[go: up one dir, main page]

RU33000U1 - Current source for implantable medical devices - Google Patents

Current source for implantable medical devices

Info

Publication number
RU33000U1
RU33000U1 RU2003116772/20U RU2003116772U RU33000U1 RU 33000 U1 RU33000 U1 RU 33000U1 RU 2003116772/20 U RU2003116772/20 U RU 2003116772/20U RU 2003116772 U RU2003116772 U RU 2003116772U RU 33000 U1 RU33000 U1 RU 33000U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current source
cathode
separator
fluorinated carbon
current
Prior art date
Application number
RU2003116772/20U
Other languages
Russian (ru)
Original Assignee
Фатеев Сергей Анатольевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фатеев Сергей Анатольевич filed Critical Фатеев Сергей Анатольевич
Priority to RU2003116772/20U priority Critical patent/RU33000U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU33000U1 publication Critical patent/RU33000U1/en

Links

Landscapes

  • Primary Cells (AREA)

Description

Изобретение относится к усовершенствованному Гальваническому элементу с органическим электролитом, в котором катодом является фторированный углерод, а анодом металлический литий. Так как элементы подобного типа характеризуются высокой энергией, хорошей сохраняемостью и стабильным уровнем разрядного напряжения, они находят широкое применение в различного рода электронных устройсвах, в частности в медицинских имплантируемых приборах. Однако попытки форсированного разряда таких источников тока приводят, в частности, к большому тепловыделению, которое может окончиться тепловым разгоном, выходом элемента из строя, разрушением питаемой аппаратуры и созданием аварийной ситуации.The invention relates to an improved cell with an organic electrolyte, in which the cathode is fluorinated carbon and the anode is lithium metal. Since elements of this type are characterized by high energy, good persistence and a stable level of discharge voltage, they are widely used in various kinds of electronic devices, in particular in medical implantable devices. However, attempts to force the discharge of such current sources lead, in particular, to a large heat release, which can result in thermal acceleration, failure of the element, destruction of the powered equipment and the creation of an emergency.

Поскольку медицинский прибор вместе с источником тока имплантируется в живой организм, то, естественно, к источнику тока должны предъявляться повышенные требования по безопасности и надежности в период длительной эксплуатации.Since a medical device, together with a current source, is implanted in a living organism, naturally, increased safety and reliability requirements should be imposed on the current source during long-term operation.

Известен источник тока для имплантируемых медицинских приборов аналогичной электрохимической системы 1,2, включающий фторированный углерод, металлический литий и органический электролит.Однако в этом изобретении не решены вопросы безопасности источника тока, а разрядная кривая имеет падаюший вид.A current source for implantable medical devices of a similar electrochemical system 1,2 is known, including fluorinated carbon, lithium metal and an organic electrolyte. However, the safety of the current source is not resolved in this invention, and the discharge curve has an incident shape.

Задача изобретения - повышение надежности и пожаровзрывобезопасности источника тока при несанкционированном внешнем или внутреннем коротком замыкании, а также получение плоской разрядной характеристики, что более предпочтительно для работы блока электроники в медицинском приборе.The objective of the invention is to increase the reliability and fire and explosion safety of the current source in case of unauthorized external or internal short circuit, as well as to obtain a flat discharge characteristic, which is more preferable for the operation of the electronics unit in a medical device.

Предложенный источник тока решает указанную задачу за счет того, что в источнике тока содержашем корпус из коррозионно-стойкого материала, литиевый анод, твердый катод из фторированного углерода, разделяющий ихThe proposed current source solves this problem due to the fact that the current source contains a housing of a corrosion-resistant material, a lithium anode, a solid cathode of fluorinated carbon that separates them

сепаратор и неводный электролит, катод источника тока, включающий фторированный углерод, электропроводную добавку в виде графита или сажи и связующее выполняется пористым. При этом доля фторированного углерода (с содержанием активного фтора 55-60%) в катодной массе составляет 95-98 %, электропроводной добавки 1-3% и связующего 1-3%.. При этом пористость катода составляет 60 - 65%, а плотность 3 - 3,5 г/см . Поскольку работа имплантируемых приборов рассчитана на длительный срок { в частности кардиостимулятора на 8 - 10 лет), то потребление тока не превышает 30 100 мкА. Катод указанного состава полностью обеспечивает такое токопотребление при достаточно высоком ( 2,9 - 3,0 В) уровне разрядного напряжения. В тоже время указанное соотношение компонентов в составе катода (фторированного углерода, графита и связующего) обеспечивает достаточно высокую удельную емкость источника тока в заданном объеме, а указанная пористость и плотность катода обеспечивают поддержание прохождения тока при минимальной нагрузке, в частности при коротком замыкании, на низком уровне 40 мА из-за диффузионных ограничений по электролиту в порах катода по мере ускоренного разряда источника тока. Поскольку используемый фторуглерод имеет свойство расширяться по мере разряда (до 30 40%), то, чтобы не произошло разрыва сепаратора, сепаратор выполняется двухслойным. Причем, первый слой, соприкасающийся с катодом, выполнен из нетканого полипропиленового материала толщиной 90-110 мкм. и размером пор 25 + 5мкм., а наружный слой, соприкасающийся с литиевым анодом, выполнен из микропористой полипропиленовой пленки толщиной 20 -25 мкм. и размером пор 0,025 +0,003 мкм. Пористость и толщина первого сепаратора обеспечивают необходимое заполнение и удержание электролита в межэлектродном пространстве. А поскольку у тонкого сепаратора на поверхности нанесен пористый слой полиэтилена толщиной 1-3 мкм., то при нагреве источника тока слой полиэтилена расплавляется, закрывает поры на поверхности сепаратора и проводимость пленки уменьшается более, чем в 10 раз, что, естественно, приводит к резкому падению тока, протекающего черезa separator and a non-aqueous electrolyte, a cathode of a current source including fluorinated carbon, an electrically conductive additive in the form of graphite or soot, and a binder is made porous. The fraction of fluorinated carbon (with an active fluorine content of 55-60%) in the cathode mass is 95-98%, the conductive additive is 1-3% and the binder is 1-3%. The cathode porosity is 60 - 65%, and the density 3 - 3.5 g / cm. Since the operation of implantable devices is designed for a long time (in particular, a pacemaker for 8 - 10 years), the current consumption does not exceed 30 100 μA. The cathode of this composition fully provides such current consumption at a sufficiently high (2.9 - 3.0 V) level of discharge voltage. At the same time, the specified ratio of the components in the cathode (fluorinated carbon, graphite and binder) provides a sufficiently high specific capacity of the current source in a given volume, and the indicated porosity and density of the cathode maintains the passage of current at a minimum load, in particular with a short circuit, at a low level of 40 mA due to diffusion restrictions on the electrolyte in the cathode pores as the accelerated discharge of the current source. Since the used fluorocarbon tends to expand as it discharges (up to 30–40%), so that the separator does not break, the separator is double-layer. Moreover, the first layer in contact with the cathode is made of non-woven polypropylene material with a thickness of 90-110 microns. and a pore size of 25 + 5 μm., and the outer layer in contact with the lithium anode is made of a microporous polypropylene film with a thickness of 20 -25 μm. and a pore size of 0.025 +0.003 microns. The porosity and thickness of the first separator provide the necessary filling and retention of the electrolyte in the interelectrode space. And since a porous layer of polyethylene 1-3 microns thick is applied to the surface of a thin separator, when the current source is heated, the polyethylene layer melts, closes the pores on the separator surface and the film conductivity decreases by more than 10 times, which naturally leads to a sharp drop in current flowing through

ИСТОЧНИК тока. Кроме того прочность при растяжении указанного сепаратора составляет 1000 кг/см, что обеспечивает его целостность при расширении катода в процессе разряда.SOURCE of current. In addition, the tensile strength of the specified separator is 1000 kg / cm, which ensures its integrity during the expansion of the cathode during the discharge.

На фиг. 1 представлен электрод и токосъем для изготовления катода; на фиг.2 представлен собранный катод, помещенный в двойной полипропиленовый сепаратор и соединенный с гермовыводом на крышке источника тока; на фиг.З представлен собранный источник тока.In FIG. 1 shows an electrode and current collector for manufacturing a cathode; figure 2 presents the assembled cathode, placed in a double polypropylene separator and connected to a pressure connection on the cover of the current source; Fig. 3 shows an assembled current source.

Источник тока изготавливается следующим образом: порошок фторированного углерода подвергают сухому смещиванию с ацетиленовой сажей на шаровой мельнице. При этом берется 1000г. фторуглерода и 21г. сажи. После этого готовая смесь подвергается жидкостному смешиванию в среде этилового спирта с добавлением 24г.(27,5мл) водной суспензии фторопласта Ф4Д. Затем, после отжима спирта, масса раскатывается на вальцах в ленту толщиной 1,75мм, из которой вырубаются два электрода U - образного катода. После предварительной подсушки электродов приступают к изготовлению непосредственно самого катода. Для этого два электрода (1) промазывают с одной стороны спиртовым раствором коллоидного графита (25г/л) и промазанной стороной укладывают на титановый токосъем (2), так же предварительно покрытый коллоидным графитом. Собранный катод подвергается прессованию при усилии 100-130 кгс/см. Затем методом контактной сварки титановый токосъем катода (2) приваривается к гермовыводу (6) в крышке (3), между крышкой и катодом помещена изолирующая прокладка (7) из лавсана. Запайка катода (4) в двойной сепаратор (5) производится методом горячей сварки по периметру катода.. После предварительной сушки компонентов в атмосфере сухого аргона собирается источник тока: катод в сепараторе (9) предварительно приваренный к гермовыводу (6) на крышке (3) с изолируюшей прокладкой (7) помещается в образный корпус (10), по широким стенкам которого уложен литиевый анод (8) толщиной 0,7мм. После сварки крышки источника тока (3) с корпусом (10), вакуумной заправки элемента неводным электролитом и окончательной герметизации заправоч ГС -f// The current source is made as follows: fluorinated carbon powder is dry biased with acetylene carbon black in a ball mill. In this case, 1000 g is taken. fluorocarbon and 21g. soot. After this, the finished mixture is subjected to liquid mixing in ethanol with the addition of 24 g. (27.5 ml) of an aqueous suspension of F4D fluoroplast. Then, after pressing the alcohol, the mass is rolled on rollers into a 1.75 mm thick tape, from which two electrodes of a U-shaped cathode are cut. After preliminary drying of the electrodes, they begin to manufacture the cathode itself directly. For this, two electrodes (1) are coated on one side with an alcoholic solution of colloidal graphite (25 g / l) and the coated side is laid on a titanium current collector (2), also previously coated with colloidal graphite. The assembled cathode is pressed with a force of 100-130 kgf / cm. Then, by contact welding, a titanium current collector of the cathode (2) is welded to the hermetic outlet (6) in the lid (3), an insulating gasket (7) made from lavsan is placed between the lid and the cathode. The cathode (4) is sealed into a double separator (5) by hot welding around the perimeter of the cathode .. After preliminary drying of the components in a dry argon atmosphere, a current source is collected: the cathode in the separator (9) is pre-welded to the hermetic outlet (6) on the cover (3) with an insulating gasket (7) is placed in a shaped body (10), along the wide walls of which a 0.7 mm thick lithium anode (8) is laid. After welding the cover of the current source (3) with the housing (10), vacuum filling the cell with non-aqueous electrolyte and the final sealing of the gas station GS -f //

.;;Л (/ :- / и I ного отверстия в крышке (3) шариком (11) методом запресовки и отрицательным выводом (12) поверх шарика методом лазерной сварки элемент после проведения входного контроля подвергался короткому замыканию при температуре . Результаты представлены на фиг.4. Превышение температуры от окружающей не превышает . Затем через 90мин. температура источника тока сравнивается с окружающей и не изменяется на протяжении всего дальнейшего времени короткого замыкания. Таким образом, в условиях длительного внешнего короткого замыкания не происходит перегрева источника тока, разгерметизации, изменения габаритных размеров, разрушения корпуса.. ;; L (/: - / and I hole in the cover (3) with a ball (11) using a pressure test method and negative lead (12) over the ball using laser welding, the element was subjected to a short circuit at the temperature after incoming inspection. The results are shown in Fig. .4. The temperature rise from the ambient temperature does not exceed. Then after 90 minutes the temperature of the current source is compared with the ambient temperature and does not change throughout the rest of the short circuit time. Thus, in conditions of prolonged external short circuit um overheating of the current source, depressurization, changes in overall dimensions, destruction of the housing.

Таким образом технический результат заключается в том, что повышается надежность и безопасность источника тока как при хранении, так и в условиях длительной эксплуатации в имплантируемом медицинском приборе.Thus, the technical result is that the reliability and safety of the current source are improved both during storage and during long-term operation in an implantable medical device.

На фиг.5 приведена разрядная кривая источника тока на нагрузку 5 кОм; видно, что кривая имеет плоский вид практически на протяжении всего времени разряда, даже на нагрузке в 20 раз превышающей реальную нагрузку в кардиостимуляторе (100 кОм).Figure 5 shows the discharge curve of the current source to the load of 5 kOhm; it can be seen that the curve has a flat appearance almost throughout the entire discharge time, even at a load 20 times higher than the actual load in the pacemaker (100 kOhm).

Источник тока работает следующим образом: при замыкании выводов источника тока на литиевом аноде происходит переход положительных ионов лития в раствор и диффузия их в растворе электролита к фторуглеродному катоду. Освободившиеся при этом электроны по внешней цепи направляются к положительному выводу источника тока. В результате электрохимической реакции на катоде происходит образование фторида лития и аморфного углерода: xLi + CFx - xLiF + СThe current source works as follows: when the terminals of the current source are closed on the lithium anode, positive lithium ions transition into the solution and their diffusion in the electrolyte solution to the fluorocarbon cathode. The electrons freed up in this case are sent through an external circuit to the positive terminal of the current source. As a result of the electrochemical reaction at the cathode, lithium fluoride and amorphous carbon are formed: xLi + CFx - xLiF + С

Реакция продолжается до тех пор пока не израсходуется какой-нибудь из электродов. За счет протекания этой реакции внутри элемента во внешней цепи наблюдается прохождение электрического тока.The reaction continues until one of the electrodes is consumed. Due to the occurrence of this reaction inside the element, an electric current is observed in the external circuit.

Источники информации, принятые во внимание: 1. Патент США .№ 6,150,057 , кл. Н01М 10/40, 21 ноября, 2000г.Sources of information taken into account: 1. US patent .№ 6,150,057, cl. Н01М 10/40, November 21, 2000

Claims (3)

1. Источник тока, содержащий корпус из коррозионно-стойкого материала, литиевый анод, твердый катод из фторированного углерода, разделяющий их сепаратор и неводный электролит, отличающийся тем, что катод выполнен пористым, при этом в него включены электропроводная добавка и связующее, доля фторированного углерода составляет 95-98% с содержанием активного фтора 55-60%, электропроводной добавки 1-3% и связующего 1-3%, при этом пористость катода составляет 60-65%, а плотность 3-3,5 г/см3.1. A current source comprising a housing made of a corrosion-resistant material, a lithium anode, a solid fluorinated carbon cathode, a separator separating them and a non-aqueous electrolyte, characterized in that the cathode is made porous, while the electrically conductive additive and a binder are included in it, the proportion of fluorinated carbon is 95-98% with an active fluorine content of 55-60%, a conductive additive of 1-3% and a binder of 1-3%, while the cathode porosity is 60-65%, and the density is 3-3.5 g / cm 3 . 2. Источник тока по п.1, отличающийся тем, что катод выполнен из двух электродов, соединенных вместе раствором коллоидного графита и расположенных на титановом токосъеме.2. The current source according to claim 1, characterized in that the cathode is made of two electrodes connected together by a solution of colloidal graphite and located on a titanium current collector. 3. Источник тока по п.1, отличающийся тем, что сепаратор выполнен двухслойным, причем внутренний слой из нетканого полипропиленового материала толщиной 90-110 мкм и размером пор 25±5 мкм, а наружный слой из микропористой полипропиленовой пленки толщиной 20-25 мкм и размером пор 0,025±0,003 мкм.3. The current source according to claim 1, characterized in that the separator is made of two layers, the inner layer of nonwoven polypropylene material 90-110 microns thick and pore size 25 ± 5 microns, and the outer layer of microporous polypropylene film 20-25 microns thick and pore size 0.025 ± 0.003 μm.
Figure 00000001
Figure 00000001
RU2003116772/20U 2003-06-10 2003-06-10 Current source for implantable medical devices RU33000U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003116772/20U RU33000U1 (en) 2003-06-10 2003-06-10 Current source for implantable medical devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003116772/20U RU33000U1 (en) 2003-06-10 2003-06-10 Current source for implantable medical devices

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU33000U1 true RU33000U1 (en) 2003-10-10

Family

ID=37502628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003116772/20U RU33000U1 (en) 2003-06-10 2003-06-10 Current source for implantable medical devices

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU33000U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2339123C1 (en) * 2007-06-25 2008-11-20 Виталий Михайлович Алашкин Cathode of lithium chemical current source

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2339123C1 (en) * 2007-06-25 2008-11-20 Виталий Михайлович Алашкин Cathode of lithium chemical current source

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3815774B2 (en) Electrochemical element including electrolyte
US20020196597A1 (en) Electric double layer capacitor
JP2002117841A (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
RU2740794C1 (en) System of stable high-temperature secondary battery and method related thereto
US9190221B2 (en) Aqueous-based electric double-layer capacitor
JPH07302597A (en) Lithium battery
JPH0877999A (en) Battery
US9330855B2 (en) Aqueous-based electric double-layer capacitor
JP2001217150A (en) Electric double layer capacitor
RU33000U1 (en) Current source for implantable medical devices
JP2011170972A (en) Method of manufacturing secondary battery
TWI778151B (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
CA3180834A1 (en) Capacitor, manufacturing method therefor, and use thereof
JP2002298925A (en) Aging treatment method for lithium secondary battery and method for manufacturing lithium secondary battery including the same
CN107799854A (en) A kind of high-temperature solid sodium ion air oxygen compound energy-storage battery
HU208596B (en) Rechargeable electrochemical cell
JPH09171809A (en) Laser sealed battery
US20230163358A1 (en) Non-aqueous ammonia electrolytes for lithium anode based primary and reserve batteries
JP2019117785A (en) Air battery positive electrode and air battery
JP2008103109A (en) Non-aqueous electrolyte battery
JPH11213983A (en) Cylindrical battery
JP2007059650A (en) Coin type storage cell
CN218957975U (en) Battery cell
JP4395899B2 (en) Air battery
JP3021517B2 (en) Organic electrolyte secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
PC1K Assignment of utility model

Effective date: 20061009