(57)【要約】【課題】  クラムシェル形状の電池を形成するための設計、戦略、及び方法を提供する。【解決手段】  いくつかの例では、密封封止を使用して電池化学物質をクラムシェル形状の電池内に密封することができる。このことは、通電素子の生体適合性を向上させ得る。いくつかの例において、クラムシェル型生体適合性通電素子は、生物医学的装置において使用され得る。いくつかの更なる例において、クラムシェル型生体適合性通電素子は、コンタクトレンズにおいて使用され得る。【選択図】  図１Ａ
2018046015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気活性構成要素と、
電池であって、
アノード集電体と、
カソード集電体と、
アノードと、
カソードと、
前記アノード集電体のための第１の貫通部、前記カソード集電体のための第２の貫通部、及び上側クラムシェル半体と下側クラムシェル半体との間の密封封止部で前記アノード及びカソードを封入するクラムシェルと、
前記上側クラムシェル半体及び前記下側クラムシェル半体の外面の少なくとも一部を取り巻く金属コーティングであって、無電解めっきにより堆積されている金属コーティングと、を含む、電池と、
少なくとも前記電気活性構成要素及び前記電池を封入する第１生体適合性封入層と、を含む、生物医学的装置。
【請求項２】
上側クラムシェル半体内部の第１の金属膜である、アノード集電体と、
アノード化学物質が前記上側クラムシェル半体内に含まれる又は前記上側クラムシェル半体上に堆積される、アノードと、
下側クラムシェル半体内部の第２の金属膜である、カソード集電体と、
カソード化学物質が前記下側クラムシェル半体内に含まれる又は前記下側クラムシェル半体上に堆積される、カソードと、を含み、
前記上側クラムシェル半体及び前記下側クラムシェル半体が、セラミック、ガラス又はプラスチック材料のうち１つ又は２つ以上から形成され、封止部が、前記上側クラムシェル半体のレッジ特徴部と前記下側クラムシェル半体のレッジ特徴部との間に形成される、クラムシェル電池。
【請求項３】
前記上側クラムシェル半体の前記レッジ特徴部と前記下側クラムシェル半体の前記レッジ特徴部との間に位置する封止材料が、エポキシ接着剤を含む、請求項２に記載のクラムシェル電池。
【請求項４】
前記上側クラムシェル半体の前記レッジ特徴部と前記下側クラムシェル半体の前記レッジ特徴部との間に位置する封止材料が、はんだを含む、請求項２に記載のクラムシェル電池。
【請求項５】
前記はんだが、セラミック又はガラス表面への接着を向上させるためにチタンを含む、請求項４に記載のクラムシェル電池。
【請求項６】
前記上側クラムシェル半体の前記レッジ特徴部と前記下側クラムシェル半体の前記レッジ特徴部との間に位置する封止材料が、複数の金属膜の薄層を含み、第１の金属膜の薄層が、第２の金属膜の層の上に堆積され、前記第１の金属膜の薄層が、エネルギーを放出する前記第２の金属膜の層と化学的に反応して層を迅速に加熱し、化学反応が、エネルギーのエネルギーパルスによって活性化される、請求項２に記載のクラムシェル電池。
【請求項７】
前記エネルギーパルスが、光子を含む、請求項６に記載のクラムシェル電池。
【請求項８】
前記エネルギーパルスが、電子を含む、請求項６に記載のクラムシェル電池。
【請求項９】
前記エネルギーパルスが、熱エネルギーを含む、請求項６に記載のクラムシェル電池。
【請求項１０】
前記クラムシェル電池の外面の少なくとも一部を取り巻く金属コーティングを更に含み、前記金属コーティングが無電解めっきにより堆積される、請求項２に記載のクラムシェル電池。
【請求項１１】
第１の封止面と第１の金属クラムシェルとの間の間隙に位置する前記封止材料が、チタンを添加した従来のはんだ合金ベースを含み、前記チタンが、超音波エネルギーへの暴露の際に前記セラミックの表面材料と反応する、請求項２に記載のクラムシェル電池。
【請求項１２】
第１の金属クラムシェルピースである、アノード集電体と、
アノード化学物質が前記第１の金属クラムシェルピース内に含まれる、アノードと、
第２の金属クラムシェルピースである、カソード集電体と、
カソード化学物質が前記第２の金属クラムシェルピース内に含まれる、カソードと、
前記第１の金属クラムシェルピースに封止可能に接続する第１封止面、及び前記第２の金属クラムシェルピースに封止可能に接続する第２封止面を有する絶縁性の中間クラムシェルピースと、
前記第１封止面と第１の金属クラムシェルとの間の間隙に位置する封止材料と、を含むクラムシェル電池。
【請求項１３】
前記第１封止面と前記第１の金属クラムシェルピースとの間の間隙に位置する前記封止材料が、エポキシ接着剤を含む、請求項１２に記載のクラムシェル電池。
【請求項１４】
前記第１の金属クラムシェルピースのレッジ特徴部と前記絶縁性の中間クラムシェルピースのレッジ特徴部との間に位置する封止材料が、複数の金属膜の薄層を含み、第１の金属膜の薄層が、第２の金属膜の層の上に堆積され、前記第１の金属膜の薄層が、エネルギーを放出する前記第２の金属膜の層と化学的に反応して層を迅速に加熱し、化学反応が、エネルギーのエネルギーパルスによって活性化される、請求項１２に記載のクラムシェル電池。
【請求項１５】
前記エネルギーパルスが、光子を含む、請求項１４に記載のクラムシェル電池。
【請求項１６】
前記エネルギーパルスが、電子を含む、請求項１４に記載のクラムシェル電池。
【請求項１７】
前記エネルギーパルスが、熱エネルギーを含む、請求項１４に記載のクラムシェル電池。
【請求項１８】
前記クラムシェル電池の外面の少なくとも一部を取り巻く金属コーティングを更に含み、前記金属コーティングが無電解めっきにより堆積され、前記中間クラムシェルピースの少なくとも全周囲部分が金属コーティングを受けることを阻止され、前記第１の金属クラムシェルピースと前記第２の金属クラムシェルピースとの間の絶縁性の側面を維持する、請求項１２に記載のクラムシェル電池。
【請求項１９】
前記第１の封止面と前記第１の金属クラムシェルとの間の前記間隙に位置する前記封止材料が、チタンを添加した従来のはんだ合金ベースを含み、前記チタンが、超音波エネルギーへの暴露の際に前記中間クラムシェルピースの表面材料と反応する、請求項１２に記載のクラムシェル電池。
【請求項２０】
第１のプラスチッククラムシェルピースである、アノード集電体と、
アノード化学物質が前記第１のプラスチッククラムシェルピース内に含まれる、アノードと、
第２のプラスチッククラムシェルピースである、カソード集電体と、
カソード化学物質が前記第２のプラスチッククラムシェルピース内に含まれる、カソードと、
前記第１のプラスチッククラムシェルピース及び前記第２のプラスチッククラムシェルピースのレッジ領域を含む溶融領域を含む封止部と、を含むクラムシェル電池。
【請求項２１】
前記第１のプラスチッククラムシェルピース及び前記第２のプラスチッククラムシェルピースの形状が、眼用レンズ内部の容積を埋めるように形成されている不規則な断面輪郭を備える、請求項２０に記載のクラムシェル電池。
【請求項２２】
前記第１のプラスチッククラムシェルピースの前記レッジ特徴部と前記第２のプラスチッククラムシェルピースの前記レッジ特徴部との間に位置する封止材料が、複数の金属膜の薄層を含み、第１の金属膜の薄層が、第２の金属膜の層の上に堆積され、前記第１の金属膜の薄層が、エネルギーを放出する前記第２の金属膜の層と化学的に反応して層を迅速に加熱し、化学反応が、エネルギーのエネルギーパルスによって活性化される、請求項２０に記載のクラムシェル電池。
【請求項２３】
前記エネルギーパルスが、光子を含む、請求項２２に記載のクラムシェル電池。
【請求項２４】
前記エネルギーパルスが、電子を含む、請求項２２に記載のクラムシェル電池。
【請求項２５】
前記エネルギーパルスが、熱エネルギーを含む、請求項２２に記載のクラムシェル電池。
【請求項２６】
金属膜が、前記第１のプラスチッククラムシェルピース及び前記第２のプラスチッククラムシェルピースの前記内面の一部分をコーティングし、前記クラムシェル電池が電気装置に接続されていないときに前記第１のクラムシェルプラスチックピース上の前記金属膜コーティングが前記第２のクラムシェルプラスチックピース上の前記金属膜コーティングから電気的に絶縁されている、請求項２０に記載のクラムシェル電池。
【請求項２７】
前記クラムシェル電池の外面の少なくとも一部を取り巻く金属コーティングを更に含み、前記金属コーティングが無電解めっきにより堆積され、第１のアノード接触部及び第１のカソード接触部のうち少なくとも１つが、めっきを受けないように保護され、前記金属コーティングから電気的に絶縁されている、請求項２０に記載のクラムシェル電池。
【請求項２８】
第１の半導体クラムシェルピースである、アノード集電体と、
アノード化学物質が前記第１の半導体クラムシェルピース内に含まれる、アノードと、
第２の半導体クラムシェルピースである、カソード集電体と、
カソード化学物質が前記第２の半導体クラムシェルピース内に含まれる、カソードと、
前記第１の半導体クラムシェルピースのレッジ領域と前記第２の半導体クラムシェルピースのレッジ領域との間の封止部と、を含み、
前記第１の半導体クラムシェルピース及び前記第２の半導体クラムシェルピースの分離領域が、前記電池内部から外部接続へのドープ領域内の電流の流れを可能にするようにドープされる、クラムシェル電池。
【請求項２９】
前記第１の半導体クラムシェルピース及び前記第２の半導体クラムシェルピースの形状が、眼用レンズ内部の容積を埋めるように形成されている不規則な断面輪郭を備える、請求項２８に記載のクラムシェル電池。
【請求項３０】
前記第１のプラスチッククラムシェルピースの前記レッジ特徴部と前記第２の半導体クラムシェルピースの前記レッジ特徴部との間に位置する封止材料が、複数の金属膜の薄層を含み、第１の金属膜の薄層が、第２の金属膜の層の上に堆積され、前記第１の金属膜の薄層が、エネルギーを放出する前記第２の金属膜の層と化学的に反応して層を迅速に加熱し、化学反応が、エネルギーのエネルギーパルスによって活性化される、請求項２８に記載のクラムシェル電池。
【請求項３１】
前記エネルギーパルスが、光子を含む、請求項３０に記載のクラムシェル電池。
【請求項３２】
前記エネルギーパルスが、電子を含む、請求項３０に記載のクラムシェル電池。
【請求項３３】
前記エネルギーパルスが、熱エネルギーを含む、請求項３０に記載のクラムシェル電池。
【請求項３４】
金属膜が、前記第１の半導体クラムシェルピース及び前記第２の半導体クラムシェルピースの前記内面の一部分をコーティングし、前記クラムシェル電池が電気装置に接続されていないときに、前記第１のクラムシェルピース上の前記金属膜コーティングが、前記アノード、セパレータ、及び前記カソードを通して前記第２のクラムシェルピース上の前記金属膜コーティングに電気的に接続されているだけである、請求項２８に記載のクラムシェル電池。
【請求項３５】
前記クラムシェル電池の外面の少なくとも一部を取り巻く金属コーティングを更に含み、前記金属コーティングが無電解めっきにより堆積され、第１のアノード接触部及び第１のカソード接触部のうち少なくとも１つが、めっきを受けないように保護され、前記金属コーティングから電気的に絶縁されている、請求項２８に記載のクラムシェル電池。
【請求項３６】
絶縁材料製の第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体を受容することであって、クラムシェル半体がレッジに囲まれた電池構成要素を支持するための本体領域を有し、前記レッジが封止に使用され得る、ことと、
前記第１のクラムシェル半体において導電トレースを画定することと、
前記第１のクラムシェル半体においてアノードを堆積させることと、
前記第２のクラムシェル半体においてカソードを堆積させることと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方にセパレータフィルムを配置することと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の中に電解質を堆積させることと、
前記クラムシェル半体を接合することと、
前記クラムシェル半体の前記レッジ間の封止部を形成することと、を含むクラムシェル電池の製造方法。
【請求項３７】
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の表面の少なくとも一部を無電解めっきで封止することを更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記クラムシェル電池を電気めっきでめっきすることを更に含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の少なくとも第１の部分を蒸着した金属膜でコーティングすることを更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の前記レッジの少なくとも第１の部分を封止のために金属膜でコーティングすることを更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
眼用装置の中に前記クラムシェル電池を配置することを更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
前記眼用装置が、コンタクトレンズである、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
プラスチック材料製の第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体を受容することであって、クラムシェル半体がレッジに囲まれた電池構成要素を支持するための本体領域を有し、前記レッジが封止に使用され得る、ことと、
前記第１のクラムシェル半体において導電トレースを画定することと、
前記第１のクラムシェル半体においてアノードを堆積させることと、
前記第２のクラムシェル半体においてカソードを堆積させることと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方にセパレータフィルムを配置することと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の中に電解質を堆積させることと、
前記クラムシェル半体を接合することと、
前記クラムシェル半体の前記レッジ間の封止部を形成することであって、前記封止部の前記形成が、前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の前記プラスチックレッジを溶け合わせることを含む、ことと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の表面の少なくとも一部を無電解めっきで封止することと、を含む、クラムシェル電池の製造方法。
【請求項４４】
前記クラムシェル電池を電気めっきでめっきすることを更に含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の少なくとも第１の部分を蒸着した金属膜でコーティングすることを更に含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
半導体材料製の第１のクラムシェル半体及び半導体材料製の第２のクラムシェル半体を受容することであって、クラムシェル半体がレッジに囲まれた電池構成要素を支持するための本体領域を有し、前記レッジが封止に使用され得る、ことと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の領域をドープすることであって、前記ドープすることが、前記材料の伝導率を増大させてコンタクト領域を形成する、ことと、
前記第１のクラムシェル半体の表面上に金属膜を堆積させることと、
前記第１のクラムシェル半体においてアノードを堆積させることと、
前記第２のクラムシェル半体においてカソードを堆積させることと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方にセパレータフィルムを配置することと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の中に電解質を堆積させることと、
前記クラムシェル半体を接合することと、
前記クラムシェル半体の前記レッジ間の封止部を形成することと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の前記表面の少なくとも一部を無電解めっきで封止することと、を含む、クラムシェル電池の製造方法。
【請求項４７】
前記クラムシェル電池を電気めっきでめっきすることを更に含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の少なくとも第１の部分を蒸着した絶縁膜でコーティングすることを更に含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
眼用装置の中に前記クラムシェル電池を配置することを更に含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記眼用装置が、コンタクトレンズである、請求項４９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本特許願は２０１６年９月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／３９３，２８１号の利益を主張するものである。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、例えば、コンタクトレンズを含む装着型レンズ、眼内レンズ（ＩＯＬ）を含む移植可能なレンズ、及び光学部品を含む任意のその他のタイプのデバイスなどの電子眼科用デバイス、並びにより具体的には、特にソリッド構造で作られたクラムシェル型を形成することによって、電池の生体適合性の側面を向上させるための設計及び方法に関する。いくつかの他の例では、生体適合性電池の使用分野は、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。
【背景技術】
【０００３】
電子デバイスが小型化され続けるにつれて、様々な用途に向けた装着可能な又は埋込み可能な超小型電子デバイスを創出する傾向がより一層高まっている。かかる用途としては、生体化学反応の様相を監視すること、測定値に応答するか又は外部制御信号に応答する、自動を含む、様々なメカニズムを介する薬物若しくは治療薬の制御された投与量を投与すること、並びに器官又は組織の能力を増強することを挙げることができる。かかるデバイスの例としては、ブドウ糖注入ポンプ、ペースメーカー、除細動器、補助人工心臓、及び神経刺激器が挙げられる。特に有用な新たな応用分野は、眼科用装着型レンズ及びコンタクトレンズである。例えば、装着可能なレンズは、眼の能力を増強又は向上させる、電子式焦点調整が可能なレンズアセンブリを組み込んでもよい。別の例では、焦点調整可能の有無にかかわらず、装着可能なコンタクトレンズは、前角膜（涙膜）における特定の化学物質の濃度を検出する電子センサを組み込んでもよい。レンズアセンブリに埋込み型電子部品を使用することにより、電子部品の電力供給及び／又は再励起の方法として、また、電子部品同士を相互接続するため、内部及び外部の感知及び／又は監視を行うため、並びに電子部品及びレンズの全体的機能の制御を行うために、電子部品と通信する潜在的必要性が生じる。
【０００４】
人間の眼は、数百万種類の色を識別し、移り変わる光の条件に合わせて簡単に調節し、高速インターネット接続を上回る速度で信号又は情報を脳に送信する能力を有する。コンタクトレンズ及び眼内レンズなどのレンズは、現在、近視（近眼）、遠視（遠眼）、老視、及び乱視などの視覚障害を矯正するのに利用されている。しかしながら、追加の構成要素を組み込んだ適切に設計されているレンズが、視力の向上並びに視覚障害の矯正に利用されてもよい。
【０００５】
コンタクトレンズは、近視、遠視、乱視、並びに他の視力障害の矯正に利用されてもよい。コンタクトレンズはまた、着用者の眼の自然な外観を向上させるのに利用されてもよい。コンタクトレンズ又は「コンタクト」は、単に眼の前面に置かれるレンズである。コンタクトレンズは、医療用デバイスと見なされ、視力の矯正のため、及び／又は美容若しくは他の治療上の理由で装用されてもよい。コンタクトレンズは、１９５０年代以降、視力を改善するために商用的に利用されてきた。初期のコンタクトレンズは、硬質材料から作成又は製作され、比較的高価で壊れやすかった。それに加えて、これら初期のコンタクトレンズを製作していた材料は、コンタクトレンズを通して結膜及び角膜まで十分に酸素を透過させることができず、そのことによって潜在的に多数の臨床上の副作用を引き起こす可能性があった。これらのコンタクトレンズは依然として利用されているが、最初の快適性が低いため、全ての患者に適しているわけではない。その後のこの分野における発展によって、ハイドロゲル系のソフトコンタクトレンズがもたらされ、今日では非常に一般的で広く利用されている。具体的には、今日利用可能なシリコーンハイドロゲルコンタクトレンズは、酸素透過性が非常に高いというシリコーンの利益を、既に明らかとなっているハイドロゲルの快適性及び臨床的性能とを組み合わせている。本質的に、これらのシリコーンハイドロゲル系コンタクトレンズは、高い酸素透過性を有し、一般に、初期の硬質材料で作られたコンタクトレンズよりも着用時の快適性が高い。
【０００６】
従来のコンタクトレンズは、上記に簡潔に述べた様々な視力の問題を矯正する、特定の形状を有するポリマー構造である。機能性の向上を図るには、これらのポリマー構造に様々な回路及び構成要素を統合する必要がある。例えば、制御回路、マイクロプロセッサ、通信デバイス、電源装置、センサ、アクチュエータ、発光ダイオード、及び小型アンテナを、特別に設計された光電子素子を介してコンタクトレンズに統合して、視力を矯正するだけでなく、視力を向上させると共に、本明細書に説明するような追加の機能性を提供してもよい。電子及び／又は電動式コンタクトレンズは、ズームイン及びズームアウト機能によって、又は単純にレンズの屈折能力を変化させることによって、視力を向上させるように設計されてもよい。電子及び／又は電動式コンタクトレンズは、色及び解像度を向上させるように、文字情報を表示するように、会話をリアルタイムで字幕に翻訳するように、ナビゲーションシステムから視覚的キューを与えるように、また、画像処理及びインターネットアクセスを提供するように設計されてもよい。レンズは、着用者が低光量条件で見ることができるように設計されてもよい。適切に設計された電子部品及び／又はレンズ上の電子部品の配置により、可変焦点光学レンズを用いることなく例えば網膜に画像を投影することが可能となり、新規な画像ディスプレイを提供し、更には目覚ましアラートを提供することも可能となる。これらの機能若しくは類似の機能のいずれかの代わりに、又はそれらに加えて、コンタクトレンズは、着用者のバイオマーカ及びヘルスインジケータを非侵襲的に監視する構成要素を組み込んでもよい。例えば、レンズに内蔵されたセンサは、血液を採取する必要なく涙膜の成分を分析することによって、糖尿病患者が血糖レベルを定期的にチェックするのを可能にしてもよい。それに加えて、適切に構成されたレンズは、コレステロール、ナトリウム、及びカリウムのレベル、並びに他の生物学的マーカを監視するセンサを組み込んでもよい。これを、無線データ送信機と連結することにより、医師が患者の血液化学にほぼ即時にアクセスすることが可能となって、患者が検査機関に赴いて血液を採取するために時間を浪費する必要がなくなる。それに加えて、レンズに内蔵されたセンサを利用して、眼に入射する光を検出することにより、周辺光条件を補償するか、又は瞬きのパターンを調べるのに使用することができる。
【０００７】
デバイスの適切な組み合わせによって、潜在的に無制限の機能性をもたらすことができるが、光学グレードの一片のポリマー上に余分な構成要素を組み込むことに伴う、多数の困難が存在する。一般に、多数の理由から、かかる構成要素をレンズ上に直接製造するのは困難であり、非平面の表面上に平面のデバイスを取り付け、相互接続することも困難である。縮尺通りに製造することも困難である。レンズ上又はレンズ内に置かれる構成要素は、構成要素を眼上の液体環境から保護しながら、わずか１．５平方センチメートルの透明ポリマー上に小型化及び統合される必要がある。また、追加の構成要素の厚さが加わるため、コンタクトレンズを着用者にとって快適かつ安全なものにすることも困難である。
【０００８】
コンタクトレンズなどの眼科用デバイスに面積及び体積上の制約があること、またそれが利用される環境を所与として、デバイスを物理的に実現するためには、その大半が光学用プラスチックを含む非平面の表面上に多数の電子構成要素を取り付け相互接続することを含む、多数の課題を克服しなければならない。したがって、機械的及び電気的に堅牢な電子コンタクトレンズを提供することが必要とされている。
【０００９】
これらは電動式レンズであるため、電子部品を作動するためのエネルギー、又はより詳細には電流消費が、眼科用レンズのスケールでの電池の技術を考慮した場合に問題となる。通常の電流消費に加えて、この性質の電動デバイス又はシステムは、一般に、潜在的に広範囲の動作パラメータにわたる動作、並びに潜在的に数年間アイドル状態のままだった後に１回の充電で例えば最大１８時間のバースト消費を確保するため、待機電流の保留、精密な電圧制御、及び切替え能力を要する。したがって、低コスト、長期の信頼性の高い動作、安全性、サイズ、及び速度に関して最適化される一方で、可変焦点光学部品を含む様々な構成要素を駆動するのに必須の電力を供給する、電動式眼科用レンズが求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そのようなレンズの１つの重要な構成要素は、レンズに電力を供給するのに使用される通電素子であり、これは多くの場合において電池であり得る。生物医学的種類の用途において電池を使用する際に、電池構造体及び設計が、生体適合性の態様に適合することが重要であり得る。したがって、大幅に改善した収容という側面を有し得る生体適合性通電素子で使用するための生体適合性電池を形成する、新規の例に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、生体適合性通電素子で使用するための、改善した収容に関連する方策及び設計が、本明細書で開示されている。クラムシェル型は、一般に、縁部に沿って封止するために接合され得る隆起部が縁部の周りにある凹部を有する形状に関連し得る。隆起部は、他の材料を詰めることができる空洞又は凹部の側部に沿った薄い特徴部として製造され得る。電池材料の側にある薄い特徴部は、密封封止するために様々な方法で封止され得る。電池の生体適合性について先述のように、密封封止は重要であり得る。重要な電池構成成分が電池から漏れるのを防ぐことができるので、密封封止もまた、電池の機能にとって重要であり得る。場合によっては、封止の重要性は、材料が電池の中に漏れるのを防ぐことに関連し得る。
【００１２】
クラムシェル形式は、様々な材料の加工を可能にして、電池の化学物質及び構成要素をクラムシェルのピースに詰めること、並びに次に封止部領域を加工する確実かつ簡便な手段を提供して良好な封止部を生成することができる。金属、セラミックス、ガラス、半導体などを含む様々な材料を使用して、クラムシェルの部分を形成することができる。これらの材料の種類のそれぞれは、ここで論じるように、それらに関連した異なる利点又は特徴を有し得る。例えば、半導体材料を、ドーパントでドープして材料の伝導率を変化させ、コンタクト領域を生成することができる。
【００１３】
いくつかの例では、様々なクラムシェルの例の封止部は、それら封止部及びクラムシェル材料を少なくとも材料表面の一部において金属封止でコーティングすることによって更に密封され得る。いくつかの例では、無電解処理を単独で又はその後の電気めっき処理と共に使用して、電気化学的手段によって直接堆積させるのに適さない恐れがある表面上に金属堆積物を生成することができる。封止部の改善及び電池の完全性は、プラスチック形態の電池構成要素について特に改善され得る。
【００１４】
一般的な一態様は、電気活性構成要素及び電池を含む生物医学的装置を含む。電池はまた、アノード集電体も含む、あるいは、アノードはそれ自体のコレクタとして働く。電池はまた、カソード集電体も含む。電池はまた、アノードも含む。電池はまた、カソードも含む。電池はまた、アノード集電体のための第１の貫通部、カソード集電体のための第２の貫通部、及び上側クラムシェル半体と下側クラムシェル半体との間の密封封止部でアノード及びカソードを封入するクラムシェルも含む。電池はまた、上側クラムシェル半体及び下側クラムシェル半体の外面の少なくとも一部を取り巻く金属コーティングも含み、ここで金属コーティングは、無電解めっきの少なくとも第１層により堆積されている。電池はまた、第１生体適合性封入層を含み、ここで第１生体適合性封入層は、少なくとも電気活性構成要素及び電池を封入している。
【００１５】
一般的な一態様は、上側クラムシェル半体内部の第１の金属膜又は箔であるアノード集電体と、アノード化学物質が上側クラムシェル半体内に含まれる又は上側クラムシェル半体上に堆積されるアノードと、下側クラムシェル半体内部の第２の金属膜又は箔であるカソード集電体と、カソード化学物質が下側クラムシェル半体内に含まれる又は下側クラムシェル半体上に堆積されるカソードと、を含み、上側クラムシェル半体及び下側クラムシェル半体は、セラミック、金属、ガラス又はプラスチック材料のうち１つ又は２つ以上から形成され、封止部は、上側クラムシェル半体のレッジ特徴部と下側クラムシェル半体のレッジ特徴部との間に形成される、クラムシェル電池を含む。
【００１６】
一般的な一態様は、第１の金属クラムシェルピースであるアノード集電体と、アノード化学物質が第１の金属クラムシェルピース内に含まれるアノードと、第２の金属クラムシェルピースであるカソード集電体と、カソード化学物質が第２の金属クラムシェルピース内に含まれるカソードと、第１の金属クラムシェルピースに封止可能に接続する第１封止面、及び第２の金属クラムシェルピースに封止可能に接続する第２封止面を有する絶縁性の中間クラムシェルピースと、第１封止面と第１の金属クラムシェルとの間の間隙に位置する封止材料と、を含むクラムシェル電池を含む。
【００１７】
一般的な一態様は、第１のプラスチックのクラムシェルピースであり、プラスチックが導電性有機半導体であり得るアノード集電体と、アノード化学物質が第１のプラスチックのクラムシェルピース内に含まれるアノードと、第２のプラスチックのクラムシェルピースであるカソード集電体と、カソード化学物質が第２のプラスチックのクラムシェルピース内に含まれるカソードと、第１のプラスチックのクラムシェルピース及び第２のプラスチックのクラムシェルピースのレッジ領域を含む溶融領域を含む封止部と、を含むクラムシェル電池を含む。いくつかの例では、第２のクラムシェルピースは、クラムシェル電池において平坦なピースであり得る。
【００１８】
一般的な一態様は、第１の半導体のクラムシェルピースであるアノード集電体と、アノード化学物質が第１の半導体のクラムシェルピース内に含まれるアノードと、第２の半導体のクラムシェルピースであるカソード集電体と、カソード化学物質が第２の半導体のクラムシェルピース内に含まれるカソードと、第１の半導体のクラムシェルピースのレッジ領域と第２の半導体のクラムシェルピースのレッジ領域との間の封止部と、を含み、第１の半導体のクラムシェルピース及び第２の半導体のクラムシェルピースの分離領域は、電池内部から外部接続へのドープ領域内の電流の流れを可能にするようにドープされる、クラムシェル電池を含む。
【００１９】
一般的な一態様は、絶縁材料製の第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体を受容することを含み、ここでクラムシェル半体がレッジに囲まれた電池構成要素を支持するための本体領域を有する、クラムシェル電池の製造方法を含む。一般的な例では、材料のレッジは、本体領域の材料の縁部から突出してリップを形成してもよい。いくつかの他の例では、レッジは、クラムシェルの本体を形成する材料の端部で平坦領域であってもよい。更なる例では、クラムシェル電池を形成するピースの半体のうちの１つは、本体及びレッジを有してもよく、一方第２のピースは、レッジが平坦なピースの周辺部の周囲又は近傍の理論的特徴であり得る平坦なピースであってもよい。２つのピースのレッジ表面、つまり第１のピースのレッジ及び第２の平坦なピースの一部は、クラムシェル装置の本体全体の周りで封止され得る表面を形成する。
【００２０】
方法はまた、第１のクラムシェル半体において導電トレースを画定することも含む。方法はまた、第１のクラムシェル半体においてアノードを堆積させることも含む。方法はまた、第２のクラムシェル半体においてカソードを堆積させることも含む。方法はまた、第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体の一方又は両方にセパレータフィルムを配置することも含む。方法はまた、第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体の一方又は両方の中に電解質を堆積させることも含む。方法はまた、クラムシェル半体を接合することも含む。方法はまた、クラムシェル半体のレッジ間の封止部を形成することも含む。
【００２１】
一般的な一態様は、プラスチック材料製の第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体を受容することを含み、ここでクラムシェル半体がレッジに囲まれた電池構成要素を支持するための本体領域を有し、そのレッジが封止に使用され得る、クラムシェル電池の製造方法を含む。方法はまた、第１のクラムシェル半体において導電トレースを画定することも含む。方法はまた、第１のクラムシェル半体においてアノードを堆積させることも含む。方法はまた、第２のクラムシェル半体においてカソードを堆積させることも含む。方法はまた、第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体の一方又は両方にセパレータフィルムを配置することも含む。方法はまた、第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体の一方又は両方の中に電解質を堆積させることも含む。方法はまた、クラムシェル半体を接合することも含む。方法はまた、クラムシェル半体のレッジ間の封止部を形成することも含み、ここで封止部の形成は、第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体のプラスチックレッジを溶け合わせることを含む。方法はまた、第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体の表面の少なくとも一部を無電解めっきで封止することも含む。
【００２２】
一般的な一態様は、半導体材料製の第１のクラムシェル半体及び半導体材料製の第２のクラムシェル半体を受容することを含み、ここでクラムシェル半体がレッジに囲まれた電池構成要素を支持するための本体領域を有し、そのレッジが封止に使用され得る、クラムシェル電池の製造方法を含む。方法はまた、第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体の一方又は両方の領域をドープすることも含み、ここでドープすることは、材料の伝導率を増大させてコンタクト領域を形成する。方法はまた、第１のクラムシェル半体の表面上に金属膜を堆積させることも含む。方法はまた、第１のクラムシェル半体においてアノードを堆積させることも含む。方法はまた、第２のクラムシェル半体においてカソードを堆積させることも含む。方法はまた、第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体の一方又は両方にセパレータフィルムを配置することも含む。方法はまた、第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体の一方又は両方の中に電解質を堆積させることも含む。方法はまた、クラムシェル半体を接合することも含む。方法はまた、クラムシェル半体のレッジ間の封止部を形成することも含む。方法はまた、第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体の表面の少なくとも一部を無電解めっきで封止することも含む。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明の上述及び他の特徴と利点は、添付図面に例証されるような、本発明の好ましい実施形態の以下のより詳しい記載から明白となるであろう。
【図１Ａ】例示的なコンタクトレンズ用途に対応する通電素子の例示的な態様を示す。
【図１Ｂ】例示的なコンタクトレンズ用途に対応する通電素子の例示的な態様を示す。
【図２Ａ１】インラインのレッジ特徴部を有する例示的なクラムシェル型の断面を示す。
【図２Ａ２】突出したレッジ特徴部を有する例示的なクラムシェル型の断面を示す。
【図２Ａ３】凹型のクラムシェル半体及び平坦なピースを有する例示的なクラムシェル型の断面を示す。
【図２Ｂ】密封封止を有する例示的なクラムシェル型の態様を示す。
【図２Ｃ】密封封止を有する例示的なクラムシェル型の態様を示す。
【図２Ｄ】密封封止を有する例示的なクラムシェル型の態様を示す。
【図２Ｅ】密封封止を有する例示的なクラムシェル型の態様を示す。
【図３Ａ】追加の例示的なクラムシェル電池の設計を示す。
【図３Ｂ】追加の例示的なクラムシェル電池の設計を示す。
【図３Ｃ】追加の例示的なクラムシェル電池の設計を示す。
【図３Ｄ】追加の例示的なクラムシェル電池の設計を示す。
【図３Ｅ】追加の例示的なクラムシェル電池の設計を示す。
【図３Ｆ】追加の例示的なクラムシェル電池の設計を示す。
【図３Ｇ】追加の例示的なクラムシェル電池の設計を示す。
【図３Ｈ】追加の例示的なクラムシェル電池の設計を示す。
【図３Ｉ】追加の例示的なクラムシェル電池の設計を示す。
【図４】３つ以上の収容部品を有するクラムシェルの設計を示す。
【図５Ａ】密封封止のための無電解めっき及び電気めっきを有する例示的なプラスチックのクラムシェル型を示す。
【図５Ｂ】密封封止のための無電解めっき及び電気めっきを有する例示的なプラスチックのクラムシェル型を示す。
【図５Ｃ】密封封止のための無電解めっき及び電気めっきを有する例示的なプラスチックのクラムシェル型を示す。
【図５Ｄ】密封封止のための無電解めっき及び電気めっきを有する例示的なプラスチックのクラムシェル型を示す。
【図６Ａ】例示的な形状のクラムシェル電池の設計を示す。
【図６Ｂ】例示的な形状のクラムシェル電池の設計を示す。
【図６Ｃ】例示的な形状のクラムシェル電池の設計を示す。
【図６Ｄ】例示的な形状のクラムシェル電池の設計を示す。
【図７】絶縁材料製のクラムシェル半体を有するクラムシェル電池を作製する例示的な方法のフローを示す。
【図８】プラスチック材料製のクラムシェル半体を有するクラムシェル電池を作製する例示的な方法のフローを示す。
【図９】金属性材料製のクラムシェル半体を有するクラムシェル電池を作製する例示的な方法のフローを示す。
【図１０】半導体材料製のクラムシェル半体を有するクラムシェル電池を作製する例示的な方法のフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
改善された生体適合性を有するクラムシェル型電池を形成する方法が、本願において開示される。以下の各項において、様々な実施例の詳細な説明が記載される。実施例の説明は、単なる例示的な実施形態に過ぎず、当業者には、様々な修正及び変更が明白であり得る。したがって、例示的な実施形態は、本出願の範囲を制限するものではない。いくつかの実施例では、こうした生体適合性電池は、生物の身体内で、又はこれに近接して使用するために設計され得る。
【００２５】
用語集
本説明及び以下の特許請求の範囲において、以下の定義が適用される様々な用語が使用され得る。
【００２６】
本明細書で使用するとき、「アノード」は、放電サイクル中に電流が通って電池などの有極電気装置に流れ込む電極を指す。電流の方向は、典型的に、電子流の方向とは逆である。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。本明細書で使用するとき、有極装置の同じ要素は、再充電サイクル中及びその要素の電気めっきなどの他のイベント中であってもアノードと呼ばれ、標準の定義ではその要素を異なって呼ぶ場合がある。
【００２７】
本明細書で使用するとき、電池は、適切に互いに接続されて所望の電圧又は電流を供給する単一の電気化学セル又は多数の電気化学セルからなる電気化学電源を指す。このセルは、一次（非充電式）又は二次（充電式）セルであってもよい。
【００２８】
本明細書で使用するとき、「結合剤」は、機械的変形に対する弾性応答を呈することができ、他の通電素子部品と化学的に適合するポリマーを指す。例えば、結合剤として、電気活性材料、電解質、ポリマーなどを挙げることができる。いくつかの例では、結合剤は、粒子及び／又は粒子＋液体を共に接着性のまとまりで保持する物質を指してもよい。
【００２９】
本明細書で使用される場合、「生体適合性」とは、特定の用途において適切な宿主応答で機能する材料又はデバイスを指す。例えば、生体適合性デバイスは、生体系に毒性又は有害な影響を及ぼさない。
【００３０】
本明細書で使用するとき、「カソード」は、放電サイクル中に電流が通って電池などの有極電気装置から流れ出る電極を指す。電流の方向は、典型的に、電子流の方向とは逆である。したがって、電子流は有極電気装置のカソードに流入し、例えば、接続された電気回路から流出する。本明細書で使用するとき、有極装置の同じ要素は、再充電サイクル中及びその要素の電気めっきなどの他のイベント中であってもカソードと呼ばれ、標準の定義ではその要素を異なって呼ぶ場合がある。
【００３１】
本明細書で使用するとき、「クラムシェル」は、一般に、縁部に沿って封止するために接合され得る隆起部が縁部の周りにある凹部を有する形状を指す。いくつかの例では、ピースは、一緒に結合され得る。他の例では、ピースは、別個のクラムシェルの部分として存在してもよい。いくつかの例では、クラムシェル電池は、封止用の隆起部がある凹部を有する第１のピースによって形成されてもよく、ここで第２のピースは、第１のピースの隆起部に封止され得る平坦な材料である。
【００３２】
本明細書で使用するとき、「被覆（コーティング）」は、材料の薄型堆積物（薄い形態での材料の付着）を指す。いくつかの用途では、この用語は、堆積物が形成される基板の表面を実質的に被覆する、薄型堆積物を指す。他のより特定の用途では、この用語は、表面のより小さい領域内にある小さい薄型堆積物を説明するために使用されてよい。
【００３３】
本明細書で使用するとき、「電極」は、エネルギー源内の活物質を指し得る。例えば、電極は、アノード及びカソードの一方又は両方を含んでもよい。
【００３４】
本明細書で使用するとき、「通電された」とは、電流を供給することができるか、又は内部に蓄積された電気的エネルギーを有することができる状態を指す。
【００３５】
本明細書で使用するとき、「エネルギー」とは、ある物理系が仕事をする能力のことを指す。通電素子の多くの用途は、電気的作用を実行できる能力に関連するものであってよい。
【００３６】
本明細書で使用するとき、「エネルギー源」又は「通電素子」又は「通電デバイス」は、エネルギーを供給できるか、論理的デバイス又は電気的デバイスを通電された状態にすることができる、任意のデバイス又は層を指す。通電素子は、電池を含み得る。電池は、アルカリ型セル化学物質で形成されてもよく、水性アルカリ性、水性酸性若しくは水性塩電解質化学物質又は非水性化学物質、融解塩化学物質若しくは固体化学物質を含む固体電池又は湿電池であってもよい。電池は、乾電池（固定化した電解質）又は湿電池（自由な液体電解質）型であってもよい。
【００３７】
本明細書で使用するとき、「充填剤」は、酸性電解質又はアルカリ性電解質のいずれとも反応しない、１つ又は２つ以上の通電素子用セパレータを指す。一般的に、充填剤は、実質的に水不溶性の材料を含んでもよい（例えばカーボンブラック；炭じん；黒鉛；シリコン、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、バリウム、チタン、鉄、亜鉛、及びスズのものなどの金属酸化物及び水酸化物；カルシウム及びマグネシウムのものなどの金属炭酸塩；雲母、モンモリロナイト、カオリナイト、アタパルジャイト及びタルクなどの無機塩類；ポルトランドセメントなどの合成及び天然ゼオライト；ケイ酸カルシウムなどの沈降金属ケイ酸塩；中空若しくは中実ポリマー、又はガラスの微小球、フレーク及び繊維など）。
【００３８】
本明細書で使用するとき、「機能化」は、例えば、通電、起動、又は制御などの機能を、層又は装置が実行できるようにすることを指す。
【００３９】
本明細書で使用するとき、「成形型」は、未硬化配合物（アンキュア・フォーミュレーション）から三次元の物体を形成するために使用され得る、剛性又は半剛性の物体を指す。いくつかの例示的な成形型は、互いに対向する場合、三次元の物体の構造を画定する２つの成形型部分を含む。
【００４０】
本明細書で使用するとき、「電力」は、単位時間当たりに行われる仕事、又は移送されるエネルギーを指す。
【００４１】
本明細書で使用するとき、「再充電可能」又は「再通電可能」は、仕事をするためのより高い能力を有する状態へと復元される能力を指す。多くの使用は、特定の再度確立された期間、特定の率で、電流を流す能力で復元できることに関連し得る。
【００４２】
本明細書で使用するとき、「再通電」又は「再充電」は、仕事をするためのより高い能力を有する状態へと復元することを指す。多くの場合、特定の再開された時間、特定の率で電流を流すことができる状態に装置を復元することに関連して用いられ得る。
【００４３】
本明細書で使用するとき、「離型させる」（「成形型から離型させる」と言われることもある）は、三次元の物体が成形型から完全に分離した状態、又は穏やかな振動によって取り外すことができるように、ほんの軽く成形型に取り付けられている状態、のいずれかであることを意味する。
【００４４】
本明細書で使用するとき、「積層された」は、少なくとも２成分層を、層のうちの１層の１つの面の少なくとも一部分が、第２の層の第１の面と接触するように、互いに近接して配置することを意味する。いくつかの実施例では、接着のためであれ、又は他の機能のためであれ、コーティングが２つの層の間に存在してよく、これらの層はそのコーティングを通じて互いに接触している。
【００４５】
本明細書で使用するとき、「トレース」は、回路部品を接続できる通電素子部品を指す。例えば、回路トレースは、基板がプリント回路基板である場合、銅又は金を含むことができ、典型的には、フレックス回路内の銅、金、又は印刷された膜であり得る。特殊な種類のトレースは、集電体である。集電体は、電気化学的適合性を有するトレースであり、この電気化学的適合性により集電体は、電気化学セルのカソード又はアノードとの間に電子が伝達される際に用いるのに好適なものとなる。
【００４６】
本開示による電池を組み立てて構成する方法には他の例が存在する場合があり、そのうちのいくつかを以下の項に記載することができる。しかしながら、これら実施例の多くに関して、独自のものとして説明することができる、電池の選択されたパラメータ及び特徴が存在する。以下の項では、いくつかの特徴及びパラメータに焦点が当てられる。
【００４７】
生体適合性通電素子を有する例示的な生物医学的装置の構成
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、このようなコンタクトレンズのインサートの一例が、コンタクトレンズのインサート１００として図示され得る。このコンタクトレンズのインサート１００には、制御電圧に応答して焦点特性の変化を調整することができる電気活性素子１２０が存在し得る。こうした制御用電圧信号を提供し、かつ、外部制御信号の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によって給電されることができる。図１Ａに図示されるように、電池素子１１０は、複数の主要部品（この場合３個の部品）として見出すことができ、既に述べた電池化学素子の種々の構成を含んでいてよい。電池素子１１０は、相互接続領域１１４の下に図示され得る部品を結合するための、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１１５を有していてよい回路素子１０５に接続されてよく、基板１１５上には相互接続特徴部１２５及び１３０が位置付けられていてよい。集積回路の形態であってよい回路１０５は、基板１１５及びその相互接続特徴部１２５及び１３０と電気的及び物理的に接続されることができる。
【００４８】
図１Ｂを参照すると、コンタクトレンズ１５０の断面のレリーフ図は、コンタクトレンズのインサート１００及び論じられているその構成要素とを含み得る。コンタクトレンズのインサート１００は、コンタクトレンズヒドロゲル１５５のスカート内に封入され得、このスカートはインサート１００を封入し、かつコンタクトレンズ１５０とユーザーの目との快適な境界面を提供してよい。
【００４９】
超小型電池の電気的要件
設計の際に考慮すべき別の分野は、電池によって提供され得る、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、システムが非接続モード又は外部給電されていないモードで動作しているときの全ての電気的要件を満たす必要があり得る。接続されない又は外部給電され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こともできる。
【００５０】
生物医学的用途用の超小型電池は、多くの困難な要件を同時に満たすことが要求される場合がある。例えば、超小型電池は、組み込まれている電気回路に適した動作電圧を供給する能力を有することが要求される場合がある。この動作電圧は、ＩＣプロセス「ノード」、回路から別の装置への出力電圧、及び特定の消費電流目標値（これは、所望の装置寿命にも関連する場合がある）などのいくつかの要因の影響を受け得る。
【００５１】
ＩＣプロセスに関して、ノードは、トランジスタにおける「いわゆる」チャネルなどの、トランジスタの最小機能部寸法によって差別化され得る。この物理的特徴部は、他のＩＣ製造パラメータ（ゲート酸化膜厚など）と共に、所与のプロセスノードに製造された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の、得られる「ターンオン」時定格標準、又は「閾値」電圧と関連付けることができる。例えば、最小特徴寸法が０．５マイクロメートルのノードでは、ＦＥＴのターンオン電圧は５．０Ｖであることが通常であり得る。しかしながら、９０ｎｍの最小特徴寸法では、ＦＥＴは、１．２、１．８、及び２．５Ｖでターンオンし得る。ＩＣ製造工場は、ある特定の電圧範囲での使用に特徴づけられ、定格を定められた、例えばインバーターやフリップフロップのようなデジタルブロックの標準的なセルを供給し得る。設計者は、デジタル素子の密度、アナログ／デジタル混合信号素子、リーク電流、配線層、及び高圧ＦＥＴのような特殊素子のアベイラビリティといったいくつかの要因に基づいて、ＩＣプロセスノードを選択する。超小型電池から電力を引き出すことができる電気部品のこうしたパラメータに関する側面を前提として、超小型電池の電源を、特に利用可能な電圧及び電流の点で、選択したプロセスノード及びＩＣ設計の要件に一致させることが重要となり得る。
【００５２】
いくつかの例では、超小型電池により給電される電気回路は、他の装置に接続されてもよい。非限定的な例において、超小型電池により給電される電気回路は、作動装置又は変換器に接続されてもよい。こうした装置としては、用途に応じて、発光ダイオード（ＬＥＤ）、センサ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ポンプ、又は多くの他のこのような装置を挙げることができる。いくつかの例では、このような接続される装置は、一般的なＩＣプロセスノードよりも高い動作電圧を必要とし得る。例えば、可変焦点レンズは、起動するために３５Ｖを必要とし得る。したがって、電池が提供する動作電圧は、そのようなシステムを設計する上での重要な考慮事項となり得る。この種の考慮事項のいくつかの例では、１Ｖの電池から３５Ｖを生成するレンズ駆動装置の効率は、２Ｖの電池で動作する場合に得られるであろう効率と比べて明らかに低い。ダイ寸法などの更なる要件も、超小型電池の作動パラメータを考慮すると、著しく異なる場合がある。
【００５３】
個々の電池セルは、一般的に、開回路電圧、負荷時電圧、及びカットオフ電圧が規定され得る。開回路電圧は、負荷抵抗が無限大の状態の電池セルによって生成される電位である。負荷時電圧は、適切かつ通常の規定負荷インピーダンスがセル端子間に加えられた状態でセルによって生成される電位である。カットオフ電圧は、典型的には、ほとんどの電池が放電された状態となる電圧である。カットオフ電圧は、有害な影響（過剰なガスの発生など）を回避するために、それ以下になると電池が放電されるべきではない電圧、又は放電度合いを表すことができる。カットオフ電圧は、典型的には、電池自体だけでなく、電池が接続されている回路（例えば、電子回路の最小動作電圧）の影響を受け得る。１つの実施例では、アルカリ電池は、１．６Ｖの開回路電圧、１．０〜１．５Ｖの範囲の負荷時電圧、及び１．０Ｖのカットオフ電圧を有し得る。所与の超小型電池セル設計の電圧は、採用するセル化学物質の他の要因により異なる場合がある。したがって、異なるセル化学物質は、異なるセル電圧を有してよい。
【００５４】
セルは、電圧を上昇させるために直列につながれ得るが、この組み合わせでは、寸法、内部抵抗、及び電池の複雑性をトレードオフする恐れがある。セルは、抵抗を低下させ容量を増大させるために並列構成で組み合わせることもできるが、そのような組み合わせでは、寸法及び貯蔵寿命をトレードオフする恐れがある。
【００５５】
電池容量は、電池が一定期間の間電流を供給する、又は仕事を行う能力であってよい。電池容量は、典型的には、ピコアンペア時間などの単位で指定することができる。１ピコアンペアの電流を１時間供給することができる電池は、１ピコアンペア時間の容量を有する。容量は、典型的には、電池装置内部の反応物質の質量（したがって容積）の増加によって増加し得るが、その生物医学的装置は、使用可能容積において大きく制約され得ることが理解されてよい。電池容量はまた、電極及び電解質材料並びに電極の物理設計、電極間に配置された任意のセパレータ材料の性質及び寸法、並びにアノード、カソード活性物質、導電助剤及び電解質の相対比率などの他の要因の影響も受け得る。
【００５６】
電池が接続される回路の要件に応じて、電池は、ある値の範囲にわたる電流を流入させることを要求される場合がある。実際に使用する前の保管中、約ピコアンペア〜ナノアンペア程度のリーク電流が、回路、相互接続部、及び絶縁体を通って流れる場合がある。回路は、アクティブ動作中、センサをサンプリングする、タイマーを動作させる、及びそのような低消費電力機能を実行するために、零入力電流を消費し得る。零入力電流消費は、ナノアンペアからミリアンペア程度であり得る。回路はまた、例えば、フラッシュ・メモリに書き込む又は無線周波数（ＲＦ）で通信する場合に、より大きなピーク電流を要求してもよい。このピーク電流は、数十ミリアンペア以上に及んでもよい。超小型電池装置の抵抗及びインピーダンスもまた、設計考慮事項にとって重要であり得る。
【００５７】
有効寿命は、典型的には、電池が保管に耐え、かつ依然として有用な作動パラメータを維持することができる期間を指す。有効寿命は、いくつかの理由から、生物医学的装置にとって特に重要であり得る。電子素子は、例えば、電子コンタクトレンズが導入される場合のように、無動力の装置に取って代わる可能性がある。こうした既存の市場空間における製品は、消費者、サプライチェーン、及びその他の要件に起因して、確立された有効寿命要件（例えば、３年）を有している場合がある。そのような規格は新しい製品のために変更されないということが、典型的には望ましい場合がある。有効寿命要件はまた、超小型電池を有する装置の流通方法、在庫管理方法、及び使用方法に従って設定されてもよい。したがって、生物医学的装置用超小型電池は、例えば年数で表すことができる具体的な有効寿命要件を有していてもよい。
【００５８】
いくつかの実施例では、三次元の生体適合性通電素子は再充電可能であってよい。例えば、三次元表面上には、更に誘導コイルが製造されていてもよい。次いで、誘導コイルは、無線周波数（「ＲＦ」）フォブで通電されてもよい。誘導コイルは、三次元の生体適合性通電素子に接続されて、ＲＦが誘導コイルに印加されると通電素子が再充電されてよい。別の例では、太陽電池もまた三次元表面上に製造され、三次元の生体適合性通電素子に接続されてよい。太陽電池が光、つまり光子に曝露されると、電子を生じさせて、通電素子を再充電する。
【００５９】
いくつかの例では、電池は、電気システムに電気的エネルギーを供給する働きをしてもよい。こうした例では、電池は、電気システムの回路に電気的に接続されてよい。回路と電池との間の接続は、相互接続に分類され得る。こうした相互接続は、いくつかの要因により、生物医学超小型電池にとってますます困難になっている。いくつかの例では、電動式生物医学的装置は非常に小さいので、相互接続のための面積及び容積がほとんどない場合がある。寸法及び面積の制約は、相互接続部の電気抵抗及び信頼性に影響を与え得る。
【００６０】
その他の点において、電池は、高温で沸騰し得る液体電解質を収容していてもよい。この制約は、例えば、溶融するために比較的高温（２５０℃）を必要とし得るはんだ相互接続を用いたいという要望と、直接的に相克する。しかしながらいくつかの例では、電解質を含む電池化学物質と、はんだベースの相互接続を形成するために使用する熱源とは、互いに空間的に隔てられてもよい。新たに登場した生物医学的装置の場合、寸法が小さいことから、熱伝導を低減するために電解質とはんだ接合部とを十分な距離だけ隔てることが不可能であり得る。
【００６１】
モジュール化された電池構成要素
いくつかの例では、モジュール化された電池構成要素は、本発明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ってよい。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有してもよい。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樹脂部品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部品の製造とより平行したやり方で、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（２Ｄ）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。いくつかの例では、電池は、屈曲させなくても三次元形状を乱さない程度に小さくすることができる。いくつかの他の例では、複数の小さな電池の連結は、三次元形状の空間に適合し得る。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、上に電池構成要素を形成することができる適切な剛性領域を有さ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、普通であれば用いることができる製造技術（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）とは異なる選択肢の活用を促進することができる。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側面を有するので、生物医学的装置の構造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の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。
【００６２】
電池素子の内部封止
生物医学的装置において使用するための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遅らせる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、ある程度の許容差範囲内で、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（即ち、パッケージと封止部）に分割されてもよい。
【００６３】
パッケージは、エンクロージャの主要材料を指すことができる。いくつかの例では、パッケージはバルク材を含んでもよい。水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）は性能を表す指標であってよく、試験中に影響を与える環境条件を含む試験手順は、ＩＳＯ、及び／又はＡＳＴＭ規格により制御される。理想的には、良好な電池パッケージの水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）は「ゼロ」であり得る。水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）がゼロに近い例示的な材料は、ガラス及び金属箔並びにセラミック及び金属片であり得る。一方で、プラスチックは、本質的に、水分に対して浸透性であり得、プラスチックの種類によって有意に異なり得る。エンジニアリングされた材料、積層体、又は共押出物は、通常、一般的なパッケージ材料の混成物であってよい。
【００６４】
封止部は、２つのパッケージ表面間の境界面であってよい。封止部の表面を接続することにより、パッケージと共にエンクロージャを仕上げる。多くの例において、封止設計の特性により、封止部の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）の特性評価が困難である場合があり、その理由は、サンプルの寸法又は表面積がこうした手順に適合しない場合があるので、ＩＳＯ又はＡＳＴＭ規格を用いて測定を行うのが困難であることによる。いくつかの例では、封止完全性を試験するための実践的な方法は、実際の封止設計の、いくつかの定義された条件についての機能試験であり得る。封止性能は、封止材料、封止厚、封止長、封止幅、及びパッケージ基材に対する封止部の接着又は密着性の関数であり得る。
【００６５】
いくつかの例では、封止部は、熱加工、レーザー加工、溶媒加工、摩擦加工、超音波加工、又はアーク加工を含み得る溶接法によって形成されてもよい。他の例では、封止部は、粘着剤、エポキシ、アクリル、天然ゴム、合成ゴム、樹脂、タール、又はビチューメンなどの接着封止剤を使用して形成されてもよい。他の例では、ガスケットタイプの材料を利用することにより得てもよく、この材料は、非限定的な例を挙げると、天然及び合成ゴム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン、及びシリコーンから形成され得る。いくつかの例では、封止材料は、熱硬化性樹脂、サーモプラスチック又は熱硬化性樹脂及びサーモプラスチックの組み合わせであり得る。
【００６６】
いくつかの例では、本発明による電池は、特定の動作期間を有するように設計されてもよい。作動期間は、特定の電池システムを用いて得ることができる実際の水分透過量を測定した後、そのような水分の漏れがいつ電池の寿命末期状態をもたらし得るのかを推定することによって、推定することができる。例えば、電池が湿潤環境において保存される場合には、電池の外側と内側の分圧差は最小となるので、水分損失率は低くなり、したがって電池の寿命は長くなり得る。非常に乾燥して熱い環境において保存される同じ例示的な電池は、水分を損失させる作用が強いので、著しく短い予想寿命を有する場合がある。
【００６７】
金属／金属、金属／ガラス、金属／セラミック、ガラス／ガラス、半導体／半導体、及び金属／半導体の封止
電池化学物質を収容する役割を果たし得る密封性の又は良好に封止された固体材料間の境界面を形成する多くの手段が存在し得る。固体材料間の適切な密封性の機械的接合を形成する典型的な手段として、はんだ付け、ろう付け、及び溶接が挙げられる。これらの方法は、それら全てがベース材料（同質又は異質材料のいずれかであり得る被接合材）、及び２つのベース材料間を接合する充填材の両方の熱処理を含むのでほぼ同じであると見ることができる。これらの方法の間に存在する主な差異は、それぞれの方法について材料を加熱するのに使用される特定の温度、及びある時間を通して適用されるときこれらの温度がそれぞれの材料の特性にどのような影響を与えるか、であると見ることができる。より具体的には、ろう付け及びはんだ付けのいずれも、充填材の液相線温度より高いが両方のベース材料の固相線温度より低い温度を利用してもよい。ろう付けとはんだ付けとの間に存在し得る主な差異は、適用される特定の温度であると見ることができる。例えば、適用温度が４５０℃より低い場合、その方法をはんだ付けと呼ぶことができ、適用温度が４５０℃より高い場合、ろう付けと呼ぶことができる。溶接は、しかしながら、充填材とベース材料の区別なく液相線より高い適用温度を利用してよい。
【００６８】
上記方法のそれぞれは、様々な材料の組み合わせに有効であり得、特定の材料の組み合わせは、これらの方法の２つ以上によって共に接合することが可能であり得る。２つの材料を共に接合するためのそれらの方法の中からの最適な選択は、任意の数の特性によって決定され得る。これらの特性としては、所望の材料の特定の材料特性及び液相線温度、所望の接合材又は充填材のその他の熱的性質、２つの材料を接合する作業者又は機械の技能、タイミング、及び正確さ、並びにそれぞれの方法による接合された材料に対する機械的又は表面損傷の許容レベルが挙げられるがそれらに限定されない。本発明に合致するいくつかの例では、２つの材料を共に接合するために使用される材料は、金、銀、インジウム及びプラチナなどの純金属を含み得る。これはまた、銀−銅、銀−亜鉛、銅−亜鉛、銅−亜鉛−銀、銅−リン、銀−銅−リン、金−銀、金−ニッケル、金−銅、インジウム合金、及びアルミニウム−シリコンなどの合金も含んでもよい。これはまた、金、銅、ニッケル、銀、バナジウム、又はアルミニウムを含み得るチタン活性ろう付け合金などの活性ろう付け合金も含んでもよい。本開示で述べた封止の要求に合致し得る他のろう付け材料が存在し得る。
【００６９】
これらの接合方法のそれぞれについて異なる材料の組み合わせは、金属／金属、金属／ガラス、金属／セラミック、ガラス／ガラス、半導体／半導体、及び金属／半導体を含み得る。
【００７０】
第１のタイプの例では、金属封止部対金属封止部が形成され得る。はんだ付け、ろう付け、及び溶接は、金属／金属接合に関して全て非常に一般的に使用される。様々な金属の材料特性は、金属によって非常に大きく異なり得るので、金属の液相線温度は、典型的にはどの接合方法を所望の金属と共に使用するかの決定的な特性であり得、例えば、ベース金属は、ろう付けの温度で素早く溶解するほど低い液相線温度を有し得る、又はベース金属は、適切な接合を形成するために、はんだ付けの温度に化学的に反応しないほど高い液相線温度を有し得る。
【００７１】
別のタイプの例では、金属−対−ガラス（又はガラス対金属）封止部が形成され得る。材料としての金属及びガラスの不均質のために、典型的な金属／金属接合方法は、金属のガラスとの接合に寄与しない場合がある。例えば、金属／金属のはんだ付けで使用される典型的な充填材は、金属に良好に接合し得るが、熱処理下で表面に接合するようにガラスと反応することができない。この問題を克服する１つの可能性は、材料の両方に接合するエポキシなどの他の材料を使用することであり得る。典型的なエポキシは、それらを無機材料に強力に結合させ得る構成においてペンダントヒドロキシル基を有する。エポキシは、材料間に容易にかつ安価に適用され、多くのタイプの表面に普遍的に接合することができる。エポキシは、例えば、次いで迅速に適用される化学物質の混合、熱、光ベース、若しくはエネルギーをエポキシの中に導入して接合／硬化反応を誘発するその他のタイプの放射線などの多くの方法によって、又はその他の方法によって適用の前又は後に同様に容易に硬化させることができる。多くの異なるタイプのエポキシは、接合強度、適用しやすさ、硬化方法、硬化時間、接合可能材料、及びその他多くが挙げられるがこれらに限定されない多くの異なる特性に基づいて、異なる適用について異なる望ましさを有し得る。エポキシを用いて確実な密封封止を実現するために、エポキシを通じた特定の流体の漏えい率を考慮することは重要である。エポキシを用いた密封封止は、しかしながら、他のタイプの接合又は密封封止に必要とされる少ない導電材料とは対照的に、密封封止部を維持しながら導線又はピンに銅合金を使用する柔軟性を提供する。エポキシ封止部は、しかしながら、典型的には他の接合方法よりもはるかに制約された操作温度範囲の下で実現可能であり、接合強度も著しく低い恐れがある。
【００７２】
別のタイプの例では、金属−対−セラミック（又はセラミック−対−金属）封止部が形成され得る。ろう付けは、金属−対−セラミック接合を実現するための典型的な方法であると見ることができ、材料間の密封封止部を実現するための、実績ある、一般に認められた方法が数多く存在する。これには、モリブデン−マンガン／ニッケルめっき方法を挙げることができ、ここでモリブデン及びマンガン粒子は、ガラス添加物及び揮発性キャリアと混合されて、ろう付けされるセラミック表面に適用されるコーティングを形成する。このコーティングは、処理されて次にニッケルでめっきされ、更に処理されて、ここで標準の方法及び充填材を使用して容易にろう付けされる。
【００７３】
薄膜堆積は、別の一般的に使用されるろう付け方法である。この方法では、材料の組み合わせを、物理蒸着（ＰＶＤ）方法を使用して非金属表面に適用することができる。適用される材料の選択は、所望の材料特性又は層の厚さによって異なってもよく、時に多層が適用されることもある。この方法は、多様な適用するための可能な金属、並びに速度及び標準材料を使用した実績ある着実な成功など、多くの利点を有する。しかしながら、コーティングを適用するための特殊なＰＶＤ機器の必要性、マスキングが所望される場合の複雑なマスキング技術の必要性、及び均一のコーティング厚さを妨げ得るセラミックによる幾何学的制約を含む短所が存在する。ＰＶＤ層は、チタン、ジルコニウム、及びハフニウムなどの構成成分を含んでもよく、いくつかの例では、１００ナノメートル〜２５０ナノメートルの厚さであり得る。いくつかの例では、非限定的な例として、金、パラジウム、プラチナ又は銀などの構成成分を含む貴金属被覆層が堆積され得る。
【００７４】
Ｎａｎｏｆｏｉｌ（登録商標）材料の接合
電池のために封止金属、セラミック及び／又は半導体収容部が必要とされ得るとき、Ｉｎｄｉｕｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なナノテクノロジー材料であるＮａｎｏｆｏｉ（登録商標）と呼ばれる市販の製品は、重要な例を提供し得る。いくつかの例では、封止部の形成における任意の熱的効果は、できるだけ封止部自体に局在的であることが望ましい場合がある。Ｎａｎｏｆｏｉｌ（登録商標）材料などの材料複合体は、密封接合した封止部を形成しながら著しい熱局在化を提供し得る。Ｎａｎｏｆｏｉｌ（登録商標）型複合体膜は、数百又は数千ナノスケールの膜レベルで作製され得る。一例では、反応性多層箔は、数千のアルミニウム（Ａｌ）及びニッケル（Ｎｉ）の交互層の蒸着によって製造される。これらの層は、ナノメートルの厚さであってもよい。電源、光源、又は熱源からの局所エネルギーの小さなパルスによって活性化されると、箔は発熱的に反応する。この結果の発熱反応は、千分の数秒で表面にて非常に高い局所温度まで加熱する定量化可能な量のエネルギーを放出するが、封止されている金属、セラミック又は半導体ピース内の温度を上昇させるエネルギーの総量を放出しないように実行され得る。
【００７５】
Ｓ−Ｂｏｎｄ（登録商標）の封止
Ｎａｎｏｆｏｉｌ（登録商標）材料接合に類似の例は、Ｓ−Ｂｏｎｄ（登録商標）材料接合であり得る。Ｓ−Ｂｏｎｄ材料は、チタン又は他の希土類元素を材料に添加した従来のはんだ合金ベースを含んでもよく、Ｓ−Ｂｏｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能である。チタンのような活性物質は、酸化物又は他の不活性物質と接合界面で反応し、それらに化学的に接合するか、又はそれらをはんだの溶融に移す。加熱時に、Ｓ−ｂｏｎｄ（登録商標）材料は、溶融し得るが、その上に薄い表面酸化物を残したままである。その表面酸化物が破壊されると、接合／封止の表面領域との活性物質の反応が起こる。酸化物は、掻取り処理で破壊され得るが、超音波でも破壊され得る。したがって、表面反応は、比較的低い温度で開始され得、接合部を、別途接合するのが困難である場合がある材料に対して作ることができる。いくつかの例では、Ｓ−Ｂｏｎｄ（登録商標）材料を、Ｎａｎｏｆｏｉｌ（登録商標）材料と組み合わせて電池システムの残りに著しい熱負荷をかけずに局所的に接合され得る構造体を形成することができる。
【００７６】
シリコン接合
シリコン接合は、いくつかの例では、Ｓ−Ｂｏｎｄ（登録商標）材料を用いて実現され得る。いくつかの例では、Ｓ−Ｂｏｎｄ（登録商標）２２０Ｍの組成物を使用して、はんだ付けが可能な境界面を形成することができる。Ｓ−Ｂｏｎｄ（登録商標）２２０Ｍ材料を、シリコン表面に堆積して、１１５〜４００℃の範囲にわたる温度で接合／封止することができる。したがって、シリコンのカン状ピースは、ＰＯＣｌなどのドープ膜の使用によって、注入によって、又はドーピングのその他の手段によって閉鎖端部に高濃度にドープされ得る。別の手段は、半導体の本体を酸化し、次いでその酸化物をドーパントが所望される領域で化学的にエッチングすることを含み得る。ドープ領域は、次いでチタンに暴露され、加熱されて、シリサイドを形成してもよい。封止部を形成するために使用されるシリコン缶の領域は、Ｓ−Ｂｏｎｄ  ２２０Ｍ材料を適用されて、加熱され、シリコン表面、又はシリサイド表面を湿らせ得る。いくつかの例では、Ｎａｎｏｆｏｉｌ（登録商標）材料の膜は、後続の活性化のために封止部領域において適用されてもよい。電池化学物質、電解質、及びその他の構造体は、缶半体の中に形成されてもよく、次いで２つの半体を一緒に配置してもよい。超音波による、及びＮａｎｏｆｏｉｌ（登録商標）材料の活性化による同時活性化の下、迅速な低温の密封（hermitic）封止を形成し得る。
【００７７】
電池モジュールの厚さ
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兼ね合いを図って、技術的な要件と、安全要件と、機能要件とのバランスをとってもよい。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クリティカルな依存を有し得る。したがって、電池をより薄く設計する際のクリティカルで実現可能な側面が存在し得る。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てもよい。実際の製造態様は、膜厚のある種のパラメータを、使用可能なシート在庫の標準値に決定してもよい。加えて、フィルムは、厚さの最小値を有していてもよく、化学的適合性、湿気／ガス不透性、表面仕上げ、及びフィルム層上に堆積させ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、フィルムをこの値に特定してもよい。
【００７８】
いくつかの例では、完成した電池構成要素の望ましい又は目標とする厚さは、２２０μｍ未満である構成要素厚であってよい。こうした例では、この望ましい厚さは、エンドユーザーの快適性、生体適合性、及び容認に関する制約を前提として、ヒドロゲルレンズ形状によって規定される利用可能な容積内部に電池構成要素を挿着する必要があり得る、例示的な眼用レンズ装置の三次元形状によって決定され得る。この容積及びこの容積が電池構成要素の厚さの必要性に与える影響は、装置全厚に関する仕様、並びに装置の幅、円錐角、及び内径に関する装置仕様の関数であってよい。得られる電池構成要素の設計に関する別の重要な設計考慮事項は、結果として得られる化学エネルギー（これは設計に起因し得る）に関してなされる電池構成要素の所与の設計において、活性電池化学物質及び材料が使用可能な容積に関連し得る。次いで、この結果として得られる化学エネルギーと、機能的生物医学的装置の、目標寿命及び動作条件に関する電気的要件とのバランスをとってもよい。
【００７９】
電池モジュールの幅
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、電池の幅の要件は、主に、電池が適用される用途に応じて異なり得る。例示的なケースとして、コンタクトレンズの電池システムは、モジュール式電池構成要素の幅に関する仕様に対する、制約付きニーズを有し得る。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てもよい。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フィットする三次元物体と考えることができ、切頭円錐状のリングに形成されることができる。必要とされる剛性インサートの最大直径が直径８．５０ｍｍであり、ある特定の直径（例えば、おおよそ直径８．４０ｍｍ）の球体に接触することが目標であり得る場合には、形状が電池の可能な許容幅を決定し得る。得られる形状の望ましい仕様を計算するのに有用であり得る形状モデルが存在してもよく、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。
【００８０】
平坦化された電池の幅は、電池素子の２つの特徴である活性電池構成要素及び封止幅によって決定され得る。眼科用装置に関連したいくつかの例では、ターゲット厚は、片面当たり０．１００ｍｍ〜０．５００ｍｍであってもよく、活性電池構成要素のターゲット幅はおよそ０．８００ｍｍであってもよい。他の生物医学的装置は異なる設計制約を有していてもよいが、可撓性平型電池素子の原理を同じように適用することが可能である。
【００８１】
電池モジュールの可撓性
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側面は、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（２Ｄ）平面形態に形成するという前述の能力を容易にすることができる。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フィットする適切な３Ｄ形状に形成することが可能となり得る。
【００８２】
電池モジュールの可撓性により得ることができる利益の別の例において、電池及びそれに続く装置が可撓性である場合には、装置の使用に関連した利点が存在し得る。一例では、コンタクトレンズの形態の生物医学的装置は、媒体インサートベースのコンタクトレンズの挿入／取り外しが、非充填型の標準的なヒドロゲルコンタクトレンズの挿入／取り外しに近い場合があるという利点を有し得る。
【００８３】
曲げ回数は、電池のエンジニアリングにとって重要であり得る。例えば、平面形態からコンタクトレンズにとって好適な形状へと１回だけ曲がることができる電池は、複数回曲がることができる電池と有意に異なる設計を有し得る。電池の曲げが、曲げ事象を機械的に乗り越える能力を超える場合もある。例えば、電極は、破損せずに物理的に曲げ可能であり得るが、電極の機械的及び電気化学的特性は、曲げにより変化する場合がある。曲げによって誘発される変化は、例えば、インピーダンスへの変化としてすぐに現れる場合もあり、又は、曲げは、長期に及ぶ有効寿命試験においてのみ明らかとなる変化を誘発する場合もある。
【００８４】
電池形状の態様
電池の形状要件は、少なくとも一部には、電池を使用する用途によって決定されてもよい。従来の電池形状因子は、金属で製造された円筒形又は四角柱であり得、長期間にわたり大量の電力を必要とする製品を対象にしている場合がある。こうした用途は、形状因子の大きい電池を含むことができる程度に十分に大きくてもよい。別の実施例では、平型（２Ｄ）固体電池は薄い四角柱であり得、典型的には非可撓性のシリコン又はガラス上に形成される。こうした平型固体電池は、いくつかの例では、シリコンウェハ加工技術を用いて形成され得る。電池形状因子の別の種類では、低出力のフレキシブル電池は、薄箔又はプラスチックを使用して袋状構造物に形成されて、電池化学物質を封じ込めることができる。こうした電池は平型（２Ｄ）とすることができ、緩やかな面外（３Ｄ）湾曲状に曲げられたときに機能するように設計され得る。
【００８５】
電池が可変視覚レンズ内で使用され得る本発明の電池用途例のいくつかにおいて、形状因子は、電池構成要素の三次元的な湾曲を必要とする場合があり、この湾曲の曲率半径は約８．４ｍｍ程度であり得る。そのような湾曲特性は比較的急であると考えることができ、参考までに、ヒトの指先に見られるタイプの湾曲に近似し得る。比較的急な湾曲特性により、製造側面において課題が生じる。本発明のいくつかの実施例では、モジュール化された電池構成要素は、平坦で二次元的に製造された後、比較的曲率の高い三次元形態に形成されるように設計され得る。
【００８６】
電池素子のセパレータ
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成分に対して透過性である膜であってよいが、典型的には非導電性であってよい。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、及び取り扱いに固有の制約を提示し得る。
【００８７】
本発明の設計は超薄型の輪郭を有し得るので、選択肢は、一般に入手可能な最も薄いセパレータ材料に限定され得る。例えば、厚さ約２５μｍのセパレータが望ましい場合がある。有利であり得るいくつかの実施例は、厚さ約１２μｍであり得る。条件を満たす多くの市販のセパレータが存在し得、例えば、Ｃｅｌｇａｒｄ（Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ，ＮＣ）製のセパレータのような、ミクロフィブリル化された微多孔性のポリエチレン単層及び／又はポリプロピレン−ポリエチレン−ポリプロピレン（ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ）３層セパレータ膜が挙げられる。セパレータ材料の望ましい実施例は、厚さ１２μｍのＣｅｌｇａｒｄ  Ｍ８２４  ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ３層膜であり得る。本発明の実施例に有用なセパレータ材料の代替実施例としては、再生セルロース（例えばセロファン）を含むセパレータ膜を挙げることができる。
【００８８】
ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ３層セパレータ膜は、そのポリオレフィンの特性により、有利な厚さ及び機械的特性を有し得るが、本発明の実施例において有用とするためには克服する必要があり得るいくつかの不利な点も有し得る。ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ３層セパレータ材料のロール又はシートは、本明細書に記載される電池に適用可能なマイクロメートルレベルの公差に悪影響を与える可能性のある、多数の皺又は他の形態のエラーを有する場合がある。更に、ポリオレフィンセパレータは、本発明の設計に含ませるためには超精密な公差で切断される必要があり得るので、個々の集電体を厳しい公差で望ましい形状に形成するための例示的な方法としてレーザー切断を行う必要があり得る。こうしたセパレータのポリオレフィンの特性により、マイクロ素子の製造に有用なある種の切断用レーザーはレーザー波長（例えば３５５ｎｍ）を使用する場合があるが、この波長ではポリオレフィンは切断されない。ポリオレフィンは、レーザーエネルギーを認め得るほどに吸収しないので、切断不可能である。最後に、ポリオレフィンセパレータは、本明細書に記載される電池で使用される水性電解質に対して本質的に湿潤性でない場合がある。
【００８９】
しかし、ポリオレフィン系の膜に固有のこうした制限を克服するための方法が存在し得る。微多孔性セパレータ膜に高精度の切断用レーザー処理を施して、膜片をアークセグメント又は他の有利なセパレータ設計に切断するために、膜は平坦で皺のない状態である必要があり得る。こうした２つの条件を満たさない場合、入射レーザーエネルギーの焦点を合わせることができないか、あるいは別様に入射レーザーエネルギーが散乱してしまうため、切断ビームが妨げられ、それによりセパレータ膜を完全に切断することはできない。加えて、膜が平坦で皺のない状態でない場合、セパレータ膜の形状精度及び幾何公差を十分に得ることができない。現在の実施例のセパレータの許容公差は、例えば、特性長さ及び／又は半径に対して＋０マイクロメートル及び−２０マイクロメートルであってよい。＋０マイクロメートル及び−１０マイクロメートルといったより厳しい公差、更には＋０マイクロメートル及び−５マイクロメートルの公差に関する利点が存在し得る。セパレータストック材料は、適切な低揮発性液体を有するフロートガラス製のキャリアにこの材料を一時的に積層することにより、平坦で皺のない状態にすることができる。セパレータ膜の脆弱性、及びセパレータ膜を接着剤層から剥離することが要求される場合がある加工時間に起因して、低揮発性液体は仮接着剤より有利であり得る。更に、いくつかの実施例では、液体を使用してフロートガラス上に平坦で皺のないセパレータ膜を得ることは、接着剤を使用するよりもはるかに容易であることが認められている。セパレータ膜は、積層する前に、粒子を含まないものとしてもよい。これは、表面に接着したあらゆる粒子を除去するために、セパレータ膜を超音波洗浄することにより達成することができる。いくつかの実施例では、セパレータ膜の取り扱いは、ラミナーフローフード又は少なくともクラス１０，０００のクリーンルームのような好適な低粒子環境内で行われてもよい。更に、フロートガラス基板は、適切な溶媒、超音波洗浄、及び／又はきれいなルームワイプで拭き取ることによって、粒子を含まないものとしてもよい。
【００９０】
微多孔性ポリオレフィンセパレータ膜をフロートガラスキャリアに積層する機械的な目的で、多種多様な低揮発性液体を使用することができるが、別個のセパレータ形状の後続レーザー切断を容易にするために、該液体には具体的な要件が課せられる場合がある。要件のうちの１つは、液体が、セパレータ材料の孔に染み込むほど十分に低い表面張力を有し、それを目視検査で確認することができることであり得る。いくつかの実施例では、セパレータ材料は、液体が材料のミクロ細孔を充填すると、白色から半透明の外観に変化する。セパレータの調製及び切断作業にさらされることになる作業者にとって無害で「安全」であり得る液体を選択することが望ましくあり得る。加工の時間スケール（１日程度）の間に相当量の蒸発が生じないように、蒸気圧が十分に低くあり得る液体を選択することが望ましくあり得る。最後に、いくつかの実施例では、液体は、レーザー切断作業を促進することができる好都合な紫外線吸収剤を溶解するだけの十分な溶媒和力を有していてもよい。一実施例では、アボベンゾン紫外線吸収剤の１２％（ｗ／ｗ）ベンジルベンゾエート溶液は上記要件を満たすことができ、かつ、高精度及び高い耐性で迅速に、切断用レーザービームの通過回数が過剰になることなく、ポリオレフィンセパレータのレーザー切断を促進するのに役立ち得る。いくつかの実施例では、セパレータは、８Ｗ  ３５５ｎｍ  ナノ秒ダイオード励起固体レーザーで、このアプローチを用いて切断されてもよく、その場合レーザーの設定は、低電力損失（例えば３パーセント電力）、１〜１０ｍｍ／秒の適度な速度、及びレーザービームの通過は１〜３回だけとすることができる。この紫外線吸収性油状組成物は、効果的な積層及び切断加工助剤であることが証明されているが、当業者であれば他の油性製剤を想定することができ、これを制限なく使用することができる。
【００９１】
いくつかの実施例では、セパレータは、フロートガラスに固定された状態で切断されてもよい。フロートガラスに固定した状態でセパレータをレーザー切断することの利点の１つは、半導体ダイがシリコンウェハ上に密に配列され得るのと同様に、非常に高い数密度のセパレータを１枚のセパレータストックシートから切断することができることである。かかるアプローチは、半導体プロセスに固有の大量生産による生産コストの削減及び並列処理の利点をもたらすことができる。更に、セパレータ膜のスクラップが生じる可能性が最小となる。セパレータが切断されたら、混和性溶媒を用いる一連の抽出工程により、油性液体である加工助剤を除去してよく、最後の抽出は、いくつかの実施例では、イソプロピルアルコールなどの高揮発性溶媒を用いて行われてもよい。個々のセパレータは、抽出が終わると、任意の好適な低粒子環境内で無期限に保管されてもよい。
【００９２】
前述したように、ポリオレフィンセパレータ膜は、本質的に疎水性であり得、本発明の電池内で使用する水溶性界面活性剤に対して湿潤性を有する状態にする必要があり得る。セパレータ膜を湿潤性にするアプローチの１つは、酸素プラズマ処理であり得る。例えば、セパレータを、酸素１００％のプラズマ中で、様々な電力設定及び酸素流量にて、１〜５分間処理してもよい。このアプローチは、湿潤性を一時的に改善することができるが、プラズマ表面改質は一過性の効果をもたらすことが既知であり得、この効果は、電解質溶液で確実に湿潤するのに十分なだけ長く続かない場合がある。セパレータ膜の湿潤性を改善するための別のアプローチは、膜に好適な界面活性剤を組み込むことによって表面を処理することであってよい。場合によっては、界面活性剤は親水性ポリマーコーティングと共に使用してもよく、該コーティングはセパレータ膜の孔内部に留まる。
【００９３】
酸化プラズマ処理によって付与された親水性をより永続的にするための別のアプローチは、好適な親水性オルガノシランで引き続き処理することであってよい。このように、酸素プラズマを用いて、微多孔性セパレータの全表面面積全体に官能基を付与しかつ活性化することができる。次に、プラズマ処理された表面にオルガノシランを共有結合させてもよい及び／又は非共有的に付着させてもよい。オルガノシランを用いる例では、微多孔性セパレータの固有多孔性を認め得るほどに変化させることはできず、単層で表面を被覆することも可能であり、かつ望ましくあり得る。ポリマーコーティングと共に界面活性剤を組み込む従来技術の方法は、膜に塗布されるコーティングの実際の量を厳密に制御する必要があり得、したがってプロセス変動を受ける可能性がある。極端な実施例では、セパレータの孔がブロックされ、それにより電気化学セルの動作中にセパレータの有用性に悪影響が及ぶ可能性がある。本開示で有用な例示的なオルガノシランは、（３−アミノプロピル）トリエトキシシランであり得る。親水性オルガノシランは当業者に既知であり、制限なく使用することができる。
【００９４】
セパレータ膜を水性電解質にして湿潤性にするための更に別の方法は、好適な界面活性剤を電解質製剤に組み込むことであり得る。セパレータ膜を湿潤性にするための界面活性剤を選択する際の考慮事項の１つは、界面活性剤が、例えば、セルの電気インピーダンスを上昇させることにより、電気化学セル内の１つ又は複数の電極の活性に与える可能性がある影響であり得る。場合によっては、界面活性剤は、特に水性電解質中のアノードが亜鉛の場合に、有利な防食性を有し得る。亜鉛は、水とゆっくり反応して水素ガスを放散させることで知られる材料の例であり得、これは望ましくない場合がある。該反応の速度を有利なレベルまで制限する多くの界面活性剤が、当業者には既知であり得る。他の事例では、界面活性剤は亜鉛電極表面と強く相互作用するので、電池性能を阻害する場合がある。したがって、セルの電気化学的性能に悪影響を及ぼすことなくセパレータの湿潤性を確実に得ることができるように、界面活性剤の適切な種類及び充填レベルを選択する際には、多くの注意を払う必要があり得る。場合によっては、セパレータ膜に湿潤性を付与するために存在するものもあれば、亜鉛アノードに対する防食性を促進するために存在するものもるといったように、複数の界面活性剤を使用してもよい。一実施例として、セパレータ膜に親水化処理が施され、セパレータ膜を湿潤性にするのに十分な量の界面活性剤又は複数の界面活性剤が電解質配合物に添加される。
【００９５】
個々のセパレータは、クラムシェルアセンブリの片側又は両側（one or sides）の一部に直接配置することによって、超小型クラムシェル電池に組み込むことができる。
【００９６】
重合した電池素子の架橋セパレータ
一部の電池設計では、（前項で説明した）個々のセパレータの使用は、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。
【００９７】
均一で機械的に頑丈な現場成形セパレータを得る方法は、ＵＶ硬化性ヒドロゲル配合物を使用することであり得る。多くの水透過性ヒドロゲル配合物が、種々の業界（例えば、コンタクトレンズ業界）において既知であり得る。コンタクトレンズ業界において一般的なヒドロゲルの例は、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）架橋ゲル、又は単にｐＨＥＭＡであり得る。本発明の多くの用途に関し、ｐＨＥＭＡは、ルクランシェ及び亜鉛炭素電池で使用するのに多くの魅力的な特性を有する場合がある。ｐＨＥＭＡは、典型的には、約０．７ＭＰａ（約１００ｐｓｉ）以上の弾性率を維持しながら、水和状態において約３０〜４０パーセントの含水量を維持することができる。更に、当業者は、追加の親水性モノマー（例えばメタクリル酸）又はポリマー（例えばポリビニルピロリドン）成分を組み込むことによって、架橋ヒドロゲルの弾性率及び含水量特性を調整することができる。このようにして、ヒドロゲルの含水量、又は、より詳細には、イオン透過性を、配合によって調整することができる。
【００９８】
特に有利な点として、いくつかの実施例では、注型可能及び重合可能なドロゲル配合物は、加工を容易にするために、１つ又は複数の希釈剤を含有していてよい。希釈剤は、注型可能な混合物をキャビティ内にスキージした後、揮発性溶媒成分を除去するのに十分な乾燥時間が可能となり得るように、揮発性であるように選択することができる。乾燥後、選択した光開始剤（ＣＧＩ  ８１９など）に適した波長（４２０ｎｍの青色／ＵＶ光など）の化学線に暴露することによって、バルク光重合を開始してもよい。揮発性希釈剤は、重合性材料の均一層をキャビティ内に注型成形するのを容易にするように、望ましい塗布時の粘度をもたらすのに役立ち得る。揮発性希釈剤はまた、特に強い極性のモノマーを配合物に組み込む場合に、有益な表面張力低減効果をもたらすことができる。キャビティ内への重合性材料の均一層の注型成形を達成するために重要であり得る別の態様は、塗布時の粘度であり得る。一般的な低モル質量の反応性モノマーは典型的に、粘度があまり高くなく、典型的にはわずか数センチポアズであり得る。注型可能かつ重合可能なセパレータ材料の粘度を有利に制御する目的で、重合性材料と適合性があることで知られている高モル質量のポリマー成分を選択して、配合物に組み込んでもよい。例示の配合物に組み込むのに適し得る高モル質量のポリマーの例としては、ポリビニルピロリドン及びポリエチレンオキシドを挙げることができる。
【００９９】
いくつかの実施例では、注型可能かつ重合可能なセパレータは、前述したように、設計されたキャビティに好都合に塗布することができる。代替実施例では、重合時にキャビティが存在しなくてもよい。代わりに、注型可能かつ重合可能なセパレータ配合物を電極含有基板（例えば、パターニングして亜鉛めっきを施した黄銅）にコーティングした後、続いてフォトマスクを使用して化学線に暴露して、標的領域内のセパレータ材料を選択的に重合させてもよい。次に、適切なリンス溶媒に暴露することにより、未反応のセパレータ材料を除去することができる。こうした実施例では、セパレータ材料は、フォトパターニング可能なセパレータとして設計され得る。
【０１００】
多成分セパレータ配合物
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、多くの特性を有し得る。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、物理的な障壁を生成するような様式で形成され得る。したがって層は、様々な理由により薄層が望ましい一方で、空隙又はギャップのない層が必要であるため、均一な厚さという重要な特性を有し得る。これに加えて、薄層は、イオンが自由に流れることができるように高い透過性を有するのが望ましくあり得る。更に、セパレータは、セパレータの機械的特性を最適化するのに最適な水のとりこみを必要とする。したがって、配合物は、架橋成分、親水性ポリマー成分、及び溶媒成分を含有し得る。
【０１０１】
架橋剤は、２つ以上の重合可能二重結合を有するモノマーであり得る。好適な架橋剤は、２つ以上の重合可能官能基を化合物であり得る。好適な親水性架橋剤の例としては、２つ以上の重合可能官能基、並びに親水性官能基（例えば、ポリエーテル、アミド、又はヒドロキシル基）を有する化合物を含み得る。具体的な実施例としては、ＴＥＧＤＭＡ（テトラエチレングリコールジメタクリレート）、ＴｒＥＧＤＭＡ（トリエチレングリコールジメタクリレート）、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）、エチレンジアミンジメタクリルアミド、グリセロール、ジメタクリレート、及びこれらの組み合わせが挙げられ得る。
【０１０２】
いくつかの実施例において使用され得る架橋剤の量は、例えば、反応混合物内の反応性構成成分１００グラム当たり、約０．０００４１５〜約０．０１５６モルの範囲であり得る。使用される親水性架橋剤の量は一般的に、約０〜約２重量％、及び例えば、約０．５〜約２重量％であり得る。反応性混合物の粘度を増加させることができ、及び／又は遅反応性親水性モノマーとの水素結合の度合いを増加させることができる、親水性ポリマー成分（例えば、高分子量親水性ポリマー）が望ましい場合がある。
【０１０３】
高分子量親水性ポリマーは、改善された湿潤性をもたらし、いくつかの例では、本発明のセパレータに対する湿潤性を改善することができる。非限定的な実施例において、高分子量親水性ポリマーは、水素結合受容体であると考えられ、これは水生環境において水と水素結合し、よって効果的により親水性となる。水の非存在下では、反応混合物中への親水性ポリマーの取り込みが促進され得る。具体的に挙げられた高分子量親水性ポリマー以外にも、あらゆる高分子量ポリマーが本発明において有用であるものと考えられるが、ただし、上記ポリマーが例示的なシリコーンヒドロゲル配合物に添加されるとき、親水性ポリマーは（ａ）反応性混合物から実質的に相分離されず、かつ（ｂ）結果として生じる硬化したポリマーに湿潤性を付与する。
【０１０４】
いくつかの実施例において、高分子量親水性ポリマーが、処理温度において、希釈剤中に溶解可能であり得る。水、又はイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などの水溶性希釈剤を使用する製造プロセスは、プロセスが単純で低コストであることから、望ましい実施例であり得る。これらの実施例において、処理温度において水溶性である、高分子量親水性ポリマーもまた、望ましい実施例であり得る。
【０１０５】
高分子量親水性ポリマーの例としては、ポリアミド、ポリラクトン、ポリイミド、ポリラクタム、並びに、例えばＰＶＰ及びそのコポリマー、あるいは、比較的に少ないモル量のＨＥＭＡのようなヒドロキシル官能性のモノマーと共にＤＭＡを共重合してからその得られたコポリマーのヒドロキシル基をラジカルな重合性の基を含む材料と共に反応させることにより官能性化されているＤＭＡのような、官能性化したポリアミド、ポリラクトン、ポリイミド、ポリラクタムを挙げることができるが、これらに限定されない。高分子量親水性ポリマーとしては、ポリ−Ｎ−ビニルピロリドン、ポリ−Ｎ−ビニル−２−ピペリドン、ポリ−Ｎ−ビニル−２−カプロラクタム、ポリ−Ｎ−ビニル−３−メチル−２−カプロラクタム、ポリ−Ｎ−ビニル−３−メチル−２−ピペリドン、ポリ−Ｎ−ビニル−４−メチル−２−ピペリドン、ポリ−Ｎ−ビニル−４−メチル−２−カプロラクタム、ポリ−Ｎ−ビニル−３−エチル−２−ピロリドン、及びポリ−Ｎ−ビニル−４，５−ジメチル−２−ピロリドン、ポリビニルイミダゾール、ポリ−Ｎ−−Ｎ−ジメチルアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリエチレンオキシド、ポリ−２−エチルオキサゾリン、ヘパリンポリサッカリド、ポリサッカリド、これらの混合物及びコポリマー（ブロック又はランダム状、分枝状、多数鎖状、くし形状、又は星形状を含む）を挙げることができるがこれらに限定されない。ポリ−Ｎ−ビニルピロリドン（ＰＶＰ）が特に望ましい例であり得、その場合、ＰＶＰは、内部浸透性の網状構造を形成するためにヒドロゲル組成物に添加されており、この網状構造は低い表面摩擦性及び低い脱水速度を示す。
【０１０６】
当該技術分野において一般的に既知であり得る追加の成分及び添加剤を含むこともできる。添加剤としては、紫外線吸収性化合物、ＣＧＩ  ８１９などの光開始剤、反応性着色剤、抗菌性化合物、顔料、光発色剤、剥離剤、及びこれらの組み合わせ等を挙げることができるが、これらに限定されない。
【０１０７】
こうした種類のセパレータに関連する方法はまた、ＣＧＩ  ８１９を受容することと、次にＰＶＰ、ＨＥＭＡ、ＥＧＤＭＡ、及びＩＰＡと混合することと、次に熱源又は光子への暴露によって、得られた混合物を硬化することと、を含み得る。いくつかの実施例では、光子への暴露は、光子のエネルギーが、電磁スペクトルの紫外部において生じる波長と一致する場合に実施してもよい。重合反応において一般的に実施される他の重合開始方法は、本発明の範囲内である。
【０１０８】
相互接続
相互接続により、外部回路と接続された電池との間を電流が流れることができてもよい。そのような相互接続は、電池の内部環境及び外部環境と接続することができ、これら環境の間の境界又は封止部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、電池封止部を通過した後、電池内の集電体と接続するトレースと見なすことができる。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はんだ付けされるか、ないしは別の方法で接続されてよい。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、電池相互接続により外部回路との接続が可能となってもよい。この接続は、はんだ付け、導電性テープ、導電性インク若しくは導電性エポキシ、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）必要があり得る。
【０１０９】
相互接続部は電池封止部を貫通するので、相互接続が封止部と共存し、かつ封止を可能にすることが非常に重要であり得る。封止部と電池パッケージとの間で必要となり得る接着に加えて、封止部と相互接続部との間の接着が必要となり得る。電池内部の電解質及び他の材料の存在下では、封止完全性が維持される必要があり得る。相互接続部は、典型的には金属性であり、電池パッケージングの破損点として知られている場合がある。電位及び／又は電流の流れにより、電解質が相互接続部に沿って「クリープ」する傾向が増大する場合がある。したがって、相互接続は、封止完全性を維持するように設計する必要があり得る。
【０１１０】
電池内部において、相互接続は、集電体と相互作用してもよく、又は集電体を実際に形成してもよい。この点で、相互接続は、本明細書に記載する集電体の要件を満たす必要があり得、又は、かかる集電体と電気的接続を形成する必要があり得る。
【０１１１】
相互接続部及び集電体の候補となる１つの分類は、金属箔である。そのような金属箔は、２５マイクロメートル以下の厚さで利用可能であり、この厚さにより金属箔は、非常に薄型の電池に適したものとなる。そのような箔はまた、低表面粗さ及び低汚染の状態で得ることができ、これら２つの要素は電池性能にとって重要であり得る。箔としては、亜鉛、ニッケル、黄銅、銅、チタン、他の金属、及び種々の合金を挙げることができる。
【０１１２】
集電体及び電極
集電体及び電極設計の多くは、側壁への金属膜の堆積によって、又は集電体及び電極を形成するための基材として金属線を使用することによって形成されると想定される。これらの例は、例示された。それにもかかわらず、クラムシェル電池形式において、その他の集電体又は電極設計を利用するいくつかの設計が、存在し得る。
【０１１３】
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、得られる電気化学セルに有意な損害を与えることなく、得られる装置を形成することができる。典型的には、上記カーボンインクは、ポリマー膜、又は場合によっては金属箔を含む場合があるパッケージング材に、直接適用することができる。パッケージング膜が金属箔であり得る実施例では、カーボンインクは、下にある金属箔を、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を伝導する必要があり得るので、カーボンインクの周り又は全体の封止を必要とする。
【０１１４】
カーボンインクはまた、厚さが有限の比較的薄い（例えば、１０〜２０μｍ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１００〜１５０μｍ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トレードオフであってもよい。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、薄い金属箔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適用して集電体として機能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くあり得る。そのような金属箔の固有抵抗は有意に低くあり得るので、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。
【０１１５】
いくつかの例では、クラムシェル型の１つ又は２つ以上は、電極及び集電体のための基材として、又は集電体自体として使用されてもよい。いくつかの例では、クラムシェル型の金属は、それらの表面に作られた堆積物を有し得る。例えば、金属クラムシェルピースは、スパッタリングした集電体金属又は金属積層体のための基材としての役割を果たし得る。カソード集電体として有用な金属積層体の実施例は、Ｔｉ−Ｗ（チタン−タングステン）接着層及びＴｉ（チタン）導体層であり得る。アノード集電体として有用な例示的な金属積層体は、Ｔｉ−Ｗ接着層、Ａｕ（金）導体層、及びＩｎ（インジウム）蒸着層であり得る。アノード及びカソード集電体（current collects）の他の例として、ニッケル、黄銅、アルミニウム、及び銅が挙げられ得る。特殊な材料として、グラフェン及びカーボンナノチューブが挙げられ得る。
【０１１６】
ＰＶＤ層の厚さは、合計で５００ｎｍ未満であってよい。金属の多層を用いる場合、電気化学的特性及びバリア特性は電池と適合している必要があり得る。例えば、導電体の厚い層を成長させるために、シード層の上に銅を電気めっきしてもよい。銅の上に追加の層をめっきしてもよい。しかしながら、銅は、特に亜鉛の存在下において、特定の電解質と電気化学的に不適合であり得る。したがって、電池内の層として銅を使用する場合、電池電解質から銅を十分に隔離する必要があり得る。あるいは、銅を除外してもよく、又は他の金属で置き換えてもよい。
【０１１７】
多くの材料から作られた導線はまた、集電体及び／又は電極のための基材を形成するために使用されてもよい。いくつかの例では、金属導体は、ガラス又はセラミックなどの絶縁材を貫通して絶縁された電気的な集電体接触を提供してもよい。いくつかの例では、導線は、チタンで作製されてもよい。他の例では、アルミニウム、タングステン、銅、金、銀、プラチナが挙げられるがこれらに限定されない他のベース金属は、使用されてもよく、また適用された表面膜を有してもよい。
【０１１８】
カソード混合物及び堆積物
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が存在し得る。いくつかの実施例では、電池のカソードを形成するために用いられる化学配合物を表す用語であり得るカソード混合物は、ペースト、ゲル、懸濁液、又はスラリーとして適用されてもよく、かつ、二酸化マンガンなどの遷移金属酸化物、例えば、カーボンブラック又は黒鉛のような導電性粉末の形態であり得るある種の形態の導電性添加剤、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つ又は２つ以上の他の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配することができるか、あるいは同様のやり方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。
【０１１９】
遷移金属酸化物は、例えば、二酸化マンガンであってよい。カソード混合物で用いることができる二酸化マンガンは、例えば、電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）であり得、その理由は、この種の二酸化マンガンから得られる比エネルギーが、天然二酸化マンガン（ＮＭＤ）又は化学二酸化マンガン（ＣＭＤ）などの他の形態と比べて有利に付加的であることによる。更に、本発明の電池で有用なＥＭＤは、堆積可能又は印刷可能なカソード混合物ペースト／スラリーをもたらすことができる粒径及び粒径分布を有する必要があり得る。具体的には、ＥＭＤを処理して、電池の内寸、セパレータ厚さ、分注チップの直径、ステンシル開口部寸法、又はスクリーンメッシュ寸法などの他の特徴に対して大きいと考えられ得る、著しく大きな粒子成分を除去してもよい。また、粒径の最適化を用いて、電池性能（例えば、内部インピーダンス及び放電能）を改善してもよい。
【０１２０】
ミル粉砕は、粉砕、研削、切断、振動、又は他のプロセスによる、ある平均粒径からより小さい平均粒径への固体材料の縮小である。ミル粉砕はまた、有用な材料が埋め込まれていてよいマトリックス材料から有用な材料を取り除くため、及び鉱物を濃縮するために使用され得る。ミル粉砕機は、研削、粉砕、又は切断により、固体材料をより小さな片に破砕する装置である。ミル粉砕のための手段は複数存在し、該手段で処理される多様な材料が存在し得る。そのようなミル粉砕手段としては、他のミル粉砕の代替手段の中でも、ボールミル、ビーズミル、乳鉢と乳棒、ローラプレス、及びジェットミルを挙げることができる。ミル粉砕の一例は、ジェットミル粉砕であり得る。ミル粉砕の後、固体の状態（例えば、粒径、粒径配列、及び粒子形状）が変化する。凝集体をミル粉砕する工程はまた、凝集体から混入物又は水分を除去又は分離して、移送又は構造物充填に先立って「乾燥充填物」を作製するために用いられてもよい。一部の機器は、粒径が最小粒径及び最大粒径の両方によって限定された粒子の混合物に固体材料を分類するために、種々の技術を組み合わせることができる。かかる加工は、「分級」又は「分類」と呼ばれる場合がある。
【０１２１】
ミル粉砕は、カソード混合物成分の粒径分布を均一にするための、カソード混合物の製造の一態様であり得る。カソード混合物中の均一な粒径は、カソードの粘度、レオロジー、電気伝導性、及び他の特性を補助することができる。ミル粉砕は、カソード混合物成分の凝集、つまり塊集を制御することによって、こうした特性を補助することができる。凝集（カソード混合物の場合には炭素同素体及び遷移金属酸化物であり得る、異種の要素のクラスタリング）は、詳細に後述される図１１Ａ〜１１Ｊに示すように所望のカソードキャビティ内にボイドが残ることにより、充填プロセスにマイナスの影響を与える場合がある。
【０１２２】
また、濾過は、凝集した又は望ましくない粒子を除去するための、別の重要な工程であり得る。望ましくない粒子としては、大き過ぎる粒子、混入物、又は調製プロセスにおいて明示的に理由が与えられない他の粒子を挙げることができる。濾過は、濾紙濾過、真空濾過、クロマトグラフィー、精密濾過、及び他の濾過手段といった手段によって達成され得る。
【０１２３】
いくつかの実施例では、ＥＭＤは、７マイクロメートルの平均粒径を有していてよく、大径粒子の含有量は、最大約７０マイクロメートルまでの粒子を含み得る。代替実施例では、大径粒子の含有量を一定の閾値未満（例えば、２５マイクロメートル以下）に限定するために、ＥＭＤをふるいにかけ、更に粉砕し、ないしは別の方法で分離又は処理してもよい。
【０１２４】
カソードはまた、酸化銀、塩化銀、又はオキシ水酸化ニッケルを含んでもよい。かかる材料は、二酸化マンガンと比べて、容量を増大させ、かつ放電時の負荷時電圧の低下を少なくすることができ、これらは共に電池において望ましい特性である。こうしたカソードベースの電池は、業界及び文献に見られる現行例を有し得る。二酸化銀カソードを用いる新規な超小型電池は、生体適合性電解質（例えば、水酸化カリウムの代わりに塩化亜鉛及び／又は塩化アンモニウムを含むもの）を含んでいてよい。
【０１２５】
カソード混合物のいくつかの例は、ポリマー結合剤を含んでいてもよい。結合剤は、カソード混合物においていくつかの機能を果たすことができる。結合剤の主要機能は、ＥＭＤ粒子と炭素粒子との間に、粒子間の十分な電気的ネットワークを作り出すことであり得る。結合剤の２つ目の機能は、カソード集電体に対する機械的接着及び電気的接触を促進することであり得る。結合剤の３つ目の機能は、好都合に分配及び／又はステンシリング／スクリーニングするために、カソード混合物のレオロジー特性に影響を与えることであり得る。更に、結合剤の４つ目の機能は、カソード内への電解質の吸い上げ及び分布を向上させることであり得る。
【０１２６】
結合剤ポリマーの選択並びに使用する量は、本発明の電気化学セルにおけるカソードの機能にとって有益であってよい。使用する電解質に結合剤ポリマーが可溶性であり過ぎる場合には、結合剤の主要機能（即ち、電気的導通）は、セルが機能しなくなる程度まで大幅な影響を受け得る。これに対して、使用する電解質に結合剤ポリマーが不溶性であり過ぎる場合には、ＥＭＤの一部は電解質からイオン的に絶縁され、その結果、容量低下、開回路電圧の低下、及び／又は内部抵抗の上昇など、セル性能が衰える。
【０１２７】
結合剤は、疎水性であってよく、また親水性であってもよい。本発明にとって有用な結合剤ポリマーの例は、中でも、ＰＶＰ、ポリイソブチレン（ＰＩＢ）、Ｋｒａｔｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ製のもののようなスチレン末端ブロックを含むゴムトリブロックコポリマー、スチレン−ブタジエンラテックスブロックコポリマー、ポリアクリル酸、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ化炭素固形物、ポルトランドセメントを含むセメントを含む。
【０１２８】
溶媒は、カソード混合物の１つの構成要素であり得る。溶媒は、カソード混合物を湿潤させるのに有用であり得、それにより混合物の粒子分布を助けることができる。溶媒の一例はトルエンであり得る。界面活性剤もまた、カソード混合物の湿潤（したがって分布）に有用であり得る。界面活性剤の一例は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＴｒｉｔｏｎ（商標）ＱＳ−４４などの洗剤であり得る。Ｔｒｉｔｏｎ（商標）ＱＳ−４４は、カソード混合物中の凝集成分の分離を助けて、カソード混合物成分のより均一な分布を可能にすることができる。
【０１２９】
導電性炭素は、典型的には、カソードの作製に使用され得る。炭素は、多くの同素体、又は異なる構造修飾を形成することができる。異なる炭素同素体は、電気伝導率の変動を可能にする異なる物理特性を有する。例えば、カーボンブラックの「弾力性」は、集電体へのカソード混合物の貼着を助けることができる。しかしながら、必要となるエネルギー量が比較的小さい通電素子では、こうした電気伝導率の変動は、他の特性の中でも特に、密度、粒径、熱伝導率、及び相対的統一性などの他の有利な特性と比べて、あまり重要ではない場合がある。炭素同素体の例としては、ダイヤモンド、黒鉛、グラフェン、比結晶質炭素（非公式にはカーボンブラックと呼ばれる）、バックミンスターフラーレン、ガラス状炭素（ガラス質炭素とも呼ばれる）、カーボンエアロゲル、及び電気を通すことができる他の可能な形態の炭素が挙げられる。炭素同素体の一例は黒鉛であり得る。
【０１３０】
いくつかの例では、カソードは、クラムシェル壁部上に堆積され得る。クラムシェル壁部は、いくつかの例で金属であってよく、その上に電着された二酸化マンガンなどのカソード化学物質を有してもよい。他の例では、電解二酸化マンガンのコーティングは、カソード集電体上に形成され得る。
【０１３１】
アノード及びアノード腐食防止剤
本発明のクラムシェル電池のアノードは、例えば、亜鉛を含んでもよい。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。
【０１３２】
亜鉛の電気めっきは、例えば、金属部品の保護コーティング又は美観用コーティングなどの多くの産業における用途におけるプロセスタイプである。いくつかの実施例では、電気めっき亜鉛は、本発明の電池に有用な薄型の共形アノードを形成するために使用することができる。更に、電気めっき亜鉛は、設計意図に応じて多くの異なる構成でパターン化される場合がある。電気めっき亜鉛をパターニングするための容易な手段は、フォトマスク又は物理的なマスクを用いた加工であり得る。フォトマスクにおける場合では、フォトレジストが導電性基板に塗布されてもよく、引き続いてこの基板上に亜鉛をめっきすることができる。次に、フォトマスクを用いてフォトレジストに所望のめっきパターンを投影し、それによってフォトレジストの選択領域を硬化させることができる。次に、適切な溶媒及び清掃技術を用いて、未硬化のフォトレジストを除去することができる。こうして、導電材料のパターン領域を得、このパターン領域上に亜鉛電気めっき処理を施すことができる。この方法は、めっきされる亜鉛の形状又は設計に利益をもたらすことができるが、この技法は、セルパッケージ構造体全体に対して拘束性を有し得る、入手可能なフォトパターニング可能な材料を使用することを必要とし得る。したがって、本開示の超小型薄型電池のいくつかの設計を実現するために、亜鉛をパターニングするための新しい新規な方法が必要とされ得る。
【０１３３】
亜鉛用マスクを配置した後に、１つ又は２つ以上の金属材料の電気めっきを行ってもよい。いくつかの実施例では、亜鉛を、黄銅などの電気化学的に適合性のあるアノード集電体箔上に直接電気めっきしてもよい。アノード側のパッケージングがポリマー膜又は多層ポリマー膜を含み、該膜の上にシードメタライゼーション（seed metallization）が適用されている代替設計例では、亜鉛、及び／又は亜鉛を堆積させるために使用するめっき溶液が、下にあるシードメタライゼーションと化学的に適合性がない場合がある。適合性の欠落は、膜の亀裂、腐食、及び／又はセル電解質と接触した際のＨ２発生の悪化として顕在化し得る。そのような場合、シード金属に追加の金属を塗布して、システムの全体的な化学的適合性の改善に影響を与えてもよい。電気化学セル構造体において特に有用性を見出すことができる金属の１種は、インジウムであり得る。インジウムは、電池グレードの亜鉛において合金化剤として広く使用することができ、その主な役割は、電解質の存在下で亜鉛に防食性をもたらすことである。いくつかの実施例では、インジウムは、Ｔｉ−Ｗ及びＡｕなどの様々なシードメタライゼーション上に首尾良く堆積させることができる。上記シードメタライゼーション層上に得られる１〜３μｍのインジウム膜は、低応力であり、接着性であり得る。このようにして、アノード側のパッケージング膜、及びインジウム最上層を有する取り付けられた集電体は、応従可能で耐久性があってもよい。いくつかの実施例では、インジウム処理の施された表面上に亜鉛を堆積させることが可能であり得るが、得られる堆積物は非常に不均一で小塊を有する場合がある。この影響は、低電流密度設定（例えば、２０アンペア毎平方フィート（ＡＳＦ））で起こり得る。顕微鏡で見ると、下にある滑らかなインジウム堆積物上に亜鉛の小塊が形成されているのを観察することができる。ある種の電気化学セル設計において、亜鉛アノード層のための垂直空間許容度は、最大で約５〜１０マイクロメートル厚さであり得るが、いくつかの実施例では、亜鉛めっきに低電流密度を用いる場合があり、その結果生じる小塊の成長は、アノードの最大垂直厚さよりも高くなる可能性がある。亜鉛小塊の成長は、インジウムの過電圧が高いことと、インジウムの酸化物層の存在が組み合わさることにより生じる可能性がある。
【０１３４】
いくつかの実施例では、より高い電流密度でのＤＣめっきにより、インジウム表面上の比較的大きな亜鉛小塊成長パターンを克服する場合がある。例えば、１００ＡＳＦめっき条件は小塊亜鉛を生じさせ得るが、亜鉛小塊の寸法は、２０ＡＳＦめっき条件と比べて著しく縮小され得る。更に、小塊の数は、１００ＡＳＦめっき条件下で非常に多くなり得る。得られる亜鉛膜は、最終的には、約５〜１０マイクロメートルの垂直空間許容度を満たしながらも、小塊成長の残存特徴を若干有する、ほぼ均一な層へと融合することができる。
【０１３５】
電気化学セルにおけるインジウムの追加利益は、亜鉛を含有する水性電気化学セルで起こるゆっくりとしたプロセスであり得る、Ｈ２の減少であり得る。インジウムは、アノード集電体のうちの１つ又は２つ以上に、共めっき合金化成分としてアノード自体に、又は電気めっき亜鉛上の表面コーティングとして、有利に塗布され得る。後者のケースでは、インジウム表面コーティングは、三塩化インジウム又は酢酸インジウムなどの電解質添加剤を通じてその場で塗布されるのが望ましくあり得る。そのような添加剤が低濃度で電解質に添加され得る場合、インジウムは、露出している亜鉛表面、並びに露出しているアノード集電体の一部に、自然発生的にめっきされ得る。
【０１３６】
市販の一次電池で一般に使用されている亜鉛及び類似のアノードは、典型的には、シート、ロッド、及びペーストの形態で入手できる。小形生体適合性電池のアノードは、同様な形態のもの（例えば薄箔）であってもよく、又は前述したようにめっきされてもよい。このアノードの特性は、例えば、加工及びめっきプロセスに起因する汚染物質又は表面仕上げが異なるため、既存の電池の特性と著しく異なり得る。したがって、電極及び電解質は、容量、インピーダンス、及び有効寿命要件を満たす特別な設計を必要とし得る。例えば、電極性能を最適化するために、特別なめっきプロセスパラメータ、めっき浴組成、表面処理、及び電解質組成が必要であり得る。
【０１３７】
電池アーキテクチャ及び製造
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、即ち、カソード、アノード、セパレータ、電解質、カソード集電体、アノード集電体、及びクラムシェル型収容部を有してもよい。いくつかの例では、設計は、例えば金属パッケージクラムシェルが集電体の役割も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、及び導電剤の有無が有意に異なることから、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。
【０１３８】
電池の生体適合性の側面
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、生物医学的装置は、典型的な使用例で求められるシナリオ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して考察され得る。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、設計的側面は、ユーザーの目に異物が当たる可能性を考慮してもよい。設計のパラメータ及び制約を生じさせ得ると考えられるストレスの多い状況の更なる例は、非限定的な例では、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。
【０１３９】
そのような装置の安全性は、装置をそれで又はそれから形成する材料、装置を製造する際に使用されるそれらの材料の量、及び周囲の体表面又は体内環境から装置を分離するために適用されるパッケージの影響を受け得る。一例において、ペースメーカーは、電池を含む場合があり、かつ長期間にわたってユーザーの体内に埋め込まれる可能性がある、典型的な種類の生物医学的装置であり得る。いくつかの例では、かかるペースメーカーは、典型的には、溶接されたチタン気密容器で、又は他の例では、複数の封入層でパッケージ化される場合がある。新たに出現した電動式生物医学的装置は、パッケージング（特に電池パッケージング）に関する新たな課題を提示し得る。こうした新たな装置は、既存の生物医学的装置よりもかなり小さい場合があり、例えば、電子コンタクトレンズ又はピルカメラは、ペースメーカーよりも大幅に小さい場合がある。そのような例では、パッケージングのために利用可能な体積及び面積は、大幅に減少する可能性がある。限定された容積の利点は、材料及び化学物質の量を、本質的にユーザーへの暴露の可能性を安全限界値よりも低く制限するほど、大変少なくすることができることである。
【０１４０】
クラムシェルに基づいたアプローチは、特にそれが密封封止部を含むとき、生体適合性を向上させる手段を提供し得る。クラムシェル構成要素のそれぞれは、材料の出入りに対する大きな障壁を提供し得る。更に、本明細書で述べてきたように密封封止プロセスの多くを用いて、優れた生体適合性を有する電池を形成することができる。
【０１４１】
コンタクトレンズスカート
いくつかの実施例では、生物医学的装置内に封入層を形成し得る、好ましい封入材料は、シリコーン含有成分を含み得る。一実施例では、この封入層は、コンタクトレンズのレンズスカートを形成し得る。「シリコーン含有成分」とは、モノマー、マクロマー又はプレポリマ中に少なくとも１つの［−Ｓｉ−Ｏ−］単位を含有するものである。好ましくは、総Ｓｉ及び結合Ｏは、シリコーン含有成分中に、そのシリコーン含有成分の総分子量の約２０重量％よりも多い、より好ましくは３０重量％よりも多い量で存在する。有用なシリコーン含有成分は、好ましくは、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、ビニル、Ｎ−ビニルラクタム、Ｎ−ビニルアミド、及びスチリル官能基等の重合性官能基が含まれる。
【０１４２】
いくつかの実施例では、インサート封入層とも呼ばれる、インサートを取り囲む眼用レンズスカートが、標準ヒドロゲル眼用レンズ配合物から構成され得る。数々のインサート材料に対して許容可能な適合を提供することができる特徴を有した例示的な材料としては、Ｎａｒａｆｉｌｃｏｎファミリー（Ｎａｒａｆｉｌｃｏｎ  Ａ及びＮａｒａｆｉｌｃｏｎ  Ｂを含む）、及びＥｔａｆｉｌｃｏｎファミリー（Ｅｔａｆｉｌｃｏｎ  Ａを含む）が挙げられ得る。本明細書の技術と一致する材料の性質に関して、より技術的に包括的な説明が以下に続く。当業者は、記述された材料以外の他の材料もまた、封止及び封入される挿入物の許容可能なエンクロージャ又は部分的なエンクロージャを形成することができ、本請求項の範囲と一致しかつ本請求項の範囲内に含まれると見なされるべきであることを認識する場合がある。
【０１４３】
好適なシリコーン含有成分は、式Ｉの化合物を含み、
【化１】
2018046015.tif 000003
（式中、
Ｒ１は、独立して、一価の反応基、一価のアルキル基、又は一価のアリール基、更に、ヒドロキシ、アミノ、オキサ、カルボキシ、アルキルカルボキシ、アルコキシ、アミド、カルバメート、カーボネート、ハロゲン、又はこれらの組み合わせから成る官能基を含み得る前述のもののいずれか；及び、更に、アルキル、ヒドロキシ、アミノ、オキサ、カルボキシ、アルキルカルボキシ、アルコキシ、アミド、カルバメート、ハロゲン又はそれらの組み合わせから選択される官能基を含み得る１〜１００個のＳｉ−Ｏ繰り返し単位を含む一価のシロキサン鎖、から選択され；
式中、ｂ＝０〜５００であり、ｂが０以外のとき、ｂは表示値と同等のモードを有する分布であると理解され、
少なくとも１つのＲ１は、一価の反応基を含み、いくつかの実施例では、１〜３個のＲ１が、一価の反応基を含む。
【０１４４】
本明細書で使用するとき、「一価の反応性基」は、フリーラジカル及び／又はカチオン重合を受ける場合がある基である。フリーラジカル反応性基の非限定的な例としては、（メタ）アクリレート、スチリル、ビニル、ビニルエーテル、Ｃ１〜６アルキル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリルアミド、Ｃ１〜６アルキル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ビニルラクタム、Ｎ−ビニルアミド、Ｃ２〜１２アルケニル、Ｃ２〜１２アルケニルフェニル、Ｃ２〜１２アルケニルナフチル、Ｃ２〜６アルケニルフェニル、Ｃ１〜６アルキル、Ｏ−ビニルカルバメート及びＯ−ビニルカーボネートが挙げられる。カチオン反応性基の非限定的な例としては、ビニルエーテル又はエポキシド基、及びこれらの混合物が挙げられる。一実施形態では、フリーラジカル反応性基は、（メタ）アクリレート、アクリルオキシ、（メタ）アクリルアミド、及びそれらの混合物を含む。
【０１４５】
好適な一価アルキル基及びアリール基としては、置換及び非置換のメチル、エチル、プロピル、ブチル、２−ヒドロキシプロピル、プロポキシプロピル、ポリエチレンオキシプロピル、これらの組み合わせなどの非置換の一価Ｃ１〜Ｃ１６アルキル基、Ｃ６〜Ｃ１４アリール基が挙げられる。
【０１４６】
１つの実施例では、ｂはゼロであり、１つのＲ１は一価の反応基であり、少なくとも３つのＲ１は、１〜１６個の炭素原子を有する一価のアルキル基から選択され、他の実施例においては、１〜６個の炭素原子を有する一価のアルキル基から選択される。この実施形態のシリコーン成分の非限定例としては、２−メチル−、２−ヒドロキシ−３−［３−［１，３，３，３−テトラメチル−１−［（トリメチルシリル）オキシ］ジシロキザニル］プロポキシ］プロピルエステル（「ＳｉＧＭＡ」）、
２−ヒドロキシ−３−メタクリルオキシプロピルオキシプロピル−トリ（トリメチルシロキシ）シラン、
３−メタクリルオキシプロピルトリス（トリメチルシロキシ）シラン（「ＴＲＩＳ」）、
３−メタクリルオキシプロピルビス（トリメチルシロキシ）メチルシラン、及び
３−メタクリルオキシプロピルペンタメチルジシロキサンが挙げられる。
【０１４７】
別の実施例では、ｂは、２〜２０、３〜１５であり、又はいくつかの実施例では３〜１０であり、少なくとも１個の末端Ｒ１が一価の反応性基を含み、残りのＲ１は、１〜１６個の炭素原子を有する一価のアルキル基から選択され、又は別の実施形態では１〜６個の炭素原子を有する一価のアルキル基から選択される。更に別の一実施形態では、ｂが３〜１５であり、１つの末端Ｒ１が一価の反応性基を含み、もう一方の末端Ｒ１が１〜６の炭素原子を有する一価のアルキル基を含み、残余のＲ１が１〜３個の炭素原子を有する一価のアルキル基を含む。本実施形態のシリコーン成分の非限定例としては、（モノ−（２−ヒドロキシ−３−メタクリルオキシプロピル）−プロピルエーテル末端のポリジメチルシロキサン（４００〜１０００ＭＷ））（「ＯＨ−ｍＰＤＭＳ」）、モノメタクリルオキシプロピル末端のモノ−ｎ−ブチル末端のポリジメチルシロキサン（８００〜１０００ＭＷ）、（「ｍＰＤＭＳ」）が挙げられる。
【０１４８】
別の実施例では、ｂは５〜４００又は１０〜３００であり、両方の末端Ｒ１は一価の反応基を含み、残りのＲ１は独立して、炭素原子間にエーテル結合を有し、更にハロゲンを含み得る、１〜１８個の炭素原子を有する一価のアルキル基から選択される。
【０１４９】
シリコーンヒドロゲルレンズが望ましい１つの実施例では、本発明のレンズは、ポリマーがそれから作製される反応性モノマー成分の総重量に基づいて、少なくとも約２０、好ましくは約２０〜７０重量％のシリコーン含有成分を含む反応性混合物から作製される。
【０１５０】
他の実施形態では、１〜４個のＲ１は、下式のビニルカーボネート又はビニルカルバメートを含む。
【０１５１】
【化２】
2018046015.tif 000004
式中、Ｙは、Ｏ−、Ｓ−、又はＮＨ−を示し、
Ｒは、水素又はメチルを示し、ｄは、１、２、３又は４であり、ｑは、０又は１である。
【０１５２】
シリコーン含有ビニルカーボネート又はビニルカルバメートモノマーとしては、特に、１，３−ビス［４−（ビニルオキシカルボニルオキシ）ブタ−１−イル］テトラメチル−ジシロキサン；３−（ビニルオキシカルボニルチオ）プロピル−［トリス（トリメチルシロキシ）シラン］；３−［トリス（トリメチルシロキシ）シリル］プロピルアリルカルバメート；３−［トリス（トリメチルシロキシ）シリル］プロピルビニルカルバメート；トリメチルシリルエチルビニルカーボネート；トリメチルシリルメチルビニルカーボネート、及び以下が挙げられる。
【０１５３】
【化３】
2018046015.tif 000005
【０１５４】
約２００未満の弾性率を有する生物医学的装置が所望される場合、１個のＲ１のみが一価反応性基を含むものとし、残りのＲ１基のうちの２個以下は、一価シロキサン基を含む。
【０１５５】
別の種類のシリコーン含有成分としては、次式のポリウレタンマクロマーが挙げられる。
式ＩＶ〜ＶＩ
（＊Ｄ＊Ａ＊Ｄ＊Ｇ）ａ  ＊Ｄ＊Ｄ＊Ｅ１、
Ｅ（＊Ｄ＊Ｇ＊Ｄ＊Ａ）ａ＊Ｄ＊Ｇ＊Ｄ＊Ｅ１又は
Ｅ（＊Ｄ＊Ａ＊Ｄ＊Ｇ）ａ＊Ｄ＊Ａ＊Ｄ＊Ｅ１、
式中、
Ｄは６〜３０個の炭素原子を有するアルキルジラジカル、アルキルシクロアルキルジラジカル、シクロアルキルジラジカル、アリールジラジカル、又はアルキルアリールジラジカルを示し、
Ｇは、１〜４０個の炭素原子を有するアルキルジラジカル、シクロアルキルジラジカル、アルキルシクロアルキルジラジカル、アリールジラジカル又はアルキルアリールジラジカルを示し、これは、主鎖中にエーテル、チオ又はアミン結合を含有し得、
＊はウレタン又はウレイド結合を示し、
ａは少なくとも１であり、
Ａは次式の二価の重合ラジカルを示す。
【０１５６】
【化４】
2018046015.tif 000006
Ｒ１１は、独立して、炭素原子間にエーテル結合が含まれていてもよい、１〜１０個の炭素原子を有するアルキル又はフッ素置換アルキル基を示し、ｙは、少なくとも１であり、ｐは、４００〜１０，０００の部分重量を提供し、Ｅ及びＥ１は各々独立して、下式によって表される重合性不飽和有機基を示す。
【０１５７】
【化５】
2018046015.tif 000007
式中、Ｒ１２は、水素又はメチルであり、Ｒ１３は水素、炭素原子１〜６個を有するアルキルラジカル、又は−ＣＯ−Ｙ−Ｒ１５ラジカルであり、Ｙは−Ｏ−、Ｙ−Ｓ−又は−ＮＨ−であり、Ｒ１４は炭素原子１〜１２個の炭素原子を有する二価のラジカルであり、Ｘは−ＣＯ−又は−ＯＣＯ−を示し、Ｚは−Ｏ−又は−ＮＨ−を示し、Ａｒは炭素原子６〜３０個を有する芳香族ラジカルを示し、ｗは０〜６であり、ｘは０又は１であり、ｙは０又は１であり、ｚは０又は１である。
【０１５８】
１つの好ましいシリコーン含有成分は、次式で表されるポリウレタンマクロマーである。
【０１５９】
【化６】
2018046015.tif 000008
式中、Ｒ１６は、イソホロンジイソシアネートのジラジカルなどイソシアネート基除去後のジイソシアネートのジラジカルである。別の好適なシリコーン含有マクロマーは、フルオロエーテル、ヒドロキシ末端ポリジメチルシロキサン、イソホロンジイソシアネート、及びイソシアネートエチルメタクリレートの反応によって形成される、式Ｘ（式中、ｘ＋ｙは１０〜３０の範囲の数である）の化合物である。
【０１６０】
【化７】
2018046015.tif 000009
【０１６１】
本発明で使用するのに好適な他のシリコーン含有成分には、ポリシロキサン、ポリアルキレンエーテル、ジイソシアネート、ポリフッ化炭化水素、ポリフッ化エーテル及びポリサッカライド基を含有するマクロマー；末端ジフルオロ置換炭素原子に結合した水素原子を有する、極性フッ素化グラフト又は側基を有するポリシロキサン；エーテル及びシロキサニル結合を含む親水性シロキサニルメタクリレート；並びに、ポリエーテル及びポリシロキサニル基を含む架橋性モノマーが挙げられる。いくつかの実施例において、ポリマー主鎖は、双極性イオンが組み込まれている。これらの双極性イオンは、材料が溶媒中に存在するときに、ポリマー鎖に沿って両極の電荷を呈し得る。双極性イオンの存在は、重合した材料の湿潤性を改善し得る。いくつかの実施例では、上記のポリシロキサンのいずれかが、本発明の封入層として使用されてもよい。
【０１６２】
電池構造体を封止するための金属層の無電解めっき
金属めっきは、非限定的な例として、宝飾品類又は金属装具における美的な目的のため、産業機械又は装具若しくは材料の表面に耐腐食性を追加するため、又は更には表面に電導性を加えるために、といった多くの適用例において優れた有用性を有する。生体適合性通電素子において、電池本体を取り巻くめっきは、材料の出入りに対する封止バリアを形成するのに有用であり得る。電池構造体の上に金属層をめっきするための多くの方法が存在し得るが、大前提は、電池の外面の表面上に金属材料のコーティング又は層を堆積させることを伴い得る。金属めっきは、銅、ニッケル、プラチナ、ロジウム、及び多くのその他を含む多数のタイプの金属で行われ得る。金属めっきの結果は、他の金属、半導体、又はプラスチックが挙げられるがそれらに限定されない多数のタイプの他の材料上の金属の堆積であってもよい。
【０１６３】
金属めっき方法の典型的な例として、電気めっき及び無電解めっきが挙げられてよく、両方とも材料を金属の層でコーティングすることを伴う。しかしながら、電気めっきは、コーティングされる材料上で誘導された電荷を伴い得る一方で、無電解めっきは、電気を伴うことはできず、金属を堆積させる化学反応を伴い得る。
【０１６４】
電気めっきは、成功したコーティングにおいて所望の仕上げ、堆積された材料の安定した厚さ、及びその他の所望される品質を得るために多数の工程を伴い得る。いくつかの例では、ピースは、効果的なめっきを確実にするために最初に十分に前処理されてもよい。前処理工程は、非限定的な例として、研磨、マスキング、エッチング、水洗、蒸気洗浄、すすぎ、超音波洗浄、又は電解清浄が挙げられ得るがこれらに限定されない。いくつかの例では、前処理は、コーティングされるべきピースの表面から油、グリース、又は他の汚染物質を除去してもよい。
【０１６５】
成功した前処理の後で、被めっき物体は、堆積させるべきイオンの形態の金属を含む溶液槽内に配置され得る。典型的には、電気めっきの方法は、溶液槽への正の電荷の誘導、及び被めっき物体への負の電荷の誘導を伴い得る。電荷におけるこの差は、溶液槽及びめっきされた物体における金属粒子間で電気的引力を誘発し得る。この引力は、イオン状態を化学的に改質し、溶液槽から物体へ金属粒子を結合させて、その表面をコーティングし得る。
【０１６６】
被めっき材料の組成物及び溶液槽に応じて、電圧、溶液槽のｐＨ、溶液中の金属の濃度、めっき持続時間及び室温が挙げられるが、これらに限定されない特定条件が、効果的なめっきを確実にするために好ましくは維持されるべきである。これらの条件の調節は、結果として得られる金属表面の仕上がり、堆積された金属の色、堆積の速度、又は堆積された金属の厚さが挙げられるがこれらに限定されないめっきの様々な態様を変化させ得る。溶液槽内の気泡又は汚染物質などのその他の周囲条件もまた、結果の仕上がりに影響を与え得るものであり、これらの欠陥は、非限定的な例として、槽の撹拌又は槽への炭素処理の適用によって解決することができる。いくつかの例では、生体適合性通電素子上のめっきされた表面における欠陥は、封止部の有効性を低減する恐れがあるため、欠陥の全ての原因を低減することが重要である場合がある。
【０１６７】
すすぎ、蒸気洗浄、加熱乾燥又はその他の方法が挙げられるがこれらに限定されない様々な形態の後処理もまた、電気めっきでの成功を確実にするために必要であり得る。
【０１６８】
無電解めっきは、成功したコーティングにおいて所望の仕上げ、堆積された材料の安定した厚さ、及びその他の所望される品質を得るために多数の工程を伴い得る。無電解めっきは、電気めっきに関して論じたように、生体適合性通電素子のコーティング及び封止に関する同じ必要条件を有し得る。まず、コーティングされるべきピースは、効果的なめっきを確実にするために十分に前処理されてもよい。前処理工程としては、洗浄が挙げられ得るがこれに限定されない。洗浄は、コーティングされるべき物体の任意の先行処理工程から残っている汚染物質及び／又はくず、並びにコーティングされるべきピースの表面からの油、グリース、又は他の汚染物質を除去する助けとなり得る。洗浄は、酸又はその他のタイプの洗浄溶液で実現され得、適切な洗浄溶液の選択において、何の材料又はくずを除去するべきか、洗浄されたピース（及びしたがって溶液）が洗浄中に保持される温度、洗浄溶液の所望の濃度、どのくらいの機械仕事（撹拌など）がクリーナーで必要とされ得るか、並びに他の可能な態様を考慮することが重要であり得る。
【０１６９】
前処理工程としてはまた、非限定的な例として、エッチング、マスキング、すすぎ、乾燥、及び活性剤溶液と同様に活性剤プリディップ溶液中への被めっき物体の浸漬も挙げられ得る。エッチングは、非限定的な例として、めっきのための所定の位置として機能することになる輪郭を被めっき作業対象物へとエッチングするために化学的手段及び／又は機械的手段の使用も伴い得る。実際のめっき用のワークピースを調製することになるプリディップ溶液は、活性剤溶液のものと共通しているイオンを含み得るもので、このプリディップ溶液は、典型的にはワークピースに適用され、活性剤溶液に加えられる前にすすがれないように設計されてよい。プリディップ溶液は、金属イオン汚染に対する感受性が付随する活性剤溶液より低いことがある。プリディップ溶液の使用には、非限定的な意味で、安価であり、また活性剤溶液を金属イオン汚染から守ることができ、質の高い成果を挙げるためにプロセスがより効率良くなることを助けるという結果を含み多数の利点が存在し得る。
【０１７０】
プリディップ後に、活性剤溶液は、ワークピースに適用され得る。活性剤は、溶液中の他のイオンによって還元状態で保持される特定のイオンを含んでもよく、実際には、還元イオンは、接合表面に機械的に保持されてもよく、無電解めっきを促進する化学反応のための触媒の役割を果たす。ワークピースの表面上の活性剤溶液の十分な層は、無電解めっきプロセスを触媒するのに重要であるが、活性剤溶液の厚すぎる層は、めっき金属の適切な接着に対するバリアの役割を果たす可能性があり、回避すべきであることに留意することが重要であり得る。
【０１７１】
前処理工程はまた、活性化後工程、即ちまた一般的に呼ばれ得るように加速も含み得る。この工程は、プリディップ工程において活性剤溶液から堆積された種を、実際の無電解めっき工程の前にできるだけ「活性」であるように活性化することを可能にする働きをし得る。この工程は、実際のめっき工程において無電解めっき溶液を使用して、より容易に活性化種を相互作用させることができ、このことは、無電解めっき反応の発生時間を短縮させ得るだけでなく、無電解めっき溶液を汚染する活性化種の電位を最小化し、めっき結果の品質を向上させ得る。この活性化後工程が抜けた場合、ワークピースに堆積した活性剤溶液は、無電解めっき溶液の汚染物をもたらす場合があり、無電解めっき反応の開始を遅らせる恐れがある、わずかに粘着性の種を含み得る。いくつかの例では、活性化後溶液は、酸性であってもよく、活性剤とポスト活性剤との間のすすぎ工程によって、作業対象物表面に形成されることがある金属酸化物を除去するように働くことができる。このことは作業対象物にとって良いが、ポスト活性剤を汚染する働きをする恐れがあり、これらの金属又は他の汚染物質によって過度に濃縮された後、溶液槽を補充する必要があり得る。
【０１７２】
前処理後、作業対象物を、非限定的な例として次の可能な成分を含む化学浴に浸漬してもよい：（堆積に所望される金属の）金属塩、還元剤、アルカリ性水酸化物、キレート剤、安定剤、増白剤、及び所望により湿潤剤。還元剤及び水酸化物イオンは、溶液槽内に含まれる金属の堆積に必要である還元力をもたらし得る。堆積反応は、活性剤工程中に作業対象物の表面に適用されていてもよい触媒種によって開始され得る。典型的な無電解めっき浴の選択は、温度、所望のめっき速度、所望のめっき厚さ、及び金属濃度（及びしたがって単一槽における複数の作業対象物に対するめっき反応の繰り返し性であるが、この繰り返し性は、その上多くの他の要因に依存すると見ることができる）が挙げられるがこれらに限定されないいくつかの要因に依存し得る。
【０１７３】
無電解めっきによって改善された機械的強度
いくつかの例では、機械的強度を改善するための望ましい溶液は、共形バリアコーティングを生成する技術として無電解めっきを伴う場合がある。無電解めっきの原理は、本明細書で論じられている。無電解めっきは、導電又は非導電コーティング上に共形金属層を堆積させ得る。無電解めっき浴は、ニッケル、銅、及びスズなどの金属をプラスチック表面上に堆積させるために開発された。無電解めっき金属は、次いで無電解めっき又は電気めっきを使用してニッケル、銅、スズ、金、銀、カドミウム、及びロジウムを含む多種多様の金属で更にめっきされてもよい。場合によっては、コスト、腐食、及び／又は機械的懸念のために、２層以上の電気めっき層を組み込んだ層状構造を使用することが望ましい場合がある。
【０１７４】
コーティングは、適宜厚くしてもよく、バリアとして作用することに加えて電池を機械的に増強することができる。この機械的増強は、セルの側部から水素を押し出して、亜鉛腐食中の水素ガス発生による膨隆を低減又は除去し得る。めっきによる電池端子間の短絡の発生を回避するために、めっきプロセス中に非導電材料を使用して端子の一方又は両方をマスクすることが必要な場合がある。
【０１７５】
いくつかの例では、層は、無電解めっきで形成されてもよく、ここで無電解めっき及び／又は電気めっきを、それらの上におおよそ２５マイクロメートル（１ミル）の共形の銅コーティングを作るために使用することができる。めっき中、プレーターズテープを使用してこれらの電池の端子両方をマスクし、めっき加工中の電池の短絡を回避することができる。
【０１７６】
次にテープを端子から取り除いてもよく、その後電池を相対湿度５０％で室温にてエージングしてもよい。
【０１７７】
電池構成要素の設計における絶縁クラムシェル半体
いくつかの例では、電池素子は、堅牢な封止部によって活性電池化学物質の領域を分割するやり方で設計されてもよい。いくつかの例では、これらの封止部は、密封していてもよい。一般的にクラムシェルの形状を取り得る密封封止セグメントへの活性電池構成要素の分割に対する、多数の利点が存在し得る。プラスチック、金属、ガラス、又はセラミック製の外部構成要素を有するクラムシェル型電池は、理想的な構造上の設計態様を形成し得る。いくつかの例では、材料の間に形成される封止部は、「封止部のタイプ、又は封止部を作製するために使用されたプロセスのタイプ」のための試験プロトコルの下で封止部を越えた分子の拡散が仕様より下になり得るという点で「密封した」と見なされ得るように、材料を選択することができる。例えば、電池などの電子的構成要素は、それらの内部の空気の容積又はそれらの内部の「空気の量と等しい」容積を有してもよく、密封仕様は、装置の容積の５０％を封止部の外側の空気と交換する一定レベルより少ない漏えい率を有する封止部に関連し得る。大型のクラムシェル電池は、次の仕様の項で論じられるプロセスの１つ又は２つ以上によって形成されてもよく、ここで、低レベルの漏れが測定されて所与の電池に対して封止部が密閉していると判定する場合がある。実際には、本開示によるものなど小型クラムシェル電池又はマイクロ電池は、いくつかの例では約１０−４ｃｍ３の容積を有し得る。マイクロ電池の封止部が「密封している」ことを確認するために十分に低い漏えい率を測定する漏れ検出機器の能力は、漏れ検出の現在技術を越えている場合があるが、それにもかかわらず、同じ加工及び材料は、大型の電池に適用されると封止部の加工及び材料を「密封している」と見なすのに十分な測定できる程度に低い漏えい率をもたらすので、マイクロ電池の封止部は、密封と呼ばれてもよい。
【０１７８】
実験では、様々な材料及び封止部タイプが、封止の態様について調査された。先に述べた水蒸気移送に関する測定基準ＷＶＴＲを使用して、水分子の移動に対する封止部の完全性並びにバルキングの完全性を特性化することが可能になり得る。同様に、バリア又は封止部を越える酸素の移動を、測定することができる。封止された電池が見出され得る条件は、測定の条件に正確に関連しないことがあるので、測定値は、ある意味相対的な量と見なされ得る。いくつかの例では、ＷＶＴＲ試験は、例えば乾燥室で実行され得る、したがって漏れ検出機器は、バリアを越える移動によって水蒸気の変化を検出可能であり得る。これを、例えば水溶液に浸漬された生物医学的装置内の実際の装置ストレージと比較する。しかしながら、膜の特性は、その試験条件で定量化して、利用される様々な材料対それらの試験測定値に関して実際には何が良好に作用するかを判定することができる。次の表では、様々な膜タイプ及び無電解／電気めっきした膜についての例示的な結果を表示する。第１の縦列では、ベア膜及びＳｉ０２でコーティングされたベア膜が、酸素透過率（ＯＴＲ）及び水蒸気移送率（ＷＶＴＲ）の両方について定量化される。次いで様々な厚さの膜堆積を重ねる。相対比較において、ベア膜は、その上に約６３マイクロメートルの銅が堆積された膜より〜１３００高いＷＶＴＲを有し得る。（０．０１がその機械での測定値の下限であるので、これは最小値であり得る）。したがって無電解めっきによるクラムシェル電池形状のコーティングは、電池形状の密封性質における著しい改善をもたらすことが予想され得る。
【０１７９】
【表１】
2018046015.tif 000010
【０１８０】
図２Ａ１、２Ａ２、及び２Ａ３を参照すると、異なるタイプのクラムシェル型電池の基本例が、断面で示されている。示された例は、共面型の形状であるが、共面型の例は、類似のクラムシェル型を有してもよく、以後の項に記載されている。図２Ａ１を参照すると、２つの「シェル」に分割された絶縁材の基本ケースを有するクラムシェル型電池２００の基本例が、見出される。レッジ特徴部は、クラムシェル本体に沿っている。例では、半導体又は絶縁体から形成され得る２つの構成要素は、それぞれがアノード化学物質２２１及びカソード化学物質２２２の両方を含み得る上側クラムシェル半体２１１及び下側クラムシェル半体２１２を画定する。いくつかの例では、クラムシェル半体はそれ自体が、材料を取り巻く成形金属チューブで取り巻かれていてもよい。いくつかの例では、カソード化学物質２２２及びアノード化学物質２２１は、セパレータ２４０によって分離されてもよい。セパレータは、下側クラムシェル半体２１２の中央を下側クラムシェル半体が上側クラムシェル半体２１１に境を接する時点で電池構造体が閉じられるまで下方に動き得る。いくつかの例では、そのような構成は、アノード及びカソードを物理的に分離し、セパレータの上部及び底部の周囲の漏れを防止するのに有益であり得る。電気的接続が電池化学物質を消耗させるので、電池端子は、断面図に示されていないが、機能的電池を形成するために互いから電気的に絶縁されている必要がある。第１の例では、封止部２３０は、２つのクラムシェル半体のレッジ特徴部の間にまっすぐに形成されてもよい。
【０１８１】
図２Ａ２を参照すると、突出したレッジを有するクラムシェル型２０１による基本形状の例示的な変更が示されている。いくつかの例では、大きな封止面は、突出したレッジの結果として生じ、異なる形状の封止部２３０Ａを形成する場合がある。いくつかの例では、多くの突出部を利用して大きな封止部を形成する場合がある。
【０１８２】
図２Ａ３を参照すると、上側クラムシェル半体２１１が平面形態であり、下側クラムシェル半体２１２が凹型のクラムシェル型である、基本形状の例示的な変更が示されている。平坦なピースの周辺部は、凹型のクラムシェルピースのレッジ特徴部に相当するものを形成してもよく、凹型のクラムシェルピースのレッジと隣接し、共に封止してもよい。
【０１８３】
図２Ａ１、２Ａ２、及び２Ａ３の基本例では、絶縁体又は半導体から作製されているクラムシェル半体は、アノード及びカソードを電気的に分離する。いくつかの他のより複雑な形態のクラムシェル電池では、金属クラムシェルは、絶縁クラムシェルと組み合わされてもよい。いくつかの他の形態では、２つの金属クラム半体は、それらの間の絶縁ピースと共に構成されてもよい。絶縁材料のクラムシェル型は、固体の結晶質タイプの絶縁材料であってもよく、又は絶縁用の材料でもあり得るプラスチックの形態であってもよい。
【０１８４】
様々な例で示されるように、少なくとも１つの封止部は、クラムシェル半体の間に形成され得る。より複雑な構造の場合において、第２の封止部は、金属クラムシェル半体と中間絶縁材料との間に追加されてもよい。クラムシェル半体は、それ自体が電池内部の材料の収容部において働き、また拡散バリアの一部として働いて、電池内外との化学的転移を阻害する物理的ピースであってもよい。前述の議論において、密封封止部を含む様々なタイプの封止部、及びそれらを形成するための技術の説明が論じられた。封止部２３０の例は、金属−対−セラミック又は金属−対−ガラス封止部、セラミック対セラミック、セラミック対ガラス、ガラス対ガラス、プラスチック対セラミック、プラスチック対ガラス及びその他のそのような組み合わせであってもよい。
【０１８５】
ここで図２Ｂ及び図２Ｃを参照すると、図２Ａ１、２Ａ２、及び２Ａ３に示されている電池２００、２０１、及び２０２の形態からの上側及び下側クラムシェル半体の代替的な図が例示されている。図２Ｂは、上側半体２１１と封止され得るクラムシェル型電池２００の下側半体２１２のトップダウン図を表し得る。下側半体２１２は、対応するアノード及びカソード化学物質がない状態で図示されており、したがって両方の化学物質が占めている空洞を図示している。図２Ｃは、上側半体２１１のボトムアップ図を表す。
【０１８６】
クラムシェル型電池の下側半体２１２は、アノード領域２３１又はアノードの空洞を有してもよい。空洞は、アノード化学物質を電池のアノード接触部２６１に電気的に接続する電気接続部２６２を有してもよい。下側半体２１２もまた、カソード領域２３２又はカソードの空洞を有してもよい。カソードの空洞は、アノード化学物質をカソード接触部２７１に電気的に接続する電気接続部２７２を有してもよい。図示された例では、カソード接触部２７１及びアノード接触部２６１は、同じクラムシェル半体の部分に存在する。いくつかの他の例では、それぞれのクラムシェルは、適切な化学物質への接続と併せて１つの接触部を有してもよい。
【０１８７】
２つのクラムシェル半体が接合されるとき、上側ピースは、それらの間の境界面で下側ピースに封止され得る。図２Ａ１を再度参照すると、封止部２３０が示されている。図２Ｂに示されるように、封止部は、実際にクラムシェルの材料のレッジであってもよい。下側半体２１２の内側レッジ２３５は、クラムシェルの上側半体２１１の内側レッジ２３７に対応し、接触してもよい。以下でより詳細に説明する外側レッジ２３４及び２３５もまた存在する。様々なタイプの封止部が、クラムシェルの材料に依存してこれらのレッジ上に形成され得る。セラミック又は半導体の半体に関するいくつかの例では、Ｓ−Ｂｏｎｄタイプの封止部又はろう付けした封止部は、クラムシェル半体上に蒸着され得る金属層に形成され得る。図２Ｄに進むと、下側半体２１２の外側レッジ２３４のための封止部領域のクローズアップが、クローズアップ図によって示されている。上側半体２１１の外側レッジ２３６は、対応する下側半体２１２の外側レッジ２３４と接続してもよく、クローズアップ図は、封止部が形成される領域を示し得る。
【０１８８】
図２Ｅを参照すると、図２Ａ１のクラムシェル型電池２００の下側半体２１２と上側半体２１１との間の封止領域の例示的な側面図、並びにＮａｎｏｆｏｉｌ（登録商標）の活性化が行われる前の封止部に関連する層の例を見ることができる。類似の状況が図２Ａ２及び２Ａ３のクラムシェル型で終わってもよいことは明らかであり得る。上側クラムシェル半体２１１及び第２のクラムシェル半体２１２は、第１のはんだ層２３８及び第２のはんだ層２３９のそれぞれの側にプリウェットはんだ層でコーティングされてもよい。２つのはんだ層の間に、Ｎａｎｏｆｏｉｌ（登録商標）材料２５０のピースが位置されてもよい。Ｎａｎｏｆｏｉｌ（登録商標）材料は活性化されると、はんだ層を局所的に溶融し、封止部２３０を形成し得る。図は、突き合わせタイプの結合を示しているが、重複する設計、溝付きの設計、及び他のタイプの結合を含む多くのその他の結合構造が可能であり得、ここで、Ｎａｎｏｆｏｉｌ（登録商標）のピースは、はんだコーティングした表面を有する封止されるべき２つの表面の間に位置され得る。その他の例で、図２Ｅは、封止されるべき領域でクラムシェル半体のレッジの上に金属層を堆積することによって形成され得る（レッジ２３４〜２３７など）。金属表面は、密封封止部に金属をはんだ又はろう付けするために使用され得る。
【０１８９】
その他の例では、クラムシェルピースは、金属クラムシェルピース間の電気的絶縁ピースとしてセラミック又はその他の絶縁材料製の中間ピースと共に、金属ピースから形成され得る。そのような例において、それぞれの金属クラムシェルは、図２Ｅに示されたような構造内の絶縁ピースに対して封止部を形成し得る。
【０１９０】
更なる例では、クラムシェルピースは、プラスチック材料から形成され得る。プラスチック材料は、電池の電極用に堆積された又は結合された金属領域を有し得るが、クラムシェル半体のリップの周囲の封止部は、接着剤、又は超音波溶融封止若しくはレーザー溶融封止のような技術による溶融で封止され得る。
【０１９１】
光又はＵＶ露出に影響を受け得る感光性の封止剤として使用することができる多数の材料が存在し得る。当該技術分野において周知の任意の封止剤が使用され得るが、商標の付いた接着剤の例の非限定的なセットとして、ＤＥＬＯ  Ｋａｉｔｏｂｏｎｄ  ＯＢ６１４、ＤＥＬＯ  Ｋａｉｔｏｂｏｎｄ  ＯＭ  ＶＥ  １１５２６１、Ｄｅｌｏ  ＬＰ  ４２４、ＤＥＬＯ  Ｐｈｏｔｏｂｏｎｄ  ＬＰ  ＶＥ５２６２７９、Ｄｙｍａｘ  １１２１−４２０、Ｄｙｍａｘ  １１２１−７４０１、Ｄｙｍａｘ  １１２８Ａ−７４０１、ＥＭＩ  １０５９０、ＥＭＩ  ｏｐｔｏｃａｓｔ  ３５５３、Ｅｐｏｔｅｋ  ３０１、Ｅｐｏｔｅｋ  ３０１−２、Ｅｐｏｔｅｋ  ＯＧ１４２−１１２、Ｅｐｏｔｅｋ  ＯＧ１４２−９５、Ｅｐｏｔｅｋ  ＯＧ６０３、Ｈｅｎｋｅｌ  Ｌｏｃｔｉｔｅ  ３３４１、Ｈｅｎｋｅｌ  Ｌｏｃｔｉｔｅ  ３９２２、Ｈｅｎｋｅｌ  Ｌｏｃｔｉｔｅ  ３９４２、Ｈｅｎｋｅｌ  Ｌｏｃｔｉｔｅ  ５０５５、Ｈｅｎｋｅｌ  Ｌｏｃｔｉｔｅ  Ｍ−１１ＦＬ、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ  ＲＴＶ  ６１５、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ  ＵＶＬＳＲ  ２０６０、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ  ＵＶＬＳＲ  ７０７０、Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  ６１、Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  ６８、Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  ８６、ＮｕＳｉｌ  ＭＥＤ−６０１０、Ｎｕｓｉｌ  ＭＥＤ−６４００、Ｐｅｒｍａｂｏｎｄ  ＵＶ  ６３２、Ｔａｎｇｅｎｔ  ４００９３、Ｔａｎｇｅｎｔ  ７０９０、及びＴｈｒｅｅｂｏｎｄ  ３０Ｙ−９５１を挙げることができる。
【０１９２】
ここで図３Ａを参照すると、クラムシェル型電池３００の代替的な例を見出すことができる。例では、２つの収容部品、即ち上側クラムシェル構成要素３１０及び下側クラムシェル構成要素３３０は、電池材料を取り巻く収納部を形成し得る。構成要素は、非限定的な例としてシリコン又はセラミック材料を含んでもよい。アノード化学物質３１２は、上側クラムシェル構成要素３１０内部に位置され得る。またカソード化学物質３４０は、下側クラムシェル構成要素３３０内部に位置され得る。この例では、上側構成要素３１０及び下側構成要素３３０の寸法は、互いに封止されたとき、それらが封止部によって形成された水平軸において幾何学的に対称であるクラムシェル型電池３００を形成するように同一であってもよい。他の実際の例では、上側クラムシェル構成要素３１０におけるアノード化学物質の体積は、下側クラムシェル構成要素３３０におけるカソード化学物質の体積より小さくてもよい。カソード化学物質３４０及びアノード化学物質３１２は、セパレータ３２０によって分離されてもよい。電気的接続が電池化学物質を消耗させるので、電池端子は、機能的電池を形成するために互いから電気的に絶縁されている必要がある。上側及び下側クラムシェル構成要素は、非限定的な例では、セラミック、ガラス、及びプラスチックなどの様々な絶縁材から形成され得る。封止部は、記載されたように密封封止部を形成し得るセラミック対セラミック、セラミック対ガラス、ガラス対ガラスの封止部の１つであってもよい。
【０１９３】
図３Ｂを参照すると、例示的な下側クラムシェル半体３３０の図が、図３Ｃの例示的な上側クラムシェル半体３１０と共に例示されている。例示的なクラムシェル電池の設計は、各半シェルに外部の電気接触部を有する単一セル電池用である。下側クラムシェル半体は、様々な電池化学物質のための単一の空洞３３２を含む。空洞は、レッジ３３１によって取り囲まれている。電気接続部３３３は、空洞領域を例示的なカソード接触部３３４に接合する。図３Ｃを再度参照すると、上側クラムシェル半体は、アノード化学物質３１２のための単一の空洞を、又はいくつかの他の例では上側プレートを有してもよい。電気接続部３１３は、電池のアノードをアノード接触部３１４に対して接続してもよい。上側シェル半体が下側シェル半体の上に配置されるとき、上側クラムシェル半体上のレッジ３１１は、下側クラムシェル半体上のレッジ３３１に重なり合う。
【０１９４】
図３Ｄ及び３Ｅを参照すると、図３Ａに例示されたクラムシェル電池のタイプの別の例は、複数の電池セル、並びに下側クラムシェル半体の部分によって覆われていない単一の半シェルピース上に図示されるアノード及びカソード接触部と共に示されている。下側クラムシェル半体３３０は、セル間に電気接触部３５３を有する２つの空洞３５１及び３５２を有する。２つの空洞は、例えば、空洞３５１がカソード化学物質をアノード化学物質の下に有しながら、空洞３５２がアノード化学物質をカソード化学物質の下に有した場合など、２つの空洞の化学積層体が互いに逆になる場合に機能する。他の例では、反対の積層体が形成され得る。図３Ｅを再度参照すると、２つの空洞３５８及び３５９は、２つの空洞のそれぞれを接触部３５６及び３５７に接続する電気接続部３５４及び３５５を有してもよい。上側クラムシェル半体３１０及び下側クラムシェル半体３３０のレッジ３１１及び３３１は、本説明に記載されたような方法で密封封止部を形成するために使用されてもよい。
【０１９５】
図３Ｆ及び３Ｇを参照すると、図３Ｄ及び３Ｅに示されるようなクラムシェル電池設計のタイプの同様の例が、１つのクラムシェル半体上に複数セル及び露出した接触部を有して再度図示される。下側クラムシェル半体３３０は、セル間に電気接触部３６５を有する２つの空洞３６３及び３６４を有する。２つの空洞は、例えば、空洞３６４がカソード化学物質をアノード化学物質の下に有しながら、空洞３６３がアノード化学物質をカソード化学物質の下に有した場合など、２つの空洞の化学積層体が互いに逆になる場合に機能する。他の例では、反対の積層体が形成され得る。図３Ｇの上側クラムシェル半体３１０を再度参照すると、２つの空洞３６１及び３６２は、２つの空洞のそれぞれを接触部３６８及び３６９に接続する電気接続部３６６及び３６７を有してもよい。しかしながら、この例におけるクラムシェル半体は、電気接続部３６６及び３６７がこれらの領域においてクラムシェル半体の半導体材料を高濃度にドープすることによって形成され得るように半導体材料から形成されてもよい。この方法において、外部接触へのクラムシェル半体を通じた電気的接触は、封止層内に間隙を形成しないような方法で作製することができる。上側クラムシェル半体３１０及び下側クラムシェル半体３３０のレッジ３１１及び３３１は、本説明に記載されたような方法で密封封止部を形成するために使用されてもよい。再び、これらの封止部は、電池化学物質からコンタクト領域へ電気的接触するようにさせるために封止面の間に物理的な電気接触部がないことにより、十分に密封した封止部を形成し得る。
【０１９６】
図３Ｈ及び３Ｉを参照すると、クラムシェルが完全な環形形状である例が示されている。下側クラムシェル半体３３０は、電気接触部３７４を有する全円の周りに単一の空洞３７１を有する。例示の場合は、半導体クラムシェルの高濃度ドープ領域の電気接触部を有する半導体形態のクラムシェル半体用である。いくつかの例では、半導体材料は、リン及びホウ素などの原子ドーパントが導電性を変化させ得るシリコンなどの無機半導体であってもよい。いくつかの他の例では、半導体は、電気的接触を提供するために分子ドーピングが特定の領域の導電性を加減し得る有機半導体であってもよい。多数のドープされた有機半導体システムが使用され得るが、非限定的な例では、２，３，５．６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）でドープされたポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）をポリマーマトリックスで使用してもよい。ドープされた有機半導体の大部分は、接触パッドに関して金属膜でコーティングされてもよい。他の例では、絶縁又はプラスチッククラムシェルは、良好な密封封止を有してクラムシェル半体を貫通する金属接触を有してもよい。空洞は、カソード化学物質及び恐らくセパレータを含んでもよい。上側クラムシェル半体３１０は、例えば、クラムシェル半体ピースに電着されたアノードであってもよいアノード化学物質を含むための空洞３７０を有してもよい。再び、上側クラムシェルピースは、拡散シリコンコンタクト領域３７５を有してもよい。上側クラムシェル半体３１０及び下側クラムシェル半体３３０のレッジ３１１及び３３１は、本説明に記載されたような方法で密封封止部を形成するために使用されてもよい。例示された電池の形状は全円であるので、上側クラムシェル半体のレッジ３１１Ａから、及び下側クラムシェル半体のレッジ３３１Ａから絶縁されたレッジが存在する。レッジ３３１Ａ及び３１１Ａは、外側レッジと同じ密封封止の方法で封止されてもよい。これらの封止部は、電池化学物質からコンタクト領域へ電気的接触するようにさせるために封止面の間に物理的な電気接触部がないことにより、十分に密封した封止部を形成し得る。
【０１９７】
絶縁材料から作製されるクラムシェル構成要素の例において、本明細書ではシーム領域を通って接触パッドまで電極集電体を延ばすことによって行われ得る電気的接続について例を示す。他の例では、半導体クラムシェル構成要素をドープして、電気的接触がクラムシェル本体を貫流できるようにしてもよい。他の例は、絶縁材料にエッチングされ、導電材料を詰められる導電性ビアを含んでもよい。導電性ビア材料の堆積は、ビアの封止部が密封封止部を維持し得るような方法で行われ得る。
【０１９８】
いくつかの例では、充填ポートを通じてクラムシェル電池形態の中に電解質を充填してもよい。充填ポートを通じてガスを排気する電池形態において真空を吸引することができ、このポートを通じてクラムシェル本体の中に電解質を入れてもよい。その後封止部を、接着剤又は重合性材料で充填ポートを充填することによって形成してもよい。いくつかの例では、充填ポートの充填は、密封封止部を改善するためにクラムシェル電池形態の金属コーティングを行う前に行われてもよい。
【０１９９】
電池構成要素の設計における金属クラムシェル半体
図４を参照すると、複数ピースのクラムシェル電池の例示的な図が見出される。例において、金属の上側クラムシェル半体４１０及び金属の下側クラムシェル半体４７０は、他のクラムシェルの例について論じたように電池素子を含んでもよい。金属クラムシェル半体は、結合されると電池セルを短絡させるので、絶縁界面ピース４４０は、クラムシェル半体間に配置され、封止部４３０及び封止部４５０で結合される。封止部は、本明細書で記述されるように密封封止部を形成するための方法のいずれかで作製されてもよい。電池は、密封封止部が形成される前の組み立て時に構成要素を適所に保持するために内部支持ピース４１５を含むことができる。同様に、アノード４２０は、上側クラムシェル半体４１０上に形成されてもよく、カソード４６０は、絶縁界面ピース４４０に既に結合され得る下側クラムシェル半体４７０の中に堆積又は形成されてもよい。
【０２００】
電池構成要素の設計におけるプラスチッククラムシェル半体
図５Ａを参照すると、生体適合性通電素子５００のプラスチッククラムシェルの例が、断面で示される。下側クラムシェル半体５２０は、中央セパレータ５３１、アノード５３０、アノード集電体５７１、カソード５３２、及びカソード集電体５７３で充填されてもよい。上側クラムシェル半体５１０は、境界面でプラスチックピースを厚い封止部へと溶融することによって作製され得る封止部５４０で下側クラムシェル半体に封止されてもよい。封止部５４１は、クラムシェルレッジを一緒に溶融して、レッジの境界面に沿って封止部を形成し得ることを示すために「透視の」観点で示されている。プラスチック封止されたクラムシェル電池は、プラスチック電池本体のかなりの部分を、無電解めっき、続いて電着によって形成された堆積した金属膜で包み込むことによって更に密封され得る。
【０２０１】
他の例では、クラムシェルピースを形成するために使用されるプラスチックストックは、ポリマー、金属膜、ポリマー積層出発膜（polymer stacked starting films）などの複合プラスチック材料から作製されてもよい。金属膜がクラムシェルピース内に形成される、又は他の特徴部が追加される前に金属膜がクラムシェルピース上にコーティングされる、他の例が考えられる。その中又は上に既に金属膜を有するクラムシェル型の上に無電解及び／又は電気めっきした膜を追加することは、同様に可能であり得る。
【０２０２】
図５Ｂを参照すると、プラスチック形態クラムシェル電池は、クラムシェル外側層の密封封止を向上するために金属膜により封入されてもよい。クラムシェル型の表面を、清浄し、酸洗浄プリディップで処理して残留スラリーなどの汚染物（contaminates）を除去してもよい。他の洗浄及び清浄として、ＲＣＡタイプの清浄、ＳＣ１及びＳＣ２タイプの過酸化物ベースの清浄、フッ化水素酸、硫酸、及び酸の組み合わせが挙げられ得る。促進剤又は増感剤は、Ｔｒａｎｓｅｎｅ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手される「Ｔｙｐｅ  Ｃ」溶液などの専売製剤を含んでもよい。活性剤は、表面を処理するために次に使用され得る。非限定的な例として、Ｔｒａｎｓｅｎｅ  Ｃｏｍｐａｎｙからの「Ｔｙｐｅ  Ｄ」溶液を使用してもよい。図５Ｂを参照すると、この処理の結果が、図５Ｂの完全に形成された生体適合性通電素子５００上に層５６０として示されている。
【０２０３】
次に、前処理された表面を、無電解めっき用の槽の中、この例では銅、に浸漬してもよい。前処理され、活性化された電池本体を、Ｔｒａｎｓｅｎｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ「Ｔｙｐｅ  Ａ及びＴｙｐｅ  Ｂ」無電解銅浴溶液の混合に、おおよそ４０℃の高温で若干のマイクロメートルの堆積を形成する時間にわたり、ここで浸漬してもよい。結果の堆積は、層５６１と示されている。いくつかの例では、表面は、表面を安定化させるために酸の中で後洗浄してもよい。
【０２０４】
いくつかの例では、堆積のより厚い層、恐らく１０マイクロメートル以上の厚さの銅は、銅浴電気めっきを使用して無電解層の上に堆積されてもよい。銅の結果の層は、層５６２と示されている。いくつかの例では、ロジウムの電気めっき処理が、電気めっきした銅層の次に層５６３として続いてもよい。ロジウムは、銅表面を安定化させ保護することができ、したがって、いくつかの例では薄層を上側表面として追加することができる。
【０２０５】
電池要素全体が銅層でめっきされていた場合、電池の２つの接触部が短絡し、電池が機能しなくなる。したがって、電池の一方又は両方の接触部をめっきの前に保護して、接触部の周りの形成を防ぎ、接触部を単離することができる。図５Ｃを参照すると、めっき前のプラスチッククラムシェル構造電池の例示的な平面図が、カソード接触部５７４（機構が保護膜５７５の後ろに隠れていることを示す破線）、及びアノード接触部５７２を有する図５Ａの電池に示されている。電気接続層は、電池アノードとカソードとの間の電気的接続を、それらの集電体を通じてそれぞれの接触パッドまで形成するために使用されてもよい。プレーターズテープなどの保護膜５７５は、カソード接触部、カソード集電体、及びその関連する電気接続層の周りに配置され得る。電池の残りの表面は、図５Ｂに示されるように無電解及び電気めっき層でコーティングされ得る。コンタクト領域が積層構造の非めっき表面を有し得るという事実は、電池の封止に関する問題ではない場合がある。いくつかの例では、接触部は、接触部の近くに比較的大きな封止部が存在するように十分に長く作製されてもよい。異なる意味において、一次電池の操作は、水素ガスなどのガスの発生につながる恐れがある。１つ又は２つ以上の同様に封止されていない接触部の周囲の領域の存在は、発生したガスを徐々に消散させることを可能にする経路を作ることができるので有利な場合がある。
【０２０６】
図５Ｄを参照すると、プレーターズテープ又は他の保護膜を使用したプラスチッククラムシェルの例をコーティングした後の例示的な図が示されている。堆積膜５７６は、保護膜で保護されている領域を除き構造全体を覆ってもよい。図示された例では、アノード接触部５７２及びアノード集電体５７１を含むアノードコンタクト領域は、その上を無電解及び電気めっきした膜で覆われている。しかしながら、カソード接触部５７４及びカソード集電体５７３はコーティングされていない。いくつかの例では、アノード接触部もまた堆積から保護されている。その上、例では、無電解めっきによるプラスチック膜のコーティングを示し、他の例では、絶縁体、ガラスなどの他の材料は、同様に無電解めっきで処理され、コーティングされてもよい。
【０２０７】
図６Ａを参照すると、非方形を有する不規則な形状のクラムシェル型電池の断面図が示されている。クラムシェルが取り得る多数の他の不規則な形状が存在し得る。いくつかの例では、不規則な形状のプラスチッククラムシェル型は、成形型によって決定された形状の中に押し出され得る又は押圧され得る。図６Ａでは、断面の不規則な形状は、典型的なコンタクトレンズ型内の空間の形状により良好にぴったり一致するように設計され得る。下側クラムシェル半体６２０レンズの中央から離れる方向に、電池形態が内部に埋め込まれ得るコンタクトレンズの外側部分に向かう方向に傾斜してもよい。下側クラムシェル半体６２０は、いくつかの例においてカソード化学物質６３０で充填されてもよい。第２のクラムシェル半体、即ち上側クラムシェル半体６１０は、クラムシェルがそれに沿って封止され得る内側及び外側レッジ領域６１１と整合するように形成されてもよい。封止は、いくつかの例では、超音波溶融によって実行されてもよい。上側クラムシェル６１０は、セパレータ６３１並びにアノード化学物質６３２を使用して構成されてもよい。クラムシェル構造は、封止の前又は後に電解質で充填されてもよく、充填が封止後に行われる場合は、充填ポートが真空充填技術で使用され得る。いくつかの例では、前述のようにポリマー電解質などの他の形態の電解質は、様々なクラムシェル概念で使用され得る。
【０２０８】
図６Ｂを参照すると、例示的なプラスチッククラムシェル電池が示されている。上側クラムシェルピース６１０及び下側クラムシェルピース６２０は、クラムシェルピースのレッジ領域の厚い溶融封止部縁部６４０を使用して結合されている。クラムシェルピースのレッジ領域を厚い溶融封止部に溶融する多数の方法が存在し得る。図６Ｃ及び６Ｄを参照すると、例示的な下側クラムシェル（図６Ｃ）及び上側クラムシェル（図６Ｄ）ピースがトップダウン透視図で示されている。図６Ａの断面に示される不規則な形状は、クラムシェル電池の一部に見い出され、いくつかの例では様々な空洞内部にある。図６Ｃの下側クラムシェルピース６２０は、この断面形状を有する空洞６５１及び６５２を有する。その上図６Ｃの下側クラムシェルピース６２０には、レッジ６６１及び内部電気接続特徴部６５３が存在し得る。同様に図６Ｄの上側クラムシェルピース６１０には、議論された他のクラムシェル電池の例と同様の幾何学的配置でレッジ６１１、空洞６５８及び６５９、電気接続部６５４及び６５５、及び接触部６５６及び６５７が存在し得る。
【０２０９】
クラムシェル電池の製造方法
ここで図７を参照すると、絶縁収容材料でクラムシェル型電池を形成するための例示的な方法工程によるフローチャート７００が示されている。クラムシェル型電池である性質によって、非限定的な例として、電池化学物質に極めて重要な構成要素を堆積するなどの特定の方法工程は、異なる収容材料を有するクラムシェル型電池を形成するための異なるプロセス間で共有されてもよいが、他方では、異なる収容材料を有するクラムシェル型電池の間の方法工程において、特定の大きな違いもまた存在し得る（例えば、収容部品を封止するのに使用される正確な封止方法など）。まず、工程７０２で、絶縁材料製のクラムシェル半体のセットを受容する。これらの半体は、クラムシェル型電池を最終的に密閉し、封止するために使用される収容部品を含み、電池を形成するためのベース構成要素であり得る。任意の方法工程が、工程７０４及び７０６で続き、絶縁材料半体の受領後、それらを所望により導電性の目的で内部半体に蒸着膜でコーティングしてもよく（工程７０４）、又は所望により封止の目的でそれらのレッジに金属膜でコーティングしてもよい（工程７０６）。これらの工程は、本仕様で前述のように、絶縁体対絶縁体封止部の形成に役立ち得る活性化前工程であってもよく、個々に又は一緒に実施してもよい。続いて、工程７０８では、クラムシェル半体において導電トレースを画定してもよい。これらのトレースは、重要な機能的電池の化学物質構成要素を電気的に接続し、電池用接触部を画定して接続するために使用されてもよく、又は本仕様で前述の他の目的のために使用されてもよい。次に工程７１０では、クラムシェル半体の１つにアノードを堆積させてもよく、また続いて工程７１２では、クラムシェル半体の１つにカソードを堆積させてもよい。前項で例示されたように、様々な選択肢の間で、対面型及び共面型構成で電池を形成してもよい。対面型構成では、アノードが堆積される、又は配置される（place in）クラムシェル半体は、カソードが配置されるクラムシェル半体と異なってもよい。共面型構成では、しかしながら、アノード及びカソードが同じ平面上にあるので、それらは、両方とも同じクラムシェル半体に配置されてもよい。共面型構成では、第２のクラムシェルピースは、キャップ形成及び封止機能に役立ち得る。これらの工程で堆積されたアノード及びカソードは、以前に画定された工程７０８の導電トレースと正しく接続する位置に配置されてもよい。次に、工程７１４では、充填されたクラムシェル半体の一方又は両方にセパレータをコーティング又は配置してもよく、このコーティング又は配置されたセパレータフィルムは、本仕様で前述のように、アノード及びカソード構成要素を物理的及び／又は電気的に互いから分離するために使用されてもよい。工程７１６では、アノード及びカソード充填クラムシェル半体のそれぞれ又は少なくとも１つに電解質を堆積させてもよく、本仕様で前述のように、電解質は、電位差を確立するイオン移動を可能にし、電池を機能できるようにするために、電池化学物質にとって重要であり得る。その後に、工程７１８では、２つのクラムシェル半体を結合してもよく、封止部は、クラムシェル半体のレッジの間に形成されてもよい。���に任意の工程７２０では、クラムシェル半体の表面の少なくとも一部を、所望により無電解及び／又は電気めっきで封止してもよい。上記活性化前工程は、これらの工程７１８及び７２０において活性化及び封止部形成に対して重要であり得る。追加の非限定的な例として、封止部形成はまた、封止領域の上に配置され得るＮａｎｏｆｏｉｌ（登録商標）の切断片を使用して行うこともできる。活性化後に、Ｎａｎｏｆｏｉｌ（登録商標）は、はんだを溶融し、はんだ付けされた密封結合を形成することになる。いくつかの例では、絶縁体対絶縁体封止部の他の形態は、本仕様で前述の方法で形成されてもよい。
【０２１０】
ここで図８を参照すると、プラスチック収容材料でクラムシェル型電池を形成するための例示的な方法工程によるフローチャート８００が示されている。まず、工程８０２で、プラスチック材料製のクラムシェル半体のセットを受容する。これらの半体は、クラムシェル型電池を最終的に密閉し、封止するために使用される収容部品を含み、電池を形成するためのベース構成要素であると見ることができる。任意の方法工程が、工程８０４及び８０６で続き、プラスチック材料半体の受領後、それらを所望により導電性の目的で内部半体に蒸着膜でコーティングしてもよく（工程８０４）、又は所望により電池の内部から外部への接続の目的でそれらのレッジ及び表面に金属膜でコーティングしてもよい（工程８０６）。これらの工程はまた、本仕様で前述のように、封止に役立ち得るクラムシェルの領域における活性化前工程として作用してもよく、個々に又は一緒に実施してもよい。続いて、工程８０８では、クラムシェル半体において導電トレースを画定してもよい。これらのトレースは、重要な機能的電池の化学物質構成要素を電気的に接続し、電池用接触部を画定して接続するために使用されてもよく、又は本仕様で前述の他の目的のために使用されてもよい。次に工程８１０では、クラムシェル半体の１つにアノードを堆積させてもよく、また続いて工程８１２では、クラムシェル半体の１つにカソードを堆積させてもよい。前項で例示されたように、様々な選択肢の間で、対面型及び共面型構成で電池を形成してもよい。対面型構成では、アノードが堆積される、又は配置されるクラムシェル半体は、カソードが配置されるクラムシェル半体と異なってもよい。共面型構成では、しかしながら、アノード及びカソードが同じ平面上にあるので、それらは、両方とも同じクラムシェル半体に配置されてもよい。共面型構成では、第２のクラムシェルピースは、キャップ形成及び封止機能に役立ち得る。これらの工程で堆積されたアノード及びカソードは、以前に画定された工程８０８の導電トレースと正しく接続する位置に配置されてもよい。次に、工程８１４では、充填されたクラムシェル半体の一方又は両方にセパレータフィルムをコーティング又は配置してもよく、このセパレータフィルムは、本仕様で前述のように、アノード及びカソード構成要素を物理的及び／又は電気的に互いから分離するために使用されてもよい。工程８１６では、アノード及びカソード充填クラムシェル半体のそれぞれ又は少なくとも１つに電解質を堆積させてもよく、本仕様で前述のように、電解質は、電位差を確立するイオン移動を可能にし、電池を機能できるようにするために、電池化学物質にとって重要であり得る。その後に、工程８１８では、２つのクラムシェル半体を結合してもよく、溶融した封止部は、クラムシェル半体のレッジの間に形成されてもよい。更に工程８２０では、クラムシェル半体の表面の少なくとも一部を、無電解及び／又は電気めっきで封止してもよい。上記活性化前工程は、これらの工程８１８及び８２０において活性化及び封止部形成に対して重要であり得る。いくつかの例では、プラスチック対プラスチック封止部の他の形態は、本仕様で前述の方法で形成されてもよい。先に述べたような様々な加工例は、図８で確認された工程に加えて使用されてもよく、又は例示的な加工工程のいくつかを置き換えてもよい。
【０２１１】
ここで図９を参照すると、金属収容材料及び中間セパレータピースでクラムシェル型電池を形成するための例示的な方法工程によるフローチャート９００が示されている。まず、工程９０２で、金属材料製のクラムシェル半体のセットを受容する。半体は、クラムシェル型電池を最終的に密閉し、封止するために使用される収容部品を含み、電池を形成するためのベース構成要素であると見ることができる。任意が、工程９０４、９０６、及び９０８で続き、プラスチック材料半体の受領後、それらを所望により絶縁特性の目的でそれらの内部及び／又は外部表面を塗料でコーティングしてもよく、又は所望によりそれらのレッジに絶縁塗料でコーティングしてもよい（工程９０６）。金属収容部品は、表面及びレッジのそれぞれで完全に導電であり得るので、これらの工程は、クラムシェル型電池が正しく機能するのを妨げる恐れがある短絡又は他の問題を防ぐために、特定の領域で導電性を制限するのに重要であり得る。続いて、工程９０８では、クラムシェル半体において導電トレースを画定してもよい。特定の場合では、絶縁塗料を追加した後、コーティングによって互いから絶縁されていた金属収容材料の導電部に再接続するために、追加の導電トレースが、続いて追加される必要があり得る。これらのトレースは、重要な機能的電池の化学物質構成要素を電気的に接続し、電池用接触部を画定して接続するために使用されてもよく、又は本仕様で前述の他の目的のために使用されてもよい。次に工程９１０では、クラムシェル半体の１つにアノードを堆積させてもよく、また続いて工程９１２では、クラムシェル半体の１つにカソードを堆積させてもよい。前項で例示されたように、様々な選択肢の間で、対面型及び共面型構成で電池を形成してもよい。対面型構成では、アノードが堆積される、又は配置されるクラムシェル半体は、カソードが配置されるクラムシェル半体と異なってもよい。共面型構成では、しかしながら、アノード及びカソードが同じ平面上にあるので、それらは、両方とも同じクラムシェル半体に配置されてもよい。共面型構成では、第２のクラムシェルピースは、キャップ形成及び封止機能に役立ち得る。これらの工程で堆積されたアノード及びカソードは、以前に画定された工程９０８の導電トレースと正しく接続する位置に配置されてもよい。次に、工程９１４では、充填されたクラムシェル半体の一方又は両方にセパレータフィルムをコーティング又は配置してもよく、このセパレータフィルムは、本仕様で前述のように、アノード及びカソード構成要素を物理的及び／又は電気的に互いから分離するために使用されてもよい。工程９１６では、アノード及びカソード充填クラムシェル半体のそれぞれ又は少なくとも１つに電解質を堆積させてもよく、本仕様で前述のように、電解質は、電位差を確立するイオン移動を可能にし、電池を機能できるようにするために、電池化学物質にとって重要であり得る。その後に、工程９１８では、２つのクラムシェル半体を中間絶縁ピースと結合してもよく、封止部は、クラムシェル半体のレッジと中間ピースのレッジとの間に形成されてもよい。更に任意の工程９２０では、クラムシェル半体の表面の少なくとも一部を、所望により無電解及び／又は電気めっきで封止してもよい。上記活性化前工程は、これらの工程９１８及び９２０において活性化及び封止部形成に使用されてもよい。
【０２１２】
ここで図１０を参照すると、半導体収容材料でクラムシェル型電池を形成するための例示的な方法工程によるフローチャート１０００が示されている。まず、工程１００２で、半導体材料製のクラムシェル半体のセットを受容する。半体は、クラムシェル型電池を最終的に密閉し、封止するために使用される収容部品を含み、電池を形成するためのベース構成要素であり得る。いくつかの例では、クラムシェル材料は、例えばシリコンなどの無機半導体であってもよく、他の例では、有機半導体材料を使用してもよい。所望により、工程１００４において、半導体材料半体の受領後、絶縁特性の目的でそれらの内部及び／又は外部表面に塗料でそれらをコーティングしてもよい。工程１００６において、クラムシェル半体の半導体材料を、材料の導電性を著しく向上させるためにドープしてもよい。この方法で、封止部を必要とせず電池のコンタクト領域を形成することができる。続いて、工程１００８では、クラムシェル半体において導電トレースを画定してもよい。これらのトレースは、重要な機能的電池の化学物質構成要素を電気的に接続し、電池用のドープされたコンタクト領域を画定して増強するために使用されてもよく、又は本仕様で前述の他の目的のために使用されてもよい。次に工程１０１０では、クラムシェル半体の１つにアノードを堆積させてもよく、また続いて工程１０１２では、クラムシェル半体のもう１つにカソードを堆積させてもよい。これらの工程で堆積されたアノード及びカソードは、以前に画定された工程１００８の導電トレースと正しく接続する位置に配置されてもよい。次に、工程１０１４では、充填されたクラムシェル半体の一方又は両方にセパレータフィルムを配置してもよく、このコート又はセパレータフィルムは、本仕様で前述のように、アノード及びカソード構成要素を物理的及び／又は電気的に互いから分離するために使用されてもよい。工程１０１６では、アノード及びカソード充填クラムシェル半体のそれぞれ又は少なくとも１つに電解質を堆積させてもよく、本仕様で前述のように、電解質は、電位差を確立するイオン移動を可能にし、電池を機能できるようにするために、電池化学物質にとって重要であり得る。その後に、工程１０１８では、２つのクラムシェル半体を結合してもよく、封止部は、クラムシェル半体のレッジの間に形成されてもよい。加えて、特に例えば工程１０２０において有機半導体材料形態クラムシェル半体を使用して、クラムシェル半体の表面の少なくとも一部は、無電解及び／又は電気めっきで封止されてもよい。上記活性化前工程は、これらの工程１０１８及び１０２０において活性化及び封止部形成に対して重要であり得る。いくつかの例では、金属−対−金属封止部の他の形態は、本仕様で前述の方法で形成されてもよい。
【０２１３】
生体適合性電池は、例えば、ペースメーカー及びマイクロエネルギーハーベスタなどの埋め込み型電子装置、生物学的機能のモニタリング及び／又は検査を行うための電子ピル、活性成分を備える外科用装置、眼科用装置、マイクロサイズのポンプ、除細動器、ステントなどの生体適合性装置内で使用されてもよい。
【０２１４】
具体的な実施例は、生体適合性電池で使用するためのカソード混合物のサンプル実施形態を説明するために記載されている。これらの実施例は、上記の例示のためであり、いかなる方式でも特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。したがって、本説明は、当業者には明らかであり得る全ての実施例を含むことを意図する。
【０２１５】
〔実施の態様〕
（１）  電気活性構成要素と、
電池であって、
アノード集電体と、
カソード集電体と、
アノードと、
カソードと、
前記アノード集電体のための第１の貫通部、前記カソード集電体のための第２の貫通部、及び上側クラムシェル半体と下側クラムシェル半体との間の密封封止部で前記アノード及びカソードを封入するクラムシェルと、
前記上側クラムシェル半体及び前記下側クラムシェル半体の外面の少なくとも一部を取り巻く金属コーティングであって、無電解めっきにより堆積されている金属コーティングと、を含む、電池と、
少なくとも前記電気活性構成要素及び前記電池を封入する第１生体適合性封入層と、を含む、生物医学的装置。
（２）  上側クラムシェル半体内部の第１の金属膜である、アノード集電体と、
アノード化学物質が前記上側クラムシェル半体内に含まれる又は前記上側クラムシェル半体上に堆積される、アノードと、
下側クラムシェル半体内部の第２の金属膜である、カソード集電体と、
カソード化学物質が前記下側クラムシェル半体内に含まれる又は前記下側クラムシェル半体上に堆積される、カソードと、を含み、
前記上側クラムシェル半体及び前記下側クラムシェル半体が、セラミック、ガラス又はプラスチック材料のうち１つ又は２つ以上から形成され、封止部が、前記上側クラムシェル半体のレッジ特徴部と前記下側クラムシェル半体のレッジ特徴部との間に形成される、クラムシェル電池。
（３）  前記上側クラムシェル半体の前記レッジ特徴部と前記下側クラムシェル半体の前記レッジ特徴部との間に位置する封止材料が、エポキシ接着剤を含む、実施態様２に記載のクラムシェル電池。
（４）  前記上側クラムシェル半体の前記レッジ特徴部と前記下側クラムシェル半体の前記レッジ特徴部との間に位置する封止材料が、はんだを含む、実施態様２に記載のクラムシェル電池。
（５）  前記はんだが、セラミック又はガラス表面への接着を向上させるためにチタンを含む、実施態様４に記載のクラムシェル電池。
【０２１６】
（６）  前記上側クラムシェル半体の前記レッジ特徴部と前記下側クラムシェル半体の前記レッジ特徴部との間に位置する封止材料が、複数の金属膜の薄層を含み、第１の金属膜の薄層が、第２の金属膜の層の上に堆積され、前記第１の金属膜の薄層が、エネルギーを放出する前記第２の金属膜の層と化学的に反応して層を迅速に加熱し、化学反応が、エネルギーのエネルギーパルスによって活性化される、実施態様２に記載のクラムシェル電池。
（７）  前記エネルギーパルスが、光子を含む、実施態様６に記載のクラムシェル電池。
（８）  前記エネルギーパルスが、電子を含む、実施態様６に記載のクラムシェル電池。
（９）  前記エネルギーパルスが、熱エネルギーを含む、実施態様６に記載のクラムシェル電池。
（１０）  前記クラムシェル電池の外面の少なくとも一部を取り巻く金属コーティングを更に含み、前記金属コーティングが無電解めっきにより堆積される、実施態様２に記載のクラムシェル電池。
【０２１７】
（１１）  第１の封止面と第１の金属クラムシェルとの間の間隙に位置する前記封止材料が、チタンを添加した従来のはんだ合金ベースを含み、前記チタンが、超音波エネルギーへの暴露の際に前記セラミックの表面材料と反応する、実施態様２に記載のクラムシェル電池。
（１２）  第１の金属クラムシェルピースである、アノード集電体と、
アノード化学物質が前記第１の金属クラムシェルピース内に含まれる、アノードと、
第２の金属クラムシェルピースである、カソード集電体と、
カソード化学物質が前記第２の金属クラムシェルピース内に含まれる、カソードと、
前記第１の金属クラムシェルピースに封止可能に接続する第１封止面、及び前記第２の金属クラムシェルピースに封止可能に接続する第２封止面を有する絶縁性の中間クラムシェルピースと、
前記第１封止面と第１の金属クラムシェルとの間の間隙に位置する封止材料と、を含むクラムシェル電池。
（１３）  前記第１封止面と前記第１の金属クラムシェルピースとの間の間隙に位置する前記封止材料が、エポキシ接着剤を含む、実施態様１２に記載のクラムシェル電池。
（１４）  前記第１の金属クラムシェルピースのレッジ特徴部と前記絶縁性の中間クラムシェルピースのレッジ特徴部との間に位置する封止材料が、複数の金属膜の薄層を含み、第１の金属膜の薄層が、第２の金属膜の層の上に堆積され、前記第１の金属膜の薄層が、エネルギーを放出する前記第２の金属膜の層と化学的に反応して層を迅速に加熱し、化学反応が、エネルギーのエネルギーパルスによって活性化される、実施態様１２に記載のクラムシェル電池。
（１５）  前記エネルギーパルスが、光子を含む、実施態様１４に記載のクラムシェル電池。
【０２１８】
（１６）  前記エネルギーパルスが、電子を含む、実施態様１４に記載のクラムシェル電池。
（１７）  前記エネルギーパルスが、熱エネルギーを含む、実施態様１４に記載のクラムシェル電池。
（１８）  前記クラムシェル電池の外面の少なくとも一部を取り巻く金属コーティングを更に含み、前記金属コーティングが無電解めっきにより堆積され、前記中間クラムシェルピースの少なくとも全周囲部分が金属コーティングを受けることを阻止され、前記第１の金属クラムシェルピースと前記第２の金属クラムシェルピースとの間の絶縁性の側面を維持する、実施態様１２に記載のクラムシェル電池。
（１９）  前記第１の封止面と前記第１の金属クラムシェルとの間の前記間隙に位置する前記封止材料が、チタンを添加した従来のはんだ合金ベースを含み、前記チタンが、超音波エネルギーへの暴露の際に前記中間クラムシェルピースの表面材料と反応する、実施態様１２に記載のクラムシェル電池。
（２０）  第１のプラスチッククラムシェルピースである、アノード集電体と、
アノード化学物質が前記第１のプラスチッククラムシェルピース内に含まれる、アノードと、
第２のプラスチッククラムシェルピースである、カソード集電体と、
カソード化学物質が前記第２のプラスチッククラムシェルピース内に含まれる、カソードと、
前記第１のプラスチッククラムシェルピース及び前記第２のプラスチッククラムシェルピースのレッジ領域を含む溶融領域を含む封止部と、を含むクラムシェル電池。
【０２１９】
（２１）  前記第１のプラスチッククラムシェルピース及び前記第２のプラスチッククラムシェルピースの形状が、眼用レンズ内部の容積を埋めるように形成されている不規則な断面輪郭を備える、実施態様２０に記載のクラムシェル電池。
（２２）  前記第１のプラスチッククラムシェルピースの前記レッジ特徴部と前記第２のプラスチッククラムシェルピースの前記レッジ特徴部との間に位置する封止材料が、複数の金属膜の薄層を含み、第１の金属膜の薄層が、第２の金属膜の層の上に堆積され、前記第１の金属膜の薄層が、エネルギーを放出する前記第２の金属膜の層と化学的に反応して層を迅速に加熱し、化学反応が、エネルギーのエネルギーパルスによって活性化される、実施態様２０に記載のクラムシェル電池。
（２３）  前記エネルギーパルスが、光子を含む、実施態様２２に記載のクラムシェル電池。
（２４）  前記エネルギーパルスが、電子を含む、実施態様２２に記載のクラムシェル電池。
（２５）  前記エネルギーパルスが、熱エネルギーを含む、実施態様２２に記載のクラムシェル電池。
【０２２０】
（２６）  金属膜が、前記第１のプラスチッククラムシェルピース及び前記第２のプラスチッククラムシェルピースの前記内面の一部分をコーティングし、前記クラムシェル電池が電気装置に接続されていないときに前記第１のクラムシェルプラスチックピース上の前記金属膜コーティングが前記第２のクラムシェルプラスチックピース上の前記金属膜コーティングから電気的に絶縁されている、実施態様２０に記載のクラムシェル電池。
（２７）  前記クラムシェル電池の外面の少なくとも一部を取り巻く金属コーティングを更に含み、前記金属コーティングが無電解めっきにより堆積され、第１のアノード接触部及び第１のカソード接触部のうち少なくとも１つが、めっきを受けないように保護され、前記金属コーティングから電気的に絶縁されている、実施態様２０に記載のクラムシェル電池。
（２８）  第１の半導体クラムシェルピースである、アノード集電体と、
アノード化学物質が前記第１の半導体クラムシェルピース内に含まれる、アノードと、
第２の半導体クラムシェルピースである、カソード集電体と、
カソード化学物質が前記第２の半導体クラムシェルピース内に含まれる、カソードと、
前記第１の半導体クラムシェルピースのレッジ領域と前記第２の半導体クラムシェルピースのレッジ領域との間の封止部と、を含み、
前記第１の半導体クラムシェルピース及び前記第２の半導体クラムシェルピースの分離領域が、前記電池内部から外部接続へのドープ領域内の電流の流れを可能にするようにドープされる、クラムシェル電池。
（２９）  前記第１の半導体クラムシェルピース及び前記第２の半導体クラムシェルピースの形状が、眼用レンズ内部の容積を埋めるように形成されている不規則な断面輪郭を備える、実施態様２８に記載のクラムシェル電池。
（３０）  前記第１のプラスチッククラムシェルピースの前記レッジ特徴部と前記第２の半導体クラムシェルピースの前記レッジ特徴部との間に位置する封止材料が、複数の金属膜の薄層を含み、第１の金属膜の薄層が、第２の金属膜の層の上に堆積され、前記第１の金属膜の薄層が、エネルギーを放出する前記第２の金属膜の層と化学的に反応して層を迅速に加熱し、化学反応が、エネルギーのエネルギーパルスによって活性化される、実施態様２８に記載のクラムシェル電池。
【０２２１】
（３１）  前記エネルギーパルスが、光子を含む、実施態様３０に記載のクラムシェル電池。
（３２）  前記エネルギーパルスが、電子を含む、実施態様３０に記載のクラムシェル電池。
（３３）  前記エネルギーパルスが、熱エネルギーを含む、実施態様３０に記載のクラムシェル電池。
（３４）  金属膜が、前記第１の半導体クラムシェルピース及び前記第２の半導体クラムシェルピースの前記内面の一部分をコーティングし、前記クラムシェル電池が電気装置に接続されていないときに、前記第１のクラムシェルピース上の前記金属膜コーティングが、前記アノード、セパレータ、及び前記カソードを通して前記第２のクラムシェルピース上の前記金属膜コーティングに電気的に接続されているだけである、実施態様２８に記載のクラムシェル電池。
（３５）  前記クラムシェル電池の外面の少なくとも一部を取り巻く金属コーティングを更に含み、前記金属コーティングが無電解めっきにより堆積され、第１のアノード接触部及び第１のカソード接触部のうち少なくとも１つが、めっきを受けないように保護され、前記金属コーティングから電気的に絶縁されている、実施態様２８に記載のクラムシェル電池。
【０２２２】
（３６）  絶縁材料製の第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体を受容することであって、クラムシェル半体がレッジに囲まれた電池構成要素を支持するための本体領域を有し、前記レッジが封止に使用され得る、ことと、
前記第１のクラムシェル半体において導電トレースを画定することと、
前記第１のクラムシェル半体においてアノードを堆積させることと、
前記第２のクラムシェル半体においてカソードを堆積させることと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方にセパレータフィルムを配置することと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の中に電解質を堆積させることと、
前記クラムシェル半体を接合することと、
前記クラムシェル半体の前記レッジ間の封止部を形成することと、を含むクラムシェル電池の製造方法。
（３７）  前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の表面の少なくとも一部を無電解めっきで封止することを更に含む、実施態様３６に記載の方法。
（３８）  前記クラムシェル電池を電気めっきでめっきすることを更に含む、実施態様３７に記載の方法。
（３９）  前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の少なくとも第１の部分を蒸着した金属膜でコーティングすることを更に含む、実施態様３６に記載の方法。
（４０）  前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の前記レッジの少なくとも第１の部分を封止のために金属膜でコーティングすることを更に含む、実施態様３６に記載の方法。
【０２２３】
（４１）  眼用装置の中に前記クラムシェル電池を配置することを更に含む、実施態様３６に記載の方法。
（４２）  前記眼用装置が、コンタクトレンズである、実施態様４１に記載の方法。
（４３）  プラスチック材料製の第１のクラムシェル半体及び第２のクラムシェル半体を受容することであって、クラムシェル半体がレッジに囲まれた電池構成要素を支持するための本体領域を有し、前記レッジが封止に使用され得る、ことと、
前記第１のクラムシェル半体において導電トレースを画定することと、
前記第１のクラムシェル半体においてアノードを堆積させることと、
前記第２のクラムシェル半体においてカソードを堆積させることと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方にセパレータフィルムを配置することと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の中に電解質を堆積させることと、
前記クラムシェル半体を接合することと、
前記クラムシェル半体の前記レッジ間の封止部を形成することであって、前記封止部の前記形成が、前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の前記プラスチックレッジを溶け合わせることを含む、ことと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の表面の少なくとも一部を無電解めっきで封止することと、を含む、クラムシェル電池の製造方法。
（４４）  前記クラムシェル電池を電気めっきでめっきすることを更に含む、実施態様４３に記載の方法。
（４５）  前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の少なくとも第１の部分を蒸着した金属膜でコーティングすることを更に含む、実施態様４３に記載の方法。
【０２２４】
（４６）  半導体材料製の第１のクラムシェル半体及び半導体材料製の第２のクラムシェル半体を受容することであって、クラムシェル半体がレッジに囲まれた電池構成要素を支持するための本体領域を有し、前記レッジが封止に使用され得る、ことと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の領域をドープすることであって、前記ドープすることが、前記材料の伝導率を増大させてコンタクト領域を形成する、ことと、
前記第１のクラムシェル半体の表面上に金属膜を堆積させることと、
前記第１のクラムシェル半体においてアノードを堆積させることと、
前記第２のクラムシェル半体においてカソードを堆積させることと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方にセパレータフィルムを配置することと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の中に電解質を堆積させることと、
前記クラムシェル半体を接合することと、
前記クラムシェル半体の前記レッジ間の封止部を形成することと、
前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の前記表面の少なくとも一部を無電解めっきで封止することと、を含む、クラムシェル電池の製造方法。
（４７）  前記クラムシェル電池を電気めっきでめっきすることを更に含む、実施態様４６に記載の方法。
（４８）  前記第１のクラムシェル半体及び前記第２のクラムシェル半体の一方又は両方の少なくとも第１の部分を蒸着した絶縁膜でコーティングすることを更に含む、実施態様４６に記載の方法。
（４９）  眼用装置の中に前記クラムシェル電池を配置することを更に含む、実施態様４６に記載の方法。
（５０）  前記眼用装置が、コンタクトレンズである、実施態様４９に記載の方法。
【図１Ａ】
2018046015.tif 000011
【図１Ｂ】
2018046015.tif 000012
【図２Ａ１】
2018046015.tif 000013
【図２Ａ２】
2018046015.tif 000014
【図２Ａ３】
2018046015.tif 000015
【図２Ｂ】
2018046015.tif 000016
【図２Ｃ】
2018046015.tif 000017
【図２Ｄ】
2018046015.tif 000018
【図２Ｅ】
2018046015.tif 000019
【図３Ａ】
2018046015.tif 000020
【図３Ｂ】
2018046015.tif 000021
【図３Ｃ】
2018046015.tif 000022
【図３Ｄ】
2018046015.tif 000023
【図３Ｅ】
2018046015.tif 000024
【図３Ｆ】
2018046015.tif 000025
【図３Ｇ】
2018046015.tif 000026
【図３Ｈ】
2018046015.tif 000027
【図３Ｉ】
2018046015.tif 000028
【図４】
2018046015.tif 000029
【図５Ａ】
2018046015.tif 000030
【図５Ｂ】
2018046015.tif 000031
【図５Ｃ】
2018046015.tif 000032
【図５Ｄ】
2018046015.tif 000033
【図６Ａ】
2018046015.tif 000034
【図６Ｂ】
2018046015.tif 000035
【図６Ｃ】
2018046015.tif 000036
【図６Ｄ】
2018046015.tif 000037
【図７】
2018046015.tif 000038
【図８】
2018046015.tif 000039
【図９】
2018046015.tif 000040
【図１０】
2018046015.tif 000041
【外国語明細書】
2018046015000001.pdf