CN108511759A - 一种医疗设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种便携式医疗设备，其包括血糖测量设备，与现有的血糖测量设备相比，其使用寿命、稳定性和安全性得到显著的提高。

Description

一种医疗设备
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，特别是涉及一种具有血糖测量设备的医疗设备。
背景技术
随着人们生活水平的提高，健康逐渐成为人们关注的重点，而健康消费也成为消费市场的主流之一。随着收入的增加，家用医疗设备，特别是便携式医疗设备也被更多的家庭所接受，而家居医疗设备的使用寿命和安全性则成为了研究者迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种便携式医疗设备，其包括血糖测量设备，与现有的血糖检测设备相比，其使用寿命、稳定性和安全性得到显著的提高。
具体的方案如下：
一种便携式医疗设备，其包括血糖测量设备，所述血糖测量设备包括血糖测量组件以及配电系统，其特征在于：所述配电系统包含负极用胶。
进一步的，所述便携式医疗设备成型为套指式。
进一步的，所述负极用胶包括复合粘结剂和负极活性材料；所述复合粘结剂为复配型粘结剂，其包含复配水性粘结剂和复配非水性粘结剂；所述负极活性材料为锂钛氧化物-石墨烯-锂钛氧化物复合材料，该复合材料具有多柄链锤形的颗粒形状，球形或近似球形的相邻的锂钛氧化物颗粒成形为多柄链锤形的尾端的端颗粒，包覆在锂钛氧化物颗粒表面的石墨烯形成薄层石墨烯导电网络，位于上述相邻的锂钛氧化物颗粒之间的石墨烯成形为连接上述锂钛氧化物端颗粒的多柄链锤的多柄交叉柄状连接段，该柄状连接段的截面最大尺寸小于两端的锂钛氧化物端颗粒的粒径，所述锂钛氧化物颗粒的粒径为200-900nm，所述薄层的厚度为10-50nm，所述多柄交叉柄状连接段的非交叉结合部的截面最大尺寸为120-600nm。
进一步的，提供了上述负极用胶的制备方法，其包括以下步骤：1)制备复配型粘结剂；2)制备负极活性材料；3)将步骤1)、步骤2)制备得到的产物置于研钵中干磨6-30小时，得到负极用胶。
进一步的，提供了上述负极活性材料的制备方法，其包括以下步骤：
A)制备锂钛氧化物颗粒，该锂钛氧化物具有球形或近似球形的颗粒形状；
B)在反应容器中加入浓硫酸，之后加入浓硫酸质量的30％-50％的质量的人造鳞片石墨，在低于冰点的温度条件下搅拌均匀后缓慢滴入双氧水，双氧水以质量计的加入量为浓硫酸质量的0.2-0.3倍，继续搅拌1-3小时，之后采用水浴加热，温度升至50-60℃后继续搅拌1小时，缓慢滴加去离子水进行稀释，直至混合液的体积成为未稀释前的1.5-2倍，充分搅拌，之后加入浓硫酸质量的0.05-0.1倍的高锰酸钾，充分搅拌均匀，过滤、干燥，得到氧化石墨烯粉末，将上述氧化石墨烯粉末加入到丙酮中超声分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；
C)将步骤A)得到的锂钛氧化物颗粒加入到步骤B)得到的氧化石墨烯分散液中，充分搅拌均匀，得到混合浆料，其中，混合浆料中锂钛氧化物和氧化石墨烯的质量比为85-95:5-15，过滤、干燥，在烘干箱中以50-80℃的温度进行烘干，得到锂钛氧化物/氧化石墨烯复合材料前驱体，将上述前驱体加入质量浓度为15-25％的氢氟酸水溶液，进行一次刻蚀，时间为2-6小时，将所得刻蚀产物进行清洗，去除产物表面的氢氟酸，过滤、干燥，得到一次刻蚀后的复合材料前驱体产物；
D)将步骤C)所得的前驱体产物加入乙醇中进行超声分散处理，超声处理的时间为3-8小时，超声频率为30KHz-80KHz，过滤、干燥，得到粉末状前驱体；
E)将步骤D)得到的粉末状前驱体加入该前驱体粉末质量的2.5-3.5倍的N-甲基吡咯烷酮中，搅拌使之混合均匀，得到负极浆料；
F)将步骤E)得到的负极浆料涂敷在作为负极集流体的铝箔上，以50-60℃的温度烘干3-8小时，之后在真空条件以180-360℃的温度热处理6-18小时，将氧化石墨还原为具有多孔交联结构的石墨烯，使该石墨烯包覆在锂钛氧化物颗粒表面，采用模板法使石墨烯形成为相邻的锂钛氧化物颗粒之间的多柄交叉连接结构，从而得到负极集流体表面涂敷有负极材料的负极前驱体；
G)将步骤F)得到的负极前驱体浸渍在质量浓度为25-35％的氢氟酸水溶液中，进行二次刻蚀，时间为5-8小时，将负极前驱体取出，清洗去除负极前驱体表面的氢氟酸，在真空条件下以60-80℃的温度烘干5-8小时，得到负极集流体表面涂敷有负极材料层的薄膜负极，其中，所述负极材料为锂钛氧化物-石墨烯-锂钛氧化物复合材料，该复合材料具有多柄链锤形的颗粒形状，球形或近似球形的相邻的锂钛氧化物颗粒成形为多柄链锤形的两端的端颗粒，包覆在锂钛氧化物颗粒表面的石墨烯经刻蚀后形成薄层石墨烯导电网络，位于上述相邻的锂钛氧化物颗粒之间的石墨烯成形为连接上述锂钛氧化物端颗粒的多柄链锤的柄状连接段。
进一步的，所述锂钛氧化物颗粒的粒径为800nm。
进一步的，所述薄层的厚度为18nm。
进一步的，所述复配水性粘结剂为CMC和SBR的复合物或混合物。
进一步的，所述复配非水性粘结剂为PVDF和PTFE的复合物或混合物。
进一步的，本发明中的锂钛氧化物选自Li2Ti3O7。
进一步的，本发明中的配电系统可以为可再充配电系统，如锂二次电池。
本发明还提供了一种血糖测量设备在便携式医疗设备中的应用，所述血糖测量设备为前述血糖测量设备。
本发明具有如下有益效果：
1、采用了复合粘结剂，其包含复配水性粘结剂和复配非水性粘结剂，使得其在外部水分入侵时，可以保持负极活性材料和集流体的结合力，增强配电系统抗外部恶劣环境的能力，提高配电系统的循环稳定性和安全性。
2、本发明步骤D)中通过超声分散，瓦解了前驱体粉末的团聚结构，将团聚形成的大颗粒聚集体重新分散为独立的小颗粒前驱体粉末。
3、本发明步骤F)中通过将锂钛氧化物和氧化石墨的负极浆料涂覆在负极集流体上并在真空条件下热处理，将氧化石墨还原为具有高导电性和粘合性的石墨烯，该石墨烯包覆在锂钛氧化物颗粒表面并填充于相邻的锂钛氧化物颗粒之间，将相邻的锂钛氧化物颗粒连结在一起，形成相邻的锂钛氧化物颗粒之间的连接体，提高了负极材料的导电性，增强了倍率性能，使得配电系统能够以高倍率(大功率)运行，同时，还原后的石墨烯将锂钛氧化物颗粒牢固地粘结在集流体上，由于浆料中不含有粘结剂成分等其它非活性成分，因而增加了电极的比能量。通过采用模板法，可以使石墨烯形成为连接锂钛氧化物颗粒的多柄交叉柄状连接段，并由此带来石墨烯连接结构的各向同性属性，使得电极中的电传导不受电子或离子传导方向的限制，从而获得稳定的电传导和电输出性能。
4、本发明步骤C)中将锂钛氧化物/氧化石墨烯复合材料进行一次刻蚀，通过控制刻蚀条件，可以在步骤B)制备得到的高活性分层氧化石墨的表面的特定位置形成刻蚀诱导位，提高了后续工艺中二次刻蚀的刻蚀产物形态的可控性，增强了产品的可靠性和稳定性。
5、本发明步骤G)中将预成型的薄膜电极浸渍在氢氟酸水溶液中进行二次刻蚀，通过控制刻蚀条件及一次刻蚀的诱导效应，形成具有多柄链锤形颗粒形状的锂钛氧化物-石墨烯-锂钛氧化物复合材料，由于锂钛氧化物表面通过刻蚀形成薄层石墨烯结构，因而使得活性物质颗粒具有高导电性，能够满足配电系统的高倍率(大功率)需求。同时，对于复合材料整体形状而言，由于在相邻的锂钛氧化物颗粒之间由具有高导电性的石墨烯形成多柄交叉的“细柄状”结构，因而在长时间高倍率运行的条件下，由于该多柄交叉“细柄状”的石墨烯具有各向同性的高导电性，因而提供了更好地导电路径，形成了电传导的诱导效应，使得活性物质颗粒表面的通过电解液的氧化还原反应不断再生的SEI膜优先堆叠在该“细柄状”的石墨烯表面，与现有技术相比，有效抑制了高倍率运行条件下活性物质颗粒表面SEI膜的增厚与形态破坏，因而可以在长时间高倍率(大功率)运行的条件下，仍能保持较高的容量维持率。
本发明通过上述方案，提供了一种使用寿命、稳定性和安全性得到显著提高的血糖测量设备及其医疗设备。
具体实施方式
本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
图1中是本发明的锂钛氧化物-石墨烯-锂钛氧化物复合材料的颗粒形状的结构示意图。
图2为本发明实施例1制备的锂钛氧化物-石墨烯-锂钛氧化物复合材料放大倍数较低的大范围多颗粒相对宏观SEM照片。
图3为本发明实施例1制备的锂钛氧化物-石墨烯-锂钛氧化物复合材料放大倍数较高的部分颗粒微观SEM照片。
对本发明中的配电系统的性能进行测试的实施例如下：
锂离子配电系统，所述配电系统包含正极、负极以及置于正极、负极之间的隔膜，所述负极包含以下实施例制备的负极用胶和导电剂，所述正极包含正极活性物质、导电剂、粘结剂。隔膜包括聚丙烯/聚乙烯复合膜；正极活性材料为锰酸锂；电解质包括PC：EC：DMC＝1:2:3，锂盐为1M六氟磷酸锂。
实施例1
1)、复合粘结剂的制备：
称取2重量份的CMC、1重量份SBR，混合配制复配型水性粘结剂，称取2重量份的PVDF、1重量份PTFE，混合配制复配型非水性粘结剂，将上述复配型水性粘结剂和非水性粘结剂充分混合，得到复合粘结剂。
2)、负极活性材料的制备：
A)制备锂钛氧化物颗粒，该锂钛氧化物具有球形或近似球形的颗粒形状；
B)在反应容器中加入浓硫酸，之后加入浓硫酸质量的30％的质量的人造鳞片石墨，在低于冰点的温度条件下搅拌均匀后缓慢滴入双氧水，双氧水以质量计的加入量为浓硫酸质量的0.2倍，继续搅拌1-3小时，之后采用水浴加热，温度升至50℃后继续搅拌1小时，缓慢滴加去离子水进行稀释，直至混合液的体积成为未稀释前的1.5倍，充分搅拌，之后加入浓硫酸质量的0.1倍的高锰酸钾，充分搅拌均匀，过滤、干燥，得到氧化石墨烯粉末，将上述氧化石墨烯粉末加入到丙酮中超声分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；
C)将步骤A)得到的锂钛氧化物颗粒加入到步骤B)得到的氧化石墨烯分散液中，充分搅拌均匀，得到混合浆料，其中，混合浆料中锂钛氧化物和氧化石墨烯的质量比为85:15，过滤、干燥，在烘干箱中以60℃的温度进行烘干，得到锂钛氧化物/氧化石墨烯复合材料前驱体，将上述前驱体加入质量浓度为15％的氢氟酸水溶液，进行一次刻蚀，时间为2小时，将所得刻蚀产物进行清洗，去除产物表面的氢氟酸，过滤、干燥，得到一次刻蚀后的复合材料前驱体产物；
D)将步骤C)所得的前驱体产物加入乙醇中进行超声分散处理，超声处理的时间为3小时，超声频率为80KHz，过滤、干燥，得到粉末状前驱体；
E)将步骤D)得到的粉末状前驱体加入该前驱体粉末质量的2.5倍的N-甲基吡咯烷酮中，搅拌使之混合均匀，得到负极浆料；
F)将步骤E)得到的负极浆料涂敷在作为负极集流体的铝箔上，以50℃的温度烘干5小时，之后在真空条件以200℃的温度热处理18小时，将氧化石墨还原为具有多孔交联结构的石墨烯，使该石墨烯包覆在锂钛氧化物颗粒表面，采用模板法使石墨烯形成为相邻的锂钛氧化物颗粒之间的多柄交叉连接结构，从而得到负极集流体表面涂敷有负极材料的负极前驱体；
G)将步骤F)得到的负极前驱体浸渍在质量浓度为25％的氢氟酸水溶液中，进行二次刻蚀，时间为5小时，将负极前驱体取出，清洗去除负极前驱体表面的氢氟酸，在真空条件下以60℃的温度烘干6小时，得到负极集流体表面涂敷有负极材料层的薄膜负极，其中，所述负极材料为锂钛氧化物-石墨烯-锂钛氧化物复合材料。
3)、负极用胶的制备：
将复合粘结剂、负极活性材料产物置于研钵中干磨12小时，得到负极用胶。
实施例2
1)、复合粘结剂的制备：
称取1重量份的CMC、1重量份SBR，混合配制复配型水性粘合剂，称取3重量份的PVDF、1重量份PTFE，混合配制复配型非水性粘合剂，将上述复配型水性粘合剂和非水性粘合剂充分混合，得到复合粘合剂。
2)、负极活性材料的制备：
A)制备锂钛氧化物颗粒，该锂钛氧化物具有球形或近似球形的颗粒形状；
B)在反应容器中加入浓硫酸，之后加入浓硫酸质量的50％的质量的人造鳞片石墨，在低于冰点的温度条件下搅拌均匀后缓慢滴入双氧水，双氧水以质量计的加入量为浓硫酸质量的0.3倍，继续搅拌3小时，之后采用水浴加热，温度升至60℃后继续搅拌1小时，缓慢滴加去离子水进行稀释，直至混合液的体积成为未稀释前的2倍，充分搅拌，之后加入浓硫酸质量的0.1倍的高锰酸钾，充分搅拌均匀，过滤、干燥，得到氧化石墨烯粉末，将上述氧化石墨烯粉末加入到丙酮中超声分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；
C)将步骤A)得到的锂钛氧化物颗粒加入到步骤B)得到的氧化石墨烯分散液中，充分搅拌均匀，得到混合浆料，其中，混合浆料中锂钛氧化物和氧化石墨烯的质量比为90:10，过滤、干燥，在烘干箱中以80℃的温度进行烘干，得到锂钛氧化物/氧化石墨烯复合材料前驱体，将上述前驱体加入质量浓度为20％的氢氟酸水溶液，进行一次刻蚀，时间为3小时，将所得刻蚀产物进行清洗，去除产物表面的氢氟酸，过滤、干燥，得到一次刻蚀后的复合材料前驱体产物；
D)将步骤C)所得的前驱体产物加入乙醇中进行超声分散处理，超声处理的时间为8小时，超声频率为60KHz，过滤、干燥，得到粉末状前驱体；
E)将步骤D)得到的粉末状前驱体加入该前驱体粉末质量的3.5倍的N-甲基吡咯烷酮中，搅拌使之混合均匀，得到负极浆料；
F)将步骤E)得到的负极浆料涂敷在作为负极集流体的铝箔上，以60℃的温度烘干8小时，之后在真空条件以280℃的温度热处理8小时，将氧化石墨还原为具有多孔交联结构的石墨烯，使该石墨烯包覆在锂钛氧化物颗粒表面，采用模板法使石墨烯形成为相邻的锂钛氧化物颗粒之间的多柄交叉连接结构，从而得到负极集流体表面涂敷有负极活性材料的负极前驱体；
G)将步骤F)得到的负极前驱体浸渍在质量浓度为30％的氢氟酸水溶液中，进行二次刻蚀，时间为6小时，将负极前驱体取出，清洗去除负极前驱体表面的氢氟酸，在真空条件下以80℃的温度烘干5小时，得到负极集流体表面涂敷有负极活性材料层的薄膜负极，其中，所述负极活性材料为锂钛氧化物-石墨烯-锂钛氧化物复合材料。
3)、负极用胶的制备：
将复合粘合剂、负极活性材料产物置于研钵中干磨18小时，得到负极用胶。
实施例3
1)、复合粘结剂的制备：
称取1重量份的CMC、1.5重量份SBR，混合配制复配型水性粘合剂，称取2重量份的PVDF、0.5重量份PTFE，混合配制复配型非水性粘合剂，将上述复配型水性粘合剂和非水性粘合剂充分混合，得到复合粘合剂。
2)、负极活性材料的制备：
A)制备锂钛氧化物颗粒，该锂钛氧化物具有球形或近似球形的颗粒形状；
B)在反应容器中加入浓硫酸，之后加入浓硫酸质量的36％的质量的人造鳞片石墨，在低于冰点的温度条件下搅拌均匀后缓慢滴入双氧水，双氧水以质量计的加入量为浓硫酸质量的0.35倍，继续搅拌5小时，之后采用水浴加热，温度升至75℃后继续搅拌1小时，缓慢滴加去离子水进行稀释，直至混合液的体积成为未稀释前的3倍，充分搅拌，之后加入浓硫酸质量的0.3倍的高锰酸钾，充分搅拌均匀，过滤、干燥，得到氧化石墨烯粉末，将上述氧化石墨烯粉末加入到丙酮中超声分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；
C)将步骤A)得到的锂钛氧化物颗粒加入到步骤B)得到的氧化石墨烯分散液中，充分搅拌均匀，得到混合浆料，其中，混合浆料中锂钛氧化物和氧化石墨烯的质量比为65:35，过滤、干燥，在烘干箱中以70℃的温度进行烘干，得到锂钛氧化物/氧化石墨烯复合材料前驱体，将上述前驱体加入质量浓度为28％的氢氟酸水溶液，进行一次刻蚀，时间为6小时，将所得刻蚀产物进行清洗，去除产物表面的氢氟酸，过滤、干燥，得到一次刻蚀后的复合材料前驱体产物；
D)将步骤C)所得的前驱体产物加入乙醇中进行超声分散处理，超声处理的时间为6小时，超声频率为80KHz，过滤、干燥，得到粉末状前驱体；
E)将步骤D)得到的粉末状前驱体加入该前驱体粉末质量的2.5倍的N-甲基吡咯烷酮中，搅拌使之混合均匀，得到负极浆料；
F)将步骤E)得到的负极浆料涂敷在作为负极集流体的铝箔上，以75℃的温度烘干6小时，之后在真空条件以380℃的温度热处理16小时，将氧化石墨还原为具有多孔交联结构的石墨烯，使该石墨烯包覆在锂钛氧化物颗粒表面，采用模板法使石墨烯形成为相邻的锂钛氧化物颗粒之间的多柄交叉连接结构，从而得到负极集流体表面涂敷有负极活性材料的负极前驱体；
G)将步骤F)得到的负极前驱体浸渍在质量浓度为35％的氢氟酸水溶液中，进行二次刻蚀，时间为8小时，将负极前驱体取出，清洗去除负极前驱体表面的氢氟酸，在真空条件下以75℃的温度烘干8小时，得到负极集流体表面涂敷有负极活性材料层的薄膜负极，其中，所述负极活性材料为锂钛氧化物-石墨烯-锂钛氧化物复合材料。
3)、负极用胶的制备：
将复合粘合剂、负极活性材料产物置于研钵中干磨18小时，得到负极用胶。
对比例1；
以人造石墨作为负极活性材料、PVDF作为粘结剂制备负极，以锰酸锂为正极活性材料制备正极，与前述实施例1相同的方式装配配电系统。
下表为实施例与对比例的测试数据，循环电流为0.1-0.5C，工作温度为常温(25℃)或高温(60℃)，充电截止电压4.5V，放电截止电压2.5V。可见，与采用人造石墨的对比例相比，本发明的配电系统长期使用后仍维持较高容量保持率，并在高温环境下不起火、不爆炸，其使用寿命、稳定性和安全性得到显著的提高。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。
表1

Claims (5)

1.一种便携式医疗设备，其包括血糖测量设备，所述血糖测量设备包括血糖测量组件以及配电系统，其特征在于：所述配电系统包含负极用胶。
2.如权利要求1所述的医疗设备，其特征在于：所述便携式医疗设备成型为套指式。
3.如权利要求1所述的医疗设备，其特征在于：所述负极用胶包括复合粘结剂和负极活性材料；所述复合粘结剂为复配型粘结剂，其包含复配水性粘结剂和复配非水性粘结剂；所述负极活性材料为锂钛氧化物-石墨烯-锂钛氧化物复合材料，该复合材料具有多柄链锤形的颗粒形状，球形或近似球形的相邻的锂钛氧化物颗粒成形为多柄链锤形的尾端的端颗粒，包覆在锂钛氧化物颗粒表面的石墨烯形成薄层石墨烯导电网络，位于上述相邻的锂钛氧化物颗粒之间的石墨烯成形为连接上述锂钛氧化物端颗粒的多柄链锤的多柄交叉柄状连接段，该柄状连接段的截面最大尺寸小于两端的锂钛氧化物端颗粒的粒径，所述锂钛氧化物颗粒的粒径为200-900nm，所述薄层的厚度为10-50nm，所述多柄交叉柄状连接段的非交叉结合部的截面最大尺寸为120-600nm。
4.如权利要求1中所述的负极用胶的制备方法，其包括以下步骤：1)制备复配型粘结剂；2)制备负极活性材料；3)将步骤1)、步骤2)制备得到的产物置于研钵中干磨6-30小时，得到负极用胶。
5.一种血糖测量设备在便携式医疗设备中的应用，其特征在于：所述血糖测量设备为权利要求1、3-4中任一项中所述的血糖测量设备。
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