柔性微电池制造技术

本发明专利技术题为“柔性微电池”。本发明专利技术描述了用于形成微电池的设计、策略和方法。在一些示例中，可使用超声焊接的密封部来密封微电池内的电池化学物质。在另一些示例中，所述微电池被铜膜包封，其中所述铜膜的至少一部分通过化学镀形成。

Flexible micro battery

The invention is called \flexible micro battery\. The invention describes the design, strategy and method for forming a microbattery. In some examples, the ultrasonic welded sealing part can be used to seal the battery chemistry in the micro battery. In other examples, the microcell is encapsulated by a copper film, in which at least part of the copper film is formed by electroless plating.

【技术实现步骤摘要】
柔性微电池相关申请的交叉引用本专利申请要求提交于2017年4月19日的美国临时专利申请No.62/487,272的权益，并且是提交于2017年1月13日的美国专利申请No.15/326,161的部分延续，继而也要求提交于2014年7月21日的美国临时申请No.62/016,851的权益。所述每个专利申请的内容均以引用方式并入本文。
技术介绍

本专利技术整体涉及电化学电池，更具体地涉及生物相容性电化学微电池。相关领域的描述近来，医疗装置的数量开始快速增长并且其功能不断完善。这些医疗装置可包括例如植入式起搏器、用于监测和/或测试生物功能的电子药丸、具有有源部件的外科装置、接触镜片、输注泵和神经刺激器。前述许多医疗装置的功能增加和性能增强已经理论化并得以发展。然而，为了实现在理论上所说的增加的功能，这些装置中的许多现在都需要自备式通电机构，该机构与这些装置的尺寸和形状要求以及新的通电部件的能量要求相容。一些医疗装置可包括诸如半导体器件的电子部件，这些部件执行多种功能并且可以结合到许多生物相容性和/或植入式装置中。然而，此类半导体部件需要能量，因此，通电元件也可优选地包括在此类生物相容性装置中。生物相容性装置的形貌和相对较小尺寸可为各种功能的限定产生挑战性的环境。在许多示例中，可能重要的是，提供安全、可靠、紧凑和高性价比的机构为生物相容性装置内的半导体部件供电。因此，需要形成用于植入生物相容性装置内或之上的生物相容性通电元件，在生物相容性装置中的这些毫米或更小尺寸的通电元件结构在保持生物相容性的同时也提供了通电元件的增强的功能。用于为装置供电的一种此类通电元件可能是电池。当在生物医疗型应用中使用电池时，可能重要的是，电池的结构和设计能够适应生物相容性的各个方面。因此，需要形成生物相容性电池的创新示例，这种电池可用于在容量方面有显著改善的生物相容性通电元件。已经开发出若干微电池，其中一些被设计成植入式的或以其他方式与需要电源进行操作的医疗装置或其他装置相关联。就本说明书的目的而言，微电池由其相对较小的尺寸限定。具体地讲，至少一个维度(即，电池的长度、宽度或厚度)应小于1毫米(1.0mm)，第二维度应小于1厘米(1.0cm)，而微电池的体积应小于0.003cc(即千分之三立方厘米)。可以通过增材制造、卷绕电极或拾取活性材料并放置在适当位置来制备具有这些尺寸的电池。可将这些电池制成多种形状，包括圆柱形、棱柱形或弓形。将生物相容性材料用于微型电源时，电源为生物相容性的。例如，具有锌盐电解质、锌负极和二氧化锰正极的碳锌电池可为生物相容性的。存在对这样的微电源的需求：为生物相容性的，可用于医疗装置和其他小型装置，能够通过提供所需的能量来重复或连续操作同时装置在此类操纵之后被弯曲、被折曲或以其他方式被操纵。
技术实现思路
因此，公开了用于生物相容性通电元件的改善柔性微电池和设计。用于眼科医疗装置的微电池可能具有充满挑战性的特有需求，诸如需要机械稳健性、一定程度的柔性和生物相容性。使用微电池的接触镜片可能要求电池通过具有长储存期、具有一定程度的柔性并且在经过操纵之后保持完整性和可操作性来控制镜片的质量。对于从镜片制造开始直至镜片使用寿命结束的时间段，可能需要微电池为生物相容性的。在该时间段，微电池直接或通过中间层暴露于镜片内的盐水溶液，并且微电池可能不仅需要保持其容量以及向镜片提供所需的电力，而且还需要充分密封以防止电池组分浸出。微电池的尺寸使得电池部件的隔离尤其具有挑战性，因为微电池的表面积对体积的比可非常大。微电池可在眼科镜片内保存多年，其中镜片包含保存在填充有盐水润湿溶液的密封封装内的微电池。该保存环境类似于保存在无菌盐水溶液中，眼科镜片浸没在该无菌盐水溶液中。标准条件下的眼科镜片或其他装置的该保存条件和环境可能需要微电池的设计能够耐受给定环境，并且不因水穿过封装侵入微电池内部(也可能导致溶胀)而造成失效。微电池封装可具有可测量水平的渗透性。因此，可形成渗透压力差，从而可将水引导迁移至微电池内部。通常，常规电池电解质是非水性的并且不耐受湿气污染，或者是高度浓缩的酸性溶液(例如氯化锌)或碱性溶液(诸如氢氧化钾)。使用具有低盐浓度的电解质可为降低电解质与包围包含微电池的镜片的润湿溶液之间的渗透压力差的可能解决方案。与生物相容性和渗透压力相关的另一个问题是电解质的pH。通常，水性电池电解质可以不是生物相容性的。在典型的碱性电池中，氢氧化钾电解质为强碱性的以增强离子传导性。在碳锌或勒克朗谢电池中，电解质的酸性pH可强烈影响锌表面上的氢气生成。强酸性或强碱性电解质不是生物相容性的。许多典型的抗蚀剂诸如汞也不是生物相容性的。许多微电池尤其是大量生产的或需要生物相容性的微电池被封入刚性外壳。其刚度通常不允许将此类电池用于柔性装置。另外，刚性壳体设计限制了电池的可能尺寸，因为需要最小壳体厚度来保持刚度。采用导电迹线的电池需要柔性迹线和在其上支撑迹线的柔性基底两者。在与氧化电池环境相容的材料中不存在此类柔性。而现有技术电池通常被构造成在制造之后一般是不可移动的。电池的移动可不利地影响连接和外部密封，并以其他方式影响电池的正确操作。一个一般的方面包括具有电活性部件、生物相容性电池和第一封装层的生物医疗装置。第一封装层封装至少电活性部件和生物相容性电池。在一些示例中，第一封装层可用于限定接触镜片的裙边，从而用与使用者眼睛表面相互作用的生物相容性水凝胶层来围绕电活性镜片的内部部件。在一些示例中，电解质溶液的性质改善了生物医疗装置的生物相容性。例如，电解质溶液的组合物可具有比典型电池组合物低的电解质浓度。在其他示例中，电解质的组合物可模拟生物医疗装置所处的生物环境，诸如非限制性示例中的泪液组合物。根据本专利技术的一个方面，提供一种具有生物相容性部件的电化学微电池，该微电池包括可为圆柱形且沿第一矢量延伸的阳极和大致为平面且沿第二矢量延伸的阴极。第二矢量通常平行于所述第一矢量，并且阴极被设置成距离阳极预定空间。阴极集流体与阴极电接触并且沿第二矢量延伸。在一个方面，阴极集流体定位于阴极内。电化学微电池还可包括通常围绕阳极和阴极两者定位并且定位于预定空间内的电解质，以在阳极与阴极之间提供离子传导性。在一个方面，电化学电池还可包括阳极集流体，其中阳极和阳极集流体以电连通形式接合。阳极和阳极集流体被定位成沿第一叠堆排布结构中的第一矢量延伸，阴极和所述阴极集流体以电连通形式接合并且被定位成沿第二叠堆排布结构中的第二矢量延伸。第一叠堆排布结构和第二叠堆排布结构相对于彼此隔开预定空间。分隔件可定位于预定空间内的第一叠堆排布结构与第二叠堆排布结构之间。封装可通常围绕阳极、阴极、阴极集流体和电解质。阳极的终端可沿第一矢量延伸穿过封装，阴极集流体也可沿第二矢量延伸穿过封装。封装可具有大致均匀的厚度。封装可为定制的并且可容纳三个维度均形成期望形状的电化学电池单元。封装可防止水和氧气穿过所述封装迁移。在一个方面，封装可包括涂覆有金属氧化物的聚合物。封装的水蒸气传输速率可小于1g/m2-天，测量条件为85％至100％之间的相对湿度和20℃至40℃之间的温度。因此，如果电化学微电池的体积等于或小于三立方毫米(3.0mm3)，具有的内部空间被生物相容性封装包封，并且在一个方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物医疗装置，包括：电活性部件；一种电池，所述电池包括：阳极集流体；阴极集流体；阳极，所述阳极沿弓形路径延伸；大致平面的阴极，所述大致平面的阴极沿所述弓形路径延伸，其中所述阳极位于所述阴极之上；分隔件，所述分隔件定位于所述阳极与所述阴极之间，其中所述分隔件沿所述弓形路径延伸；电解质，所述电解质大致围绕所述阳极、所述阴极和所述分隔件定位，以在所述阳极与所述阴极之间提供离子传导性；柔性封装，所述柔性封装大致围绕所述阳极、所述阴极、所述阴极集流体、所述分隔件和所述电解质，其中所述阳极集流体沿所述弓形路径沿第一矢量延伸穿过所述柔性封装，并且所述阴极集流体沿所述弓形路径沿第二矢量延伸穿过所述柔性封装；包封铜层，所述包封铜层围绕所述柔性封装，其中所述阳极集流体或所述阴极集流体中的一者不被所述包封铜围绕，并且其中所述铜层的至少一部分用化学镀沉积到所述柔性封装；以及水凝胶层，其中所述水凝胶层存储水并且其中所述水凝胶层的所述水可扩散到所述电池内的阴极和分隔件层；以及第一生物相容性包封层，其中所述第一生物相容性包封层至少包封所述电活性部件和所述电池。

【技术特征摘要】
2017.04.19 US 62/487272;2018.01.29 US 15/8821581.一种生物医疗装置，包括：电活性部件；一种电池，所述电池包括：阳极集流体；阴极集流体；阳极，所述阳极沿弓形路径延伸；大致平面的阴极，所述大致平面的阴极沿所述弓形路径延伸，其中所述阳极位于所述阴极之上；分隔件，所述分隔件定位于所述阳极与所述阴极之间，其中所述分隔件沿所述弓形路径延伸；电解质，所述电解质大致围绕所述阳极、所述阴极和所述分隔件定位，以在所述阳极与所述阴极之间提供离子传导性；柔性封装，所述柔性封装大致围绕所述阳极、所述阴极、所述阴极集流体、所述分隔件和所述电解质，其中所述阳极集流体沿所述弓形路径沿第一矢量延伸穿过所述柔性封装，并且所述阴极集流体沿所述弓形路径沿第二矢量延伸穿过所述柔性封装；包封铜层，所述包封铜层围绕所述柔性封装，其中所述阳极集流体或所述阴极集流体中的一者不被所述包封铜围绕，并且其中所述铜层...

【专利技术属性】
技术研发人员：JF奥德伯特，FA弗里特施，Z坎纳，ME穆祖，L帕格里亚罗，RB普格，LE维恩斯泰恩，S彼得森，J霍瓦斯，
申请(专利权)人：庄臣及庄臣视力保护公司，
类型：发明
国别省市：美国,US