DE2626913A1

DE2626913A1 - Lithium-jod-zelle

Info

Publication number: DE2626913A1
Application number: DE19762626913
Authority: DE
Inventors: Norbert W Franz; Ralph T Mead
Original assignee: Greatbatch Ltd
Current assignee: Greatbatch Ltd
Priority date: 1975-07-22
Filing date: 1976-06-16
Publication date: 1977-02-10
Also published as: MX143313A; CA1053747A; US3996066A; NL7607999A; FR2319207A1; SE7606393L; FR2319207B1

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-Ing. H. BERKtNFbLD, Patentanwälte, Köln

Anlage

zur Eingabe vom 14. Juni 1976 lily/

Aktenzeichen

Named.Anm. WILSON GRE ATBATCH LTD.

W 75/15

Lithium - Jod - Zelle

Die Erfindung betrifft eine Lithium-Jod-Zelle zur Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie und ein Verfahren zur Herstellung dieser Zelle. Ein Anwendungsgebiet vorliegender Erfindung liegt in der Versorgung von unzugänglichen Vorrichtungen in menschlichem Körper mit elektrischer Energie, zum Beispiel von implantierten Herzschrittmachern. Die vorliegender Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien können aber auch für andere Zwecke nutzbar gemacht werden. Es sind verschiedene Batterien für implantierte Herzschrittmacher vorgeschlagen, kürzlich eine Lithium-Jod-Zelle, die vorteilhafterweise eine offene Stromkreisspannung hat, die etwa zweimal so hoch wie die einer Quecksilberzelle ist, und den weiteren Vorteil hat, dass sie während des Betriebs kein Gas erzeugt und einen nicht korrodierenden Elektrolyten hat.

Man hat eine Zelle vorgeschlagen, die eine Lithiumanode und einen Charge-transfer-Komplex einer organischen Donorkomponente und Jod aufweist. Wenn man eine solche Zelle für eine menschliche Implantierung vorsieht, müssen verschiedene Überlegungen hinsichtlich Grosse und Gestalt berücksichtigt werden. Eine solche Zelle muss, um für eine Implantierung geeignet zu sein, eine verhältnismässig kleine Grosse und gleichzeitig eine Lithiumfläche ausreichender

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Grösse haben, um bei Belastung die erforderliche Stromstärke zu haben. Die Zelle muss ferner eine äussere Form haben, die bei der Implantierung im Körper nur ein geringes oder kein Unbehagen verursacht. Die Zelle muss ferner so konstruiert sein, dass ein innerer elektrischer Kurzschluss verhindert wird, der von der Wanderung oder dem Fliessen des jodhaltigen Kathodenmaterials verursacht werden kann. Eine solche Zelle muss ferner verhältnismässig leicht und wirtschaftlich herzustellen sein.

Vorliegender Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Lithium-Jod-Zelle der in Rede stehenden Art zu schaffen, die eine verhältnismässig grössere Lithiumfläche und eine verhältnismässig kleine äussere Gesamtgrösse hat; deren äussere Form, wenn die Zelle im menschlichen Körper implantiert ist, kein oder nur wenig Unbehagen verursacht; bei welcher eine Wanderung beziehungsweise Fliessen des Jodmaterials in einer Weise so beschränkt ist, dass keine inneren Kurzschlüsse in der Zelle entstehen können; und die verhältnismässig leicht und wirtschaftlich hergestellt werden kann.

Vorliegende^ Erfindung sieht eine zwei Behälterteile aufweisende Lithium-Jod-Zelle vor, von welchen jeder Teil einen peripheren Flansch hat, und die Behälterteile so aneinander grenzen, dass sie eine Kammer ergeben, und die Flansche/2 an der in der Kammer durch die Behälterteile gehaltene Anode angrenzen, und deren die Anode in betriebswirksamer Weise berührende Kathode jodhaltiges Material in der Kammer aufweist. Die Anode weist vorzugs-

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weise in jedem Behälterteil eine Lithiumfläche von einer Grosse auf, die einer bei Belastung angemessenen Stromleistungsfähigkeit entspricht. Die peripheren Flansche werden zusammen verschweisst, so dass ein Fliessen des jodhaltigen Kathodenmaterials verhindert wird; die Zelle wird in einem mit Jod nicht reagierenden Einbettungsmaterial eingekapselt. Die eingekapselte Zelle ist in einem hermetisch verschlossenen Aussengehäuse, das gebogene Oberflächen hat, eingekapselt.

Die vorstehend aufgeführten sowie weitere Vorteile und die Erfindung kennzeichnende Merkmale ergeben sich aus der folgenden Einzelbeschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der bedeuten:

Fig. 1 eine Lithium-Jod-Zelle, die im Einbettungsmaterial eingekapselt ist, im Seitenriss;

Fig. 2 eine Stirnansicht der Zelle gemäss Fig. 1; Fig. 3 eine Draufsicht der Zelle der Fig. 1;

Fig. 4 ein Schnitt nach 4-4 der Fig. 2; Fig. 5 ein Schnitt nach 5-5 der Fig. 4;

Fig. 6 eine Schnittansicht einer Anodenhalterung bzw. Schale für die Zelle vorliegender Erfindung;

Fig. 7 eine Draufsicht eines Anodenstromkollektors und eines Leitung-Teil-Zusammenbaus;

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Fig. 8 einen Seitenriss eines Anoden-Teilzusammenbaus;

Fig. 9 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Hälfte einer teilweise fertiggestellten Zelle;

Fig. 10 eine Draufsicht eines Kathodenstromkollektors und eines Leitung-Teilzusammenbaus;

Fig. 11 eine Schnittansicht des Stromkollektors und der Leitung gemäss Fig. 10;

Fig. 12 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer fertiggestellten Zelle nach 12-12 der Fig. 14;

Fig. 13 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer fertiggestellten Zelle nach 13-13 der Fig. 14;

Fig. 14 eine Draufsicht einer fertiggestellten Zelle;

Fig. 15 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung
einer erfindungsgemassen Methode; und

Fig. 16 einen Teilschnitt einer eingeschlossenen (eingekapselten) Zelle.

In den Figuren 1 bis 5 ist eine mit 10 bezeichnete Lithium-Jod-Zelle innerhalb eines Gehäuses bzw. Behälters in Form einer Kammer 12 dargestellt, wobei die Zelle 10 in einem Einbettungsmaterial eingekapselt ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, hat das
Gehäuse 12 einen gebogenen beziehungsweise bogenförmigen Bodenflächenteil 14, zwei planare Seitenwandteile 16 und 17, zwei

gebogene beziehungsweise bogenförmige Endflächenteile 18 und 19

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und einen im allgemeinen planaren Kopfflächenteil 20, der in einem rechten Winkel zu jedem der planaren Seitenwandteile 16 und 17 liegt. Die Fläche 14 ist in zwei Richtungen beziehungsweise Dimensionen gebogen, das heisst, die Biegung in der Ebene, welche parallel zu den Seitenwänden 16 und 17 liegt, und die Biegung, die in der zu den Seitenwänden 16 und 17 senkrecht verlaufenden Ebene liegt, wobei die Biegung eine Fortsetzung der Biegung der Endflächen 18 und 19 ist. Der Einfachheithalber können alle diese gebogenen Kanten oder Flächen der Kammer 12 halbkreisfrmig sein. Die Zelle 10 hat eine Kathodenleitung 22 und eine Anodenleitung 24, die durch das Gehäuse 12 nach aussen gehen, um eine elektrische Verbindung mit der Zelle herzustellen. Die Art und Weise, in welcher die Zelle 10 in dem Einbettmaterial eingekapselt ist, um das Gehäuse beziehungsweise die Kammer 12 zu bilden, wird noch im einzelnen beschrieben.

Gemäss den Figuren 12 bis 14 weist die Lithium-Jod-Zelle eine Kathode auf, die wiederum einen Charge-transfer-Komplex einer organischen Donorkomponente und Jod aufweist. Eine bevorzugte Art der Herstellung des Kathodenmaterials 30 und dessen Verbindung mit den anderen Elementen der Zelle wird noch φ. im einzelnen beschrieben. Das Kathodenmaterial 30 hat eine Form mit wenigstens zwei Oberflächenteilen, insbesondere die in einem Abstand angeordneten oberen und unteren gegenüberliegenden Oberrflächenteile, wie aus den Figuren 12 und 13 ersichtlich. Ein Stromkollektor 32 ist in dem Kathodenmaterial 30 in einem Abstand von den Ober-

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teilen angeordnet, insbesondere praktisch parallel zu und in einem gleichen Abstand von den oberen und den unteren Oberflächenteilen. Die Kathodenleitung 22 ist an einem Ende mit dem Kathodenstromkollektor 32 verbunden beziehungsweise verschweisst und erstreckt sich von dem Material 30 und den übrigen Teilen der Zelle in einer noch zu beschreibenden Weise nach aussen, so dass eine elektrische Verbindung zur Verfügung steht.

Die Zelle weist ferner ein erstes Lithiumanodenelement 34 auf, das in betriebswirksamer Weise mit einem der Oberflächenteile des Kathodenmaterials 30 in Verbindung steht; gemäss den Figuren 12 und 13 ist es die obere Fläche des Kathodenmaterials; ein zweites Lithiumanodenelement 36 steht in betriebswirksamer Berührung mit dem anderen Oberflächenteil des Kathodenmaterials 30, nämlich gemäss den Figuren 12 und 13 mit dessen unterem Teil. Jedes Lithiumanodenelement 34 beziehungsweise 36 hat im allgemeinen eine schalenartige Form, die einen im allgemeinen planaren Bodenteil und einen von diesem ausgehenden Umfangsrandteil«aufweisen. In der in der Zeichnung dargestellten Ausführung haben die Lithiumanodenteile 34 und 36 im allgemeinen scheibenförmige Bodenteile und ringförmige Randteile, die mit dem Bodenteil einen spitzen Winkel bilden. Jedes der Lithiumanodenelemente 34 und 36 hat gegenüberliegend gerichtete Oberflächen, wobei eine der gegenüberliegenden Oberflächen jedes der Elemente in betriebswirksamer Berührung mit dem Kathodenmaterial 30 steht. Ein erster Anodenbehälter beziehungsweise

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eine Halterung 40 umschliesst das Lithiumanodenelement 34 in einer solchen Weise, dass die eine Oberfläche des Lithiumele-

dem
mentes im Kathodenmaterial 30 ausgesetzt ist, während es die andere Oberfläche des Lithiumanodenelementes berührt. Die Halterung 40 ist im allgemeinen schalenförmig und hat einen scheibenförmig gestalteten und einen im allgemeinen planaren Bodenteil sowie einen ringförmigen Randteil, der von dem Bodenteil ausgeht und mit diesem einen spitzen Winkel bildet; die Halterung hat ferner einen Umfangsrandteil, der wiederum sich sowohl nach einwärts wie auch nach auswärts erstreckende Teile aufweist. Das Lithiumanodenelement 34 wird in einer noch zu beschreibenden Weise in der Halterung 40 gebildet, derart, dass es im allgemeinen der inneren Form der Halterung entspricht, wobei die am Rande liegende Umfangskante des Elementes 40 den nach einwärts gerichteten Teil des Umfangsflansches berührt. Der Rand des Lithiumelementes 40 berührt den nach einwärts gerichteten Flansch derart, dass es gegen jeglichen Fluss des jodhaltigen Kathodenmaterials 30 zwischen dem Lithiumelement und dem Flansch abgedichtet ist,und so jeder innere Kurzschluss verhindert wird, der durch eine Baührung zwischen dem Kathodenmaterial und dem Anodenstromkollektor entstehen könnte. In entsprechender Weise umfasst eine zweite Anodenhalterung beziehungsweise ein Behälter 42 das Lithiumanodenelement 36,

dem

derart, dass die eine Fläche des Lithiumelementes 36 im Kathodenmaterial 30 ausgesetzt ist und die andere Fläche die Halterung berührt. Die Halterung 42 ist im allgemeinen schalenförmig ge-

und bildet und hat einen scheibenförmig edej? im allgemeinen

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planaren Bodenteil, sowie einen ringförmigen Randteil, der von dem Boden in einem spitzen Winkel ausgeht und ferner einen ümfangsflansch, der sowohl nach einwärts wie auch nach auswärts sich radial erstreckende Teile hat. Das Lithiumanodenelement
36 wird in einer noch zu beschreibenden Weise in der Halterung 42 gebildet und entspricht im allgemeinen der inneren Form der Halterung, wobei die periphere Kante des Elements 36 den sich
nach einwärts erstreckenden Flansch berührt und so gegen jeden Fluss des Kathodenmaterials in der bereits beschriebenen Weise abdichtet.

Die Zelle wird derart gebildet, dass die Umfangsrandteile der
Halterungen 40 und 42 gegenüberliegen und in einer noch zu beschreibenden Weise miteinander verklebt (versiegelt) werden.
Die Anodenhalterungen beziehungsweise 40 und 42 bestehen aus
einem fäterial, das keine elektrische Leitfähigkeit hat, wenn
es Jod ausgesetzt ist. Für diesen Zweck ist ein im Handel unter der Bezeichnung Halar von der Allied Chemical Company vertriebenes Fluorpolymer geeignet. Ausserdem sind die mit dem Kathodenmaterial 30 in betriebswiisamer Weise in Berührung stehenden Oberflächen der Lithiumanodenelemente 34 und 36 mit einem überzug 44 beziehungsweise 46 versehen. Die Überzüge 44 und 46 bestehen aus einem organischen Elektronen-Donor-Material, zum
Beispiel Polyvinylpyridin. Eine bevorzugte Methode zur Bildung der Anodenelemente in den entsprechenden Halterungen und diese mit einem Überzug zu versehen, werden noch im einzelnen beschrieben.

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Die Zelle weist ferner mit den Lithiumanodenteilen 34 und 36 verbundene elektrische Leitungen auf. Wie aus den Figuren 12 und ersichtlich, ist ein erster Anodenstromkollektor 48 zwischen dem Lithiumelement 34 und der Innenfläche des Bodenteils der Halterung 40 angeordnet, wobei der Kollektor in fester Berührung mit dem Lithiumelement steht. Eine schmale Scheibe des Anodenmaterials kann zwischen dem Kollektor 48 und der Halterung in einer noch zu beschreibenden Weise angeordnet sein. Eine Anodenleitung 50 ist an einem Ende, zum Beispiel durch Schweissen, mit dem Stromkollektor 48 verbunden und geht von diesem durch einen in dem Bodenteil ge der Halterung 40 vorgesehenen Schlitz beziehungsweise öffnung und verläuft, wie aus Figur 12 ersichtlich, längs der Aussenflache der Halterung 40. Eine Abdichtung beziehungsweise ein Polster ist über der Aussenfläche der Halterung um den Schlitz bzw. um die öffnung herum und über den entsprechenden Teil der Leitung 50 mittels eines geeigneten Klebstoffes gelegt. Die Dichtung 52 besteht aus einem mit Jod nicht reagierenden Material, vorzugsweise einem Fluorpolymer, das von der Dupont Company unter der Bezeichnung Tefzel vertrieben wird. Als Klebstoff wird vorzugsweise eine schnell härtende Art verwendet und durch welchen kein Jod wandert; ein Beispiel eines solchen Klebstoffes ist das von Techni-Tool, Inc. unter der Bezeichnung Perma-Bond 101 vertriebene Cyanoacrylat.

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In gleicher Weise wird ein Stromkollektor 54 zwischen dem Element 36 und der Innenfläche der Halterung 42 angeordnet, wobei der Kollektor in fester Berührung mit dem Lithiumelement ist. Eine kleine Scheibe des Anodenmaterials kann zwischen dem Stromkollektor 54 und der Halterung in einer noch zu beschreibenden Weise vorgesehen sein. Ein Ende der Anodenleitung 56 wird zum Beispiel

Schweissen
durch Reissen mit dem Anodenstromkollektor 54 verbunden; die Leitung 56 geht durch einen in dem Bodenteil der Halterung 48 vorgesehenen Schlitz beziehungsweise Öffnung und verläuft längs der Aussenflache der Halterung 42, wie aus Figur 12 ersichtlich. Ein Abdichtungselement 58 liegt über der Öffnung und dem anliegenden Teil der Halterung 42 und der Leitung 56; die Dichtung 58 besteht vorzugsweise auch aus Tefzel und wird mit dem vorstehend beschriebenen Cyanoacrylat fest gelegt. Wie aus den Figuren 1 bis 4 ersichtlich, werden die nach aussen gehenden Teile der Leitungen 50 und 56 miteinander verbunden und bilden so die Anodenleitung 24. Die Anodenstromkollektoren 48 und 54 bestehen vorzugsweise aus einem Zirkon-Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,397# mm ( 12 mesh); die Anodenleitungen 50 und 56 sind dünne Streifen aus Zirkon.

Die Lithium-Jod-Zelle wird in folgender Weise gebildet und zusammengesetzt. Die Anode wird zuerst gebildet. In Figur 6 ist eine der Anodenschalen beziehungsweise Haiterungselemente dargestellt, insbesondere Teil 42; und es sei darauf hingewiesen, dass die Anodenschale beziehungsweise Halterung 40 identisch

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mit der in Figur 6 dargestellten ist. Die Halterung 42 hat einen im allgemeinen planaren zentrischen Grundteil 62, einen sich nach auswärts erstreckenden Randteil 63, der mit der Ebene des Grundteils einen spitzen Winkel bildet. Die Halterung hat ferner einen peripheren Umfangsflansch mit einem Teil 64, der sich vom Rand 63 radial nach auswärts erstreckt, und einen Teil 65, der sich vom Rand 63 radial nach einwärts erstreckt. Der Flanschteil 64 hat eine grössere Stärke als der Flanschteil 65. Nach einer Ausführung der Erfindung b zur Bildung der Schale 42, wird eine Schale vorgesehen beziehungsweise gebildet, die eine der in Figur 6 gezeichneten Schale entsprechende Form hat, mit dem Grundteil 62, dem Rand 63 und dem sich nach auswärts erstreckenden Flansch, wobei alle dieselbe oder gleiche Stärke haben, indes mit Ausnahme des Flanschteiles 65, und dann eine Scheibe mit der Kappe zum Beispiel durch Heissiegeln verbunden wird; de Scheibe hat einen äusseren Durchmesser, der gleich dem äusseren Durchmesser des Flanschteiles 64 ist und eine Stärke, die gleich der gewünschten Stärke des Flanschteiles 65 ist, und aus dem gleichen Material besteht wie der übrige Teilf* der Schale 42, das heisst, aus dem oben angegebenen Halar-Material. Dann wird der Mittelteil der Scheibe ausgeschnitten, so dass sich die gewünschte radiale Abmessung des Teiles 65 ergibt. Nach einer anderen Ausführung der Erfindung geht man von einem Ring aus, der einen äusseren, dem äusseren Durchmesser des Flanschteiles 64 gleichen Durchmesser hat, sowie eine Stärke besitzt, die praktisch gleich der gewünschten Stärke des Flanschteils

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ist, und einen inneren Durchmesser einer Grosse aufweist, um die gewünschte radiale Abmessung des Teiles 65 zu erreichen. Die Schale und der Ring werden dann zusammengepresst und in bekannter Weise der Einwirkung von Wärme unterworfen, um eine Verschmelzung von Ring und Kappe zu erzielen. Der Ring besteht aus dem gleichen Material wie dem des übrigen Teiles der Schale, insbesondere aus dem oben angegebenen Halar. Eine Schale 42 für eine Zelle verhältnismässig kleiner Grosse, wie sie zum Beispiel für Herzschrittmacher verwendet werden, kann beispielsweise folgende Abmessungen haben: Der Bodenteil 62 hat einen Durchmesser von etwa 25,54 mm (1,055 inches), einen Gesamtdurchmesser, der mit dem äusseren Durchmesser des Flansches 64 übereinstimmt, von etwa 35,5 mm (1,40 inches), eine Stärke für den Bodenteil 52, den Rand 63 und die Randteile 65 von etwa 0,254 mm (0,010 inch), der Randteil 65 hat eine Stärke von etwa 0,5 mm sowie einen Winkel von etwa 60° zwischen dem Rand 63 und der planaren Grundfläche 62. Der Abstand, gemessen von der Aussenflache des Grundteils 62 zu der Fläche des am Rand 63 anliegenden Flansches 64 beträgt etwa 2,9 mm (0,115 inches). Der Bodenteil 62 ist für die Anodenleitung in einer noch zu beschreibenden Weise mit einer Öffnung bzw. einem Schlitz 67 versehen. Jede Halterung 40 bzw. 42 kann daher als ein Behälter angesehen werden, der einen festen Körperteil hat, das ist der Boden und die Randteile, welche einen inneren Bereich abgrenzen, und eine Öffnung, die mit dem inneren Bereich in Verbindung steht, das ist die offene Seite, um die sich der periphere Flansch erstreckt.

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mit Gemäss der Figur 7 ist die Anodenleitung 56 ir einem Ende des Stromkollektors 54 zum Beispiel verschweisst oder in anderer Weise verbunden; die Leitung 56 liegt in einer Linie mit der Öffnung 68, um den Zusammenbau zu erleichtern. Der Stromkollektor 54 -

Zirkon-Sieb Nr. 12, lichte Maschenvielte = 1,68 mm -

hat beispielsweise eine Stärke von 0,110 mm. Der Kollektor 48 und die Anodenleitung 50 sind von gleicher Bauweise. Das andere beziehungsweise freie Ende der Anodenleitung 56 ist durch den Schlitz 67 in dem Bodenteil 62 der Halterung in einer solchen Weise geführt, dass der Stromkollektor 54 in Richtung und gegen die innere Fläche des Bodens 62 gezogen wird. Ein dünnes, scheibenförmiges Lithiumteil wird zwischen den Kollektor 54 und der Oberfläche des Bodenteils 62 gelegt, wenn die Halterung 44 dicht gegen den Bodenteil 62 gezogen wird. Das knopfartige Teil hat eine Stärke von etwa 0,38 mm (0,015 inch) und eine solche Grosse und wird so angeordnet, dass eine Kante an die Leitung 56 und die gegenüberliegende Kante mit einer Kante des Kollektors 54 zussammenfällt, wie aus Figur 8 ersichtlich. Der Kollektor 48 und die Leitung 50 werden in der Schale 40 in gleicher Weise angeordnet, das£ heisst, ein dünnes knopfartiges Lithiumteil, das dem Knopf 69 zwischen dem Kollektor 48 und der Grundfläche der Schale 50 entspricht, wird in Lage gebracht. Dann wird ein im allgemeinen scheibenförmiges Lithiumteil in der Halterung 42 gegen den Kollektor 54 und die Innenfläche des Bodenteiles 52 angeordnet, worauf das Ganze in eine Form oder eine andere geeignete Haltevorrichtung gegeben und dann Druck durch geeignete Mittel auf die freiliegende Fläche des Lithiumteiles ausgeübt

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9R9RQ1 wird, und zwar derart, daß das Lithium längs der Innenfläche beziehungsweise des Randteiles 63 ausgezogen wird, bis der Umfangsrand des Lithiumteiles an die Innenfläche des Flanschteiles 65 anstößt und so das Lithiumelement 36 bildet, das der Form der Schale 42, wie aus Figur 8 ersichtlich, entspricht. Die Form ist selbstverständlich von den ursprünglichen Abmessungen des Lithiumteiles und der Höhe des angewandten Druckes abhängig. Das Material der Halterung 42 soll sich durch Druck mit Lithium verbinden lassen, was kennzeichnend für das oben angegebene Halar-Material ist; infolge des zur Verformung angewendeten Druckes wird die Innenfläche des Lithiumteiles mit der Innenfläche der Halterung in einer Weise verbunden, die den darin vorliegenden Stromkollektor 54 abdichtet und ihn gegen eine Wanderung jedes jodhaltigen Materials schützt. Die Abdichtung zwischen dem Lithiumelement und dem inneren Flansch verhindert eine Wanderung bzw. ein Fließen des Kathodenmaterials zwischen der Innenfläche der Anodenhalterung und der rückseitigen Fläche des Lithiumelementes, wo der Anodenstromkollektor angeordnet ist. Durch die Anwendung von Druck wird auch das scheibenförmige Lithiumelement 69 an die benachbarte Fläche der Schale 42 gebunden derart, daß der die Öffnung 67 umgebende Bereich abgedichtet ist. Die Anwendung von Druck bewirkt ferner, daß der scheibenförmige Teil 69 zugleich mit dem Lithiumelement 36 den entsprechenden Bereich des Kollektors 54 einbettet. Auf diese Weise wird die Möglichkeit, daß sich das Element 36 während der Lebenszeit der Zelle von dem Kollektor 54 trennt, verringert. In entsprechender Weise wird ein scheibenförmiges Lithiumelement in der Halterung 40 gegen den Stromkollektor 48 und die Innenfläche des Bodenteils gehalten, worauf die das Lithiumelement 40 enthaltene Halterung in eine Form oder eine geeignete

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Befestigungsvorrichtung gegeben und Druck auf die Außenflächen des Lithiumelements angewendet wird. Das Element wird auch der Form der Halterung 40, wie aus den Figuren 12 und 13 ersichtlich, der Innenfläche des Lithiumelements angepaßt, wobei die Innenfläche des Lithiumelements mit der Innenfläche der Halterung 40 in einer Weise verbunden ist, daß der Stromkollektor 48 in ihm abgedichtet und Schutz gegen eine Wanderung irgendeines jodhaltigen Materials gegeben ist. Die Lithiumscheibe dichtet die öffnung in der Grundfläche der Halterung 40 ab und bettet den Stromkollektor in einer Weise ein, die der der Scheibe 69 des vorstehend beschriebenen Zusammenbaus entspricht. Die Dichtungen beziehungsweise Polster 52, 58 werden mit den Außenflächen der Halterungen 40 und 42 in der oben beschriebenen Weise verbunden.

Wie aus den Figuren 10 und 11 ersichtlich, ist die Kathodenleitung 22 mit einem Ende mit dem Kathodenstromkollektor 32 verbunden, zum Beispiel durch Verschweißen. Der Kollektor 32 ist ein Platinsieb, vorzugsweise mit einer lichten Maschenweite von 1,397 mm (mesh no. 12). Die Leitung 22 ist vorzugsweise ein dünner Strei-

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fen aus einer Platin-Iridium Legierung. Eine Isolierung 72 kann durch zwei ebene Teile gebildet werden, die aus einem isolierenden Material, zum Beispiel Halar, bestehen; durch Anwendung von Wärme und Druck wird ein Teil der Leitung 22 in dem isolierenden Material 72 eingebettet. Die Leitung 22 kann eine oder mehrere öffnungen haben, um die Haftung des isolierenden Materials 72 zu

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erleichtern. Die Lage des Materials/wird so gewählt, dass das eine Ende den Kollektor 32 berührt, das andere Ende so gewählt ist, dass es einen Teil der Leitung 22 freilässt.

Die Oberflächen der Lithiumanodenteile 34 und 36, die in betriebswirksamer Weise mit der Kathode in der Batterie in Verbindung stehen, sind mit überzügen 44 und 46 aus einem organischen Donormaterial überzogen. Das Material in jedem überzug ist ein organisches Elektronen-Donor-Material aus der Gruppe organischer Verbindungen, die als Charge-transfer-Komplex-Donore bekannt sind. Das Material der überzüge kann der für die Herstellung des Charge-transfer-Komplexes des Kathodenmaterials verwendete organische Donor sein, es können aber auch andere Materialien verwendet werden. Ein bevorzugtes Material ist Polyvinylpyridin. Dieses Material wird auf die freiliegende Oberfläche jedes Lithiumelementes 34 und 36 in der folgendfei Weise aufgebracht. Zunächst wird eine Lösung von 2-Vinylpyridinpolymer in wasser fr eiejfon. Benzol oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel hergestellt. Das 2-Vinylpyridin ist ein bekanntes Handelsprodukt. Die Lösung mit 2-Vinylpyridin wird mit einer Menge von

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etwa 10 bis etwa 20 Gew.% , vorzugsweise 14 Gew.% hergestellt. Es können auch 4-Vinylpyridin und 3-Äthyl-2-Vinylpyridin verwendet werden, aber 2-Vinylpyridin ist, da es flüssiger ist, vorzuziehen. Wenn die Lösung mit einer Stärke von weniger als 10% hergestellt wird, kann der erhaltene Überzug in ungewünschter Weise zu dünn sein; wenn die Lösung mit einer Stärke von mehr als 20% hergestellt wird, kann diese Lösung schwierig anzuwenden sein. Die Lösung wird auf die freiliegende Fläche jeder Lithiumplatte in einer geeigneten Weise, zum Beispiel lediglich mit einer Bürste, aufgebracht. Die Gegenwart des wasserfreien Benzols dient dazu, ve Feuchtigkeit auszuschliessen und dadurch

nachteilige

irgendeine nachteiie Umsetzung mit der Lithiumplatte zu vermeiden. Die überzogene Anode wird dann einem Trockenmittel in ausreichender Weise ausgesetzt, um aus dem überzug das Benzon zu entfernen; zu diesem Zweck wird die überzogene Anode zum Beispiel in einer Kammer, die mit festem Bariumoxyd gefüllt ist, ausreichend lang gehalten, um das Benzol zu entfernen, was etwa 24 Stunden in Anspruch nehmen kann.

Das Kathodenmaterial 30 weist einen Charge-transfer-Komplex aus einem organischen Material und Jod auf. Das organische Material ist ein Elektronen-Donor; es kann irgendeine organische Verbindung sein, die eine Doppelbindung oder eine Amingruppe hat. Ein Elektronen-Donar gibt das für eine ausreichende Leitfähigkeit erforderliche Jod. Ein bevorzugtes organisches Material ist 2-Vinylpyridn-polymer. Das Kathodenmaterial 30 wird durch

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Erhitzen des organischen Materials, das ist 2-Vinylpyridin, gemischt mit Jod,auf eine Temperatur, die höher als die Kristallisationstemperatur des Jods ist, hergestellt. Die Menge Jod sollte grosser als etwa 50 Gew.% der erhaltenen Mischung sein, so dass ausreichend Jod in dem Kathodenmaterial 30 zur Verfügung steht, um die für eine gute Leistung der Zelle ausreichende Leitfähigkeit zu erzielen.

Das erhaltene Gemisch ist eine viskose, fliessfähige Substanz, die mit den Anoden zur Bildung der Zelle in der folgenden Weise kombiniert wird. Ein Teilzusammenbau aus Anodenhalterung 42,

wird Lithiumelement 36, Stromkollektor 54 und Leitung 56 werde» in einer aufrechten Stellung gehalten, wie in Figur 8 gezeigt, worauf das Material 30 bis zu einer Höhe eingegossen wird, die mit der Oberfläche des peripheren Flansches in gleicher Höhe liegt. In gleicher Weise wird der andere Teilzusammenbau aus Anodenhalterung 40, Lithiumelement 34, Kollektor 48 und Leitung 50 in einer aufrechten Lage gehalten und Material 30 bis zu einer Ebene eingegossen, die mit der Oberfläche des peripheren Flansches in einer Ebene liegt. Die Kombination aus Kathodenstromkollektor 32, Leitung 22 und Isolator 72 werde wird dann auf einen der Teilzusammenbaus, zum Beispiel in der Halterung 42 so gelegt, dass der Stromkollektor 32 die freiliegende Fläche des Kathodenmaterials berührt, der Isolator 72 auf der Oberfläche des peripheren Flansches liegt , und die Leitung 22 sich nach aussen erstreckt. Das Kathodenmateria^/beider Teilzusammenbaus lässt man abkühlen, bis

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es nicht mehr fliessfähig ist beziehungsweise eine praktisch feste Form angenommen hat, so dass es leicht zu handhaben ist. Dann wird ein Zusammenbau, zum Beispiel der mit der Anodenhalterung 40, mit seinem Umfangsflansch so in Lage gebracht, dass dieser den Umfangsflansch des anderen Teilzusammenbaus berührt und beide zwischen sich das Kathodenmaterial 30 einschliessen.

Die peripheren Flansche* des so erhaltenen Zusammenbaus werden heiss versiegelt. Die Umfangsflanschen der Anodenhalterungen und 42 müssen infolgedessen aus einem heiss versiegelbaren Material bestehen. Dieser Forderung entspricht das oben angegebene Halar-Material. Wie insbesondere aus Figur 15 ersichtlich, besteht eine bevorzugte Anordnung für die Heiss-versiegelung der Teilzusammenbaus aus einer ersten Halterung beziehungsweise Schale 73, die auf einem Ende, das heisst, dem oberen Ende eines vertikal angeordneten Rohres bzw. einer Leitung 74 getragen ist. Die Leitung 74 dient nicht nur zum Tragen der Schale 73, sie kann auch Flüssigkeit mit einer niedrigen Temperatur zur Schale 73 führen, derart, dass die Schale 73 für einei noch zu beschreibenden Zweck gekühlt wird. Eine Bi Heizvorrichtung 75 in Form einer beweglichen, ringförmigen, beheizten Platte ist ie* beweglich in koaxialer Beziehung zur Leitung 74. Zur Vereinfachung der Darstellung werden die Schale 73 und der Heizer 75 als Bodenschale bzw. -heizer bezeichnet. Die Anordnung weist eine zweite Halterung bzw. Schale 76 auf, die auf einem Ende, das heisst, dem unteren Ende, wie aus Figur 15 ersichtlich, eines vertikal angeordneten Rohres

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-ie-

beziehungsweise einer Leitung ruht. Die Leitung 77 trägt nicht nur die Schale 76, sondern sie kann auch eine Flüssigkeit mit niedriger Temperatur zur Schale 76 leiten, derart, dass die Schale für einen noch zu beschreibenden Zweck gekühlt wird. Eine Heizvorrichtung 78 in Form einer beweglichen, ringförmigen, beheizten Platte ist in koaxialer Beziehung mit der Leitung 77 beweglich angeordnet. Die Schale 76 und der Heizer 78 sind getrennt voneinander und axial zur Schale 73 angeordnet; zur Vereinfachung der Darstellung sind der Heizer 75, die Schale 76 und der Heizer 78 als obere Schale und Erhitzer, wie in Figur 15 dargestellt, bezeichnet.

Es werden zwei Zellen Teilzusammenbaus gegen den Kathoden-

zusammenbau, einschliesslich Kollektor mit Kathodenleitung 22 gelegt, die etwa 90° von den Anodenleitungen der halben- Zellen-Teilzusammenbaus liegt. So grenzen die Anodenhalterungen 40 und 42 aneinander und begrenzen einen Zusammenbau, wobei die ümfangsflanschen der Halterungen in Berührung sind und die inneren Bereiche der Halterungen eine einzige geschlossene Kammer begrenzen, die die Lithium-Anoden-Elemente und das Kathodenmaterial enthält. Die Zellhälften werden dann mit der Hand so fest gepresst, dass sie genau ausgefluchtet sind, insbesondere so, dass die schalenförmigen Teile der Halterungen 40 und 42 gut ausgerichtet sind. Ein Trennblatt 79a wird auf die Kühlschale 73 gelegt und die Kombination der Teilzusammenbaus wird auf Blatt 79a gelegt, wobei der Bodenteil der Halterung 42 das Blfca Blatt 79a berührt, und der nach abwärts gerichtete schalenförmige Körperteil

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der Halterung 42 sich in einer Flucht mit der Vertiefung beziehungsweise dem Inneren der Halterung 73 befindet. Ein weiteres Trennblatt 79b wird über die obere Kombination in Berührung mit dem Bodenteil der Anodenhalterung 40 gelegt. Die Trennblätter 79a und 79b verhindern, dass das Material der Teilzusammenbaus an den beheizten Platten haftet; ein für diesen Zweck geeignete Mataial ist ein Polyimidfilm, der unter der Bezeichnung Capton von der Dupont Company verkauft wird. Jedes Blatt 79a und 79b hat vorzugsweise eine Stärke von etwa 0,076 mm (0,003 inch). Eine oder beide Anordnungen der an der Leitung 74 befestigten Schale 73 und der an der Leitung 77 befestigten Schale 76, die eine relative axiale Bewegung haben können und es ermöglichen, dass die Schalenanordnungen 73 und 76 aufeinanderzubewegt werden können derart, dass die Schalen zwischen sich die Kombination der Zellenunterteile fest einklemmen. Der schalenförmige gebildete Körperteil der Anodenhalterung 42 passt in die schalenförmige Einbuchtung der Halterung 73 mit dem dazwxschenliegenden Trennblatt 79a; der schalenförmig^ gebildete Körperteil der Anodenhalterung 40 passt in die Einbuchtung der Halterung 76 mit dem dazwxschenliegenden Trennblatt 79b. Die Schalen 73 und 76 werden vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa —6,67°C (20°F - 5°F). Die Erhitzungsvorrichtungen 75 und 78 werden dann in Betrieb gesetzt und ihre ringförmige gebildeten Platten werden in Berührung mit den gegenüberliegenden Flächen der ümfangsflanschen der Kombination der Zell-Teilzusammenbaus bewegt, derart, dass Hitze und Druck auf die Flanschen ausgeübt wird. Die Wärme wird bei einer Temperatur„von ^95 C - 5 F und

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und Druck wird mit einer Stärke von 4,22 kg/cm - 0,70 kg/cm angewandt. Die Anwendung von Wärme und Druck geschieht während etwa 1,5 Minuten und derart, daß der ümfangsflansch der beiden Zellen-Teilzusammenbaus auf eine Stärke von vorzugsweise 0,38 mm + 0,076 mm / -0,050 mm (+ 0,003 inch / -0.002 inch) gebracht worden ist; die Stärke wird durch die Steuerung der relativen Bewegung der erhitzten Platten durch geeignete mechanische Blokkierungen gesteuert. Die gekühlten Schalen 73, 76 verhindern ein Schmelzen und Fließen des Kathodenmaterials während der Heißvers chweißung. Die erhitzten Platten werden aus der Berührung mit der Zellen-Kombination gebracht, so daß der heiß versiegelte Flansch abkühlen kann, während die Schalen 73 und 76 die Zellenkombination während der Kühlung weiter festhalten. Dann werden die Schalen 73 und 76 bewegt, so daß die Zellenkombination frei ist, und die Trennblätter 79a und 79b werden entfernt. Der erhaltene Zusammenbau ist ähnlich dem der Figur 12.

Der heiß versiegelte ümfangsflansch wird dann auf den gewünschten Gesamtdurchmesser zugeschnitten. Als Beispiel für eine verhältnismäßig kleine Zelle, wie sie zum Beispiel für Herzschrittmacher verwendet werden kann, sei angegeben, daß der Gesamtdurchmesser hinsichtlich des ümfangsflansches etwa 35 mm (1 3/8 inches) ist. Dann wird der ümfangsflansch zu einer im allgemeinen U-förmigen Gestalt verformt, wie aus Figur 13 ersichtlich. Dies geschieht durch Rollen oder Biegen des heiß versiegelten Flansches mit einem Werkzeug, zum Beispiel einem auf 285° F - 15° F erhitzten Stab. Das Verformen beziehungsweise Rollen des Flansches geschieht

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■»-

längs seines gesamten Umfanges beziehungsweise längs seiner peripheren Länge. Der Gesamtdurchmesser wird auf diese Weise auf etwa 32 mm (1,255 inches) verkürzt. Das Rollen ermöglicht, dass der Zeilenzusammenbau eine gute Bindung bzw. Verklebung über den gesamten Umfangsflansch hat, während gleichzeitig ein kleiner Gesamtdurchmesser erzielt wird. Durch das Rollen wird ein Schneiden beziehungsweise Abgraten des heiss versiegelten Umfangsflansches verhindert, und so wird auch die Gefahr vermieden, dass ein Teil des Flansches, der nicht heiss versiegelt ist, durchschnitten wird. Der erhaltene versiegelte Flansch ist so gestaltet, dass sich ein Teil von dem Zusammenbau nach auswärts erstreckt und ein anderer Teil, welcher gebogen ist, sich nach einwärts des Zusammenbaus erstreckt. Der erhaltene Zusammenbau ist ähnlich dem, der in Figur 13 gezeigt ist; die Anodenleitungen 50 und 56 können zur Bildung der Verbundanode 24 zusammengebracht werden; die Leitungen 50 und 56 können beschnitten und verschweisst oder in anderer Weise verbunden werden und so eine getrennte zusammengesetzte Anodenleitung bilden.

Die LithiumJod-Zelle vorliegender Erfindung arbeitet in folgender Weise. Sobald das jodhaltige Kathodenmaterial 30 in betriebswirksamer Berührung mit den Lithiumelementen 34 und 36 steht, beginnt sich ein Lithium-Jod-Elektrolyt an jeder Zwischenfläche zwischen dem Material 30 und den Elementen 34 und 36 zu bilden, und ein elektrisches Potentialdifferenz besteht zwischen der Kathodenleitung 22 und der Anodenleitung 24.

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Die Überzüge 44 und 46 auf den Lithiumelementen 34 beziehungsweise 42 haben verschiedene wichtige Funktionen. Eine ist eine wünschenswerte Verringerung der Zellen-Impedanz; es wird angenommen, dass diese von einer elektrisch verbesserten wirksamen Berührung zwischen dem Kathodenmaterial und jedem Lithiumanodenelement herrührt.Wenn jodhaltiges Kathodenmaterial bei einer
erhöhten Temperatur mit einer nicht überzogenen Lithiumfläche
in Berührung kommt, kann sofort eine gewisse Umkristallisation des Jods auf der Lithiumfläche eintreten, wodurch an dieser
Stelle zwischen dem Lithiumelement und dem Komplex aus organischem Material und Jod eine betriebswirksame Berührung blockiert bzw. verhindert wird. Die Überzüge 44 und 46 dienen als Schutzüberzüge, um diesBS Problem zu überwinden; sie wirken als Puffer zwischen den reinen Lithiumplatten und dem heissen Kathodenmaterial, wenn dieses die Platten berührt. Hinsichtlich der Verbesserung der Wirkung, die von der Verwendung des Überzuges herrührt, können aber auch andere Mechanismen infrage kommen. Das Ergebnis ist eine verbesserte Nutzbarmachung der Oberfläche jeden Lithiumanodenelementes durch das Kathodenmaterial. Ausserdem erlauben die Schutzüberzüge 44 und 46 eine verhältnismässig längere Zeit zur Handhabung während des Zusammenbaus der Zelle vor dem Einführen des heissen Kathodenmaterials.

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Die Zelle wird in folgender Weise in einem Einbettungsmaterial eingekapselt. In den Figuren 4 und 5 ist ein Einbettungsbehälter beziehungsweise beutelartiges Gehäuse 81 gezeigt, das aus einem Material besteht, welches keine elektronische Leitung aufweist, wenn es Jod ausgesetzt ist; ein solches Material ist zum

das

Beispiel Fluorpolymer,von der Dupont Company unter der Bezeichnung Tefzel verkauft wird. Der Behälter 81 hat eine Form, welche , wie oben anjühand der Figuren 1 bis 3 beschrieben, die Flächen des Körpers 12 festlegt. Der Behälter 81 hat einen bogenförmigen Bodenteil, wie aus Figur 4 ersichtlich, im allgemeinen parallel voneinanderliegende planare Seitenwandteile, sowie im allgemeinen bogenförmige Endwandteile, die die Seitenwände verbinden. Der Bodenteil des Behälters 81 ist in zwei Richtungen beziehungsweise Abmessungen gebogen, das heisst, die Biegung in der Ebene, parallel zu den Seitenwänden, und die Biegung in der Ebene senkrecht zu den Seitenwänden, wobei diese Biegung eine Fortführung

8 dem der Biegung der Endflächen ist. Der Behälter/ist an dem gebogenen Bodenteil gegenüberliegenden Ende offen. Als Beispiel für die Abmessungen des Behälters in einer verhältnismässig kleinen Zelle sind genannt: Gesamtlänge etwa 33,7 mm (1.325 inches), ein Abstand zwischen den Aussenflachen der Endwandteile von etwa 32,0 mm (1.260 inches), eine» Abstand zwischen den Aussenflachen der Endwandteile von etwa 7,62 mm (0.30 inch), eine Seitenwandstärke von etwa o,13 mm (0.0050 inch). Der Bodenteil ist gemäss Figur 4 halbkreisförmig mit einem Radius von etwa 16,0 mm (0,63 inch), und jeder Seitenwandteil hat einen Radius von etwa 3,80 mm (0,150 inch). Das Einbettungsmaterial wird dann

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in den Behälter gegeben; das Einbettungsmaterial weist keine elektrische Leitfähigkeit auf, wenn es Jod ausgesetzt ist; es besteht zum Beispiel aus einem Polyestermaterial, das von der Durez Division of the Hooker Chemical Company unter der Bezeichnung Hetron 32A im Verkehr erhältlich ist. Eine gemäss den Figuren 12 bis 14 vervollständigte Zelle wird in das Gehäuse 81 gegeben, welches das Einbettungsmaterial 82 enthält; ein Glasfaserstreifen

das mit

83 mit zur Aufnahme der Leitungen 22 und 24 entsprechenden Öffnungen versehen ist, wird in das offene Ende des Behälters 21 gelegt. Der Streifen 83 dient als Isolator; der Streifen wird durch im allgemeinen bei Raumtemperatur erfolgendeP· Härten des Polyestermaterials 82 festgelegt. Die eingekapselte Zelle wird dann, wie aus den Figuren 1 bis 3 ersichtlich, vervollständigt.

Die Zelleneinfassung wird durch eiie höhlet, in Figur 16 gezeigte Einfassung 84 vervollständigt. Das hohle, aus Metall, wie rostfreiem Stahl, bestehende Gehäuse, hat eine ausreichende Grosse, um das Gehäuse 12 dichtpassend aufzunehmen. Das Gehäuse 84, das zum Beispiel mittels eines Ziehwerkzeuges hergestellt ist, bildet ein einheitliches Ganzes; es weist einen Bodenteil 86 auf, der sowohl in der Ebene, in der das Gehäuse gezogen ist, wie auch in einer Ebene gebogen ist, die senkrecht hierzu steht; das Gehäuse weist ferner im allgemeinen planare in einem Abstand voneinander angeordnete Seitenwände auf, wie 88, und gebogene bzw. halbkreisförmige Endwände 91 und 93, welche an den Seitenwänden 88, 90 angrenzen. Das Gehäuse 84 entspricht demnach der

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eingebetteten Einfassung d 12 der Zelle.

Das Gehäuse 84 ist durch einen Kopfverschlussteil (Deckel) 84 96 in der folgenden Weise abgedichtet beziehungsweise verschlossen. Ein aus Metall bestehendes Deckelkopfteil 96 hat eine erste Anschlußklemme 98 in einer Buchse 99, die wiederum in einer Muffe 101 abgedichtet ist, und die ihrerseits durch Schweissen über eine in dem Kopfteil 96 vorgesehene öffnung abgedichtet ist. In entsprechender Weise ist eine zweite Anschlussklemme 103 in einer Buchse 104 befestigt, die in einer Muffe 106 abgedichtet ist,die wiederum mit dem Kopfteil 96 über eine in diesem Kopfteil vorgesehene zweite öffnung gesichert ist. Eine thermische Isolierung beziehungsweise ein Streifen 108 aus Faserglas oder ähnlichem Material und ein elektrisch isolierender Streifen 110 aus zum Beispiel Teflon liegen an der unteren Fläche des Kopfteiles 96; dieser Streifen hat zur Aufnahme der unteren Enden der Anschlussklemmen entsprechende öffnungen. Die Leitungen 22 und 24 werden zum Beispiel mit den unteren Enden der Anschlussklemmen 98 und 103 zum Beispiel durch Verschweissen verbunden und dann wird der Zusammenbau in dem offenen Ende des Gehäuses 84 derart angeordnet, dass die Streifen 108 und 110 aufliegen auf,bzw. von einem Vorsprung bzw. Abstandselement 112 getragen sind, das auf der Oberfläche der Einfassung 12 befestigt ist. Der Deckel 96 passt in die öffnung des Gehäuses 84 und wird in diesem verschweisst, um eine hermetisch abgeschlossene Einfassung zu bilden. Die hermetische Abdichtung hält jegliches durch die Zelle innerhalb

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der Einfassung gebildetes Gas zurück und schützt auch die Zelle vor jeglichem Eintritt von Feuchtigkeit von aussen. Dank dieser Anordnung werden der Kopfteil 96 und die Isolierstreifen 108 und 110 auf dem Vorsprung getragen, so dass sie von dem benachbarten Ende der eingebetteten Einfassung in einem Abstand liegen. Der dazwischen befindliche Bereich bzw. Raum dient nicht nur für die Leitungen 22 und 24 und deren Verbindung mit den Anschlussklemmen 98 und 103, sondern bietet auch Raum für möglicherweise durchsickerndes jodhaltiges Kathodenmaterial und verhindert auch, dass durchgesickertes Material den Kopfteil berührt. Der Streifen aus Fäserglas 108 bietet auch eine thermische Isolation für den elektrischen Isolator 110 gegen Wärme, die durch oder um den Kopfteil 96 entwickelt werden kann.

Die erfindungsgemässe Lithium-Jod-Zelle ist verhältnismässig klein, so dass sie für eine Implantation verwendet werden kann, während gleichzeitig die Lithiumfläche von einer ausreichenden

an/ Grosse ist, um bei Belastung eine abgemessene Stromleistung zu ergeben. Die schalenförmigen Anodenhalterungen bzw. Behälter 40 und 42 mit den Lithiumelementen 34 und 36 sind so geformt, dass sie jsn Innenflächen der Halterungen angepasst sind, und so einen grossen Lithiumbereich zur betriebswirksamen Berührung mit dem Kathodenmaterial bieten. Die schalenförmigen Behälter 40 und 42, d in welchen die Lithiumanodenelemente untergebracht sind, und die jodhaltiges Material aufweisende Kathode sowie die Hxtzeverschweissung der Behälter ermöglichen, dass

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die Gesamtgrösse der Zelle verhältnismässig klein sein kann. Die runden bzw. abgerundeten Flächen des äusseren Gehäuses der Zelle ermöglichen einen bequemen Sitz in dem Körper eines Patienten, wenn die Zelle für die Versorgung eines implantierten Herzschrittmachers mit elektrischem Strom verwendet wird. Die schalenförmigen Halterungen 40 und 42, von welchen jede im allgemeinen planare Bodenteile und nach aussen gerichtete, in einem spitzen Winkel zu dem Grundteil sich erstreckende Randteile haben und längs ihrer Umfangsflanschen heiss versiegelt sind, führen zu einer maximalen Nutzbarmachung des Raumes in dem äusseren Gehäuse, das abgerundete bzw. runde Kanten hat. Die Heissversiegelung der Zellenteilzusammenbaus ermöglicht, dass eine wirkungsvolle Abdichtung in verhältnismässig kurzer Zeit durchgeführt werden kann, was wirtschaftlich von grosser Bedeutung ist. Die Anordnung, bei welcher die Lithiumelemente 34 und 36 in den Anodenhalterungen 40 und 42 gebildet sind, und zwar in einer Weise, dass die zwischen ihnen liegenden Anodenstromkollektoren abgedichtet sind, und die Natur des Materials der Halterungen 40 und 42 ergibt eine Konstruktion einer Lithium-Jod-Zelle, die die Wanderung beziehungsweisse das Fliessen jodhaltigen Materials beschränkt und zwar in einer Weise, dass ein innerer elektrischer Kurzschluss in der Zelle rieht auftreten kann. Die Lithium-Jod-Zelle gemäss vorliegender Erfindung hat eine Leistung von etwa 2,8 Volt und eine Stromleistung von etwa 1,0 Stunde bei Belastung.

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Wenn die Erfindung auch nur an einem Beispiel im einzelnen beschrieben worden ist, so soll damit keine Beschränkung auf dieses Beispiel verbunden sein.

PATENTANSPRÜCHE

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Claims

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

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 14. Juni 1976 ItIV / Name d. Anm. WILSON GREATBATCH LTD.

W 75/15
PATENTANSPRÜCHE

Π ..' Lithium-Jod-Zelle gekennzeichnet durch

a) einen ersten Behälter (40) mit einem festen Hauptteil, der einen inneren Bereich des Behälters umgrenzt, eine mit diesem Bereich zusammenhängende öffnung und rundherum dieser öffnung einen ununterbrochenen ümfangsflansch (64), der sich vom Hauptteil nach außen erstreckt, wobei der Behälter aus einem Material besteht, das heiß verschweißbar ist und keine elektrische Leitfähigkeit aufweist, wenn es Jod ausgesetzt ist;

b) einen zweiten Behälter (42), mit einem festen Hauptteil, der einen inneren Bereich des Behälters umgrenzt, eine mit diesem Bereich zusammenhängende öffnung und rundherum dieser öffnung einen ununterbrochenen Umfangsflansch (64), der sich vom Hauptteil nach außen erstreckt, wobei dieser Behälter aus einem Material besteht, das heiß verschweißbar ist und keine elektrische Leitfähigkeit aufweist, wenn es Jod ausgesetzt ist;

c) einen aus den beiden gegenüberliegenden Behältern (40),(42) gebildeten Teil - Zusammenbau, bei dem sich die Umfangsflanschen der Behälter berühren und die inneren Bereiche der Behälter eine einzige geschlossene Kammer bilden;

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d) Lithium-Anodet-Mittel, die in dieser Kammer durch, die Behälter erhalten sind;

e) von diesem Zusammenbau ausgehende , mit den Lithium-Anoden-Mitteln in betriebswüsamer Weise verbundene elektrische Leitungen;

f) eine in dieser Kammer angeordnete, jodhaltige Kathode-30, welche die Lithium-Anoden-Mittel in betriebswirksamer Weise berührt;

g) von dem Zusammenbau ausgehende, mit der Kathode in betriebswirksamer Weise verbundene elektrische Leitungen; und

h) eine Hitzeverschweissung der peripheren Flanschen der Halterungen (40,42) und einen sich von dem Zusammenbau nach aussen erstreckenden durch die HeissVersiegelung erhaltenen Flansch.(64),
2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ümfangsflanschen in einer Ebene liegen, die im allgemeinen parallel zu der Ebene der öffnung des ersten und zweiten Behälters (40,

42) liegt.
3. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste wie auch der zweite Behälter wie eine Schale geformt sind, die einen im allgemeinen planaren Bodenteil (62) und einen

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Randteil (63) hat, der sich von dem Bodenteil (62) nach aussen

in
erstreckt und einem etwa spitzen Winkel angeordnet ist, wobei der ümfangsflansch (64) sich von dem Randteil (63) nach aussen erstreckt.
4. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sich ergebende versiegelte Flansch so geformt ist, dass er einen

ist
Teil aufweist, der gebogen und sich nach einwärts auf den

Zusammenbau erstreckt.
5. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lithiumanode zwei Teile (34, 36) aufweist, die in den Behältern (40, 42) enthalten sind, und jeder Teil der Lithiumanode an einer Fläche des inneren Bereiches des entsprechenden Behälters anliegt, und die Anode zwei Anodenstromkollektoren (48,

54) aufweist, die zwischen einem Teil der Lithiumanode (34, 36) und der Innenfläche des zugehörigen Behälters (40,42) angeordnet sind, und die Anode ferner zwei Stromleitungen (50, 56) hat, die mit einem Ende des entsprechenden Stromkollektors verbunden sind und sich durch den zugehörigen Behälter nach aussen erstrecken.
6. Zelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Behälter (40,42) aus einem Material bestehen, das durch Druck mit Lithium verbunden werden kann, und dadurch gekennzeichnet,

(69) dass die Zelle einen weiteren Lithium-Teil aufweist, das

zwischen jedem der Stromkollektoren (48,54) angeordnet ist, und

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die Innenfläche des entsprechenden Behälters, des ersten und zweiten Lithium-Teils und das zusätzliche Lithiumteil durch Druck mit den entsprechenden Teilen der Behälter miteinanderverbunden sind, derart, dass die Stromkollektoren (48,54) eingebettet sind.
7. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Behälter aus einem unter Druck mit Lithium verbindbaren Material besteht und im allgemeinen wie eine Schale ausgebildet ist, die einen Bodenteil, einen sich von diesem Bodenteil erstreckenden Randteil (63) und einen sich nach einwärts von diesem Randteil erstreckenden Flanschteil (65) hat und einen sich nach auswärts von dem Randteil erstreckenden Umfangsflansch aufweist und wobei die Lithiumanode ans-einen ersten und einen zweiten Lithiumteil in dem ersten und dem zweiten Behälter hat, wobei jedes Lithiumteil unter Druck in dem entsprechenden Behälter in einer Weise geformt ist, dass sich das Lithium längs der Innenfläche des Bodenteils und der Randteile erstreckt und an den inneren Flanschteil (65) anstösst.
8. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jodhaltige Kathodenmaterial einen Charge-transfer-Komplex einer organischen Donorkomponente und Jod aufweist.
9. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lithium-Teile einen Überzug (40,46) haben und betriebswirksam mit der Kathode vereinigt sind und der Überzug aus einer orga-

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if

nischen Elektrodonorkomponente besteht.
10. Zelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Behälter zur Aufnahme der Zelle und einem in diesem Behälter vorliegenden Einbettungsmaterial, welches die Zelle einkapselt, wobei das Einbettungsmaterial in Gegenwart von Jod nicht leitfähig ist.
11. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter zwei im allgemeinen planare in einem Abstand voneinander liegende Seitenwände hat, einen planaren Wandteil, der sich an einem Ende dieses Behälters an die Wandteile anschliesst und einen gebogenen Wandteil, der sich an die Wandteile längs des übrigen Teiles des Behälters anschliesst.
12. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gebogene Wandteil in einem Abstand voneinander liegende, an den planaren End-Wandteil angrenzende gebogene Wandteile, sowie einen weiteren gebogenen Wandteil aufweist, der gegenüber dem planaren End-Wandteil liegt, wobei die im Abstand voneinander liegenden Teile in einer Ebene gebogen sind, die im allgemeinen senkrecht zu den Ebenen der Seitenwandteile liegen und der weitere gebogene Wandteil eine zusammengesetzte Biegung in einer Ebene hat, die im allgemeinen senkrecht zu den Seitenwandteilen liegt und in einer Ebene verläuft, die im allgemeinen parallel zu den Seitenwandteilen ist.

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13. Zelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

a) ein die Zelle einkapselndes Einbettungsmaterial, wobei das Einbettungsmaterial in Gegenwart von Jod nicht leitfähig ist, und

b) hermetisch abgedichtetes Gehäuse, das die eingekapselte Zelle enthält.
14. Zelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus Metall besteht und folgende Teile aufweist:

zwei im allgemeinen planare, in einem Abstand voneinander angeordnete Seitenwände,

zwei gebogene Endwände, die an diese Seitenwände an gegenüberliegenden Enden dieser angrenzen,

eine weitere gebogene Endwand, die an diese Seitenwände zwischen den zuerst genannten Endwänden angrenzt und einen im allgemeinen planaren Deckelteil, der hermetisch mit dem Gehäuse an dem Ende verschweisst ist, das gegenüber dem anderen gekrümmten Wandteil gelegen ist.
15. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode zwei Lithium-Teile aufweist, die in dem ersten beziehungsweise zweiten Behälter angeordnet sind, und die Anode sich längs des inneren Bereiches dieser Behälter erstreckt und jeder Behälter einen sich vom Hauptteil nach einwärts in sein Inneres erstreckenden inneren Flansch (65) hat, wobei die Lithiumteile die entsprechenden Flächen dieser inneren Flanschen berühren,

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derart, dass eine Abdichtung gegenüber dem Fliessen von Kathodenmaterial zwischen den Lithium-Teilen und diesen Flanschen gegeben ist.
16. Verfahren zum Herstellen einer Lithium-Jod-ZeIIe, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) es wird ein erster Zellen-Teilzusammenbau gebildet, der einen Behälter mit einem Umfangsflansch aus einem heiss versiegelbaren Material aufweist, wobei der Behälter einen Hauptteil hat, der die Lithium-Anoden-Mittel und das jodhaltige Kathodenmaterial aufnimmt;

b) es wird ein zweiter Zellen-Teilzusammenbau gebildet, der einen Behälter mit einem peripheren Flansch aus einem heiss versiegelbaren Material aufweist, wobei der Behälter einen Hauptteil hat, der die Lithium-Anoden-Mittel und das jodhaltige Kathodenmaterial aufnimmt;

c) beide Zellen-Teilzusammenbaus werden gegenübergelegt, derart, dass das Kathodenmaterial in betriebswirksamer Berührung miteinander und mit den Kathoden-Strom-Kollektor-Mitteln ist und sich die ümfangsflanschai praktisch berühren;

und

d) Wärme und Druck wird zum Heissverschweissen der beiden Umfangsflanschen angewendet.

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17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hauptteile der Behälter-Elemente während der Anwendung von Hitze und Druck auf die Flanschen K kühlt.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der heiss versiegelte Umfangsflansch verformt wird, so dass sich ein Teil von dem Zusammenbau nach auswärts erstreckt, und ein gebogener Teil sich zum Zusammenbau nach einwärts hin erstreckt.

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L e e r s e i t e