JP2016046257A - 生体適合性通電素子内で使用するためのアノード - Google Patents
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Abstract
Description
本願は2014年8月21日に出願された米国仮特許出願第62/040178号の利益を主張するものである。
生体適合性電池において使用するためのアノードが記載される。いくつかの実施形態では、生体適合性電池において使用するためのアノード配合物の使用分野は、エネルギーを必要とする任意の生体適合性装置、又は製品を含み得る。
本説明及び下記の特許請求の範囲では、様々な用語が使用される場合があり、下記の定義が適用される。
本明細書で使用するとき、「アノード」は、そこを通って電流が有極電気装置に流れ込む電極を指す。電流の方向は、通常、電子流とは逆方向である。換言すれば、電子は、例えば、アノードから電気回路に流入する。
本発明の通電素子である電池を組み込むことができる生物医学的装置の例は、焦点を調節する電気活性のコンタクトレンズであり得る。図1Aを参照すると、かかるコンタクトレンズのインサートの例は、コンタクトレンズのインサート100として図示することができる。このコンタクトレンズのインサート100には、制御用電圧信号に応答して焦点特性の変化を調整し得る電気活性素子120が存在し得る。こうした制御用電圧信号を提供し、かつ外部制御信号に対する環境感知を制御するなどの他の機能も同様に提供する回路105は、生体適合性電池素子110によって給電され得る。図1Aに示すように、電池素子110は、複数の主要部分(この場合3個の部分)として見られる場合があり、既に述べた電池化学素子の種々の構成を含んでいてもよい。電池素子110は、相互接続領域114の下に描かれる場合がある部分を共に結合するための、様々な相互接続特徴部を有し得る。電池素子110は、それ自体の基板111を有する場合がある回路素子に接続されてもよく、基板111上には相互接続特徴部125が位置している場合がある。集積回路の形態であってもよい回路105は、基板111及びその相互接続特徴部125と電気的及び物理的に接続されることができる。
図2を参照すると、コンタクトレンズタイプの例のための例示的な電池素子の、異なるタイプのセグメント化された電池配列の例が示されている。セグメント化された構成要素は、比較的円形状271、正方形状272、又は矩形状であってもよい。矩形状の例では、矩形は、小さい矩形形状273、より大きい矩形形状274、又は更に大きい矩形形状275であり得る。
生体適合性電池のいくつかの例では、電池は平型素子として形成されてもよい。図3Aを参照すると、電池素子の矩形の輪郭310は、アノード接続部311及びカソード接続部312と共に描かれ得る。図3Bを参照すると、電池素子の円形の輪郭330の例が、アノード接続部331及びカソード接続部332と共に描かれ得る。
一例として、本発明による電池は、安全性及び生体適合性に関する重要な態様を有し得る。いくつかの例では、生物医学的装置用電池は、典型的な使用例で求められる要件以上の要件を満たす必要があり得る。いくつかの例では、設計的態様は、ストレスを与える事象に関連するものが考えられる。例えば、電子コンタクトレンズの安全性は、レンズの挿入又は取り外しの際にユーザーがレンズを破壊した場合を考慮する必要があり得る。別の例では、設計的態様は、ユーザーの目に異物が当たる可能性を考慮してもよい。設計のパラメータを作製する上で考慮され、かつ制約を生じさせ得るストレスの多い状況の更なる例は、非限定的な例として、水中環境又は高地環境のような厳しい環境においてユーザーがレンズを装着する可能性に関する場合がある。
設計の際に考慮すべき別の分野は、電池によりもたらされ得る、装置の電気的要件に関する場合がある。適切な電池は、医療用装置の電源として機能するために、システムが非接続形態又は外部給電されていない形態で動作しているときに全ての電気的要件を満たす必要があり得る。接続されていない又は外部給電されていない生物医学的装置の新興分野は、例えば、視力矯正コンタクトレンズ、健康状態監視装置、ピルカメラ、及び新型装置を含むことができる。集積回路(IC)技術における近年の進歩により、非常に低い電流レベル(例えば、ピコアンペアの待機電流及びマイクロアンペアの動作電流)での有意義な電気的操作が可能となり得る。IC技術は、微小装置を可能にする場合がある。
相互接続は、外部回路と接続された電池との間で電流を流すことができるようにする。かかる相互接続は、電池の内部環境と外部環境とを相互作用させることができ、これらの環境の間の境界又は封止を越えることができる。こうした相互接続は、外部回路との接続を形成し、電池封止材を通過した後、電池内の集電体と接続するトレースと見なされてもよい。そのため、こうした相互接続はいくつかの要件を有し得る。電池外部において、相互接続は、典型的なプリント回路トレースに類似していてもよい。トレースは他のトレースとハンダ付けされるか、又は別の方法で接続されてもよい。電池が、集積回路を含む回路基板とは別の物理的要素である例では、電池相互接続は、外部回路との接続が可能となる場合がある。この接続は、ハンダ付け、導電性テープ、導電性インク若しくは導電性エポキシ樹脂、又は他の手段で形成されてもよい。相互接続トレースは、電池外部の環境に耐える(例えば、酸素の存在下で腐食しない)必要がある場合がある。
いくつかの例では、モジュール化された電池構成要素は、本開示のいくつかの態様及び実施例に従って形成され得る。こうした実施例では、モジュール化された電池アセンブリは、生物医学的装置の他の部品とは別個の構成要素である場合がある。眼科用コンタクトレンズ装置の実施例では、かかる設計は、媒体インサートの残りの部分から分離された、モジュール化された電池を含んでいてもよい。モジュール化された電池構成要素を形成することによる利点は数多く存在し得る。例えば、コンタクトレンズの実施例では、モジュール化された電池構成要素は、別個の非一体的なプロセスで形成され、それにより、三次元に形成された剛性光学用プラスチック構成要素を処理する必要性が軽減され得る。加えて、複数の供給メーカーをよりフレキシブルに選択することができ、この複数の供給メーカーは、生物医学的装置内部の他の構成要素の製造に対して、より平行した形態で、作業を行うことが可能である。更に、モジュール化された電池構成要素の製造を、三次元(3D)形状に成形される装置の特徴と切り離すことができる。例えば、最終的に三次元形態である必要がある用途では、モジュール化された電池システムは、平坦に、又はおおよそ二次元的全体像で製造された後、適切な三次元形状に成形されてもよい。モジュール化された電池構成要素は、残りの生物医学的装置とは独立に試験することができ、また、電池構成要素は組み立て前に選別される場合があるので、ロスが生じる場合がある。得られたモジュール化された電池構成要素は、その上に電池構成要素を形成することができるような適切な剛性領域を有しない様々な媒体インサート構造体内で使用することができ、更なる実施例では、モジュール化された電池構成要素の使用は、別の方法で用いられる場合がある製造技術とは異なる選択肢(例えば、ウェブベースの技術(ロールツーロール処理)、シートベースの技術(シートツーシート処理)、プリント処理、リソグラフィ処理、及び「スキージ」処理など)の使用を容易にする場合がある。モジュール化された電池のいくつかの実施例では、かかる装置は個別に収容されるという態様を有するので、結果的に生物医学的装置の構造体全体に追加材料が加えられることになり得る。そうした影響は、利用可能な空間パラメータが溶液の最小厚さ及び容積を必要とする場合に、モジュール化電池溶液の使用に制約を課する場合がある。
生物医学的用途用の電池構成要素を設計する際には、様々なパラメータのトレードオフを図って、技術的な要件と、安全要件と、機能要件とのバランスをとる場合がある。電池構成要素の厚さは、重要かつ制約的なパラメータであり得る。例えば、光学レンズ用途では、ユーザーが快適に装着できる装置の能力は、生物医学的装置全体の厚さに重要な依存を有する場合がある。したがって、電池をより薄く設計する際の重要で実現可能な態様が存在し得る。いくつかの例では、電池の厚さは、上部シートと、底部シートと、スペーサシートを合わせた厚さ、及び接着剤層の厚さによって決定される場合がある。実際の製造態様は、膜厚のある種のパラメータを、使用可能なシート原材料の標準値に決定してもよい。加えて、膜は、厚さの最小値を有する場合があり、化学的適合性、湿気/ガス不透性、表面仕上げ、及び膜層上に堆積することができるコーティングとの適合性に関する技術的考慮事項に基づき、膜厚は、この値に特定される場合がある。
電池の設計、及び電池をエネルギー源として利用する関連装置の設計と関係する別の態様は、電池構成要素の可撓性である。可撓性の電池形態によって与えられる利点は数多く存在し得る。例えば、可撓性の電池モジュールは、電池形態を二次元平面形態で形成するという前述の能力を促進する場合がある。形態の可撓性により、二次元の電池を、後に、コンタクトレンズなどの生物医学的装置内に適合するように適切な三次元形状に形成することが可能となり得る。
本発明の生体適合性通電素子又は電池をその中で使用することができる多くの用途が存在し得る。広くは、電池の幅要件は、主に、電池が適用される用途の関数であり得る。例示的な事例では、コンタクトレンズの電池システムは、モジュール化された電池構成要素の幅に関する仕様に対する、制約付きのニーズを有する場合がある。装置が電池構成要素により給電される可変光学機能を有する眼科用装置のいくつかの例では、装置の可変光学部分は、直径約7.0mmの中央球面領域を占める場合がある。例示的な電池素子は、中央光学系の周囲に環円錐状スカートとして適合する三次元物体と考えてもよく、切頭円錐状のリングに形成されてもよい。剛性インサートの必要とされる最大直径が直径8.50mmであり、ある直径(例えば、約直径8.40mm)の球体に接触することが目標であり得る場合には、幾何学的形状が電池の可能な許容幅を決定する場合がある。得られる幾何学的形状の望ましい仕様を計算するのに有用であり得る幾何学的モデルが存在する場合があり、これは、いくつかの例では、円環の扇形になるように平坦化された円錐台と呼ばれる場合もある。
いくつかの例では、電池素子は、活性電池用化学物質の領域を分割する様式で設計されてもよい。活性電池構成要素を個別のセグメントに分割することにより、多くの利点を得ることができる。非限定的な例において、製作する素子を個別で比較的小さくすることにより、こうした素子の製造を容易にすることができる。多数の比較的小さい素子を含む電池素子の機能を改善することができる。様々な種類の不具合を分割することができ、機能しない素子を隔離することができるので、事例によっては、機能喪失が低減される場合もある。これは、電池電解質の損失が生じ得る例に関連し得る。個別化された構成要素を隔離することにより、電池の重要領域からの電解質の漏れを生じさせる不具合を、電池素子全体のうちのこの小さなセグメントの機能喪失に限定することができる一方、この不具合による電解質の損失は、単一セルとして構成された電池の著しくより大きな領域を空にする可能性がある。セルを小さくすることにより、全体としては有効な活性電池用化学物質の量は低減することになる場合があるが、より小さいセルそれぞれを取り囲む材料の網目は、結果として全体構造体を強化する場合がある。
生物医学的装置で用いる電池素子のいくつかの例では、電池の化学作用は水溶性化学物質を含み、その場合、水又は水分は制御すべき重要な構成成分となる。したがって、電池本体から出入りする水分の移動を抑制又は防止する封止機構を組み込むことが重要であり得る。防湿バリアは、内部の水分レベルを、ある程度の許容範囲内で、設計されたレベルに維持するように設計され得る。いくつかの例では、防湿バリアは2つのセクション又は構成要素(すなわち、パッケージと封止材)に分割されてもよい。
本発明に記載される種類の電池は、アノード及びアノード集電体部分を、カソード及びカソード集電体部分から物理的かつ電気的に分離するセパレータ材料を使用してもよい。セパレータは、水及び溶解している電解質構成成分に対して透過性である膜であってもよいが、典型的には非導電性であってもよい。無数の市販のセパレータ材料が当業者に既知であり得るが、本発明の新規な形状因子は、セパレータの選択、加工、及び取り扱いの任務に固有の制約を提示し得る。
いくつかの実施例では、本発明の超小型層状電池を構成する複数の構成要素は、感圧接着剤(PSA)によって一体に保持されてもよく、この感圧接着剤は封止剤としてしての役割も果たす。無数の市販の感圧接着剤配合物が存在し得るが、かかる配合物はほとんどの場合、そのせいで感圧接着剤が生体適合性超小型層状電池内で使用するのに適さないものとなり得る構成成分を含んでいる。感圧接着剤で使用するのに望ましくない構成成分の例としては、低分子量の浸出性構成成分、酸化防止剤(例えばBHT及び/又はMEHQ)、可塑化用オイル、不純物、酸化に不安定な部分(例えば、不飽和化学結合、残留溶媒、及び/又はモノマー、重合開始フラグメント、極性粘着付与剤等を含む)が挙げられ得る。
パッケージング及び基板に関する考慮事項は数多く存在し得、そうした考慮事項が、生体適合性超小型層状電池で用いられるパッケージ設計の望ましい特性を決定する。例えば、パッケージングは、主にホイル及び/又は膜ベースであるのが望ましくあり得、パッケージング層は極力薄くてもよい(例えば、10〜50マイクロメートル)。加えて、パッケージングは、貯蔵寿命中の水分の得失に対する十分な拡散バリアを提供することができる。多くの望ましい実施例において、パッケージングは、酸素の侵入に対する十分な拡散バリアを提供して、直接酸化による亜鉛アノードの劣化を制限する場合がある。
生体適合性通電素子の加工に関与し得る工程の実施例は、図4A〜図4Nを参照して見られる場合がある。例示的な工程のいくつかにおける加工は、個々の図で見られる場合がある。図4Aでは、PETカソードスペーサ401とPETギャップスペーサ404の組み合わせが図示される。PETカソードスペーサ401は、PET膜403を適用することによって形成することができ、この膜の厚さは、例えば、約76マイクロメートル(3ミル)であってもよい。PET層の両側にはPSA層が見られる場合があり、又はこれらの層は、PVDF剥離層402で覆われていてもよく、これらの層の厚さは、約25マイクロメートル(1ミル)であってもよい。PETギャップスペーサ404は、PVDF層409から形成されていてもよく、この層の厚さは約76マイクロメートル(3ミル)であってもよい。キャッピングPET層405が存在していてもよく、この層の厚さは約13マイクロメートル(0.5ミル)であってもよい。いくつかの実施例では、PVDF層409とキャッピングPET層405との間は、PSA層があってもよい。
生体適合性通電素子の加工に関与し得る工程の実施例が、図6A〜図6Fに見られる。例示的な工程のいくつかにおける加工を、個々の図に見ることができる。本発明の趣旨の範囲内で有用であり得る、材料及び目標厚さに対する多くの修正、削除、変更が存在し得る。
一部の電池設計では、個々のセパレータの使用(前項で説明した)は、非限定的な例として、コスト、材料の入手可能性、材質、又は一部の材料選択肢に関する加工の複雑性といった様々な理由から、不可能な場合がある。かかる事例では、例えば、図8A〜図8Hのプロセスにおいて図示されるキャスト(cast)又は現場成形(form-in-place)セパレータが、望ましい利益をもたらす場合がある。デンプン又はペーストを用いたセパレータは、単3電池及び他のルクランシェ電池又は亜鉛炭素電池において商業ベースで成功裏に使用されているが、こうしたセパレータは、何らかの形で、超小型層状電池のある種の実施例で使用するのに適さない場合がある。本発明の電池で使用するあらゆるセパレータに関して特に注意を払う必要があり得るのは、形状の均一性及び一貫性である。既知のカソード容積を後に精密に組み込み、かつ一貫した放電容量及びセル性能を後に実現するのを容易にするために、セパレータ容積の精密な制御が必要であり得る。
本発明の実施例により有用である、セパレータは、その機能にとって重要であり得る、多数の特性を有し得る。いくつかの実施例において、セパレータは望ましくは、セパレータの両側の層が互いに物理的に接触しないように、物理的な障壁を形成するような様式で形成され得る。したがって様々な理由により薄層が望ましい場合がある一方で、ボイド又はギャップのない層が重要であるため、均一な厚さという重要な特性を有し得る。加えて、薄層は望ましくは高い透過性を有し、イオンの自由な流れを可能にする場合がある。また、セパレータは、セパレータの機械的特性を最適化するために、最適な水吸収を必要とする。したがって、配合物は、架橋成分、親水性ポリマー成分、及び溶媒成分を含み得る。
亜鉛炭素電池及びルクランシェ電池のいくつかの実施例では、カソード集電体は、焼結した炭素棒であってもよい。この種の材料は、本発明の薄型電気化学セルの技術的障害に直面する場合がある。いくつかの実施例では、印刷されたカーボンインクが、薄型電気化学セルにおいて、焼結した炭素棒の代わりにカソード集電体で使用される場合があり、こうした実施例では、結果として得られる電気化学セルに著しい損害を与えることなく、結果として得られる装置を形成することができる。典型的には、カーボンインクは、ポリマー膜、又は事例によっては金属ホイルを含む場合があるパッケージング材に、直接適用される場合がある。パッケージング膜が金属ホイルであり得る実施例では、カーボンインクは、下にある金属ホイルを、電解質による化学的な劣化及び/又は腐食から保護する必要があり得る。更に、こうした実施例では、カーボンインク集電体は、電気化学セルの内側から電気化学セルの外側まで電気伝導性を提供する必要があり得るので、カーボンインクの周り又はカーボンインクを通した封止を暗示する。カーボンインクは多孔質であるので、これは簡単に達成することはできず、非常に困難であり得る。カーボンインクはまた、厚さが有限の比較的薄い(例えば、10〜20マイクロメートルの)層で塗布されてもよい。パッケージ内部の総厚さがわずか約100〜150マイクロメートルであり得る薄型電気化学セル設計では、カーボンインク層の厚さは電気化学セルの総内容積のかなりの割合を占め、それによりセルの電気的性能にマイナスの影響を与える場合がある。更に、電池全体、特に集電体が薄いということは、集電体の断面積が小さいことを意味し得る。トレースの抵抗はトレースの長さと共に増大し、断面積と共に低減するので、集電体の厚さと抵抗との間には直接的なトレードオフが存在し得る。カーボンインクのバルク抵抗率は、薄型電池の抵抗要件を満たすには不十分であり得る。銀又は他の導電性金属を充填したインクはまた、抵抗及び/又は厚さを低下させると考えられるが、新規な電解質との不適合性といった新たな課題をもたらし得る。こうした要因を考慮すると、いくつかの実施例では、薄い金属ホイルを集電体として使用することによって、又は薄い金属膜を下にあるポリマーパッケージング層に塗布して集電体として作用させることによって、本発明の高効率で高性能の薄型電気化学セルを実現するのが望ましい場合がある。そのような金属ホイルの固有抵抗は著しく低い場合があるので、印刷されたカーボンインクよりもはるかに薄い厚さで、電気的抵抗に関する要件を満たすのが可能となる。
本発明の概念と一致し得る多数のカソード化学物質混合物の混合物が存在する。いくつかの実施例では、カソード混合物とは、電池カソードを形成するために使用される化学配合物のための用語であり得、ペースト、ゲル、懸濁液、又はスラリーとして適用され得、酸化マグネシウムなどの金属遷移酸化物、例えば、カーボンブラック、又はグラファイトなどの導電性粉末の形態であり得る何らかの形態の導電性添加物、及びポリビニルピロリドン(PVP)又は他の何らかの結合剤添加物などの水溶性ポリマーを含み得る。いくつかの実施例では、結合剤、電解質塩、腐食防止剤、水又は他の溶媒、界面活性剤、レオロジー変性剤、及び導電性ポリマーなどの他の導電性添加剤のうちの1つ以上など、他の構成成分が含まれてもよい。カソード混合物は、配合されて適切に混合されると、セパレータ及び/又はカソード集電体の所望部分の上に分与することができるか、あるいは同様の方法でスキージによりスクリーン又はステンシルに通すことができる、望ましいレオロジーを有することができる。いくつかの実施例では、カソード混合物は、後のセル組み立て工程で使用する前に乾燥させてもよいが、他の実施例では、カソードは、電解質構成成分の一部又は全てを含んでいてもよく、選択した含水量まで部分的に乾燥させるだけであってもよい。
本発明の層状電池のためのアノードは、例えば、亜鉛を含む場合がある。従来の亜鉛炭素電池では、亜鉛アノードは物理的に缶の形状をとることができ、その中に電気化学セルの内容物を収容することができる。本発明の電池では、亜鉛缶は一実施例であり得るが、超小型電池設計を実現するために望ましい形状を提供することができる、他の物理的形状の亜鉛が存在する場合がある。
図12を参照すると、現在のフレームワークと適合する、アノードを加工するための例示的な方法工程の図示が示される。1201では、金属ホイルが得られる。金属ホイルは、真鍮、アルミニウム、銅、銀、金、プラチナなどの、数多くの導電性の比較的非反応性の材料を含み得る。いくつかの実施例では、10〜50マイクロメートルの厚さの金属ホイルが得られることが望ましい場合がある。いくつかの特定の実施例において、金属ホイルは、真鍮を含んでもよく、約25マイクロメートルの厚さであり得る。1202において、金属ホイルが清浄化されてもよい。清浄化プロセスにおいて有用である、多くの溶媒、界面活性剤、及び石鹸が存在し得る。特定の実施例では、金属ホイルは、イソプロピルアルコールの槽内で清浄化され得る。1203において、ホイルの一方の側が接着剤ベースのテープで保護されてもよい。いくつかの実施例では、テープは、3M(商標)Surface Saver(商標)テープ1641などの接着剤テープであり得る。テープがホイルの一方の側に適用されてもよく、結果として得られる組み合わせは、0.3メガパスカル(MPa)(40ポンド平方インチ(PSI))の窒素雰囲気において、50℃まで加熱されてもよい。
本明細書において記載される生体適合性電池において使用され得る、アノードを形成するための他の多くの手段が存在し得る。アノード材料は、例えば、金属ホイルへと蒸着又はスパッタされてもよい。亜鉛は、亜鉛源を約550℃まで加熱することによって、減圧下で金属ホイル上に蒸着させることができる。かかる堆積させた膜のモルフォロジーは、電気めっきにより形成されるものとは著しく異なる場合がある。
膜としてアノードを形成することによって、電池の動作中に、電解質がその表面層のみにアクセス可能であるような特徴が生じる。電池の動作中、亜鉛が溶液中に入り、膜本体内にピット形成が生じる。このピット形成の結果は実際、電解質に対して利用可能である表面積の量を増加させ得る。いくつかの実施例では、電解質がアクセス可能であるアノードの表面積は、電池セルの内部抵抗と相関し得る。アノードの表面積を増加させることにより、電池セルの内部抵抗が低減して、いくつかの用途における動作パラメータの改善を生じ得る。放電中のアノードの内部抵抗のこの減少は、電池内部抵抗の他の構成要素、例えば、カソード及び電解質抵抗が放電中に増加するシステム、及び高い電流ドレイン条件において特定の低電圧カットオフ閾値に達するシステムにおいて、特に有益であり得る。換言すると、アノード表面積の増加により、内部抵抗を減少させ、実行時間を増加させてもよい。アノード材料の表面積を増加させるための多くの手段が存在し得る。例えば、亜鉛堆積プロセスにおける粒径は、電極有効表面積の変更を生じ得る。めっき条件によって粒径が変更されてもよく、変更される場合がある1つの因子は、めっきプロセスの電流密度である。別の実施例では、電極の表面積を物理的に変更するために、真鍮膜にトポロジーが付与されてもよい。角錐、窪み、又は他の形状などのパターンが、エンボスプロセスによって真鍮ホイルに圧迫されてもよい。結果として、上部に亜鉛がめっきされる、又は堆積され得る表面積の増加が得られ、このようにして形成されたアノードは電池セルの動作中に電解質に対して露出される表面積を増加させ得る。
電池アーキテクチャと製造技術は密接に関連し合っている場合がある。本発明の前の項で論じたように、電池は、次の素子、すなわち、カソードと、アノードと、セパレータと、電解質と、カソード集電体と、アノード集電体と、パッケージングと、を有する。巧みな設計により、こうした素子を、製造が容易なサブアセンブリに組み付ける試みがなされてもよい。他の実施例では、最適化された設計は、例えば金属パッケージが集電体との二重の役割を果たす、といったように、二重用途の構成要素を有していてもよい。相対容積及び厚さの観点から、こうした素子は、カソードを除き、ほぼ全て同じ容積であってもよい。いくつかの実施例では、機械的密度、エネルギー密度、放電効率、材料純度、並びに、結合剤、充填剤、及び導電剤の存在が著しく異なることから、電気化学システムは、カソードの容積の約2〜10倍のアノードを必要とし得る。こうした実施例では、様々な構成要素の相対的な大きさは、次の素子厚さに近づき得る。アノード集電体=1μm、カソード集電体=1μm、電解質=間隙液(実質的に0μm)、セパレータ=所望の薄さ又は厚さであり、計画最大厚は約15μmであり得、アノード=5μm、及びカソード=50μm。素子のこうした実施例については、使用環境において電池化学物質を維持するために十分な保護を提供するのに必要なパッケージングは、最大約50μmの計画最大厚さを有し得る。
(1) 生体適合性電池であって、
第1の集電体及び第2の集電体と、
カソードと、
アノードと、
層状構造体とを含み、
前記層状構造体の少なくとも1つの層がキャビティを形成するためにある容積を除去されており、前記キャビティが電解質溶液、セパレータ、及び前記カソードを含み、
前記アノードが亜鉛を含み、
前記アノードが前記第1の集電体上にあり、
前記第1の集電体及び前記アノードが前記層状構造体上において封止される、生体適合性電池。
(2) 前記アノードがインジウムを含む、実施態様1に記載の生体適合性電池。
(3) 前記アノードが、前記第1の集電体上にめっきされる、実施態様1に記載の生体適合性電池。
(4) 前記アノードが、前記第1の集電体の一方の側を被覆するシートとしてめっきされる、実施態様3に記載の生体適合性電池。
(5) 前記アノードが、マスクを通してめっきされ、前記第1の集電体の領域のみが前記アノードによりめっきされる、実施態様3に記載の生体適合性電池。
(7) 前記アノードが、前記第1の集電体上に真空蒸着される、実施態様1に記載の生体適合性電池。
(8) 前記アノードがアノード材料の金属ホイルを含み、前記アノード材料の金属ホイルが、前記第1の集電体を含む金属ホイルに接合される、実施態様1に記載の生体適合性電池。
(9) 前記アノードが、亜鉛及びインジウムの混合物を含み、
前記混合物内の前記インジウムの濃度は約10〜1000PPMである、実施態様1に記載の生体適合性電池。
(10) 前記アノードが、前記キャビティの領域においてテクスチャを付けられている、実施態様1に記載の生体適合性電池。
(12) 前記テクスチャが、前記アノード及び第1の集電体の中に押し付けられた窪みを含む、実施態様10に記載の生体適合性電池。
(13) 生物医学的装置器具であって、
インサート装置を含み、前記インサート装置が、
制御用電圧信号に反応する電気活性素子と、
生体適合性電池であって、
前記生体適合性電池が、
第1の集電体及び第2の集電体と、
カソードと、
アノードと、
層状構造体と、を含み、
前記層状構造体の少なくとも1つの層がキャビティを形成するためにある容積を除去されており、前記キャビティが電解質溶液、セパレータ、及び前記カソードを含み、
前記アノードが亜鉛を含み、
前記アノードが前記第1の集電体上にあり、
前記アノードが前記層状構造体上で封止された、生体適合性電池とを含み、
前記生体適合性電池に電気的に接続された回路が、前記制御用電圧信号を提供する、生物医学的装置器具。
(14) 前記生物医学的装置が、コンタクトレンズである、実施態様13に記載の器具。
(15) 生体適合性電池を形成する方法であって、前記方法は、
金属ホイルを得ることと、
前記金属ホイルを清浄化することと、
前記金属ホイルの一方の側を保護することと、
接着剤を基材に取り付けることと、
前記金属ホイルの前記保護された側を、前記基材に取り付けられた前記接着剤に取り付けることと、
前記金属ホイルに対して電気接続を形成することと、
めっき槽内にて前記金属ホイル上にアノードをめっきすることと、
第1の絶縁材料の第1の基材膜を受け取ることと、
前記第1の基材膜にキャビティを切り込んでカソードスペーサ層を形成することであって、前記キャビティの縁部が前記キャビティの側壁を画定する、ことと、
前記カソードスペーサ層の第1の表面を、前記金属ホイル上にめっきされた前記アノードの第1の表面に接着することと、を含む、方法。
(17) 前記生体適合性電池をインサート内に配置することと、
前記インサートを生物医学的装置内に配置することと、を更に含む、実施態様15に記載の方法。
(18) 前記生物医学的装置が眼科用装置である、実施態様17に記載の方法。
(19) 前記眼科用装置が、コンタクトレンズである、実施態様18に記載の方法。
(20) 前記めっき槽が塩化亜鉛を含む、実施態様15に記載の方法。
(22) 前記めっき槽が更に、E−Brite Ultra−Chlor NA、及びE−Brite Ultra−Chlor Bを含む、実施態様15に記載の方法。
(23) 前記めっき槽が、
約5〜10重量%のZnCl2と、
約15〜25重量%のKClと、
約2〜5重量%のホウ酸と、
約3〜5重量%のE−Brite Ultra−Chlor NAと、
約0.01〜0.10重量%のE−Brite Ultra−Chlor Bと、
約0.001〜0.01重量%の酢酸インジウムと、を含む、実施態様15に記載の方法。
(24) 生体適合性電池を形成する方法であって、前記方法は、
金属ホイルを得ることであって、前記金属ホイルが亜鉛を含む、ことと、
前記金属ホイルを清浄化することと、
第1の絶縁材料の第1の基材膜を受け取ることと、
前記第1の基材膜にキャビティを切り込んでカソードスペーサ層を形成することであって、前記キャビティの縁部が前記キャビティの側壁を画定する、ことと、
前記カソードスペーサ層の第1の表面を、前記金属ホイルの第1の表面に接着することとを含む、方法。
(25) 前記生体適合性電池をインサート内に配置することと、
前記インサートを生物医学的装置内に配置することとを更に含む、実施態様24に記載の方法。
(27) 前記眼科用装置が、コンタクトレンズである、実施態様26に記載の方法。
(28) 生体適合性電池を形成する方法であって、前記方法は、
第1の金属ホイルを得ることであって、前記金属ホイルがアノード材料を含む、ことと、
前記第1の金属ホイルを清浄化することと、
第2の金属ホイルを得ることであって、前記第2の金属ホイルが真鍮を含む、ことと、
前記第1の金属ホイルの第1の表面を、前記第2の金属ホイルの第1の表面に接着することと、
第1の絶縁材料の第1の基材膜を受け取ることと、
前記第1の基材膜にキャビティを切り込んでカソードスペーサ層を形成することであって、前記キャビティの縁部が前記キャビティの側壁を画定する、ことと、
前記カソードスペーサ層の第1の表面を、前記第1の金属ホイルの第2の表面に接着することとを含む、方法。
(29) 前記第1の金属ホイルの第1の表面を、前記第2の金属ホイルの第1の表面に接着することが、溶接することを含む、実施態様28に記載の方法。
(30) 前記第1の金属ホイルの第1の表面を、前記第2の金属ホイルの第1の表面に接着することが、接着剤で貼り付けることを含み、前記接着剤が導電性である、実施態様28に記載の方法。
(32) 前記第1の金属ホイルの第1の表面を、前記第2の金属ホイルの第1の表面に接着することが、前記第1の金属ホイルと前記第2の金属ホイルとをハンダ付けすることを含む、実施態様28に記載の方法。
Claims (32)
- 生体適合性電池であって、
第1の集電体及び第2の集電体と、
カソードと、
アノードと、
層状構造体とを含み、
前記層状構造体の少なくとも1つの層がキャビティを形成するためにある容積を除去されており、前記キャビティが電解質溶液、セパレータ、及び前記カソードを含み、
前記アノードが亜鉛を含み、
前記アノードが前記第1の集電体上にあり、
前記第1の集電体及び前記アノードが前記層状構造体上において封止される、生体適合性電池。 - 前記アノードがインジウムを含む、請求項1に記載の生体適合性電池。
- 前記アノードが、前記第1の集電体上にめっきされる、請求項1に記載の生体適合性電池。
- 前記アノードが、前記第1の集電体の一方の側を被覆するシートとしてめっきされる、請求項3に記載の生体適合性電池。
- 前記アノードが、マスクを通してめっきされ、前記第1の集電体の領域のみが前記アノードによりめっきされる、請求項3に記載の生体適合性電池。
- 前記アノードが、前記層状構造体内の前記キャビティを通してめっきされる、請求項3に記載の生体適合性電池。
- 前記アノードが、前記第1の集電体上に真空蒸着される、請求項1に記載の生体適合性電池。
- 前記アノードがアノード材料の金属ホイルを含み、前記アノード材料の金属ホイルが、前記第1の集電体を含む金属ホイルに接合される、請求項1に記載の生体適合性電池。
- 前記アノードが、亜鉛及びインジウムの混合物を含み、
前記混合物内の前記インジウムの濃度は約10〜1000PPMである、請求項1に記載の生体適合性電池。 - 前記アノードが、前記キャビティの領域においてテクスチャを付けられている、請求項1に記載の生体適合性電池。
- 前記テクスチャが、前記アノードの中に押し付けられた窪みを含む、請求項10に記載の生体適合性電池。
- 前記テクスチャが、前記アノード及び第1の集電体の中に押し付けられた窪みを含む、請求項10に記載の生体適合性電池。
- 生物医学的装置器具であって、
インサート装置を含み、前記インサート装置が、
制御用電圧信号に反応する電気活性素子と、
生体適合性電池であって、
前記生体適合性電池が、
第1の集電体及び第2の集電体と、
カソードと、
アノードと、
層状構造体と、を含み、
前記層状構造体の少なくとも1つの層がキャビティを形成するためにある容積を除去されており、前記キャビティが電解質溶液、セパレータ、及び前記カソードを含み、
前記アノードが亜鉛を含み、
前記アノードが前記第1の集電体上にあり、
前記アノードが前記層状構造体上で封止された、生体適合性電池とを含み、
前記生体適合性電池に電気的に接続された回路が、前記制御用電圧信号を提供する、生物医学的装置器具。 - 前記生物医学的装置が、コンタクトレンズである、請求項13に記載の器具。
- 生体適合性電池を形成する方法であって、前記方法は、
金属ホイルを得ることと、
前記金属ホイルを清浄化することと、
前記金属ホイルの一方の側を保護することと、
接着剤を基材に取り付けることと、
前記金属ホイルの前記保護された側を、前記基材に取り付けられた前記接着剤に取り付けることと、
前記金属ホイルに対して電気接続を形成することと、
めっき槽内にて前記金属ホイル上にアノードをめっきすることと、
第1の絶縁材料の第1の基材膜を受け取ることと、
前記第1の基材膜にキャビティを切り込んでカソードスペーサ層を形成することであって、前記キャビティの縁部が前記キャビティの側壁を画定する、ことと、
前記カソードスペーサ層の第1の表面を、前記金属ホイル上にめっきされた前記アノードの第1の表面に接着することと、を含む、方法。 - 酸洗浄において前記保護されていない側を清浄化することを更に含む、請求項15に記載の方法。
- 前記生体適合性電池をインサート内に配置することと、
前記インサートを生物医学的装置内に配置することと、を更に含む、請求項15に記載の方法。 - 前記生物医学的装置が眼科用装置である、請求項17に記載の方法。
- 前記眼科用装置が、コンタクトレンズである、請求項18に記載の方法。
- 前記めっき槽が塩化亜鉛を含む、請求項15に記載の方法。
- 前記めっき槽が更に、塩化カリウム、ホウ酸、及び酢酸インジウムを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記めっき槽が更に、E−Brite Ultra−Chlor NA、及びE−Brite Ultra−Chlor Bを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記めっき槽が、
約5〜10重量%のZnCl2と、
約15〜25重量%のKClと、
約2〜5重量%のホウ酸と、
約3〜5重量%のE−Brite Ultra−Chlor NAと、
約0.01〜0.10重量%のE−Brite Ultra−Chlor Bと、
約0.001〜0.01重量%の酢酸インジウムと、を含む、請求項15に記載の方法。 - 生体適合性電池を形成する方法であって、前記方法は、
金属ホイルを得ることであって、前記金属ホイルが亜鉛を含む、ことと、
前記金属ホイルを清浄化することと、
第1の絶縁材料の第1の基材膜を受け取ることと、
前記第1の基材膜にキャビティを切り込んでカソードスペーサ層を形成することであって、前記キャビティの縁部が前記キャビティの側壁を画定する、ことと、
前記カソードスペーサ層の第1の表面を、前記金属ホイルの第1の表面に接着することとを含む、方法。 - 前記生体適合性電池をインサート内に配置することと、
前記インサートを生物医学的装置内に配置することとを更に含む、請求項24に記載の方法。 - 前記生物医学的装置が眼科用装置である、請求項25に記載の方法。
- 前記眼科用装置が、コンタクトレンズである、請求項26に記載の方法。
- 生体適合性電池を形成する方法であって、前記方法は、
第1の金属ホイルを得ることであって、前記金属ホイルがアノード材料を含む、ことと、
前記第1の金属ホイルを清浄化することと、
第2の金属ホイルを得ることであって、前記第2の金属ホイルが真鍮を含む、ことと、
前記第1の金属ホイルの第1の表面を、前記第2の金属ホイルの第1の表面に接着することと、
第1の絶縁材料の第1の基材膜を受け取ることと、
前記第1の基材膜にキャビティを切り込んでカソードスペーサ層を形成することであって、前記キャビティの縁部が前記キャビティの側壁を画定する、ことと、
前記カソードスペーサ層の第1の表面を、前記第1の金属ホイルの第2の表面に接着することとを含む、方法。 - 前記第1の金属ホイルの第1の表面を、前記第2の金属ホイルの第1の表面に接着することが、溶接することを含む、請求項28に記載の方法。
- 前記第1の金属ホイルの第1の表面を、前記第2の金属ホイルの第1の表面に接着することが、接着剤で貼り付けることを含み、前記接着剤が導電性である、請求項28に記載の方法。
- 前記第1の金属ホイルの第1の表面を、前記第2の金属ホイルの第1の表面に接着することが、前記第1の金属ホイルと前記第2の金属ホイルとを圧迫することを含む、請求項28に記載の方法。
- 前記第1の金属ホイルの第1の表面を、前記第2の金属ホイルの第1の表面に接着することが、前記第1の金属ホイルと前記第2の金属ホイルとをハンダ付けすることを含む、請求項28に記載の方法。
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