诸如硅树脂密封剂的密封材料62可添加在所有实施例中的配合边沿之间。例如，密封材料62可在封罩10’中的第一边沿18’和第二边沿20’之间使用。还应当认识到，密封材料62能与封罩10的第一边沿18和第二边沿20一起使用。

在一个实施例中，第一外壳部分12和第二外壳部分14由非导电聚合物形成。图7示出压接环24’的实施例，压接环24’被构造成与第一边沿18和第二边沿20接合以将第一外壳部分12相对于第二外壳部分14固定，并且压接环24’由相对有回弹力的金属(在各种实施例中，比第一外壳部分12和第二外壳部分14更有回弹力的金属)构成。在一个实施例中，压接环24’由400系列不锈钢构成。备选地，压接环24’可由满足本文所述的强度和回弹性要求的任何材料制成。虽然在某些实施例中，压接环24’是不导电的，但是在各种实施例中，压接环24’由导电材料制成。在各种实施例中，压接环24’具有小于大约0.00006欧姆-厘米的电阻率。因为压接环24’是相对坚固和有回弹力的，所以，压接环24’可被撞击以接合第一边沿18和第二边沿20，从而将第一外壳部分12相对于第二外壳部分14固定。压接环24’可形成为连续条，该连续条可形成在第一外壳部分12和第二外壳部分14的外部边缘周围或可被切割成一定长度。

图8示出压接环24、24’的备选实施例。压接环24”在条中仍然连续。然而，压接环24”包含一系列的凹口或切口部分64，其允许压接环24”更容易地形成在第一外壳部分12和第二部分14的外部形式周围，尤其是在将在其周围使用压接环24”的第一外壳部分12和第二外壳部分14的外部形式不是线性的而是可具有非线性、或可能弧形形状时。在图8所示的实施例中，在压接环24”的每一侧上，压接环24”具有对应的凹口。虽然在图8中示出为凹口64沿着压接环24”大约均匀地纵向间隔开，但是还可以构想，凹口64可以不均匀地纵向间隔开，或者凹口64可具有不均匀的宽度，以便适应第一外壳部分12和第二外壳部分14的外部的不同的弧形形状。例如，如果第一外壳部分12和第二外壳部分14具有更大的曲率半径，可能期望一些凹口64在纵向上更靠近在一起(如图9所示)或在沿着压接环24”的相等的纵向距离中具有更多数量的凹口64(如图10所示)。在图11所示的实施例中，压接环24”’具有由与图8的凹口64不同的横截面形成的凹口64’。特别地，图8的凹口64具有带有尖锐拐角的大致矩形的横截面。相比之下，图11的凹口64’具有这样的横截面，该横截面的全部或一部分是弓形而不是线性的。也就是说，图11中的凹口64’在压接环24”’中形成圆形或椭圆形图案。应当认识到并且理解，压接环24’、24”、24”’的区段的各段、带的组合象凹口64、64’的轮廓那样实际上是环状的，以便有利于封罩10、10’的拐角和相似的约束区域的倒圆。

Claims

1.一种电化学装置，包括：

电化学模块；以及

构造成包封所述电化学模块的封罩，所述封罩包括：

第一外壳部分，其形成第一边沿；

第二外壳部分，其形成第二边沿，当所述第一边沿基本上邻接所述第二边沿时，所述第一外壳部分和所述第二外壳部分至少部分地形成构造成包封所述电化学装置的空间；

所述第一外壳部分和所述第二外壳部分中的至少一个由绝缘材料构成；

压接环，其接合所述第一边沿和所述第二边沿，所述压接环被构造成将所述第一外壳部分相对于所述第二外壳部分固定；并且

索环，其定位在所述第一边沿和所述第二边沿之间并且接触所述第一边沿和所述第二边沿；

其中，所述封罩为基本上密封的。

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，还包括在所述第一外壳部分中的第一馈通和在第二外壳部分中的第二馈通，所述第一馈通和所述第二馈通被构造成分别在第一和第二位置处接触所述电化学电池并提供到所述电化学电池的电连接。

3.根据权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，所述第一馈通和所述第二馈通分别与所述第一外壳部分和所述第二外壳部分共同模制。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述第一外壳部分和所述第二外壳部分为不规则形状的。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述第一外壳部分和所述第二外壳部分各自具有主表面，所述主表面具有边缘，其中，所述边缘包括至少一个线性部分。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述边缘还包括至少一个非线性部分。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述绝缘材料为聚合物。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述绝缘材料具有至少大约18.9千伏/毫米的击穿电压。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述压接环为金属的。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述压接环为金属。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述压接环包括多个非连续区段。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的电化学装置，其特征在于：

其中，所述压接环包括相对的纵向边缘；

其中，所述第一外壳部分的所述第一边沿和所述第二外壳部分的所述第二边沿各自形成具有接触表面的唇缘，所述接触表面被构造成至少部分地接触所述索环部分；并且

其中，所述第一外壳部分的所述第一边沿的所述唇缘和所述第二外壳部分的所述第二边沿的所述唇缘中的每一个被构造成容纳所述压接环的所述纵向边缘中的相应的一个。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述压接环接合在所述第一外壳部分的所述第一边沿和所述第二外壳部分的所述第二边沿的周边周围。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述索环与所述第一边沿和所述第二边沿中的至少一个具有纹理，所述纹理被构造成将所述索环至少部分地固定到所述第一边沿和所述第二边沿。

15.一种组装根据权利要求1至14中的任一项所述的电化学装置的方法，包括以下步骤：

将电化学模块在具有第一边沿和第一馈通的第一外壳部分中，使得所述电化学模块的第一电气端子与所述第一馈通电接触；

将第二外壳部分的第二边沿与所述外壳部分的所述第一边沿并列放置，具有第二馈通的所述第二外壳形成包封所述电化学模块的空间，使得所述电化学模块的第二电气端子与所述第二馈通电接触，所述第一外壳部分和所述第二外壳部分中的至少一个由绝缘材料形成；

将索环定位在所述第一外壳部分的所述第一边沿和所述第二外壳部分的所述第二边沿之间并且与所述第一外壳部分的所述第一边沿和所述第二外壳部分的所述第二边沿接触；

将压接环定位处邻近所述第一外壳部分的所述第一边沿和所述第二外壳部分的所述第二边沿；以及

对所述压接环进行压接，以便与所述第一外壳部分的所述第一边沿和所述第二外壳部分的所述第二边沿接合并且将所述第一外壳部分相对于所述第二外壳部分至少部分地固定，并且基本上密封包封所述电化学模块的所述空间。