DE60310840T2

DE60310840T2 - Stromabnehmer mit Identifizierung-Matrix

Info

Publication number: DE60310840T2
Application number: DE60310840T
Authority: DE
Inventors: Robert Lancaster Miller
Original assignee: Greatbatch Inc; Wilson Greatbatch Technologies Inc
Current assignee: Greatbatch Inc
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: EP1403943A3; EP1403943B1; DE60310840D1; US20040058238A1; CA2442185A1; ATE350772T1; EP1403943A2; JP2004158439A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie. Genauer ist die vorliegende Erfindung auf die exakte Regulierung des Grammbetrags von elektrodenaktiven Materialien, die mit den einander gegenüber liegenden Seiten eines Stromabnehmers in Kontakt gebracht werden, gerichtet. Das exakte Gewicht des Stromabnehmers wird ebenfalls innerhalb strikter Toleranzbereiche geregelt. Stromabnehmer, welche die Gewichtskriterien nicht erfüllen, ob nun vor ihrer Kontaktierung mit dem elektrodenaktiven Material oder danach, werden verworfen, da sie außerhalb des Toleranzbereichs liegen. Die strikte Regulierung des Gewichts des elektrodenaktiven Materials in der Zelle ist besonders wichtig, wenn verschiedene aktive Materialien mit einander entgegengesetzten Seiten des Stromabnehmers in Kontakt gebracht werden. Beispiele für einen solchen Aufbau sind: Silbervanadiumoxid (SVO)/Stromabnehmer/fluorierter Kohlenstoff (CF_x), und es ist wichtig, dass das Gewichtsverhältnis der aktiven Materialien nahe reguliert wird, damit die Zelle richtig funktioniert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zelle, die eine Kathode enthält, die ein zweites kathodenaktives Material mit relativ hoher Energiedichte, aber relativ niedriger Entladungsrate aufweist, das von zwei Stromabnehmern sandwichartig umgeben ist, und mit einem ersten kathodenaktiven Material, das eine relativ niedrige Energiedichte, aber eine relativ hohe Entladungsrate hat und das mit den entgegengesetzten Seiten der Stromabnehmer in Kontakt steht. Für ein ordnungsgemäßes Funktionieren der Zelle ist es wichtig, dass das Gewichtsverhältnis der ersten und zweiten kathodenaktiven Materialien in einem strikten Toleranzbereich liegt. Ferner ist es wichtig, dass man diese Informationen, ebenso wie andere Daten, für jede Zelle, die in einer Produktionsanlage gebaut wird, verfolgen und aufzeichnen kann. Durch die Markierung der Stromabnehmer mit einer identifizierenden ID-Matrix, die für jede Elektrode und jede Zelle gelesen und aufgezeichnet wird, wird dies erreicht.
Die vorliegende Zelle ist nützlich zur Leistungsversorgung einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung, wie eines automatischen implantierbaren Kardioverter-Defibrillators, eines Herzschrittmachers, eines Neurostimulators, einer Arzneipumpe, eines Knochenwachstumsstimulators und einer Hörhilfe.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Speichervorrichtung für elektrische Energie geschaffen, die folgendes einschließt:

a) eine erste Elektrode, die ein elektrodenaktives Material beinhaltet, das mit einem Stützabschnitt eines Stromabnehmers in Kontakt gebracht wird, wobei der Stromabnehmer ein frei liegendes Schild bzw. flaches Element aufweist, das mit eindeutigen Identifizierungszeichen versehen ist;
b) eine zweite, Gegenelektrode;
c) einen Separator, der zwischen den ersten und zweiten Elektroden angeordnet ist, um einen direkten Kontakt zwischen ihnen zu verhindern, wenn sie miteinander in elektrischer Verbindung stehen;
d) ein Gehäuse, das die ersten und zweiten Elektroden aufnimmt; und
e) einen ersten Anschluss, der mit dem Stromabnehmer der ersten Elektrode verbunden ist, und einen zweiten Anschluss von entgegengesetzter Polarität, der mit der zweiten Elektrode verbunden ist.

Diese und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann durch Bezug auf die folgende Beschreibung und die beigefügte Zeichnung deutlicher.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine perspektivische Darstellung, teilweise weggebrochen, einer elektrochemischen Zelle 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht auf einen Stromabnehmer 30, der einen ID-Matrixidentifizierer 62 einschließt.
3 ist eine vergrößerte Darstellung des angezeigten Bereichs in 2.
4 ist eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer Sandwich-Kathode 32 der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Ablaufschema, das die Schritte zum Aufbauen einer Kathodenelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ist ein Ablaufschema, das die Schritte zum Aufbauen einer elektrochemischen Zelle darstellt, die die zusammengesetzte Kathode gemäß 5 einschließt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine perspektivische Darstellung einer elektrochemischen Beispielszelle 10. Die Zelle 10 schließt ein Gehäuse 12 ein, in dem eine Elektrodenanordnung aus einer Anodenelektrode, die eine Vielzahl von Anodenplatten 14 aufweist, und einer Kathodenelektrode, die eine Vielzahl von Kathodenplatten 16 aufweist, welche an direktem gegenseitigem Kontakt durch einen dazwischen liegenden Separator 18 getrennt sind, untergebracht ist. Die Anoden/Kathoden-Elektrodenanordnung ist eine prismatische Struktur, die in dem tiefgezogenen Gehäuse 12 untergebracht ist, das von einem Deckel verschlossen ist.
Der Deckel 20 schließt eine Öffnung ein, die einen Anschlussdraht 22 stützt, der durch ein Isolierglas 24 gegen den Deckel isoliert ist. Dieser Aufbau wird allgemein als Glas/Metall-Dichtung bezeichnet. Der Anschlussdraht 22 ist mit einer der Elektroden verbunden, in der Regel mit dem Stromabnehmer (in 1 nicht dargestellt) für die Kathodenelektrode, und dient als Pluspol. Der Stromabnehmer für die Anodenelektrode ist mit dem Gehäuse 12 oder dem Deckel 20 oder mit beiden verbunden, die als Minuspol dienen. Diese Art von Zellenaufbau wird als gehäusenegative Konfiguration bezeichnet. Bei einer gehäusepositiven Konfiguration ist die Kathode mit dem Gehäuse verbunden und die ne gative Elektrode ist mit dem Anschlussdraht 22 verbunden. Ein aktivierender Elektrolyt wird in die andere Deckelöffnung 26 gefüllt und ein Schließelement 28, das hermetisch darin abgedichtet ist, vervollständigt die Zelle 10.
Obwohl die in 1 dargestellte Beispielszelle 1 ein Prismendesign aufweist, soll die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein. Im weiteren Sinne ist die vorliegende Erfindung mit vielen unterschiedlichen Arten von Zellendesigns nützlich, einschließlich von Jellyroll- oder spiralförmig gewickelten Elektrodenanordnungen, von Knopf-Zellen, Münz-Zellen und dergleichen. Das vorliegende System ist auch bei Kondensatoren mit entweder elektrochemischem, elektrolytischem oder hybridem Design nützlich. Dies ist mit dem Ausdruck „Speichervorrichtung für elektrische Energie", wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, gemeint.
2 zeigt einen Stromabnehmer 30 mit einem Aufbau, der mit der in 4 dargestellten Elektrode 32 nützlich ist. Die dargestellte Elektrode 32 ist eine Kathode, obwohl die vorliegende Erfindung ebenso auf eine Anodenelektrode anwendbar ist. Die Kathode schließt einen ersten Stromabnehmer 30A und einen zweiten Stromabnehmer 30B ein. Die Stromabnehmer 30A und 30B sind im Wesentlichen identisch, und ihr Aufbau wird ausführlich mit dem dargestellten Stromabnehmer 30 der 2 und 3 beschrieben.
Der Stromabnehmer 30 schließt einander gegenüber liegende Flügelabschnitte 32 und 34 ein, die von einem Zwischen-Schild 36 miteinander verbunden werden. Das Schild 36 trägt voneinander beabstandete Vorsprünge 38 und 40. Der letztgenannte Vorsprung 40 weist eine Öffnung 42 auf, während eine Öffnung 44 etwas innerhalb vom erstgenannten angeordnet ist (3). Die Vorsprünge 38, 40 und die Öffnungen 42, 44 dienen als Rastungsstrukturen zur exakten und wiederholbaren Positionierung des Stromabnehmers in einer Spannvorrichtung zum Aufbauen der Elektrode, wie nachstehend ausführlich erläutert ist. Die Stromsammler-Flügelabschnitte 32, 34 schließen jeweils eine Gitterstruktur 46, 48 ein, die ihnen die Form eines Gitterschilds und dergleichen verleiht. Ein bevorzugtes Verfahren zur Bereitstellung der Offengitter-Stromsammler ist in den US-Patenten Nr. 6,110,622 und 6,461,771 beschrieben, beide Frysz et al.
Wie in 4 dargestellt, wird eine Elektrode, beispielsweise eine Kathodenelektrode, durch Positionierung eines Rohteilpaars 50 und 52 aus einem ersten elektrodenaktiven Material, z.B. SVO, gefolgt vom ersten Stromabnehmer 30A, dessen Flügel jeweils über den Rohteilen angeordnet werden, in einer geeignet geformten Spannvorrichtung (nicht dargestellt) gebaut. Rohteile 54 und 56 aus einem zweiten elektrodenaktiven Material, beispielsweise CF_x, werden über den einander gegenüber liegenden Seiten der Flügel des Stromsammlers 30A angeordnet.
Der zweite Stromsammler 30B wird dann über den Rohteilen 54, 56 aus dem zweiten elektrodenaktiven Material gegenüber dem ersten Stromabnehmer 30A angeordnet. Schließlich werden zwei Rohteile 58 und 60 aus einem dritten elektrodenaktiven Material, z.B. SVO, auf den Flügeln des Stromabnehmers 30B gegenüber dem zweiten elektrodenaktiven Material angeordnet.
Dieser Aufbau wird dann einem Druck ausgesetzt, der ausreichend hoch ist, um die aktiven Materialien innig mit den gegenüber liegenden Seiten der jeweiligen Stromabnehmer 30A, 30B in Kontakt zu bringen. Ein Direct-Bonding-Kontakt mit den Seiten des Stromsammlers ist wichtig, um eine Delaminierung zu verhindern. Es ist jedoch ebenso wichtig, dass die SVO- und CF_x-Materialien an ihren jeweiligen Stromabnehmerseiten voneinander getrennt sind, so dass die Aktivmaterial/Stromabnehmer-Grenzflächen von dem gegenüber liegenden aktiven Material nicht „kontaminiert" werden. Anders ausgedrückt, es ist wichtig, dass ein aktives Material nicht durch das Schirmgitter zur anderen Seite des Stromabnehmers wandert und das Direct-Bonding des anderen aktiven Materials an die Stromabnehmer-Oberfläche beeinträchtigt.
Die so zusammengesetzte Elektrodenanordnung wird als „Sandwich-Elektrode" bezeichnet. Eine bevorzugte Form ist eine Kathodenelektrode mit ersten und dritten aktiven Materialien von höherer Entladungsrate, aber niedrigerer Energiedichte als das dazwischen angeordnete zweite aktive Material. Das zweite aktive Material weist eine höhere Energiedichte, aber eine geringere Entladungsrate auf als die ersten und dritten aktiven Materialien. Silbervanadiumoxid ist für die ersten und dritten aktiven Materialien bevorzugt, während CF_x für das dazwischen liegende zweite aktive Material bevorzugt ist.
Im weiteren Sinn werden im Bereich der vorliegenden Erfindung jegliche Materialien als erste und dritte aktive Materialien des vorliegenden Sandwich-Kathodendesigns in Betracht gezogen, die eine relativ niedrigere Energiedichte, aber eine relativ höhere Entladungsrate aufweisen als das zweite aktive Material. Zusätzlich zu Silbervanadiumoxid sind Kupfersilbervanadiumoxid, V₂O₅, MnO₂, LiCoO₂, LiNiO₂, LiMn₂O₄, TiS₂, Cu₂S, FeS, FeS₂, Kupferoxid, Kupfervanadiumoxid und deren Mischungen als erste und dritte aktive Materialien geeignet, und außer fluoriertem Kohlenstoff sind Ag₂O, Ag₂O₂, CuF₂, Ag₂CrO₄, MnO₂ als zweites aktives Material geeignet. Sogar SVO ist als zweites aktives Material geeignet, wenn Kupfersilbervanadiumoxid das erste und das dritte aktive Material ist. Für eine ausführlichere Beschreibung eines „Sandwich"-Elektrodendesigns wird auf US-Patent Nr. 6,551,747 verwiesen.
Um das Herstellungsverfahren für die Sandwich-Elektrode zu regulieren, ist jeder der Stromabnehmer 30A, 30B mit einem eindeutigen Identifizierungs-Code oder einer ID-Matrix 62 versehen. Die ID-Matrix 62 ist auf das Verbindungsschild 36 vorzugsweise geätzt, beispielsweise mit einem Laser. Dies liefert eine Matrix mit kleinerer Grundfläche als ein typischer Strichcode, wodurch eine Verziehung des Stromsammlers aufgrund von übermäßiger Wärme vermieden wird. Das Ätzen ist auch deshalb bevorzugt, weil es dauerhaft ist und die Zelle nicht kontaminiert, wie dies bei einem Tintenstrahl-Markierungssystem der Fall sein könnte.
5 und 6 sind Ablaufschemata, die eine industrielle Fertigungsstraße für die exakte und genaue Steuerung des Verfahrens, das die Herstellung der Sandwich-Elektrode und, allgemeiner, der zugehörigen elektrochemischen Zelle 10, beinhaltet, darstellen. Die Verfahren beginnen mit der Aufgabe eines losen CF_x-Pulvers 64, der Aufgabe von losen SVO-Flächencoupons 66 und der Aufgabe eines Stromabnehmers 68. Wenn man zunächst den CF_x-Strömungsweg betrachtet, so bewegt sich das lose Pulver zu einem Sieb 70, das jegliche Partikel oberhalb einer bestimmten Größe abscheidet oder absieht. Die ausgesiebten Partikel werden zu einem (nicht dargestellten) Pulverisierer bewegt, der sie auf die gewünschte Größe verkleinert, bevor sie wieder in das Sieb eingeführt werden. Das CF_x-Pulver, welches das Sieb verlässt, wird eine Spanneinrichtung gefüllt, welche exakt die Form der Produkt-Kathodenelektrode aufweist. Eine bestimmte Gewichtsmenge an CF_x-Pulver in der Spannvorrichtung wird glatt geebnet 72 und dann mit ausreichender Kraft verdichtet, um ein Rohteil 74 zu bilden. Das Rohteil 74 wird auf einer Tara-Waage 76 gewogen, und wenn es innerhalb eines Toleranzbereichs liegt, wird er zu einem Auffanggefäß bewegt. Falls nicht, wird das Rohteil verworfen, da es nicht in den Spezifikationsbereich 78 fällt. Um die Toleranzbedingungen zu erfüllen, muss ein CF_x-Rohteil mindestens innerhalb von ± 0,1 Gramm eines bestimmten Gewichts und stärker bevorzugt innerhalb von etwa ± 0,005 Gramm eines bestimmten Gewichts liegen.
Die Bildung eines SVO-Rohteils findet auf etwas andere Weise statt. Die Bildung eines Silbervanadiumoxid-Rohteils wird gemäß dem in den US-Patenten Nr. 5,435,874 und 5,571,604 beschriebenen Verfahren durchgeführt.
Wie in diesen Patenten beschrieben, wird ein freistehendes aktives Flächengebilde oder ein Coupon aus SVO mit einer bestimmten Korngröße, Kohleschwarz oder Graphit als leitfähigem Additiv und einem pulverförmigen Fluorharz-Bindemittel, wie PTFE-Pulver, hergestellt. Diese Inhaltsstoffe werden in einem Lösungsmittel aus entweder Wasser oder einem inerten organischen Medium, wie Mineral Spirits, gemischt. Die resultierende Paste wird entweder durch eine Reihe von Verdichtungswalzwerken geschickt, um ein dünnes Flächengebilde in Streifenform zu bilden, oder sie wird zu Briquettes verarbeitet, die dann als kontinuierliches Band in das freistehende Flächengebilde kalandriert werden. Auf jeden Fall wird das Band einem Trocknungsschritt unterzogen, der jegliches zurückgebliebene Lösungsmittel oder Wasser entfernt, und dann zu einer Maschine bewegt, die Coupons 66 aus dem Band ausstanzt. Die Coupons 66 werden zu einer Rohteilformstation bewegt, wo eine hydraulische Presse mit Platten oder Spannvorrichtungen sie zu Rohteilen 80 mit der exakten Form der Produkt-Kathodenelektrode presst. Jedes Rohteil 80 wird auf einer Tara-Waage 82 gewogen, und wenn es im Toleranzbereich liegt, wird er zu einem Auffanggefäß bewegt. Falls nicht, wird das Rohteil verworfen, da es nicht im Spezifikationsbereich liegt, 84. Um die Toleranzanforderungen zu erfüllen, muss ein SVO-Rohteil innerhalb von mindestens ± 0,1 Gramm eines bestimmten Gewichts liegen und stärker bevorzugt innerhalb von etwa ± 0,005 Gramm eines bestimmten Gewichts.
Die Stromabnehmeraufgabe 68 beginnt mit einem Behälter, im dem eine Vielzahl der Stromabnehmer 30 enthalten sind (2). Ein chemisches Bearbeitungsverfahren, wie in den US-Patenten Nr. 6,110,622 und 6,461,771.
Die Stromabnehmer 30 werden zu einer Ätzstation bewegt, 86, wo die ID-Matrix 62 auf das Verbindungsschild 36 aufgebracht wird. Der geätzte Stromabnehmer wird zu einer Leseeinrichtung bewegt, 88, die elektronisch die ID-Matrixmarkierung 62 bestätigt. Nach der ID-Matrixbestätigung wird der Stromabnehmer auf einer Tara-Waage gewogen, 90, und wenn er im Toleranzbereich liegt, wird er zu einem Auffanggefäß für die geätzten und gewogenen Stromabnehmerschirme bewegt, 92. Falls nicht, wird der Stromabnehmer verworfen, da er außerhalb eines Spezifikationsbereichs liegt, 94. Um die Toleranzanforderungen zu erfüllen, muss ein Stromabnehmer mindestens innerhalb von etwa ± 0,1 Gramm eines bestimmten Gewichts und stärker bevorzugt innerhalb von ± 0,006 Gramm eines bestimmten Gewichts liegen.
Das so hergestellte CFx-Rohteil 74, das SVO-Rohteil 80 und die Stromabnehmer 92 werden dann auf eine lineare Rutsche, die mit einem Cartesischen Roboter 96 ausgestattet ist, aufgegeben. Diese Maschine kann so programmiert werden, dass sie drei aufgegebene Komponenten zu einer beliebigen Zahl von unterschiedlichen Elektrodenstrukturen zusammenbaut.
Eine ist die einer Sandwich-Kathode, wie in 4 dargestellt, mit den dualen Flügel-Stromabnehmern 30A, 30B, die jeweils wie folgt aufgebaut sind: SVO/Stromabnehmer/CF_x/Stromabnehmer/SVO. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform hat den gleichen Aufbau, aber die Stromabnehmer haben keine duale Flügelkonstruktion. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist wie folgt aufgebaut: SVO/Stromabnehmer/SVO/ CF_xSVO/Stromabnehmer/SVO. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist wie folgt aufgebaut: SVO/Stromabnehmer/CF_x, wobei die SVO-Seite auf die Lithiumanode gerichtet ist. Dieser letztgenannte Kathodenaufbau liefert eine Zelle, die als „Mediumraten-Design" bezeichnet wird. Die anderen werden als solche mit „Hochraten-Designs" bezeichnet.
Unabhängig vom jeweiligen Typ der gebauten Zellen bewegt sich die fertige Kathode, welche den Cartesischen Roboter 96 verlässt, zu einer Tara-Waage 98, wo das Endgewicht aufgezeichnet wird. Dieses Gewicht muss innerhalb von ± 5 % der Gewichtssumme der jeweiligen CF_x-Rohteile, SVO-Rohteile und Stromabnehmer liegen, oder die Kathode 100 wird verworfen, weil sich nicht im Spezifikationsbereich liegt. Nach dem letzten Wiegen wird das Gewicht der Kathodenelektrode überprüft, und die ID-Matrix 62, die auf die Stromabnehmer geätzt wurde, wird gescannt, 102. Die ID-Matrix, die mit den Ablesungen der Endgewichte der verschiedenen Komponentenrohteile und Stromabnehmer assoziiert ist, wird im Speicher einer zentralen Verarbeitungseinheit aufgezeichnet, 106, oder wird in einem anderen physischen Medium, wie einer Platte, einem Ausdruck und dergleichen, aufgezeichnet.
6 ist eine schematische Darstellung einer Zelle, die so aufgebaut ist, dass sie eine oder mehrere der Kathodenstrukturen aufweist, die mit Bezug auf 5 beschrieben wurden. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, weist die Zelle eine Anode als kontinuierliches längliches Element oder kontinuierliche längliche Struktur aus einem Alkalimetall, vorzugsweise aus Lithium oder einer Lithiumlegierung, das von einem Separator umgeben ist und zu einer Serpentinenform gefaltet ist, auf. Eine Vielzahl von Kathodenelektrodenanordnungen mit einer assoziierten ID-Matrix 108, die gemäß dem Komponenten-Ablaufschema von 5 erzeugt wurden, wird zwischen die Anodenlagen geschachtelt. Im Fall einer Kathode, die in 4 dargestellt ist, werden die voneinander beabstandeten Platten relativ zum Verbindungsschild 36 gefaltet, so dass ein Abschnitt der Anode entlang gegenüber liegenden Seiten jeder Kathodenplatte angeordnet ist. Die in 6 dargestellte Zelle wist duale Flügel-Kathodenelektrodenstrukturen auf und eine fünfte Kathodenplatte, die keine duale Flügelkonstruktion aufweist.
Die Kathodenplatten, die zwischen die Lagen der Serpentinenanode geschachtelt sind, werden in ein Gehäuse 12 von geeigneter Größe eingepasst, das seinerseits mit einer lasergeätzten ID-Matrix versehen wurde. Die Gehäuse-ID-Matrix wird gescannt, 110, und diese Daten werden ebenfalls für eine spätere Abfrage gespeichert. Auf diese Weise werden ständig Aufzeichnungen von jeder Zelle gemacht, welche die speziellen Elektrodenbauweisen mit den exakten Gewichten der verschiedenen aktiven Rohteile und Stromab nehmer, die in einem bestimmten Gehäuse untergebracht sind, detailliert wiedergeben. Die Zelle wird mit einem Elektrolyten, wie LiPF₆ aus LiAsF₆, das in einer 50 : 50-Volumenmischung aus Propylencarbonat und 1,2-Dimethoxyethan gelöst wurde, aktiviert. Für ein gehäusenegatives Zellendesign wird der Stromsammler der Serpentinenanode mit dem Gehäuse oder dem Deckel oder mit beiden verbunden, und die Stromabnehmer-Verbindungsschilde 36 werden mit dem Anschlussdraht 22 verbunden. Falls ein gehäusepositives Design gewünscht wird, gilt das Umgekehrte.
Eine Beispielsgestaltung der ID-Matrix 62 schließt eine Zellenmodellnummer und eine eindeutige Seriennummer ein. Ein Beispiel ist die Zwanzigzeichenfolge 20770000000000000001. Die ersten vier Zahlen bezeichnen die Zelle als ein Zellenmodell 2077, und die folgenden 16 Zeichen sind die eindeutige Seriennummer der Zelle.
In einem Sandwich-Elektrodendesign ist es wichtig, dass die Gewichtsverhältnisse des aktiven Materials mit hoher Entladungsleistung, beispielsweise SVO, zu dem des aktiven Materials mit hoher Energie, beispielsweise CFx, in einem strikten Toleranzbereich liegt. In einer elektrochemischen Lithiumzelle liefert eine Sandwich-Kathode mit dem folgenden Aufbau: SVO/Stromabnehmer/CF_x/Stromabnehmer/SVO das aktive CF_x-Material mit hoher Volumenleistung, das quantitativ in das SVO-Material mit der höheren Leistungsenergie umgewandelt oder verwendet wird. In dieser Hinsicht wird angenommen, dass während eines Hochenergie-Impulsbetriebs das SVO-Material die gesamte Entladungsenergie liefert. Oberhalb der Entladungsspannung des CF_x-Elektrodenmaterials wird nur SVO-Elektrodenmaterial entladen, was die gesamte Energie für die Pulsierung ebenso wie für jegliche Hintergrundlastentladung liefert. Unter diesen Entladungsbedingungen wird das aktive CF_x-Material in Bezug auf die Entladungsspannungen des SVO-Materials polarisiert. Dann, wenn die Lithiumzelle auf die Arbeitsspannung des CF_x Materials entladen wird, liefern sowohl SVO als auch CF_x-Materialien die Energie für die Hintergrundlastentladung. Jedoch liefert nur das SVO-Material Energie für eine Entladung mit hoher Impulsrate. Nachdem das SVO-aktive Material impulsentladen wurde, zeigt das Potential des SVO-Materials die Tendenz, aufgrund des Kapazitätsverlustes zu sinken. Nachdem die SVO-Hintergrundspannung unter die Arbeitsspannung des CF_x-Materials sinkt, wird das SVO-Material von dem CF_XMaterial geladen, um die Entladungsspannung des Sandwich- Kathodenmaterials auf einen gleichen Wert zu bringen. Daher wird angenommen, dass das SVO-Material als wiederaufladbare Elektrode wirkt, während gleichzeitig das CF_x-Material als Lader oder Energie-Reservoir dient. Infolgedessen erreichen beide aktiven Materialien ihr Betriebszeitende gleichzeitig.
Somit ist es für ein ordnungsgemäßes Funktionieren einer Lithiumzelle, die eine Sandwich-Kathode mit beispielsweise dem folgenden Aufbau: SVO/Stromabnehmer/ CF_x/Stromabnehmer/SVO enthält, wichtig, dass die Gewichte der jeweiligen aktiven Materialien innerhalb von strengen Toleranzen exakt reguliert werden. Dies wird durch die Verwendung der ID-Matrix, die auf die Stromabnehmer und das Gehäuse der vorliegenden Zellen geätzt wird, erreicht. Wie bereits erörtert, schließen andere Sandwich-Kathodenbauweisen die folgenden ein: SVO/Stromabnehmer/SVO/CF_x/SVO/Stromabnehmer /SVO und SVO/Stromabnehmer/CF_x, wobei das SVO auf die Lithiumanode gerichtet ist. In diesen alternativen Ausführungsformen ist es auch wichtig, die Gewichtsverhältnisse der aktiven Materialien streng zu regulieren. Die ID-Matrix kann auch auf den Anodenstromabnehmer geätzt werden, um auch diese Komponente nachverfolgen zu können.
Unter „eindeutige Identifizierungszeichen" sind hierin Identifizierungszeichen gemeint, die für den jeweiligen Stromabnehmer eindeutig sind.

Claims

Speichervorrichtung für elektrische Energie (10), mit: a) einer ersten Elektrode (32), die ein elektrodenaktives Material aufweist, das mit einem Stützabschnitt eines Stromabnehmers (30) in Kontakt steht, wobei der Stromabnehmer ein freiliegendes Bezeichnungsschild (36) aufweist, das mit eindeutigen Identifizierungszeichen (62) versehen ist; b) einer zweiten, Gegenelektrode (14); c) einem Separator (18), der sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode befindet, um direkten Kontakt zwischen ihnen zu verhindern, wenn sie miteinander in elektrischer Verbindung stehen; d) einem Gehäuse (12), in dem die erste und die zweite Elektrode untergebracht sind; und e) einem ersten Anschluss (22), der mit dem Stromabnehmer der ersten Elektrode verbunden ist, und einem zweiten Anschluss mit entgegengesetzter Polarität, der mit der zweiten Elektrode verbunden ist.
Speichervorrichtung für elektrische Energie nach Anspruch 1, wobei die eindeutigen Identifizierungszeichen auf dem Stromabnehmer-Bezeichnungsschild eine ID-Matrix sind.
Speichervorrichtung für elektrische Energie nach Anspruch 1 oder 2, wobei die eindeutigen Identifizierungszeichen dadurch gekennzeichnet sind, dass sie durch Ätzen auf dem Stromabnehmer-Bezeichnungsschild angebracht worden sind.
Speichervorrichtung für elektrische Energie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eindeutigen Identifizierungszeichen wenigstens eine Zellen-Seriennummer angeben.
Speichervorrichtung für elektrische Energie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die eindeutigen Identifizierungszeichen auf das Gewicht des Stromabnehmers beziehen.
Speichervorrichtung für elektrische Energie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die eindeutigen Identifizierungszeichen auf einen Grammbetrag des elektrodenaktiven Materials beziehen, das mit dem Stützabschnitt des Stromabnehmers in Kontakt steht.
Speichervorrichtung für elektrische Energie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stützabschnitt des Stromabnehmers gegenüberliegende erste und zweite Hauptflächen aufweist, und wobei ein erstes elektrodenaktives Material die erste Hauptfläche und ein zweites elektrodenaktives Material die zweite Hauptfläche kontaktiert.
Speichervorrichtung für elektrische Energie nach Anspruch 7, wobei das erste und das zweite elektrodenaktive Material jeweils innerhalb von ca. ± 0,005 Gramm eines spezifizierten Gewichts liegen.
Speichervorrichtung für elektrische Energie nach Anspruch 7 oder 8, wobei die erste Elektrode eine Kathodenelektrode mit Silber-Vanadium-Oxid und fluoriertem Kohlenstoff ist, die mit den gegenüberliegenden ersten und zweiten Hauptflächen des Stromabnehmers in Kontakt stehen, um die Kathode mit der folgenden Konfiguration bereitzustellen: Silber-Vanadium-Oxid/Stromabnehmer/fluorierter Kohlenstoff.
Speichervorrichtung für elektrische Energie nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die erste Elektrode eine Kathodenelektrode ist, die zwei Stromabnehmer aufweist, die jeweils eine erste und eine zweite Hauptfläche mit freiliegenden Bezeichnungsschildern aufweisen, die mit eindeutigen Identifizierungszeichen versehen sind, und wobei die Kathodenelektrode die folgende Konfiguration hat: Silber-Vanadium-Oxid/Stromabnehmer/fluorierter Kohlenstoff/Stromabnehmer/Silber-Vanadium-Oxid.
Speichervorrichtung für elektrische Energie nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Stromabnehmer Flügelabschnitte aufweist, die durch das Bezeichnungsschild miteinander verbunden sind, und wobei jeder Flügelabschnitt gegenüberliegende erste und zweite Hauptflächen aufweist, die mit einem elektrodenaktiven Material in Kontakt stehen.
Speichervorrichtung für elektrische Energie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer prismatischen Batteriezelle, einer „Biskuitrollen" (jellyroll)-Batteriezelle, einer Knopfzelle (button-type cell), einer Knopfzelle (coin cell), eines elektrochemischen Kondensators, eines Elektrolytkondensators und eines Hybridkondensators.
Implantierbare medizinische Vorrichtung, die von einer Batteriezelle angetrieben wird, die eine Speichervorrichtung für elektrische Energie nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 13, wenn er von den Ansprüchen 7 und 9 abhängig ist, wobei sich die eindeutigen Identifizierungszeichen auf das Gewicht des Stromabnehmers und auf einen Grammbetrag von Silber-Vanadium-Oxid und fluoriertem Kohlenstoff beziehen, die mit den gegenüberliegenden ersten und zweiten Hauptflächen des Stromabnehmer-Stützabschnitts in Kontakt stehen.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem automatischen implantierbaren Kardioverter-Defibrillator, einem Herzschrittmacher, einem Neurostimulator, einer Medikamentenpumpe, einem Knochenwachstumsstimulator und einem Hörgerät.
Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle, das die folgenden Schritte umfasst: a) Herstellen eines Stromabnehmers mit einem Stützabschnitt, der dazu ausgelegt ist, mit einem elektrodenaktiven Material und einem Bezeichnungsschild in Kontakt zu treten; b) Herstellen von eindeutigen Identifizierungszeichen auf dem Stromabnehmer-Bezeichnungsschild; c) Kontaktieren eines elektrodenaktiven Materials mit dem Stützabschnitt des Stromabnehmers, während das Bezeichnungsschild freiliegend bleibt, wodurch eine erste Elektrode bereitgestellt wird; d) Herstellen einer zweiten, Gegenelektrode; e) Anordnen eines Separators zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, die sich in einem Gehäuse befinden, wobei der Stromabnehmer der ersten Elektrode mit einem ersten Anschluss und die zweite Elektrode mit einem zweiten Anschluss verbunden sind; und f) Aktivieren der ersten und zweiten Elektroden mit einem in das Gehäuse gefüllten Elektrolyten.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der hergestellte Stromabnehmer und die hergestellten Identifizierungszeichen in einem der Ansprüche 2 bis 12 definiert sind.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, das das Scannen der auf dem Stromabnehmer-Bezeichnungsschild vorgesehenen eindeutigen Identifizierungszeichen und das Aufzeichnen der zugehörigen Gewichte für den Stromabnehmer, das erste elektrodenaktive Material und das zweite elektrodenaktive Material umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, das das Versehen des Gehäuses mit Gehäuse-Identifizierungszeichen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, das das Scannen der Gehäuse-Identifizierungszeichen und das Aufzeichnen der zugehörigen Gewichte für den Stromabnehmer, das erste elektrodenaktive Material und das zweite elektrodenaktive Material, die darin untergebracht sind, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, das umfasst, dass vorgesehen wird, dass das erste und das zweite elektrodenaktive Material innerhalb von ± 0,005 Gramm eines spezifizierten Gewichts und der Stromabnehmer innerhalb von ± 0,006 Gramm eines spezifizierten Gewichts liegen.