CN108025178B - 用于烧结阳极和烧结阴极的组装技术 - Google Patents

Abstract

一种设备，包括：电容器外壳，被密封以保持电解质；多个烧结阳极，被设置在电容器外壳中，多个烧结阳极中的每个具有至少部分穿过烧结阳极的孔；以及至少一个柱，穿过多个烧结阳极的孔被放置以电耦接到烧结阳极。

Description

用于烧结阳极和烧结阴极的组装技术

优先权要求

本申请要求于2015年9月16日提交的根据35U.S.C.§119(e)美国临时专利申请序列号62/219,378的优先权权益，其通过引用整体包含在此。

技术领域

本文档大致涉及能量存储，并且特别涉及用于将能量存储在可植入医疗装置中的烧结电极(sinterred electrode)。

背景技术

电刺激疗法已被发现有益于一些患者。例如，一些患者患有不规则的心跳或心律不齐，并且可能受益于对心脏施加电刺激。一些患者患有被称为纤维性颤动的特定类型的心律不齐。纤维性颤动可能影响心脏的不同区域，诸如心房或心室。当心室发生纤维性颤动时，心脏的泵血能力显著地降低，使患者有受伤的危险。已经发现，对患者施加电刺激可以通过恢复规则的心跳来有效地治疗患有诸如纤维性颤动疾病的患者。

因为诸如纤维性颤动之类的疾病可能随时发生，因此具有容易接近的装置来治疗它们是有帮助的。在某些情况下，如果该装置是便携式的或可植入的，则会有所帮助。在开发便携式或可植入的装置时，使用紧凑且轻便并且可以执行所需规格的组件是有帮助的。

发明内容

在示例1中，一种设备包括：电容器外壳，被密封以保持电解质；多个烧结阳极，被设置在所述电容器外壳中，所述多个烧结阳极中的每个烧结阳极具有至少部分穿过所述烧结阳极的孔；和至少一个柱，穿过所述多个烧结阳极的孔以电耦接所述烧结阳极。

在示例2中，示例1的主题可以可选地包括所述多个阳极中的所述孔中的每个孔是螺纹孔。

在示例3中，示例1或2的主题可以可选地包括两个螺纹柱被用于互连所述多个烧结阳极。

在示例4中，示例1-3中的任一个的主题可以可选地包括所述多个阳极中的每个阳极包括被构造为接收螺纹馈通柱的第二孔。

在示例5中，一种组装电容器的方法，包括：将阴极材料直接烧结到电容器外壳的内表面，所述阴极材料形成具有一种形状的一个或多个烧结阴极；并且将烧结阳极放置在所述烧结阴极上或所述烧结阴极周围，所述烧结阳极具有一个或多个配合部，其与所述一个或多个烧结阴极的形状匹配使得所述配合部配合地接收所述烧结阴极。

在示例6中，示例5的主题可以可选地包括所述烧结阳极的配合部被成形为像鳍状物，并且所述烧结阴极具有鳍状物形状。

在示例7中，示例5的主题可以可选地包括所述烧结阴极具有圆柱形形状，并且所述烧结阳极的配合部包括在所述烧结阳极的一个或多个拐角处的圆形切口(rounded cut-out)。

在示例8中，示例5的主题可以可选地包括所述配合部是圆锥形的，并且所述烧结阴极是圆锥形的。

在示例9中，权利要求5-8中的任一个的主题可以可选地包括为所述阴极包括钉床结构。

在示例10中，示例5-9中的任一个的主题可以选地包括分隔件被施加到所述阴极，其中所述分隔件包括被直接施加到所述烧结阴极的外表面的高介电聚合物。

在示例11中，一种组装电容器的方法，包括：将阴极材料直接烧结到电容器外壳内的PCB上，所述阴极材料形成具有一种形状的一个或多个烧结阴极；并且在所述烧结阴极上放置烧结阳极，所述烧结阳极具有一个或多个配合部，其与所述一个或多个烧结阴极的形状匹配使得所述配合部配合地接收所述烧结阴极。

在实例12中，实例11中的主题可选地包括所述烧结阳极的配合部被成形为像鳍状物，并且所述烧结阴极具有鳍状物形状。

在示例13中，示例12中的主题可以可选地包括所述烧结阴极具有圆柱形形状，并且所述烧结阳极的配合部包括在所述烧结阳极的一个或多个拐角处的圆形切口。

在示例14中，示例11中的主题可以可选地包括所述配合部是圆锥形的，并且所述烧结阴极是圆锥形的。

在示例15中，一种组装电容器的方法，包括：将阴极材料烧结到铝箔上，所述阴极材料形成具有一种形状的一个或多个烧结阴极；并且将烧结阳极放置在所述烧结阴极上，所述烧结阳极具有一个或多个配合部，其与所述一个或多个烧结阴极的形状匹配使得所述配合部配合地接收所述烧结阴极；并且在所述烧结阳极、所述烧结阴极和所述铝箔上施加聚合物涂层。

本概述是本申请的一些教导的概述，并且不旨在成为本主题的排他或穷举处理。关于本主题的进一步细节在详细描述和所附权利要求中被找到。在阅读和理解以下详细描述并查看形成其一部分的附图之后，本发明的其它方面对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物限定。

附图说明

附图借由示例大体说明本文档中所讨论的各种实施例。附图仅用于说明目的，并且可能并不按比例。

图1示出了根据一个实施例的包括烧结电容器的医疗系统的示意图。

图2示出了根据一个实施例的包括烧结电容器的植入医疗系统。

图3示出了根据一个实施例的电容器。

图4示出了根据一个实施例的电容器的细节。

图5示出了根据一个实施例的图3中的电容器的细节。

图6示出了根据一个实施例的图3中的电容器的细节。

图7示出了根据一个实施例的图3中的电容器的细节。

图8示出了根据一个实施例的电容器。

图9示出了根据一个实施例的电容器。

图10示出了根据一个实施例的电容器。

图11示出了根据一个实施例的电容器。

图12示出了根据一个实施例的阴极。

图13示出了根据一个实施例的电容器。

图14示出了根据一个实施例的电容器。

具体实施方式

本发明的以下详细描述涉及附图中的主题，其借由说明的方式示出了可实践本主题的具体方面和实施例。足够详细地描述这些实施例以使本领域技术人员能够实践本主题。对本公开中的“一”、“一个”或“各种”实施例的引用不一定针对相同的实施例，并且这样的引用涵盖多于一个实施例。因此，下面的详细描述不应被视为具有限制意义，并且范围仅由所附权利要求以及这些权利要求所享有的法定等同物的全部范围来限定。

该文档涉及供电能存储装置使用的烧结电极。具体示例包括由铝或其合金形成的烧结阳极。某些示例适用于铝电解电容器。额外的好处来自于烧结产物的增加的表面积。

烧结导致电极晶粒之间的许多间隙(interstice)(即，空间)。烧结电极类似于晶粒之间有间隙的碎晶粒。由于电容与暴露于电解质的表面积成比例，因此间隙填充有电解质，从而增加了每单位体积的电容。具有这种间隙的电极提供了电子相对于平坦电极层的主表面的改善的横向或平行移动，这鉴于因为蚀刻导致了典型地垂直于平坦层的主表面的空隙所以蚀刻电极限制横向移动。因此，由于这种增强的离子流，与被蚀刻的箔相比，一些示例具有更低的ESR(等效串联电阻)。

总的来说，使用这里描述的烧结电极的能量存储装置非常适合供诸如除颤器的可植入医疗装置使用。因为烧结可以产生各种形状，所以被烧结的电极可以被用于创建能量存储装置，诸如电容器，其具有定制形状，这与简单的轧制圆柱体或具有平行四边形作为其基底的棱镜形成对比。此外，通过简化制造电容器的步骤和部件以及通过减少浪费，制造效率得以改善。这些间隙非常小，使得电极坚硬并且能够承受机器或装配人员的处理。这些电极表现出在蚀刻电极上的改进的能量密度，并且因此可被用于制作能够为特定疗法递送大量能量的较小可植入装置。

图1是根据一些实施例的包括烧结电容器的医疗系统100的示意图。医疗系统100表示用于将治疗刺激提供给诸如心脏的任何数量的系统。医疗系统的示例包括但不限于可植入起搏器、可植入除颤器、可植入神经刺激装置和从身体外部提供刺激的装置，包括但不限于外部除颤器。

电子装置104用于诸如通过监视传感器105来监视患者，并监视和控制系统100内的活动。在一些示例中，电子装置104用于监视患者、诊断要被治疗的病症(诸如心律不齐)、并且控制向患者递送能量的刺激脉冲。电子装置104可以使用感应器而被无线供电。可替选地，电子装置104可以由电池106供电。在一些示例中，电子装置104用于从电池106向患者引导小的治疗性能量爆发(burst)。

对于使用超过了电池106能够提供的能量放电速率的疗法(诸如除颤)，使用电容器108。来自电池106的能量由电子装置104控制以对电容器108充电。电容器108由电子装置104控制以放电至患者以治疗患者。在一些示例中，电容器108完全放电至患者，并且在额外的示例中，电容器被接通以提供治疗能量，以及被切断以截断治疗递送。

医疗系统100的一些示例包括可选的引线系统101。在某些情况下，在植入后，引线系统101或引线系统101的一部分与要被刺激的组织进行电通信。例如，引线系统101的一些构造利用刺激电极102接触组织。引线系统101经由头部103中的连接耦接到系统100的其他部分。系统101的示例根据要被执行的治疗的需要而使用不同数量的刺激电极和/或传感器。

附加示例在没有引线101的情况下起作用。无引线示例可以被定位成与要被刺激的组织接触，或者可以被定位在组织附近以震动要通过中间组织被刺激的组织。无引线的示例可以更容易植入，并且可以更便宜，这是因为它们不需要额外的引线组件。壳体110可以被用作无引线构造中的电极。

在某些实施例中，电子装置104包括被耦接到电池106和电容器108的电子心律管理电路，以对电容器108放电以提供治疗脉冲，诸如除颤脉冲。在一些示例中，系统100包括设置大小为递送至少大约50焦耳的脉冲的阳极和阴极。其他构造可以递送更多的能量。一些构造递送更少的能量。在一些示例中，能量水平被预先确定以实现由与诸如欧洲国家的地理地区相关联的管理机构或标准所要求的被递送的能量水平。在额外的实施例中，阳极和阴极的大小被设定为递送至少大约60焦耳的除颤脉冲。在一些示例中，该能量水平被预先确定以实现由诸如美国之类的另一个地区的管理机构所要求的能量水平。在一些示例中，电子装置104用于控制除颤脉冲的放电，使得医疗系统100仅递送由使用系统100的地区所要求的能量。

一些烧结电极示例的一个特性在于至少一个阳极和阴极具有比以下AC电容大大约23％的DC电容，该AC电容是针对具有74.5微法拉每立方厘米的蚀刻电容器的至少一个阳极和阴极。在一些示例中，该至少一个阳极和阴极在445总电压下具有至少96.7微法拉每立方厘米的AC电容。在一些示例中，这与约415伏的操作电压相当。这是在具有74.5微法拉每立方厘米的蚀刻电容上的30％的改进。总电压是允许电极每平方厘米1毫安泄漏的电压。一些示例老化到415伏。

在某些示例中，电容器108包括被密封以保持电解质的电容器外壳113。在一些示例中，电容器外壳113被焊接。在一些情况下，电容器外壳113被气密密封。在额外的示例中，电容器外壳113被密封以保持电解质，但是利用密封件被密封以允许其他物质(诸如气态双原子氢或氦分子)的流动。这些示例的一些使用环氧树脂密封件。电容器还包括被耦接到电容器108的电极中的一个电极的导体109。导体109密封地延伸通过电容器外壳而到被设置在电容器外壳113的外部的第一端子112。第二端子114可以被设置在电容器外壳113的外部并且与电容器108的另一个电极电通信。第一端子112和第二端子114彼此电隔离。

气密密封装置壳体110被用于容纳诸如电池106、电子装置104和电容器108的组件。在一些示例中，通过将组件焊接到气密密封装置壳体110来提供气密性。其他示例将壳体110的部分与诸如基于树脂的粘合剂(诸如环氧树脂)之类的粘合剂粘合在一起。因此，壳体110的一些示例包括环氧树脂密封的接缝或端口。几种材料可以被用于形成壳体110，包括但不限于钛、不锈钢、镍、聚合物材料或这些材料的组合。在各种示例中，壳体110和壳体113是生物相容的。

电容器108通过本电极技术得到了改进，部分是因为其可以被制作得更小并且花费更少并且具有各种形状和构造。由这些电极提供的改进与需要高能量、高电压或空间高效的电容器(包括但不限于被用于照相用闪光设备的电容器)的任何应用有关。本主题延伸到受益于高表面积烧结电极(包括但不限于铝)的能量储存装置。除堆叠电容器外，这里所描述的电极还可以被并入被缠绕的圆柱形电容器中。

图2是根据一些实施例的被植入在患者201中并且包括烧结电容器的植入医疗系统200。该系统包括心律管理装置202，其被耦接到第一引线204以延伸穿过心脏206到达右心室208以刺激至少右心室208。该系统还包括第二引线210以延伸穿过心脏206到左心室212。在各种实施例中，第一引线204和第二引线210中的一个或两个都包括用于感测内在心脏信号并刺激心脏的电极。第一引线204与右心房214和右心室208直接接触(例如，触碰)以感测和/或刺激这两个组织区域。第二引线210与左心房216和左心室212直接接触以感测和/或刺激这两个组织区域。心律管理装置202使用引线电极来在引线上的电极之间或一个或多个引线电极和心律管理装置202之间将能量递送到心脏。在一些示例中，心律管理装置202是可编程的并且与编程器220针对编程信息进行无线传送218。在一些示例中，编程器220对心律管理装置202的能量存储装置无线地218充电。

本系统允许用于设计高压铝电解电容器的不同构思。如将要讨论的，本系统通过提供允许组装容易并减少精确机器人组装的形状而允许减少组装时间和成本。

图3-7示出了根据一个实施例的电容器300。图3示出了电容器300的俯视图。图4示出了电容器300的馈通320的细节。图5示出了图4的侧视图。图6示出了电容器300的连接柱(connection post)316的细节。图7是图5的侧视图。

电容器300通常包括可被密封以保持电解质的电容器外壳301以及多个烧结阳极302-314。阳极302-314各自具有至少部分穿过烧结阳极302-314的孔317。诸如螺纹互连柱316之类的互连柱可以穿过多个烧结阳极302-314的孔317被放置以电耦接烧结阳极。在一个示例中，每个孔317可以是螺纹孔，其被构造成匹配柱316的螺纹。在示例中，每个阳极302-314由烧结铝制成并且螺纹柱316由铝制成。该系统以要求耳片(tab)或其他结构的焊接来允许在阳极之间进行互连。在一个示例中，外壳301可以是阴极的。可选地，可以形成烧结阴极来覆盖阳极，其中二者之间具有分隔件。例如，e-spun聚合物可以被涂覆在阴极的至少一部分上。其他示例，如下所述，也可以被使用。

图4和5示出了用于电容器300的馈通320的更多细节。在该示例中，阳极302包括第二孔322。螺纹馈通柱320在孔322处被连接到阳极。在一个示例中，孔322可以是螺纹孔。馈通柱320在开口324处延伸穿过外壳301，其中柱可以与外壳301电绝缘。盖303可以被焊接到外壳310。

图6-7示出了延伸穿过阳极302-314的孔317的连接柱316的细节。

图8示出了用于电容器300的另一种互连构造。在该示例中，使用两个连接柱416和418，诸如螺纹连接柱。至少一个阳极420不具有完全穿过阳极的连接孔，而是具有两个部分孔，两个部分孔接收柱418的端部和柱416的端部。在其他实施例中，可以使用多个孔和连接杆，取决于需要。

图9示出了根据一个实施例的电容器500的侧视图。电容器500通常包括外壳502、盖子504、阳极506和阴极508。由于外壳502本身被用作组装装置，因此电容器500允许容易制造电容器。

例如，为了组装电容器500，可以将阴极材料直接烧结到电容器外壳502的内表面，被烧结的阴极材料形成具有给定形状的一个或多个烧结阴极508。然后，可以将烧结阳极520放置在烧结阴极508之上或周围。烧结阳极506可以包括一个或多个配合部(matingportion)诸如空隙520，其匹配一个或多个烧结阴极508的形状使得空隙520配合地接收烧结阴极508。

在一个示例中，烧结阳极506的配合部可以被成形像鳍状物，并且烧结阴极508可以具有鳍状物形状。在一个示例中，空隙形状520可以是圆锥形的，并且烧结阴极508可以是圆锥形的。在一个示例中，阴极508可以包括钉床结构(bed of nails structure)，并且配合阳极可以被落在钉床上。这种形状和结构允许以较低的复杂性方便组装。在示例中，分隔件510可以被施加到阴极508。例如，分隔件510可以包括被直接施加到烧结阴极的外表面的高介电聚合物。

如上面关于图1所描述的，在组装阴极和阳极之后，导体可以被耦接到烧结阳极，其中导体密封地延伸穿过电容器外壳到达被设置在电容器外壳的外部上的端子。第二端子可以被设置在电容器外壳的外部上并且与烧结阴极电通信，其中端子和第二端子彼此电隔离。

图10示出了与上面讨论的电容器500类似的电容器600。这里电容器600包括将阴极材料直接烧结到电容器外壳502内的PCB 610。阴极材料形成了具有期望形状的一个或多个烧结阴极508。烧结阳极506可以被放置在烧结阴极508上，使得空隙空间520匹配一个或多个烧结阴极508的形状，以使得空隙配合地接收烧结阴极508。此外，诸如以上讨论的分隔件可以是被放置在阴极508上。

图11示出了由于外壳702本身被用作组装装置而被构造成允许容易制造电容器的电容器700的示例。这里电容器包括外壳702、盖子704、烧结阳极706和烧结阴极708。图12示出了阳极706的俯视图。阳极706包括配合部，诸如在烧结阳极706的一个或多个拐角处包括圆形切口的空隙空间720。阴极708可以具有圆柱形形状并且可以包括被直接施加到烧结阴极706的外表面的高介电聚合物。为了组装，将圆柱形阴极708直接烧结到外壳702的表面，并且将阳极706放置在外壳内，如拼图块，使得空隙空间720配合地接收烧结阴极708。

图13示出包括阳极506和阴极508的电容器700，阳极506具有包括空隙空间520的配合部。这里，电容器700通过将阴极材料烧结到铝箔802上而被形成，阴极材料形成具有期望形状的一个或多个烧结阴极508。如上所述，阳极506被放置在阴极508上。在该示例中，将聚合物涂层804施加在烧结阳极506、烧结阴极508和铝箔802上。

图14示出了包括外壳902和被设置在外壳902内的烧结阳极904的电容器900。烧结阳极包括掩模的未烧结部分906，其被构造为例如通过焊接将烧结阳极904附接到导体908。在其他示例中，阳极可以被直接附接到外壳壁。在一些示例中，导体908可以被附接到馈通。在其他示例中，导体908本身可以是馈通的。这种结构消除了对电容器900的阳极的耳片的需要。

本申请旨在覆盖本主题的修改或变化。应该理解的是，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。本主题的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求有权享有的法定等同物的全部范围而被确定。

Claims (4)

1.一种能量存储设备，包括：

电容器外壳，其被密封以保持电解质；

多个烧结阳极，其被设置在所述电容器外壳中，其中所述多个烧结阳极中的每个烧结阳极具有至少部分穿过所述烧结阳极的孔；和

至少一个螺纹柱，其穿过所述多个烧结阳极的孔被放置以电耦接所述烧结阳极。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个阳极中的所述孔中的每个孔是螺纹孔。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，两个螺纹柱被用于互连所述多个烧结阳极。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述多个烧结阳极中的每个阳极包括被构造为接收螺纹馈通柱的第二孔。

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