DE2616841A1

DE2616841A1 - Lithium-jod zelle

Info

Publication number: DE2616841A1
Application number: DE19762616841
Authority: DE
Inventors: Norbert W Frenz; Ralph T Mead; Frank W Rudolph
Original assignee: Greatbatch Ltd
Current assignee: Greatbatch Ltd
Priority date: 1975-07-22
Filing date: 1976-04-15
Publication date: 1977-02-10
Also published as: NL7603928A; FR2319204A1; GB1547392A; CA1052860A; US3969143A; SE7604978L; FR2319204B1

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lncj. H. -iERKENFF-LD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

zur Eingab« vom 12. April 1976 gk/ Name d. Anm. Wilson Greatbatch Ltd.

Lithium-Jod Zelle

Die Erfindung betrifft eine Lithivun-Jod Zelle zur Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie, insbesondere eine neue und verbesserte Einfassung für Lithium-Jod Zellen und eine Methode zu ihrer Herstellung.

Ein Anwendungsgebiet vorliegender Erfindung liegt in der Versorgung von unzugänglichen Vorrichtungen im menschlichen Körper mit elektrischer Energie, z. B. von implantierten Herzschrittmachern; die Prinzipien vorliegender Erfindung können aber auch für andere Zwecke eingesetzt werden. Es sind verschiedene Batterien für implantierte Herzschrittmacher vorgeschlagen, aber alle diese Batterien haben gewisse Nachteile. Es sind Lithium-Jod Zellen bekannt, die vorteilhafterweise eine offene Stromkreisspannung haben, die etwa zweimal so hoch wie die von Quecksilberzellen ist, und die weiterenVorteile aufweisen, daß sie während des Betriebes kein Gas erzeugen und einen nicht korrodierenden Elektrolyten besitzen. Jedoch muß mit einem Problem gerechnet werden, das sich aus der viskosen Natur des jodhaltigen Materials, z. B. eines Jodkomplexes ergibt, in dem das Material fließfähig ist und infolgedessen ein Kurzschluß auf dem Wege zwischen der Anode und Kathode eintreten kann. Es ist wichtig, ein solches Durchsickern zu verhindern, und zwar nicht nur

zur Aufrechterhaltung des Betriebes einer Zelle, sondern auch W 75/14

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um einen Schaden zu verhüten, der durch die Undichtigkeit in dem menschlichen Körper, in dem die Zelle implantiert ist, entstehen kann.

Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte Einfassung für eine Lithium-Jod Zelle und ein Verfahren zu deren Herstellung vorzusehen.

Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung ist, eine solche Einfassung vorzusehen, die gegen jedes Durchsickern jodhaltigen Materials aus der Zelle wie auch gegen dadurch freigesetztes Gas abgedichtet ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist,eine solche Einfassung vorzusehen, welche die Möglichkeit eines Schadens weitgehend herabsetzt, der durch jegliches Durchsickern jodhaltigen Materials eintreten kann.

Eine weitere Aufgabe derErfindung ist, eine solche Einfassung vorzusehen, die verhältnismäßig einfach und wirtschaftlich herzustellen ist und eine lange Lebensdauer hat.

Vorliegende Erfindung betrifft zur Lösung dieser Aufgabe eine Einfassung für eine Lithium-Jod Zelle und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, wobei eine Lithium-Jod Zelle, die eine Lithium-Anode, ein jodhaltiges Kathodenmaterial und einen Lithium-Jod-Elektrolyten aufweist, in einem Rahmen aus einem mit Jod nicht

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reagierenden Material angeordnet ist, ein erstes und ein zweites Verschlußteil an jedes Ende des Rahmens gelegt und gefaltet und auf der Außenfläche des Rahmens isoliert sind, und ein Band, das aus einem für Jod undurchlässigen Material besteht, über die Außenfläche des Rahmens und auf Abschnitten der Verschlußteile aufgebracht und in seiner Lage festgehalten ist. Die Einfassung wird in ein Material eingebettet, das mit Jod nicht reagiert,und die eingekapselte Einfassung ist in einem hermetisch abgedichteten Gehäuse aus Metall enthalten.

Die vorstehend aufgeführten Vorteile und weitere.sowie die Erfindung kennzeichnende Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung, in der eine beispielsweise Ausführung der Erfindung dargestellt ist.

Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Lithium-Jod Zelle und einer Einfassung für eine solche Zelle;

Figur 2 einen senkrechten Schnitt der Zelle und ihrer Einfassung gemäß Figur 1;

Figur 3 eine weitere Einfassung unter Fortlassung eines Teiles - für die Vorrichtung gemäß den Figuren 1 und 2;

Figur 4 eine perspektivische Ansicht, die veranschaulicht, wie eine Lithium-Jod Zelle eingefaßt wird;

Figur 5 eine Seitenansicht einer eingekapselten Zellen-Einfassung;

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Figur 6 eine Ansicht von oben einer eingekapselten Zellen-Einfassung gemäß Figur 5; und

Figur 7 einen Schnitt - unter Fortlassung eines Teiles - einer fertiggestellten Zellen-Einfassung.

Gemäß Figur 1 der Zeichnung ist eine Lithium-Jod Zelle in einer im allgemeinen rechteckigen Einfassung 10 untergebracht, die einen Boden, Seiten- und Stirnwände sowie eine Kopffläche aufweist. Die Zelle weist gemäß Figur 2 eine Anode auf, die zwei Lithium-Elemente 12 und 14 aufweist, welche durch Druck miteinander und gegen einen Anodenstromkollektor 16 verbunden sind. Mit einem Ende des Anodenstromkollektors 16 ist ein Stromleiter 18 verbunden, der zur Herstellung einer elektrischen Verbindung durch die Einfassung geführt ist. Stromleiter 18 hat eine Isolierung 20. Die Lithium-Teile 12 und 14 mit dem zwischen ihnen liegenden Stromkollektor 16 sind in einem Rahmen 24 der Einfassung angeordnet, derart, daß der Rahmen 24 die Außenränder der Lithium-Teile 12, 14 ununterbrochen einschließt und die Ränder abdichtet. Die Lithium-Platten 12, 14 sind vorzugsweise rechteckig und infolgedessen hat auch der Rahmen 24 eine rechteckige Gestalt. Es kommen natürlich auch andere Formen in Frage. Der Rahmen 24 besteht aus einem mit Jod nicht reagierenden Material und infolge der Form des Rahmens 24 ist dieser auf gegenüberliegenden Stirnflächen offen. Der Rahmen 24 besteht aus einem Fluorpolymer, das keine elektrische Leitfähigkeit besitzt, wenn es Jod ausgesetzt ist. Fluorpolymere werdai unter den Bezeichnungen Durasan und Halar von der Allied Chemical Company herge-

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stellt. Der Rahmen 24 hat eine der Umfangsflache der Lithium-Teile angepaßte Querschnittsfläche, derart, daß zwei gegenüberliegende Lithiumflächen freiliegen. Die Breite des Rahmens 24, das heißt, seine horizontale Größe ist, gemessen in der Ebene des Papiers, wie aus Figur 2 ersichtlich, relativ größer als die vereinigte Breite bzw. Dicke der Lithium-Teile 12, 14, die im allgemeinen zentrisch innerhalb der Breite des Rahmens 24 liegen.

Die Lithium-Jod Zelle weist ferner ein jodhaltiges Kathodenmaterial auf, das sich innerhalb des Rahmens 24 befindet. Das jodhaltige Kathodenmaterial weist innerhalb des Rahmens 24 auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Lithium-Anode liegende Bereiche 26, 28 auf. Der Bereich 26 berührt die freiliegende Fläche des Lithium-Teiles 12 und nimmt den Bereich ein, der innerhalb des Rahmens 24 von der Lithium-Platte 12 fast bis zu der äußeren Randfläche des Rahmens 24 auf der linken Seite geht, wie aus Figur 2 ersichtlich. In entsprechender Weise berührt der Bereich 28 die freiliegende Fläche des Lithium-Teiles 14 und nimmt den Bereich ein, der sich innerhalb des Rahmens 24 von dem Lithium-Teil 14 fast bis zu dem gegenüberliegenden Aussenrand des Rahmens 24 erstreckt. Das jodhaltige Kathodenmaterial weist vorzugsweise einen Charge-Transfer-Komplex aus einer organischen Verbindung und Jod, zum Beispiel Polyvinyliodid auf, wie noch im einzelnen näher beschrieben wird. Die Zelle weist ferner einen Kathodenleiter auf, der in betriebswirksamer Weise

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mit jedem der Bereiche des Kathodenmateriales verbunden ist. So befindet sich ein Kathodenstromkollektor 30 in Berührung mit der freiliegenden Fläche des Kathodenmateriales 26, wobei der Kollektor innerhalb der entsprechenden äußeren Randfläche des Rahmens 24 gelegen ist. Zwecks Herstellung einer äußeren elektrischen Verbindung geht ein mit einem Ende des Stromkollektors 30 verbundener Stromleiter 32 durch die Einfassung. In entsprechender Weise ist ein Kathodenstromkollektor 34 in Berührung mit der freiliegenden Fläche des Kathodenmaterials 28 angeordnet und etwas einwärts der entsprechenden äußeren Randfläche des Rahmens 24 gelegen. Ein elektrischer Stromleiter 36 ist mit einem Ende des Kollektors 34 verbunden und geht zur Herstellung einer elektrischen Verbindung durch die Einfassung nach außen. Ein Abstandshalter 38 ist an der freiliegenden Fläche des Kollektors 30, und ein Abstandshalter 40 ist an dem Kollektor 34 vorgesehen. Die Abstandshalter 38 und 40 sind blattförmig, und ihre Außenflächen sind im allgemeinen bündig bzw. coplanar mit den entsprechenden Außenflächen des Rahmens 24. Mit den Abstandshaltern 38 und 40 werden die entsprechenden Kathodenstromkollektoren in betriebswirksamer Berührung mit dem Kathodenmaterial gehalten, wie noch näher beschrieben wird.

Die gemäß vorliegender Erfindung für eine Lithium-Jod Zelle vorgesehene Einfassung weist ferner ein erstes und zweites Verschlußteil 42 bzw. 44 auf gegenüberliegenden Enden des Rahmens 24 auf, um die offenen Enden des Rahmens 24 abzudichten; die

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Randteile der Verschlüsse 42 und 44 sind auf der Außenfläche des Rahmens 24 umgebogen, wobei die Endränder der Verschlüsse 42 und 44 praktisch aneinander stoßen. Jeder Verschlußteil 42 bzw. 44 hat Blattform; die Verschlußteile bestehen aus einem mit Jod nicht reagierenden Material und werden auf dem Rahmen 24 durch ein geeignetes Dichtungsmittel in eine^hoch im einzelnen zu beschreibenden Weise festgemacht. Die Einfassung vorliegender Erfindung weist ferner ein jodfestes Band 46 auf, das über den Rändern der Verschlußteile 42 und 44 liegt und den Rahmen 24 umfaßt. Das Band 46 besteht aus einem Material, das nur einen sehr kleinen bzw. keinen Durchgang von Jod gestattet, während es gleichzeitig eine ausreichende Biegsamkeit besitzt, so daß es in der noch zu beschreibenden Weise und wie aus Figur 2 ersichtlich auf dem Apparatsatz angeordnet werden kann. Ein bevorzugtes Material für das Band 46 ist Teflon (Polytetrafluoräthylen). Das Band 46 hat die Form eines länglichen Streifens bzw. Blattes, das mittels eines geeigneten Dichtungsmittels in einer noch näher zu beschreibenden Weise aufgebracht werden kann.

Eine in den Figuren 1 und 2 der Zeichnung dargestellte Lithium-Jod Zelle einschließlich der Einfassung wird in folgender Weise gebildet. Die Anodenstromleitung, welche, den Leiter 18 aufweist, von dem ein Teil in der Isolation 20 liegt, wird in der Weise gebildet, daß man den Leiter 18 mit Schlitzen oder öffnungen über eine gewisse Ausdehnung seiner Länge versieht, um die Haftung des Materiales 20 zu erleichtern. Gemäß einer bevorzugten Methode wird ein aus Halar bestehender Streifen in eine Form ge-

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geben, dann wird auf den Streifen der Leiter 18 gelegt und ein weiterer Streifen von Halar auf den Leiter 18 gelegt und dann ein ausreichender Druck und Wärme angewendet, um die Stromleitung zu vervollständigen, bei welcher der Leiter 18 in dem Halar-Isolationsmaterial 20 eingebettet bzw. eingekapselt ist.

Ein Ende des Stromleiters 18 bleibt frei und ist in geeigneter Weise mit dem Stromkollektor 16, zum Beispiel durch Schweißen, verbunden. Die Anodenleitung 18 besteht z. B. aus vergütetem Zirkonium und hat eine Stärke von etwa 0,127 mm (0.005 inch), und der Anodenkollektor bzw. Schirm 16 besteht aus vergütetem Zirkonium, einem Maschennetz 12, das eine Stärke von 0,102 mm (0.004 inch) hat. Dann werden die Lithium-Platten 12 und 16 mit dem zwischen ihnen liegenden Stromkollektor 16 und der Leitung 18 in dem Rahmen 24 angeordnet, der aus einem Material, wie dem vorgenannten Halar, das, wenn es Jod ausgesetzt ist, keine elektronische Leitfähigkeit aufweist; der Rahmen 24 hat beispielsweise eine Stärke von etwa 0,076 mm (0.030 inch) und eine Breite von etwa 0,97 mm (0,380 inch) und einen Umfang von etwa 29, 4 mm (1,165 nun inch) bis etwa 45,4 mm (1.79 inch). Der Rahmen 24 hat eine öffnung zur Durchführung des Leiters 18 mit der Isolation 20, wie aus Figur 2 ersichtlich. Die schichtartig angeordneten Lithium-Platten 12 und 14 und der Kollektor 16 werden in einen Rahmen eingelegt, und zwar im allgemeinen zentrisch längs der Breite dieses Rahmens und in einer Ebene, die im allgemeinen parallel der Ebene der gegenüberliegenden, die offenen Enden einschließenden Kanten liegt. Dann wird das Ganze in einer Halterung

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einem Druck von etwa 211 kg/cm (3.000 lbs.)ausgesetzt und so die Lithium-Platten 12 und 14 miteinander verbunden, derart, daß der zwischen den Platten liegende Stromkollektor 16 abgedichtet und ferner auch die Ränder der Platten 12 und 14 durch den Rahmen 24 abgedichtet sind. Der Rahmen 24 besteht aus einem Material, das, wie bereits gesagt, keine elektronische Leitung aufweist, wenn es Jod ausgesetzt ist; es muß sich selbstverständlich auch durch Anwendung von Druck mit Lithium verbinden lassen.

Das Kathodenmaterial der Bereiche 26 und 28 weist einen Charge-Transfer-Komplex eine organischen Materiales und von Jod auf. Das organische Material ist ein Elektro-Donator und kann aus irgendeiner organischen Verbindung bestehen, die eine Doppelbindung und eine Amingruppe aufweist; Der Elektrodonator verleiht dem Jod die für einen guten Betrieb der Zelle ausreichende Leitfähigkeit. Ein bevorzugtes organischen Material ist 2-Vinylpyridinpolymer. Das Kathodenmaterial wird in der Weise hergestellt, daß man das organische Material, zum Beispiel 2-Vinylpyridin, gemischt mit Jod, auf eine Temperatur erhitzt, die über der Kristallisationstemperatur des Jods liegt. Die Menge Jod sollte grosser als etwa 50 Gewichtsprozent der sich ergebenden Mischung betragen, so daß in dem Kathodenmaterial eine ausreichende Menge Jod zur Verfügung steht, um die für einen guten Betrieb der Zelle ausreichende Leitfähigkeit zu erreichen.

Das erhaltene Gemisch ist eine viskose, fließbare Substanz, die

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mit der Anode zur Bildung der Zelle in der folgenden Weise kombiniert wird. Der aus dem Rahmen 24 und der in dieser befestigten Anode bestehende Verband wird auf einer Tragfläche in einer Lage gehalten, daß die Anodenplatten 12 und 14 im allgemeinen in einer horizontalen Ebene liegen, so daß eine der freiliegenden Lithiumflächen oben liegt. Das Kathodenmaterial wird dann bis zu einer Höhe eingegossen, die etwas unterhalb der oberen Randfläche des Rahmens ist,so daß sich ein Bereich des Kathodenmaterials, z. B. der Bereich 26 bildet. Dann werden der Verband aus dem Kollektor 30, dem Abstandsglied 38 und dem Verschlußteil 42 in Lage gebracht. Der Abstandshalter 38 und der Verschlußteil 42 sind mit in einer Flucht liegenden Öffnung versehen, um die Kathodenleitung 32 aufzunehmen. Der Kollektor und der Abstandshalter 38 passen so in den Rahmen 24, daß die Außenfläche des Abstandshalters 38 im allgemeinen in einer Ebene mit der ebenen Fläche des Oberflächenrandes des Rahmens 24 liegt. Der äußere bzw. periphere Teil des Verschlußblattes 42 wird dann über den Umfang des Rahmens 24 gefaltet und festgelegt, was mit einem geeigneten Epoxymaterial erfolgen kann, das zwischem dem Verschlußteil 42 und dem Rahmen 24 aufgebracht und dann gehärtet wird, um die Teile festzulegen. Das Verschlußteil es auf diese Weise das gesamte Ende des Rahmens 24 ab und erstreckt sich längs der Breite des Rahmens bis zur Mitte, wo es das andere Verschlußteil 44 in einer noch zu beschreibenden Weise trifft. Der Bereich des Verschlußteiles 42, durch welchen die Leitung 32 geht, kann durch ein vorzugsweise aus Teflon bestehendes Dichtungsstück versehen sein, das durch ein Cyanacrylat-

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Haftmittel festgehalten wird. Der Verband wird dann umgekehrt und das vorstehend beschriebene Verfahren auch für den anderen Teil der Zelle wiederholt, d. h. der auf einer Unterlage ruhende Verband ist so angeordnet, daß die Lithium-Platten 12 und 14 im allgemeinen horizontal mit der Oberfläche der Platte 14 nach oben liegen, und das Kathodenmaterial wird eingegossen, um den Bereich 28 bis zu einer Höhe zu bilden, die etwas unterhalb des oben liegenden Randteils des Rahmens 24 liegt. Der Verband aus dem Kollektor 34 und dem Abstandsglied 40 und dem Verschlußteil 44 wird dann in Lage gebracht und der Verband in der vorstehend beschriebenen Weise festgelegt. Ein Dichtungsstück 49 wird um die öffnung in der Einfassung 44 in der für das Dichtungsstück 48 beschriebenen Weise festgelegt.

Die Kathodenkollektoren 30 und 34 bestehend aus vergütetem Zirkonium und haben eine Stärke von etwa 0,025 mm (0.001 inch) und rechteckige Abmessungen von etwa 25,4 mm (1.0 inch) x 40,64 mm (1.6 inch); die Verschlußteile 42 und 44 bestehen aus Teflon und haben eine Stärke von etwa 0,127 mm (0.005 inch) und rechteckige Abmessungen von etwa 38,1 mm (1.5 inch) χ 55,8 mm (2.2 inch). Die Kathodenleitungen 32 und 36 bestehen aus vergütetem Zirkonium und haben eine Stärke von etwa 0.127 mm (0.005 inch); die Abstandshalter 38/40 aus Teflon haben Abmessungen von 0,07 mm χ 25,4 mm χ 40,6 mm.

Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist das längliche Band etwas größer als der Umfang, wie er längs der Außenfläche des Rahmens 24 gemessen ist. Das Band wird so angebracht, daß es die gesamte Breite des Rahmens abdeckt und längs gegenüberlie-

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genden Kanten des Rahmens 24 umgebogen ist, so daß es einen über die entsprechenden Enden der Rahmen 24 überhängenden Rand bildet. Das Band 46 deckt also die aneinander stoßenden Ränder der Verschlußteile 42 und 44 längs des ümfanges des Rahmens ab; das Band hat eine Breite, die etwas größer als die des Rahmens 24 ist, so daß es längs gegenüberliegenden Kanten und längs gegenüberliegenden Stirnflächen des Rahmens ein kurzes Stück sich hinaus erstreckt. Die beiden Enden des Bandes 46 überlappen sich etwas, wie aus Figur 1 ersichtlich. Das Band wird durch ein geeignetes Abdichtungsmittel, zum Beispiel das vorerwähnte Cyanacrylat, das verhältnismäßig schnell härtet und mit Jod nicht reagiert, festgehalten. Anstelle von Teflon können für das Band auch andere Materialien verwendet werden, die Jod nicht durchlassen oder nur zu vernachlässigenden Mengen, und die eine ausreichende Dehnbarkeit haben, so daß es wie vorstehend beschreiben, angewendet werden kann.

Die Lithium-Jod Zelle vorliegender Erfindung arbeitet in folgender Weise. Sobald das jodhaltige Kathodenmaterial der Bereiche 26 und 28 mit den freiliegenden Flächen der Lithium-Platten 12 und 14 in Berührung kommt, beginnt sich ein Lithium-Jod Elektrolyt an jeder Zwischenfläche zwischen dem Material 26 und dem Lithium-Teil 12 bzw. zwischen dem Material 28 und dem Lithium-Teil 14 zu bilden und infolgedessen ein elektrischer Spannungsabfall zwischen der Anodenleitung 18 und den Kathodenleitungen 32 bzw. 36 besteht. Es ist wichtig, daß das jodhaltige Kathodenmaterial der Bereiche 26 und 28 nicht unmittelbar

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in Berührung mit irgendeinem Teil der elektrischen Leitung der Anode, einschließlich des Stromkollektors 16 und dem Stromleiter 18 kommt, weil dies eine elektrische Verbindung zwischen dem Kathodenmaterial 26 bzw. 28 und der Anodenleitung und damit einen elektrischen Kurzschluß in der Zelle verursachen würde. Insbesondere würde jede Wanderung des jodhaltigen Komplexmaterials 26 bzw. 28 unmittelbar zu dem Anodenstromkollektor 16 oder unmittelbar zu dem Stromleiter 18,ohne zunächst mit den Lithium-Platten 12 bzw. 14 der Anode reagiert zu haben, zu einer elektronischen Leitung und dadurch zu einem Kurzschluß innerhalb der Zelle führen, Wenn andererseits das jodhaltige Material 26 bzw. 28 lediglich die entsprechenden Lithium-Platten 12 bzw. 14 berührt, führt dies zunächst zu einer Bedingung ionischer Leitung und führt zu einem guten Betrieb der Zelle.

Die erfindungsgemäße Konstruktion einer Zelle verhindert vorteilhaft einen durch die Wanderung·oder des Fließens des Materiales 26 bzw. 28 verursachten elektrischen Kurzschluß, insbesondere die Anordnung des Anodenstromkollektors 16, der zwischen die Lithium-Platten 12 und 14 gepreßt ist, fördert die schützende Abdichtung, die durch den Rahmen 14 für den Stromkollätor 16 gegen eine Jod-Wanderung vorgesehen ist. Der Anodenkollektor 16 ist also wirksam von dem jodhaltigen Komplex des Kathodenmateriales 26 bzw. 28 isoliert. Die Berührungsfläche zwischen der Innenfläche des Rahmens 24 und dem Umfang der Lithium-Platten 12 und 14 kann noch zusätzlich durch eine mit Jod nicht reagierende Zwischenmasse, wie das oben erwähnte Cyanacrylat abgedichtet werden. Auch die in dem

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Rahmen 24 für den Stromleiter 18 und die diesen umgebende Isolation 20 vorgesehene öffnung wird mit einer solchen Masse abgedichtet. Dies und die Tatsache, daß das Material der Isolierung 20 mit Jod nicht reagiert, trägt zu der Abdichtung und Isolation bei.

Die Abstandsteile 38 und 40 wirken als Federn, um die entsprechenden Kathodenstromkollektoren 30 bzw. 34 in Berührung mit den Kathodenmaterial der Bereiche 26 bzw. 28 während der Lebensdauer der Zelle zu halten. Wenn aus irgendeinem Grunde irgendein Teil des Kathodenmateriales sich zusammenziehen oder irgendeine andere physikalische Verwerfung erleiden sollte, die zu seiner Trennung von dem Kathodenstromkollektor führen kann, wird dies durch das entsprechende Abstandsteil 38 bzw. 40 ausgeglichen, da dieses den Stromkollektor wieder zurück in Berührung mit dem Kathodenmaterial führt. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß jeder Kathodenstromkollektor eine größere chemische Affinität für den entsprechenden Bereich des Kathodenmateriales als zu dem Teflon-Material des entsprechenden Abstandshalters hat, und wenn irgendeine Schrumpfung in dem Kathodenmaterial während der Entladung der Zelle eintreten sollte, wird eine solche Schrumpfung durch eine Trennung von dem Material der Abstandselemente 30 bzw. 40 ausgegliche, so daß eine Trennung von den Stromkollektoren 30 bzw. 34 nicht zu befürchten ist.

Die Verschlußteile 42 und 44, welche die ERäen des Rahmens 24 abdichten und sich um deren Umfang erstrecken, bilden eine Ab-

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dichtung gegen jegliches Durchsickern von Kathodenmaterial 26 bzw. 28 aus dem Inhalt des Rahmens 24 enthaltenden Apparatsatzes. Wenn die Umhüllung 42/44 so vorgenommen wird, daß die aneinander stossenden Kanten in der Mitte bzw. zentrisch auf der Außenfläche des Rahmens 24 liegen, wird der Weg jeder möglichen Durchsickerung aus den Bereichen 26 und 28 und längs der Umfangsfläche des Rahmens 24 unter der Umhüllung 42/44 verlängert. Sollte ein Durchsickern eintreten, .und zwar entweder längs dieses Weges oder längs der in dem Rahmen 24 für den Stromleiter 18 und die Isolierung 20 vorgesehenen öffnung, würde ein seiches Durchsickern verhindert oder wenigstens stark verzögert durch das Band 46, das den Umfang des Apparatsatzes und die gesamte Breite des Apparatsatzes abdeckt und sich auch über Teile des entsprechenden Endes der Oberflächen erstreckt. In anderen Worten, falls eine Leckage eintritt, müßte das durchgesickerte Material von einem zentrisch zum Rahmen 24 gelegenen Bereich über eine Länge wandern, die gleich der Hälfte der Breite des Rahmens ist und dann längs eines Teiles des Endes der Fläche entweder des Abschlußteiles oder 44. Diese Wirkungen

werden noch dadurch verstärkt, daß das Material des Bandes 46 und der Verschlußteile 42 und 44 und die Zwischenmasse sowie das Epoxymaterial die verschiedenen Apparatteile in ihrer Lage abdichten und alle diese Materialien einen zu vernachlässigenden oder überhaupt keinen Durchgang von Jod zulassen.

Die erfindungsgemäße Zelle wird in folgender Weise eingebettet.Für die Einbettung dient ein hohles, aus zwei komplementären Teilen 54 und 56 bestehendes, in Figur 3 dargestelltes Gehäuse. Die bei-

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den Teile sind im allgemeinen rechteckig und schalenförmig ausgebildet und aus einem Material/ z. B. Halar hergestellt, das mit Jod nicht reagiert. Die Schalen 54 und 56 haben beispielsweise eine Stärke von 0.25 mm; ihre Abmessungen werden durch die Größe der einzuschließenden Zelle bestimmt. Eine der beiden Schalen, z. B. die in Figur 3 gezeigte Schale 54 hat längs eines Randes Schlitze bzw. Öffnungen 57, 58 und 59, um die Stromleitungen 18, 32 und 36 aufzunehmen und die Schale mit den Schlitzen ist grosser als die komplementäre Schale. Wenn die beiden Schalen 54 und

55 zusammengesetzt werden, gehen die Leitungen der Zelle durch die Öffnungen in der Schale 54 und die Ränder der Schale 56 ruhen oder stoßen gegen die Leitungen; die Bodenfläche der Schale

56 liegen im allgemeinen in einer Ebene oder sind coplanar mit der Randfläche der Schale 54.

Gemäß einer Ausführung der erfindungsgemäßen Methode wird flüssiges Einbettungsmaterial in wenigstens eine Schale gegeben, die beiden Schalen werden dann zusammen und um die eingeschlossene Zelle bzw. den Apparatsatz 10 gebracht, und der Apparatsatz wird dann zusammen mit einer weiteren Menge Einbettungsmaterial in eine Form gegeben. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die beiden Schalen 54 und 56 auf einen Arbeitstisch mit den offenen Teilen nach oben gelegt, und dann wird das Einbettungsmaterial in jede Schale 54 und 56 bis zu einer Höhe von etwa der Hälfte der Höhe bzw. Tiefe der Schalen gegeben. Das Einbettungsmaterial darf nicht mit Jod reagieren; ein bevorzugtes Einbettungsmaterial ist ein Polyester,der unter der Bezeich-

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nung Hetron 32A von der Durez Division der Firma Hooker Chemical Company erhalten werden kann. Dann wird die eingeschlossene Zelle 10 der Figuren 1 und 2 in eine der beiden Schalen gegeben, vorzugsweise in die Schale 54 mit den Schlitzen, so daß die Leitungen 18, 32 und 36 durch die Schlitze 57, 58 und 59 gehen, worauf der andere Gehäuseteil 56 über die eingeschlossene Zelle 10 geführt und in die Schale 54 eingesetzt wird. Dann wird des Apparatsatz in folgender Weise in eine Form gegeben. Eine bevorzugte Form besteht gemäß Figur 4 aus den Hälften 60 und 62, die einen Hohlraum zur Aufnahme des Apparatsatzes einschließen. Einbettungsmaterial wird dann in einer ausreichenden Menge in den Hohlraum gegeben, so daß, wenn der Apparatsatz in die Form gesetzt wird, das Einbettungsmaterial nach oben längs allen Flächen des Apparatsatzes und auch über dessen Kopfteil gezwungen wird. Vor dem Einsetzen des Apparatsatzes in den Hohlraum 63 dar Form wird der Apparatsatz mit einem Band bzw. Streifen 64, wie in Figur 4 gezeigt, versehen, der um die Oberfläche des Apparatsatzes gewikkelt ist. Der vorzugsweise aus Faserglas bestehende Streifen 64 hat nahe an einem Ende eine öffnung,durch welche die Leitung 18 mit der Isolierung 20 geführt wird; an dem gegenüberliegendai Ende des Bandes 64 sind Schlitze vorgeaäien, um das Wickeln des Bandes zu erleichtern, bzw. es längs der beiden Leitungen 32 und 36 führen zu können, wie aus Figur 4 ersichtlich. Wenn das Band 64 angeordnet ist, wird ein ebenfalls vorzugsweise aus Faserglas bestehendes Blatt bzw. eine Hülle 68 um den Boden und die beiden Hauptseiten des Apparatsatzes geführt; das Blatt 68 bzw. die Umhüllung 68 ist so bemessen, daß, wie aus Figur 4 ersichtlich, der Boden

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und die Hauptseiten des Apparatsatzes bedeckt sind. Der Aufbau wird dann, wie aus Figur 4 ersichtlich, nach abwärts in den Hohlraum 63 geführt, was zunächst zweckmäßigerweise mit der Hand geschieht, und dann wird der Aufbau durch eine geeignete Vorrichtung weiter nach unten geführt. Vorzugsweise dienen zum Fassen des oberen Teiles des Zusammenbaus zwei nicht dargestellte Druckstöcke, die den Leitungen entsprechende Aussparungen haben; der Zusammenbau wird durch eine Maschine dann nach unten in die Form geführt. Dann wird die Form, welche den eingekapselten Zusammenbau enthält, auf eine Temperatur ausreichend lang erhitzt, um den Polyester zu härten.

Wenn das Einbettungsmaterial verfestigt ist, wird die Form entfernt, und so ein eingekapseltes Gehäuse 74 erhalten, wie es in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist. Die nach oben gerichteten Vorsprünge 76 und 78 bestehen völlig aus dem Einbettungsmaterial und bilden mit dem Gehäuse 74 ein Stück; ihre Bildung ergibt sich aus den in den vorgenannten Druckstöcken vorgesehenen Öffnungen; sie dienen zum Stützen eines Kopfverschlußstückes, wie es noch näher beschrieben wird. Die Außenfläche des eingekapselten Gehäuses 74 wird z. B. durch Schruppen, Polieren ausreichend weich ge* macht, so daß die eingekapselten Teile zwecks Prüfung sichtbar sind.

Das eingekapselte Gehäuse wird durch ein hohles Gehäuse 80 gemäß Figur 7 eingeschlossen. Das aus Metall, z. B. säurefestem Stahl bestehende Gehäuse ist rechteckig und von einer Größe, um das

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eingekapselte Gehäuse 74 aufnehmen zu können. Das hohle, aus Metall, z.B. rostfreiem Stahl bestehende Gehäuse 80 kann zum Beispiel durch Ziehen hergestellt werden, so daß Boden, die Seiten und Stirnwände ein einheitliches Teil bilden; die Größe des Gehäuses 80 entspricht der Größe des eingekapselten Gehäuses 74, das in das Gehäuse 80 eingeführt wird, wobei die Leitungen 18, 32 und 36 in dem oben offenen Teil des Gehäuses 80 liegen. Die Leitungen 32 und 36 werden umgebogen und an eine Zwischenleitung 84 angeschweißt, die wiederum an einem. Ende umgebogen und mit einem Endstück 86 verschweißt ist. In gleicher Weise wird die Leitung 18 umgebogen und mit einem Ende einer anderen Zwischenleitung 88 verschweißt, die wiederum umgebogen und mit einem zweiten Endglied 90 verschweißt wird. Die Klemmen 86 und 90 bestehen vorzugsweise aus säurefestem Stahl. Ein elektrisch isolierender Streifen 92 aus Teflon oder einem entsprechenden Material wird an jedem Ende auf den Flächen der vorstehenden Teile 76 und 78 getragen. zur thermischen Isolierung wiVtteüv

Streifen 94 aus Faserglas oder dergleichen vorn. Streifen 92 getragen, wobei die Klemmen 86 und 90 durch in den Streifen 92 und 94 vorgesehene öffnungen gehen. Das eingekapselte Gehäuse wird dann durch ein Kopfverschlußteil 96, der in der öffnung des Gehäuses 80 liegt, abgedichtet und verschweißt, so daß das eingekapselte Gehäuse hermetisch abgeschlossen ist. Die hermetische Dichtung hält jegliches durch die Zelle gebildetes Gas innerhalb des Gehäuses und verhindert, daß von außen Feuchtigkeit in die Zelle eindringen kann. Die Durchgänge 98 und 99 der mit dem Kopfverschlußteil 96 in geeigneter Weise verbundenen Hülsen 100 und

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101 sind abgedichtet, wobei die freien Enden der Klemmen 86 und 90 über das Kopfstück zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit der Zelle hinausragen. Dank dieser Anordnung werden das Kopftstück 96 und die isolierenden Streifen 92 und 94 von den Vorsprüngen 76 und 78 getragen und befinden sich in einem Abstand von dem benachbarten Ende des eingekapselten Gehäuses 74; es bleibt so ein Raum nicht nur für die Leitungen 18, 32 und 36 und deren Verbindung mit den Klemmen mit 86 und 90, sondern auch zur Aufnahme durchsickernden jodhaltigen Kathodenmateriales, falls eine Leckage auftreten sollte,_Λso verhindert wird, daß jegliches durchsickernde Material mit dem Kopfstück in Berührung kommt. Der Streifen 96 aus Faserglas ergibt eine thermische Isolierung des elektrischen Isolierstreifens 92 von der durch und um das Kopfstück 96 entwickelten Wärme.

Gemäß der erfindungsgemäßen Ausbildung des eingekapselten Gehäuses wird das Durcksickern jodhaltigen Kathodenmateriales aus der Einfassung bzw. dem Gehäuse 10 durch eine Reihe von Faktoren verhindert, wie der Anoden- und Rahmenkombination, den Verschlußteilen 42 und 44 und den Streifen 46, wie oben im einzelnen erklärt. Sollte indes irgendein Durchsickern des viskosen jodhaltigen Materiales aus der Einfassung 10 auftreten, ist die Möglichkeit eines/sich hieraus ergebenden Schadens weitgehend dadurch verhindert, daß sich das Gehäuse 10 in den Gehäuseteilen 54 und 56 befindet und in dem Polyestereinbettungsmaterial eingekapselt ist und so ein eingekapseltes Gehäuse 74 gebildet ist. Das Polyestermaterial ergibt eine elektrische Isolierung und eine lang-

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währende Abdichtung gegen eine Jod-Leckage. Das Gehäuse 80
schließt jegliches Gas ein, das aus dem Apparatsatz 10 ausgetrieben sein könnte, und diese Abdichtung wird noch durch die hermetische Abdichtung zwischen dem Gehäuse 80 und dem Deckel verstärkt. Das Ergebnis ist, daß das Gehäuse vorliegender Erfindung eine lange Lebensdauer für die Lithium-Jod Kapsel ergibt und gefahrlos implantiert und im menschlichen Körper verwendet werden kann.

Die vorliegender Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden
demnach erfüllt; wenn auch nur eine Verkörperung der Erfindung im einzelnen beschrieben ist, so soll dies keine Beschränkung bedeuten.

PATENTANSPRÜCHE

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Claims

Dr.-1 ng. E. BERKENFELD ■ Dipl.-lnq. H. BEkKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

Einaabevom 12. April 1976 gk/ Named.Anm. Wilson Greatbatch Ltd.

PATENTANSPRÜCHE :

1j Lithium-Jod Zelle, die durch eine Einfassung mit folgenden Merkmalen gekennzeichnet ist:

a) einen Rahmen (24), der aus einem mit Jod nicht reagierendem Material besteht, auf seinen gegenüberliegenden Enden offen, ist, und eine Lithium-Jod Zelle enthält, die eine Lithium-Anode (12/14), ein jodhaltiges Kathodenmaterial (26/28) und einen Lithium-Jod Elektrolyten aufweist, und der Rahmen (24) einen dem Umfang der Anode (12/14) entsprechenden Querschnitt hat;

b) ein erstes und ein zweites Verschlußstück (42/44) auf den

die

gegenüberliegenden Enden des Rahmens, wobei der Verschlußstücke die offenen Enden des Rahmens verschließen und Randteile der Verschlußstücke auf die äußere ümfangsflache des Rahmens gebogen sind, wobei die Endkanten dieser Verschlußstücke praktisch aneinander stoßen; und

c) ein für Jod undurchlässiges Band (46), das über den Rändern der Verschlußstücke (42/44) liegt und den Rahmen (24) umfaßt.
2. Lithium-Jod Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (46) aus Polytetrafluorethylen besteht.
3. Lithium-Jod Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfassung (10) in einem mit Jod nicht reagierenden Material eingebettet ist.

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4. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbettungsmaterial Polyester aufweist und die eingekapselte Einfassung eine ausreichend glatte Oberfläche besitzt, damit die eingekapselte Einfassung zur Prüfung sichtbar ist.
5. Lithium-Jod Zelle nach Anspruch 3 gekennzeichnet durch ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse (80), das die eingekapselte Einfassung enthält.
6. Lithium-Jod Zelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (80) aus Metall besteht.
7. Lithium-Jod Zelle nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch:

a) einen Anodenstromkollektor (16);

b) zwei Lithium-Teile (26/28), die miteinander und gegen den Stromkoellektor in einer Weise verbunden sind, daß der Stromkollektor zwischen den beiden Lithium-Teilen abgedichtet ist, wobei die Lithium-Teile in dem Rahmen (24) so angeordnet sind, daß der Rahmen ununterbrochen die Aussenkanten der Lithium-Teile umgibt und diese Kanten abdichtet;

c) eine elektrische Leitung (18), die mit dem Anodenstromkollektor (16) verbunden ist und durch den Rahmen (24) und das Band (46) geht;

d) die Querschnitts fläche des Rahmens (24) entspricht der. peripheren Gestalt der Lithium-Elemente in einer Weise, daß zwei entgegengesetzt gerichtete Lithium-Flächen freiliegen

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und das jodhaltige Kathodenmaterial zwei Bereiche (26/28) aufweist, jeder Bereich einer der freiliegenden Lithium-Flächen entspricht; und

e) eine Kathodenleitung, die in betriebswirksamer Weise mit jedem der Kathodenbereiche (26/28) verbunden ist und jede Kathodenleitung einen. Stromkollektor (30/34) aufweist, die in betriebswirksamer Weise den entsprechenden Bereich des Kathodenmateriales an einer Stelle berühren, die sich in einem Abstand von der Anode befindet und elektrische Leitungen (32/36), die mit dem Stromkollektor (30/34) verbunden sind und durch die Einfassung (10) hindurchgehen.
8. Lithium-Jod Zelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stromkollektor (30/34) zwischen dem entsprechenden Bereich des Kathodenmateriales und dem entsprechenden Verschlußstück (42/44) angeordnet ist, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß Abstandshalter (38/40) zwischen jedem Kathodens tromko llektor, (30/34) und dem entsprechenden Verschlußstück (42/44) angeordnet sind, um die Stromkollektoren in betriebsamer Berührung mit dem Kathodenmaterial zu halten.
9. Lithium-Jod Zelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodenmaterial einen Charge-Transfer-Komplex aus einer organischen Donor-Komponente und Jod aufweist.

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10. Lithium-Jod Zelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Donor-Komponente Polyvinyl-Pyridin aufweist.
11. Verfahren zum Einschließen einer Lithium-Jod Zelle nach den Ansprüchen 1-10 gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) ein Rahmen (24) wird vorgesehen), der eine ununterbrochene ümfangsseitenfläche und zwei gegenüberliegende offene Enden hat;

b) in dem Rahmen wird eine Lithium-Anode angeordnet derart, daß das Innere des Rahmens in zwei bestimmte Bereiche getrennt wird, die zwischen einer Oberfläche einer Anode und einer entsprechenden offenen Stirnseite (Ende) des Rahmens liegen;

c) ein jodhaltiges Kathodenmaterial wird in jeden dieser Bereiche eingebracht und ein Kathodenstromkollektor in betriebswirksamer Berührung mit diesem Material in jedem dieser Bereiche gebracht;

d) ein blattartiges Teil wird gegen den Rahmen an jedem seiner freien Enden in einer Weise angeordnet, daß der Rahmen an jedem seiner freien Ende geschlossen wird, worauf die blattförmigen Teile mit dem Rahmen abgedichtet werden;

e) ein für Jod undurchlässiges Band wird über die Außenfläche des Rahmens und auf einen Teil jedes dieser blattförmigen Elemente geführt und das Band an Ort und Stelle abgaiLchtet.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Randteile des blattförmigen Elementes um die peripheren Seitenflächen des Rahmens umgebogen werden, derart, daß die Kanten der blattförmigen Teile praktisch aneinander stoßen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Band über die aneinander stoßenden Kanten der blattförmigen Elemente geführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfassung in mit Jod nicht reagierendem Einbettmaterial eingekapselt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das eingekapselte Gehäuse in ein an einem Ende offenes hohles Gehäuse gesetzt wird, und

b) das hohle Gehäuse durch ein Kopfteil (96) geschlossen und dieser Kopfteil hermetisch mit dem Gehäuse abgedichtet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man in folgender Weise einkapselt:

a) es wird ein aus zwei komplementären Teilen bestehendes hohles Gehäuse vorgesehen;

b) in wenigstens eines der beiden Teile wird flüssiges Einbettungsmater ia.l gegeben und die beiden Teile mit dem einliegenden Gehäuse zusammengelegt;

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c) das Gehäuse und das flüssige Einbettungsmaterial werden in eine Form gegeben, um

d) das Einbettungsmaterial zu verfestigen, worauf die Form von dem eingekapselten Gehäuse abgenommen wird.

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Leersei te