(57)【要約】【課題】【解決手段】本教示は、アノードと、カソードと、電解質と、カソードとアノードとの間に配設された分離板と、アノード、カソード、電解質及び分離板を保持するハウジングとを備える電気化学的セルを含む。分離板は、実質的に単一層材料から成る第一のシートと、第一のシートと相違する第二のシートとを含むことができる。第二のシートは、２つの更なる外層の間に積層された微孔性内層を含むことができる。一部のセルにおいて、内層は、多孔性形態と実質的に非多性形態との間にて約８０℃ないし１５０℃の範囲の遷移温度を有することができ、２つの更なる外層は、第一の層の遷移温度よりも少なくとも約１０℃高い温度までその構造的一体性を維持する。
2008529238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池用の電極組立体であって、
第一の電極と、第二の電極と、第一の電極と第二の電極との間の接触を防止し得るよう第一の電極と第二の電極との間に配置された分離板と、を備え、
前記分離板は、第一の電極と第二の電極との間に配設された第一の分離板シートと、第一の電極と第二の電極との間に配設された第二の分離板シートと、を有し、
前記第一の分離板シートは、各々が微孔性の内層に接着された２つの透過性外層を備え、
前記第二の分離板シートは、実質的に単一の透過層から成り、
前記第一の分離板シートの内層は、イオンの流れに対して多孔性の第一の形態、第一の形態よりもイオンの流れに対して多孔性ではない第二の形態、及び内層が第一の形態から第二の形態に変態する約８０℃ないし１５０℃の範囲の第１の遷移温度を有し、外層は第一の遷移温度よりも約１０℃高い温度まで構造的一体性を維持する、電池用の電極組立体。
【請求項２】
請求項１に記載の電極組立体において、第一の電極は、アクティブなカソード材料を備え、第二の電極はアクティブなアノード材料を備え、第一のシートの内層及び外層及び第二のシートの単一層は重合系材料を含む、電極組立体。
【請求項３】
請求項２に記載の電極組立体において、第一のシートは、第一の電極と第二のシートとの間に介在される、電極組立体。
【請求項４】
請求項２に記載の電極組立体において、第一のシートは、第二の電極と第二のシートとの間に介在される、電極組立体。
【請求項５】
請求項２に記載の電極組立体において、第一及び第二の電極は、第一及び第二のシートがスパイラルな形状を形成するよう共にロール巻きされる、電極組立体。
【請求項６】
請求項２に記載の電極組立体において、第一の電極は複数の電極板を有し、第二の電極は複数の電極板を有し、第一及び第二のシートは、第一及び第二の電極板の間に介在された複数の別個のシート対を有する、電極組立体。
【請求項７】
電池であって、
アノード集電器と接触するアクティブなアノード材料を含むアノードと、カソード集電器と接触するアクティブなカソード材料を含むカソードと、アノードとカソードとの間に配置された分離板と、電解質と、アノード、カソード、分離板及び電解質を保持するハウジングと、を備え、
分離板は、実質的に単一層の材料から成る第一のシート、及び第一のシートと相違する第二のシートを含み、
第二のシートは、少なくとも２つの追加的な外層の間に積層された微孔性内層を含むことを特徴とする電池。
【請求項８】
請求項７に記載の電池であって、内層は、多孔性形態と実質的に非多孔性形態との間に約８０℃ないし１５０℃の範囲の遷移温度を有し、２つの更なる外層は、第一の層の遷移温度よりも少なくとも約１０℃高い温度までその構造的一体性を維持する、電池。
【請求項９】
請求項８に記載の電池において、第一のシート及び第二のシートは、実質的に同様である、電池。
【請求項１０】
請求項８に記載の電池において、第一のシート及び第二のシートは、実質的に互いに相違する、電池。
【請求項１１】
請求項８に記載の電池において、第一のシート及び第二のシートは、全て重合系材料にて形成される、電池。
【請求項１２】
請求項８に記載の電池において、第一のシート及び第二のシートはポリプロピレンを含む、電池。
【請求項１３】
請求項８に記載の電池において、第二のシートの内層はポリエチレンを含む、電池。
【請求項１４】
電池であって、
複数のアノード層と、分離板層と、複数のカソード層と、を備え、
カソード層及びアノード層は、それらの間に分離板が配設された積層体としての形態とされ、
分離板は、第一のシートと、第二のシートとを含み、第一のシートは平方センチメートル当たり約５００オーム以下の電気抵抗率を有する実質的に単一の重合系材料から成り、
第二のシートは、２つの更なる外層の間にて積層された微孔性内層を備え、微孔性内層は、約８０℃ないし１５０℃の範囲の変態温度にて実質的に非多孔性構造体に変態し、２つの更なる重合系外層は、微孔性重合系内層の変態温度よりも少なくとも１０℃高い温度まで構造的一体性を維持する、電池。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電池において、第二のシートの内層は重合系材料を含む、電池。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電池において、第二のシートの内層の重合系材料はポリエチレンを含む、電池。
【請求項１７】
請求項１４に記載の電池において、第二のシートの更なる外層はポリプロピレンを含む、電池。
【請求項１８】
請求項１４に記載の電池において、第一のシートは重合系材料を含む、電池。
【請求項１９】
請求項１４に記載の電池において、第一のシートはポリプロピレンを含む、電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＭＤ、より具体的には、多岐に亙る植込み型医療装置（ＩＭＤ;implantable medical device）を励起させるべく使用される電池用のいわゆる熱遮断分離板（thermal shutdown separators）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＭＤは、多岐に亙る症状の患者を治療し、監視し且つ診断するのを助けるべく使用される。ＩＭＤの例は、心臓の電気的活動を監視し且つ必要なとき、１つ又はより多くの心臓室に対し電気的刺激を提供する電子的医療装置である植込み型ペースメーカ及びＩＣＤ（implantable cardioverter-defibrillator）を含む。例えば、ペースメーカは、不整脈を感知し且つ、制御された態様にて適正な低エネルギの電気刺激パルスを提供し、不整脈をオーバドライブし、従って修復して心調律を回復する。ペースメーカにより検出し且つ修復することのできる不整脈の型式は、異常に遅い心拍である徐脈及び異常に速い心拍である特定の頻脈を含む。かかる頻脈現象に対し、ペースメーカは、原因となる急速な調律を実質的に「ピーリングバック（peeling-back）」することにより、調律を回復すべくいわゆる抗頻脈ペーシング（ＡＴＰ; anti-tachycardia pacing）を採用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
知られているように、ＩＣＤは、不整脈を検出し且つ、異常な心拍を修復すべく心臓の選んだ室に対し適正な電気的刺激パルスも提供する。しかし、ペースメーカと相違して、ＩＣＤは、遥かに強力で且つ周期が短いパルスを提供することもできる。その理由は、ＩＣＤは、全体として、１つ又はより多くの心室の速い非同期化状態の震動である細動を修復し且つ、心臓の心拍は極めて速いものの、調和した状態の重度の頻脈を修復する設計とされているからである。かかる不整脈を修復するため、ＩＣＤは、低、中又は高エネルギのショックを心臓に送り出す。ペースメーカ及びＩＣＤは、患者の不快感を最小にしつつ、患者の身体が容易に受容可能な形状にて設計されることが好ましい。そのため、装置の隅部及び端縁は、典型的に、平滑な所要輪郭の面を有するパッケージ体を提供し得るよう余裕のある半径にて設計されている。また、患者の不快感を更に制限し得るよう装置が占める容積及びその質量を最小限とすることも望ましい。
【０００４】
ＩＭＤのエネルギは、典型的に、電池及びコンデンサを含む。電池及びコンデンサは、体積的に制約されたシステムである。電池に入る構成要素（カソード、アノード、分離板、集電器、電解質等）の寸法又は体積は、電池ケースの利用可能な体積を上回ることはできない。構成要素の配置は、電池ケース内に保持されるアクティブな電極材料の量又は密度に影響を与える。
【０００５】
従来のリチウム電池は、アノード、カソード及び分離板要素がスパイラルな巻線形態にて重ね合わされ且つコイル巻きした、「ゼリーロール（jelly roll）」の設計と称される場合がある電極の形態を採用することもできる。リチウム又はリチウム合金のストリップシートはアノードを備え、集電金網上に支持されたカソード材料は、カソードを備え、不織材料のシートは、アノード要素とカソード要素とをしばしば分離させる。これらの要素は、スパイラルを形成するよう組み合わせ且つ巻線状とされる。
【０００６】
典型的に、かかる巻線電極用の電池の形態は、円筒状であろう。この設計の１つの有利な点は、アノード材料がカソード材料に適合する必要がない点である。このため、かかる設計は、カソード構成要素と、アノード構成要素との適合状態を改良し且つ、放電する間、アノード及びカソードの利用状態の均一さを向上させる可能性を有する。しかし、円筒状セルは、植込み型除細動器のケース内にて角錐型セルの形状と同程度の空間の利用度は実現しないであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
現在、ＩＭＤにて使用される電池は、ＩＭＤに対する高エネルギ密度を得るため、リチウムアノードを含む化学的作用を使用する。所定の体積に対し、より高エネルギ密度は、より大きいアンペア時容量に転換し、このことは、ＩＭＤの有効寿命がより長いこと、すなわち作用可能性がより大きいことを意味することができる。一例において、所定の電池容量の場合、より高エネルギ密度であれば、典型的に、より小型の電池の形態を可能にし、従って、より小さい全体的なＩＭＤとなるであろう。
【０００８】
ＩＭＤ内の電池に対する別の主たる考慮事項は、既知であるように、電池が短絡を経験するならば、多量の熱が発生する可能性があるから、安全性である。更に、外部短絡（例えば、セルの外部のＩＭＤ構成要素とセルの内部との間の電気的経路）により、高電流の流れ及び望ましい電池の温度よりも高い温度が惹起される可能性がある。勿論、電池内部（例えば、カソードとアノードとの間）の短絡によって、極めて高電流の流れに起因して多量の熱が局所的に発生する可能性がある。リチウム又はリチウムーイオンの化学的作用を使用する、一般に商業的に利用可能な電池は、カソードをアノードから分離し、アノードとカソードとの間の望まない直接的な接触を防止する単一の多孔性分離板シートをしばしば有する。
【０００９】
かかる直接的接触の場合、過熱する電池によって分離板が溶融する可能性がある。多孔性分離板がその位置にて溶融し孔を閉じ且つ、完全な不透過性膜を形成するならば、その場合、カソードとアノードとの間のイオン流れは減少し、また同様に過熱も減少するであろう。しかし、孔を更に開き且つ張力及び（又は）癒合の下にて引っ張られて比較的大きい穴を開けるような態様にて多孔性分離板が溶融するならば、温度の自己調節作用は生じないであろう。最近、一部のＩＭＤ製造メーカは、カソードとアノードとの間にも２つの分離板を使用している。この方策は、改良された、幾分、耐障害性のあるＩＭＤ電池組立体を提供している。
【００１０】
かかる分離板を過熱によって引き起こされる破損から一層良く防護するため、２つの微孔性ポリプロピレン層の間に積層された微孔性ポリエチレン層をしばしば有する３層分離板が開発されている。ポリエチレンは、ポリプロピレンよりも低温度にて溶融し、ポリエチレンの孔が隣接するシートによりその位置に保持される間、閉じるように選ばれる。３層分離板は、高品質である。しかし、３層分離板が不良となったり、穴が見られず、また、高温度にてイオンの流れを完全に妨害できない懸念がある。かかる懸念の全てを緩和するため、一部のＩＭＤ製造メーカは、アノードとカソードとの間に２つの３層分離板を使用している。この構成は、極めて安全なＩＭＤ電池組立体となる可能性をもたらす。
【００１１】
二重の３層分離板を使用することは、安全性をもたらすが、電池の電気的抵抗も増大させる。抵抗の増大は、イオンが１つの分離板シートではなくて２つの分離板シートを通って流れるためである。抵抗の増大は、電池に連結されたコンデンサを充電するのに必要な時間も増大させることになる。現在の熱的遮断分離板の安全性を提供し、しかも電流の流れに対する抵抗が小さい熱的遮断分離板を有する植込み型電池が望まれる。また、電池が安全で、しかも薄い熱的遮断分離板を有することも望ましいであろう。
【００１２】
本発明の教示は、ＩＭＤに給電するために使用することのできる電気化学的セルを提供する。ＩＭＤの非限定的な例は、植込み型カルジオバータ除細動器、植込み型心臓ペースメーカ及び植込み型神経刺激器を含む。電気化学的セルの一部は、第一の単一層シートと、第二の多層シートとを有する分離板を含むことができる。２つ又はより多くの層を有するであろう第一の単一層シートと、第二のシートとの組み合わせ体は、電池に対し効果的な分離板と、低い内部抵抗との双方を提供することができる。分離板は、現在の二重の３層分離板と同程度の分離効果を提供することができ、しかも内部抵抗は小さい。
【００１３】
低い抵抗であることは、同様の二重の３層分離板を使用するときに可能な場合よりも迅速に植込み型装置のコンデンサを充電する点にて有利に使用することができる。かかる分離板の１つの用途は、植込み型カルジオバータ除細動器である。
【００１４】
本教示は、アノードと、カソードと、電解質と、カソードとアノードとの間に配設された分離板と、アノード、カソード、電解質及び分離板を保持するハウジングとを含む電気化学的セルを有する。分離板は、実質的に単一層材料から成る第一のシートと、第一のシートと相違する第二のシートとを含むことができる。第二のシートは、２つの更なる外層の間に積層された微孔性内層を含むことができる。一部のセルにおいて、内層は、多孔性形態と実質的に非多孔性形態との間の約８０℃ないし１５０℃の範囲の遷移温度（transition temperature）を有することができ、２つの更なる外層は、第一の層の遷移温度よりも少なくとも約１０℃高い温度までその構造的一体性を維持する。一部のセルにおいて、第一のシートは、第二のシートの内層の遷移温度よりも少なくとも約１０℃だけ高い温度までその構造的一体性を維持することもできる。
【００１５】
一部のセルは、直径約０．００５ないし５μｍの範囲の平均孔寸法を有する第二のシートの内層を含み、孔は、内層の少なくとも体積の約１０％を占め、内層は約１．０ミル（０．００２５ｃｍ）以下の厚さを有する。一部の実施の形態において、第一のシート及び第二のシートのより外層は、実質的に同様である一方、その他の実施の形態において、これらシートは、異なる材料にて形成され且つ（又は）異なる寸法及び（又は）性質を有する。一部のセルの実施の形態は、重合系材料にて形成された第一及び第二のシート層を有する。一部の重合系材料は、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリテトラフルオロエチレンポリプロピレン共重合体、ポリアミド、ポリフェニレン酸化物−ポリスチレン、ポリカーボネート及びそれらの組み合わせ体から成る群から選ぶことができる。
【００１６】
一部のセルにおいて、第一のシート、第二のシートのより外層は、ポリプロピレンにて形成される一方、第二のシートの内層はポリエチレンにて形成される。本発明の別の形態は、第一の電極と、第二の電極と、第一の電極と第二の電極との接触を防止し得るよう両電極の間に配置された分離板とを有する電極組立体を含む。分離板は、電気化学的セルに関して上述したものとすることができる。
【００１７】
本教示は、密閉的に密封されたハウジングと、ハウジング内に配設された電池と、ハウジング内に配設され且つ、電池と電気的に連結された治療提供モジュール、監視モジュール、診断モジュール及びそれらの組み合わせから成る群から選ばれた１つのモジュールとを備える密閉的に密封されたＩＭＤ（ＩＭＤ）をも含む。電池は、本教示に従った電気化学的セルを含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下の説明は、当該技術の当業者が本教示を実施し且つ使用することが可能であるように記述したものである。記載した実施の形態に対する色々な改変例は、当該技術の当業者に容易に明らかになるであろうし、本明細書の包括的な原理はまた、特許請求の範囲により規定された本発明の教示の精神及び範囲から逸脱せずに、その他の実施の形態及び適用例にも適用可能である。このように、本教示は、示した実施の形態にのみ限定することを意図するものではなく、本明細書に開示した原理及び特徴と一致する最も広い範囲が付与されるべきである。以下の詳細な説明は、異なる図面にて同様の要素を同様の参照番号にて表示した添付図面に関して読むべきである。必ずしも正確な縮尺通りではない図面は、選んだ実施の形態を示すもので、教示の範囲を限定することを意図するものではない。
【００１９】
当業者は、本明細書に記載した実施例は、本教示の範囲に属する多数の有用な代替例を含むことが可能であることが認識されよう。
【００２０】
本発明の実施の形態は、ＩＣＤに限定されず、患者の症状を治療する多数の色々な型式のＩＭＤ（例えば、ペースメーカ、神経刺激器、モニター装置及び治療物質の送り出しシステム）にて採用することができる。しかし、単に説明のため、本教示は、ＩＣＤに関して以下に説明する。本教示は、高電流電池に限定されず、低又は中電流電池に対して利用することが可能であることを更に理解すべきである。しかし、単に説明の目的のためにのみ、本教示は高電流電池に関して以下に説明する。
【００２１】
図１は、本教示の一例による実施の形態に従ったＩＭＤ１０の一例の簡略化した概略図である。しかし、ＩＭＤ１０は、多岐に亙る形態をとることができる。これと代替的に又はこれに加えて、ＩＭＤ１０は、各々、その内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、ベネット（Bennett）その他の者に対する米国特許明細書５，１５８，０７８号、シェルトン（Shelton）その他の者に対する米国特許明細書５，３１２，４５３号又はオルソン（Olson）に対する米国特許明細書５，１４４，９４９号に開示されたもののような植込み型心臓ペースメーカであってもよい。更に、ＩＭＤ１０は、例えば、ミュレット（Mullet）に対する米国特許明細書５，３４２，４０９号に記載されたような植え込み型神経刺激器又は植込み型薬剤ポンプ、心筋刺激器、バイオセンサ、生理学的モニター装置及び同様のものとしてもよい。
【００２２】
ＩＭＤ１０は、特定の用途に適した任意の数のリードを含むことが可能であることが理解されようが、ＩＭＤ１０は、関係した電気リード１４、１６、１８を有する。リード１４、１６、１８は、リード１４、１６、１８に対する作用可能な電気機械的ポートを保持する、多ポートコネクタブロック２０によってＩＭＤ１０に連結される。リード１４は、左胸部領域内に皮下的に取り付けることを図る皮下電極３０に連結される。これと代替的に、又は追加的に、ＩＭＤ１０のハウジングが電極として作用可能であるアクティブ「キャン」（すなわちキャニスタ）の形態を採用することができる。リード１６は、心臓１２の冠状静脈洞及び大静脈領域内に配置された電極を採用する冠状静脈洞リードである。電極の位置は、冠状静脈洞の開口部内の一点から左心耳の付近の点まで心臓１２の回りを伸びる破線の形態３２にて示されている。リード１８には、心臓１２の右心室内に配置することのできる細長い電極コイル２８を設けることができる。リード１８は、右心室の心筋組織内にねじ込まれる前進可能なヘリカルコイルの形態をしたヘリカル刺激電極３４を含むこともできる。リード１８は、また近接場及び非近接場心電図検知のため、１つ又はより多くの追加的な電極を含むこともできる。
【００２３】
図示したシステムにおいて、心臓ペーシングパルスは、ヘリカル電極３４と細長い電極コイル２８との間にて送り出される。電極２８、３４は、心室の収縮を示す電気信号を感知するためにも採用される。図示するように、右心室電極２８は順序的で且つ同時的なパルス多電極除細動法を実行する間、共通の電極として作用することが予想される。例えば、同時的なパルス除細動法を行う間、パルスは、電極２８、３０の間及び電極２８、３２の間にて同時に送り出される。順序的パルス除細動を行う間、パルスは、皮下電極３０と電極２８との間、また、冠状静脈洞電極３２と右心室電極２８との間にて順次に送り出されると考えられる。典型的に、電極２８と冠状静脈洞電極３２との間に２つの電極除細動パルス法を提供することもできる。これと代替的に、単一のパルスを電極２８、３０の間に送り出してもよい。ＩＭＤ１０に対する電極の特定の相互接続は、何れの特定の単一の電極対の除細動パルス法が採用される可能性があるかに多少、依存するであろう。
【００２４】
上述したように、ＩＭＤ１０は、当該技術にて既知であるように多岐に亙る形態をとることができる。ＩＭＤ１０の色々な実施の形態の一例は、図２に示されている。ＩＭＤ１０は、ケース５０（その右側部が図２に図示）と、エレクトロニクスモジュール５２と、電池又は電気化学的セル５４と、コンデンサ５６とを含む。ＩＭＤ１０の構成要素の各々は、特定の最終用途に合った形態とされることが好ましい。
【００２５】
このように、エレクトロニクスモジュール５２は、１つ又はより多くの感知及び（又は）刺激過程を実行する形態とされている。電気化学的セル５４は、その回りに配設された絶縁体５８を有する。電気化学的セル５４は、コンデンサ５６を充電し且つ再充電すると共に、エレクトロニクス５２に給電する電気エネルギを提供する。
【００２６】
図３を参照すると、本教示に従った１つの実施の形態における深絞り成形した電池ケースの分解斜視図が示されている。本教示に従った電池４０は、深絞り成形した電池ケース４２と、電極組立体４４とを含む。ケース４２は、全体として、医療等級チタンにて出来ているが、ケース４２は、腐食を防止し得るよう、金属が電池の化学的作用と適合する限り、アルミニウム及びステンレススチールのようなほぼ任意の型式の金属にて出来たものとすることが可能であると考えられる。更に、ケース４２は、機械加工、鋳造、絞り成形、又は金属射出成形法を含むが、これらにのみ限定されないほぼ任意の過程により製造することが可能であると考えられる。ケース４２は、電極組立体４４を収納し且つ、電池カバー４６によって密封される設計とされる。ケース４２の側部４８は、全体として、平面状であるが、側部４８は、全体として円弧状の形状とすることが可能であると考えられる。この構造は、湾曲し又は円弧状の電極組立体４４を受容する能力を含んで、多数の有利な効果を提供するであろう。円弧状の側部は、ＩＣＤのようなＩＭＤの円弧状の端縁に入れ子式に収納することもできよう。
【００２７】
深絞り成形したケースと相違して、電池ケース４２は、浅絞り成形法を使用して製造することもできる。図６を参照すると、本教示の１つの実施の形態に従って、浅絞り成形した電池の分解斜視図が示されている。
【００２８】
電池１１０は、浅絞り成形した電池ケース１１２と、電極組立体１１４と、絶縁体カップ１１６と、電池カバー１１８と、継手１２０と、上部空間カバー１２２と、フィードスルー組立体１２４と、電池ケースライナー１３１とから成っている。電池ケース１１２は、電極組立体１１４を収納し且つ、電池カバー１１８にて密閉的に密封される設計とされている。本教示の実施の形態は、本教示の範囲から逸脱せずに、深絞り成形したケース又は浅絞り成形したケースの何れにも使用することができる。
【００２９】
本明細書にて使用するように、１つ又は複数の電池という用語は、単一の電気化学的セル又は直列に又は並列の組み合わせにて接続された多数のセルを含む。電池は、電池ケース内の構成要素が電池ケースの利用可能な体積を超えることのできない体積的に制約されたシステムである。電極及び例えば、リチウム／銀酸化バナジウム（Ｌｉ／ＳＶＯ）電池内にてこれら電極と共に使用することが必要とされる電解質の所望の体積を設計するときの色々な条件の説明は、米国特許明細書５，４５８，９９７号（クレスピ（Crespi）その他の者）に記載されている。しかし、全体として、電池は、電極と、作用する電池を提供するため必要とされる電解質に対する追加的な体積とを含まなければならない。
【００３０】
本教示は、所望の時間内、好ましくは約２０秒以下、より好ましくは約１０秒以下にて所望の量のエネルギ、好ましくは約２０ジュール以上、典型的に、約２０ジュールないし約４０ジュールにてコンデンサを充電することのできる高電流電池を特に対象とするものである。これらの値は、典型的に、電池の通常の寿命の間、また、電池が新品であるときに実現することができる。その結果、電池は、典型的に、遥かに低電流にて典型的に放電される低効率の電池と相違して、典型的に、約１．５ないし約２．５ボルトにて約５アンペアまで送り出さなければならない。更に、好ましい電池は、約３０秒以下、より好ましく約１０秒以下の間隔にて、これらの量のエネルギを反復的に提供し得なければならない。
【００３１】
電極組立体４４、１１４は、その米国特許明細書の開示内容をそのそれぞれの内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、「電気化学的セル用の内部電極及び組み立て方法（Internal Electrode and Assembly Method for Electrochemical Cells）」についてムッフレット（Muffuletto）その他の者に対する米国特許明細書５，３１２，４５８号、米国特許明細書５，２５０，３７３号、「角錐形セルの製造方法（Method of Making Prismatic Cells）」についてタケウチ（Takeuchi）その他の者に対する米国特許明細書５，５４９，７１７号、「不水溶性リチウム電池（Non-Aqueous Lithium Battery）」についてキエスター（Kiester）その他の者に対する米国特許明細書４，９６４，８７７号、「改良された効率の蛇行状電極を有する電気化学的セル（Electrochemical Cell with Improved Efficiency Serpentine Electrode）」についてポスト（Post）その他の者に対する米国特許明細書５，１４７，７３７号、「高又は低表面積設計の何れかによるセル内の標準的な均一な電極構成要素の使用（Use of Standard Uniform Electrode Components in Cells of Either High or Low surface Area Design）」についてフィズクツェク（Pyszczek）その他の者に対する米国特許明細書５，４６８，５６９号に開示された型式のら旋状に巻線し、積層した板又は蛇行状電極とすることができる。これと代替的に、電気化学的セル５４は、その内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、「電気化学的セル（Electrochemical Cell）」についてサンダーランド（Sunderland）その他の者に対する米国特許明細書５，７１６，７２９号に記載された単一カソード電極を含むことができる。電極組立体の組成は変更可能である。１つの図示した電極組立体は、例えば、米国特許明細書５，４５８，９９７号（クレスピその他の者）に記載されたように、リチウム／銀酸化バナジウム（Ｌｉ／ＳＶＯ）のコアを含んでいる。米国特許明細書５，１８０，６４２号（ウェイス（Weiss）その他の者）、米国特許明細書４，３０２，５１８号及び米国特許明細書４，３５７，２１５号（グッドイナフ（Goodenough）その他の者）に記載されたもののような、その他の電池の化学的作用を備えるものとすることも予想される。
【００３２】
図４を参照すると、図３に示したような電極組立体の切断斜視図が図示されている。電極組立体４４は、全体として、第二の電極８０と、第一の電極８２と、第二の電極８０及び第一の電極８２の何れか一方又はその双方を封入する多孔性、非導電性の分離板材料８４とを含む。これら３つの構成要素は、全体として、電極組立体４４を形成するよう互いに配置されている。電極組立体４４の第二の電極８０は、第二の電極導体要素又は集電器に配置された第二の電極のアクティブな材料を含む多数の異なる材料を備えることができる。
【００３３】
１つの実施の形態において、第二の電極は、一次的セルの場合、アノードであり、又は再充電可能なセルの場合、陰極電極である。適した電極のアクティブな材料の例は、リチウム、ナトリウム、カリウム等を含む、元素周期表の族ＩＡから選ばれた材料であるアルカリ金属、それらの合金、また、例えば、Ｌｉ−Ｓｉ、Ｌｉ−Ｂ、Ｌｉ−Ｓｉ−Ｂ合金及び金属間化合物、炭素又は錫酸化物のような介入物又は挿入材料を含む金属間化合物を含むが、これらにのみ限定されるものではない。アノード集電器に適した材料の例は、ステンレススチール、ニッケル、チタン又はアルミニウムを含むが、これらにのみ限定されるものではない。更に、集電器は、格子形態、有孔パターン又は「中実格子」設計を有することができる。１つの実施の形態において、アノードは、チタン集電器を有してリチウムから成っている。色々な実施の形態において、アノードのアクティブ材料は、メッシュ又はエッチングした集電器内に又は集電器の表面に押し付けることができ、又は純粋なリチウムとし且つ集電器を備えないものとすることができる。１つの実施の形態において、リチウムのシートが集電器に取り付けられ、次に、所望の形状にダイカットされる。
【００３４】
電極組立体４４の第一の電極部分８２は、全体として、第一の電極集電器に配置された第一の電極のアクティブな材料を含み、該第一の電極集電器は、第一の電極のアクティブな材料と電極組立体４４の第一の電極端子との間にて電流の流れを伝達する。１つの実施の形態において、第一の電極は、一次的セルの場合、カソードであり、又は再充電可能なセルの場合、陽極電極である。
【００３５】
第一の電極のアクティブな材料として使用するのに適した材料の例は、金属酸化物、混合した金属酸化物、金属及びそれらの組み合わせを含むが、これらにのみ限定されるものではない。適した第一の電極のアクティブな材料は、銀酸化バナジウム（ＳＶＯ）、銅酸化バナジウム、銅銀酸化バナジウム、二酸化マンガン、二硫化チタン、酸化銅、硫化銅、硫化鉄、二硫化鉄、フッ化炭素、又はマンガン、コバルト及びニッケルのような金属の酸化リチウム（litiated oxides）を含む、それらの混合体を含むが、これらにのみ限定されるものではない。
【００３６】
全体として、カソード又は陽極電極のアクティブな材料は、化学剤の添加、色々な金属硫化物、金属酸化物又は金属酸化物／元素金属の組み合わせの反応又はその他の密着又は熱噴霧被覆過程により形成された混合金属酸化物を備えている。これによって製造された材料は、貴金属及び（又は）その酸化物の成分を含む元素周期表の族ＩＢ、ＩＩＢ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ、ＶＩＩＢ、ＶＩＩＩの金属及び酸化物を含む。
【００３７】
第一の電極及び陽極電極の材料は、全体として、ポリビニリデンフルオライド又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉体のようなフルオロ樹脂粉体のようなバインダ材料にて提供することができ、また、黒鉛粉体、アセチレン・ブラック粉体、炭素黒粉体のような別の導電性材料も含む。しかし、幾つかの場合、第一の電極に対しバインダ又はその他の導電性材料は不要である。１つの実施の形態において、カソード材料はメッシュ集電器に押し込まれる粉体とすることができる。１つの実施の形態において、集電器の表面に積層、押し付け、圧延又はその他の方法にて取り付けることのできるカソードペーストを提供することができる。カソード集電器は、アノード集電器について上述したものと同一の材料から成り且つ同一の形態とすることができる。
【００３８】
上記に明示的に記載した以外の電気化学的システムも本教示と共に採用することができ、これは、その幾つかを挙げれば、酸化銀／リチウム、酸化マンガン／リチウム、Ｖ２Ｏ５／リチウム、銅銀酸化バナジウム／リチウム、酸化銅／リチウム、酸化鉛／リチウム、炭素モノフッ化物／リチウム、酸化クロム／リチウム、ビスマスを含む酸化物／リチウム、硫化銅／リチウム、銀酸化バナジウム及び炭素モノフッ化物の混合体のような上述した材料の色々なカソードの混合体、リチウムイオン再充電可能な電池のようなカソード／アノードシステムを含むが、これらにのみ限定されるものでないことを理解すべきである。
【００３９】
分離板材料８４は、第一の電極８２との直接的な接触から第二の電極８０を電気的に絶縁する必要がある。材料は、全体として、セル電解質によって湿潤状態とされ、電解質が分離板材料８４を通って流れのを許容するのに十分、多孔性であり、また、作動中、セル内にて物理的及び化学的一体性を維持する。適した分離板材料は、次のもの、すなわちポリエチレンテトラフルオロエチレン、セラミック、不織ガラス、ガラス繊維材料、ポリプロピレン及びポリエチレンを含むが、これらにのみ限定されるものではない。図示するように、分離板８４は、例えば、２つのポリプロピレン層の間に挟持されたポリエチレン層を有する３つの層から成るものとすることができる。ポリエチレン層は、ポリプロピレン層よりも低い融点を有し且つ、セルが過熱した場合、遮断機構を提供する。電解質溶液は、プロピレンカーボネートとジメトキシエタンの５０／５０の混合体中のリチウム塩（例えば、１．０Ｍ  ＬｉＣｌＯ４又はＬｉＰＦ６又はＬｉＡｓＦ６）のような有機質溶媒内のアルカリ金属塩とすることができる。
【００４０】
図５に示すように、絶縁体５４は、組み立てられたとき、電極組立体４４の上に配置され、これについては以下により詳細に説明する。絶縁体５４は、第一の電極タブ５２及び第二の電極タブ５０を受容するスリット５６、５８を有している。絶縁体５４は、電解質が電極組立体４４に入り且つ電極組立体４４を取り囲むのを許容する開口６１を更に有する。
【００４１】
全体として、絶縁体５４は、ＥＴＦＥから成っているが、ＨＤＰＥ、ポリプロピレン、ポリウレタン、フルオロポリマー及び同様のもののようなその他の材料を使用することが可能であると考えられる。絶縁体５４は、ケース４２、及びカバー４６を電極組立体４４から隔離すべくケースライナー６０と共に作用することを含む、色々な機能を果たす。絶縁体は、電極組立体４４に対し機械的安定性も提供する。
【００４２】
電極組立体４４は、組み立てる間、全体として非導電性ケースライナー６０内に挿入することもできる。ケースライナー６０は、全体として、電極組立体４４の端縁の上方にてその頂部端縁にて伸びて絶縁体５４と重ね合わさる。ケースライナー６０は、ＥＴＦＥからしばしば成っているが、ポリプロピレン、シリコーンゴム、ポリウレタン、フルオロポリマー及び同様のもののようなその他の型式の材料とすることも考えられる。ケースライナー６０は、しばしば、ケース４２と実質的に同様の寸法を有するが、ケースライナー６０は、電池ケース４２内にて安着できるよう僅かに小さい寸法を有することができる。
【００４３】
図３及び図５には、ケース４２及び電極組立体４４と共に、電池カバー４６及び上部空間の絶縁体６２も図示されている。ケース４２と同様に、カバー４６は、強力で且つ高信頼性の溶接部を提供し、電池ケース４２に対する密閉的シールを提供し得るように医療等級チタンにて出来ている。しかし、カバー４６は、材料が電気化学的に適合可能である限り、任意の型式の材料にて出来たものとすることが可能であると考えられる。図示した電池カバー４６は、フィードスルー組立体６８を挿入するためのフィードスルー開口６４を有する。
【００４４】
フィードスルー組立体は、フェルール６７と、絶縁性部材６５と、フィードスルーピン６６とを保持している。フィードスルーピン６６は、ニオブにて出来ているが、本教示の精神から逸脱せずに、任意の導電性材料を利用することができる。ニオブは、全体として、その低抵抗率、溶接の間のチタンとのその材料の適合可能性及び加熱したときのその膨張係数のため選ばれる。ニオブ及びチタンは、適合可能な金属であり、このことは、これらが互いに溶接されたとき、強力な高信頼性の溶接部が提供されることを意味する。
【００４５】
フィードスルーピン６６は、全体として、フィードスルーピンがカバー４６を通って進むとき、フィードスルー組立体６８によりカバー４６から導電可能に絶縁されている。絶縁性部材６５は、フィードスルーピン６６をカバー４６から電気的に絶縁する、ＣＡＢＡＬ−１２（カルシウム−ホウ素−アルミン酸塩）、ＴＡ−２３ガラス及びその他のガラスから成っている。ピンの材料は、一部分、絶縁性部材６５と接続し、その結果、密閉的シールとなるその能力のため選ばれる。ＣＡＢＡＬ−１２は、極めて耐食性材料であり且つ良好な絶縁体である。このため、ＣＡＢＡＬ−１２は、ピン６６とカバー４６との間に優れた絶縁効果を提供すると共に、電解質の腐食効果に対する抵抗性がある。しかし、本教示の精神から逸脱せずに、セラミック材料のような、ガラス以外の材料を利用することができる。電池カバー４６は、充填ポート７０も有しており、該充填ポート７０は、該充填ポート７０が任意の適宜な方法により密閉的に密封された後、適宜な電解質溶液を導入するため使用される。
【００４６】
上部空間の絶縁体６２は、全体として、電池カバー４６の下方で且つセル絶縁体５４の上方に配置される、すなわちコイル巻線状とした電極組立体４４の上方で且つカバー４６の下方にて上部空間内に配置される。全体として、上部空間の絶縁体６２は、ＥＴＦＥ（エチレン  テトラフルオロエチレン）から成るが、ポリプロピレンのようなその他の絶縁性材料とすることも考えられる。ＥＴＦＥは、第二の電極８０及び第一の電極８２の電位の双方にて安定的であり且つ相対的に高い溶融温度を有する。上部空間の絶縁体６２は、フィードスルーピン６６の末端７２、第一の電極タブ５２、第二の電極タブ５０を被覆することが好ましい。電極組立体４４は、第一及び第二の電極タブを有するものとして説明したが、本教示の精神から逸脱せずに、電極の各々が複数のタブを有することも可能であると完全に考えられる。絶縁体６２は、溶接部を被覆すべくケースの領域内にて上部空間絶縁体とカバーとの間に空隙を提供することにより、電極組立体４４をケース４２及びカバー４６を接続する溶接から熱的に保護する効果を提供する設計とされている。絶縁体６２は、第一の電極タブ５２と、第二の電極タブ５０と、ブラケット７４と、それらの導電性表面との間に電気的絶縁部を提供することにより短絡を防止する。図示した溶接ブラケット７４は、第一の電極タブ５２と電池カバー４６との間の導体として作用する。溶接ブラケット７４は、カバー４６及び第一の電極タブ５２の双方に溶接されたニッケル箔片である。
【００４７】
図３、図５の電池４０は、３つの主要な機能部分から成るものと見なすことができる。これらは、収納部、絶縁体、及びアクティブな構成要素部分である。収納部又はクロージャー部分は、ケース４２、カバー４６、フィードスルー組立体６８、充填ポート７０、ボール１１２、ボタン１１４及び電気的接続部から成っている。収納部の主要な機能は、密閉的シール、電解質を追加するためのポート、絶縁した電気的接続部を提供することである。絶縁体の主要な機能は、短絡を防止することである。
【００４８】
絶縁体は、上部空間の絶縁体６２と、コイル絶縁体５４と、ケースライナー６０とから成っている。セルのアクティブな部分は、電気化学的作用／エネルギの貯蔵が行われる箇所である。該アクティブな部分は、電解質と、電極組立体４４とから成っている。電極組立体４４は、第二の電極８０と、第一の電極８２と、分離板８４の２つの層とから成っている。
【００４９】
形成される電池４０は、陰極の電気的ケースの形態にて形成することができる、すなわち、第二の電極８０（アノード）は、電池４０に対する陰極性の外部電気的接続部として作用する導電性ケーシング４２と電気的に接続することができ、フィードスルー端子ピン６６は、電池４０に対する陽極外部電気的接続部として作用する第一の電極８２（カソード）と接続することができる。これと代替的に、第一及び第二の電極８２、８０の接続を逆にし、陽極電気的ケース形態となるようにしてもよい。この場合にも、第一及び第二の電極８２、８０の接続部に対し非導電性ケーシング材料及び２つのフィードスルーピン６６を使用することにより、ケースの中立形態を実現することができる。上述したように、第一及び第二の電極８２、８０の部分は、各々、アクティブなアノード又はアクティブなカソード材料を取り付けることができる集電器部分を含むことができる。
【００５０】
本教示の１つの実施の形態に従い、アノード及び（又は）カソードの多数の板を電気的に接続し、電気化学的セルの形状に対する設計上の大きい自由度を許容しつつ、多数の溶接を不要にし、また、関連する問題点（大きい内部抵抗、弱い構造的一体性等）を解決することを許容する集電器について説明する。
【００５１】
図７ないし図１２には、本教示に従った色々なカソード及びアノードの形態が示されている。分離板シートは、これら図面に示されていないが、アノードとカソードとの間に存在すると理解することができる。図７には、箇所２０６にて接続された多数のカソード板２０２を含むカソードと、同様に端縁接続された多数のアノード板２０４を有するアノードとを備える電極組立体２００が示されている。アノード板及びカソード板は、互いに約９０°の角度にて向き決めされている。図示するように、カソード板部分及びアノード板部分は、相互に差し込まれている。
【００５２】
図８には、箇所２１６にて端縁接続された多数のカソード板２１２を含むカソードと、同様に箇所２１８にて端縁接続された多数のアノード板２１４を含むアノードとを有する、教示内容の別の実施の形態に従った電極組立体２１０が示されている。
【００５３】
アノード板及びカソード板は、互いに約１８０°の角度にて向き決めされている。図示するように、カソード板部分及びアノード板部分は相互に差し込まれている。当該技術の当業者により理解されるように、アノード及びカソード集電器が相互に差し込まれる角度は、電気化学的セルのハウジング内にて利用可能な空間の最適な利用を実現し得るように変更することができる。
【００５４】
図９には、カソード又はアノードの何れか一方のみが多板積層体を利用する、本教示による１つの実施の形態に従った電極組立体２２０が示されている。図９に示すように、電極組立体２２０のカソード部分は、箇所２２４にて端縁接続された多数の板２２２を有する折り重ねた集電器を使用する一方、アノード部分２２６は、蛇行状パターンを使用してカソードの板の間にて相互に差し込まれている。１つの実施の形態において、分離板材料によって取り囲まれた長い連続的なアノード材料がカソード板２２２の間にて連続的に曲がりくねっている。本教示の代替的な実施の形態において、別個のアノード板が同様の態様にてアノード板２２２の間にて相互に差し込まれた長く連続的な分離板パウチ内に配置されている。当該技術の当業者に明らかであるように、図９のアノード及びカソード部分は、本教示の範囲から逸脱せずに逆にすることができる。
【００５５】
図１０には、本教示の実施の形態に従った電極組立体２３０が示されており、この場合、カソード部分は、箇所２３４にて端縁接続された多数のカソード板２３２を有する折り重ねた集電器を含む一方、アノード部分は、アコーディオン状パターン２３６を備え、該パターンにおいて、アノード部分内の交番的な折り重ね部はカソード部分の板２３２の間にて相互に差し込まれる。１つの実施の形態において、分離板の材料によって取り囲まれた長く連続的なアノード材料は、カソードの板の間にて相互に差し込み且つ折り重ねたアコーディオン状パターン２３６を形成する。本教示の代替的な実施の形態において、別個のアノード板は、長く連続的な分離板パウチ内に配置され、該パウチは、同様の態様にてカソード板の間にて相互に差し込まれる。当該技術の当業者に明らかであるように、図１０のアノード及びカソード部分は、本教示の範囲から逸脱せずに、逆にすることができる。
【００５６】
図１１には、本教示の実施の形態に従った別の電極組立体２４０が示されており、この場合、カソード部分は、箇所２４４にて端縁接続された多数のカソード板２４２を有する折り重ねた集電器を含む一方、アノード部分は、円弧状の相互に差し込まれたパターン２４６を利用する。この設計は、熱伝達の特徴の点にて及び鋭角な折り重ね部分が少ないことに起因する構造的一体性の点にて潜在的に有利な効果を提供する。１つの実施の形態において、分離板材料によって取り囲まれた長く連続的なアノード材料は、カソードの板２４２の間にて相互に差し込まれた円弧状のパターン２４６を形成する。本教示の１つの代替的な実施の形態において、別個のアノード板が同様の態様にてカソード板２４２の間にて相互に差し込まれた長く連続的な分離板パウチ内に配置される。当該技術の当業者に明らかであるように、図１１のアノード部分及びカソード部分は、本教示の範囲から逸脱せずに、逆にすることができる。
【００５７】
図１２には、本教示の実施の形態に従った更に別の電極組立体２５０が示されており、この場合、カソード部分は、箇所２５６にて端縁接続された多数のカソード板２５４を有する折り重ねた集電器を含む一方、カソード部分は、板２５４の間にて相互に差し込んだ別個の板２５２から成っている。当該技術の当業者に明らかであるように、図１２のアノード部分及びカソード部分は、本教示の範囲から逸脱せずに、逆にすることができる。
【００５８】
図１３ないし図１９は、２つのシートを有する分離板に関する。ここで使用するように、「シート」は、長さ及び幅の点にて遥かに大きい２つの主要面を有し、また、実施の形態に依存して約０．０２５ｃｍ以下又は０．００１０ｃｍ以下の厚さとすることのできる物品を意味する。「プライ」又は「層」という語はシートの１つの構成部材を意味する。
【００５９】
シートは、互いに積層された２つ又はより多くの層を含む。層は、不織及び（又は）微孔性とすることができる。微孔性層は、実施の形態に依存して約１０ミル、５ミル以下又は０．１ないし４ミルの範囲の厚さを有することができる。孔は、シートが約５００オーム−ｃｍ以下の電気的抵抗率を示すことを許容するのに十分な寸法とすることができる。孔は、直径４０ないし約２５０ｎｍの平均孔寸法を有し、また、実施の形態に依存して、シートの体積の少なくとも１０％、又は少なくとも２０又は５０％を占めるようにしてもよい。
【００６０】
微孔性膜は、実施の形態に依存して、少なくとも約８０℃、又は約８０℃ないし１５０℃の温度にて実質的に非多孔性構造体に変態することができる。微孔性織地は、第二のシート内の積層した微孔性膜の変換温度よりも少なくとも１０又は２０℃高い温度にて最小の収縮率を有することができる。
【００６１】
図１３には、電気化学的セル８００の一部分が示されている。電気化学的セル８００は、全体として、本出願の何れかにて説明したように、電気化学的セル又は電池を代表する。何れかに記載された電気化学的セル８００は、治療、診断及び（又は）監視目的のため、植え込んだ医療装置に給電すべく使用することができる。電気化学的セル８００は、全体として、電解質８０４を含むことができる。好ましいアノード材料は水と反応するリチウムを含むから、電解質８０４は、不水溶性電解質であることが好ましい。
【００６２】
電気化学的セル８００は、アノード板８０２も含む。アノード板８０２は、当該技術にて周知であるように、アクティブなアノード系材料にて形成することができる。アクティブなアノード系材料は、アルカリ金属、より好ましくは、リチウムを含むことが好ましい。一部の実施の形態において、アノード板８０２は、厚さ約０．００５ｃｍないし０．０４ｃｍのリチウム金属膜である。本明細書にて使用するように、「板」は、平面状又は湾曲した形状の何れかとし、また柔軟で且つ展性な極めて薄いリチウム又はリチウム合金板を含むことができる。第一の分離板８０６は、イオンがシートを通って流れるのを許容して優れた電池の性能を提供するのに十分に低い電気抵抗率を呈する単一層シートとすることができる。
【００６３】
第一のシート８０６は、例えば、ポリオレフィン系材料のような重合系材料にて形成することができる。第一のシート８０６は、不織シートとして形成することができる。当該特許出願明細書に記載したシートにて使用可能である幾つかの重合系材料の例は、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン共重合体、ポリアミド、ポリフェニレン−酸化物−ポリスチレン及びポリカーボネートを含む。１つの実施の形態において、シート８０６はポリプロピレンにて形成される。以下に説明するように、シート８０６は、第二のシート内の低融点の内層が非多孔性の形態に変態するときの温度よりも少なくとも約１０℃高い温度にてその構造的一体性を維持することが好ましい。
【００６４】
電気化学的セル８００は、第二のシート８０８も含む。第二のシート８０８は、互いに積層された３つの層又はプライにて形成された３層シートとすることができる。シート８０８については、図１４に関して更に説明する。
【００６５】
電気化学的セル８００はカソード板８１０も含む。カソード板８１０は、任意の適宜なカソード系のアクティブな材料にて形成することができる。カソードは、二酸化マンガン、炭素、フッ化炭素、銀酸化バナジウム、銅酸化バナジウム、銅銀酸化バナジウム、二硫化チタン、酸化銅、硫化銅、硫化鉄、二硫化鉄及びそれらの混合体から成る群から選ばれた材料にて形成することができる。幾つかのカソード系材料は、ＣＦｘ、すなわちフッ化炭素にて形成することができ、この場合、フッ化炭素は性質上、繊維状とすることができる。
【００６６】
一部の実施の形態において、電解質８０４は、電解質溶液中に溶解させたアルカリ金属塩を含む。アルカリ金属塩の例は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＧａＣｌ４、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＳＯ３Ｆ、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）及びそれらの混合体から成る群から選ぶことができる。電解質は、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、メチルアセテート、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルアセトアミド、ガンマ−ブチロラクトン、Ｎ−メチルピロリジノン、エチレンカーボネート、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、１，２−ジメトキシエタン及びそれらの混合体から成る群から選ばれた有機系溶媒を含むことができる。
【００６７】
アノード板８０２及びカソード板８１０は、本出願明細書の何れかにて説明した多岐に亙る形態にて形成することができる。アノード板８０２は、多数のその他のアノード板と端縁接続し、実質的に単一のアノード板を形成することができる。同様に、カソード板８１０は、端縁接続して実質的に単一のカソード板を形成するようにしてもよい。一部の実施の形態において、アノード板８０２及び（又は）カソード板８１０は、アコーディオン状、蛇行状又はＺ字−形状のパターンにて前後方向に折り重ね、単一のカソード及び単一のアノードを有する端縁接続した積層体を効果的に形成する。分離板材料のシート８０２、８０４は、同様に、折り重ねたアノード板とカソード板との間にて相互に差し込むことができる。アノード板８０２及びカソード板８１０は、一部の実施の形態にて、周知のゼリーロールの形態にて巻くこともできる。
【００６８】
図１４には、第二のシート８０８が更に詳細に示されている。シート８０８は、２つの隣接する外層８２０、８２４の間に配設された内層８２２を有する。一部の実施の形態において、外層８２０、８２４は、第一のシート材料８０２と同様の材料にて形成される。本明細書にて使用する「シート」という語は、図１３の第一のシート８０２におけるように単一の材料にて形成されたシート及び図１４の第二のシート８０８のような多層シートの双方を意味する。第二のシート８０８は、実質的に単一のシートを形成するよう互いに積層することのできる３層又は３プライを含む。第二のシート８０８は、３つのシートにて形成された「シート製品」と称することもできる。
【００６９】
シートの内層８２２は、実施の形態に依存して、孔が層の内部体積の少なくとも約１０％を占める微孔性材料にて形成することができる。一部のシートは、直径約４０ないし２５０ｎｍの範囲の平均孔寸法を有する。第二のシートの内層８２２は、約１０ミル（０．０２５ｃｍ）以下の厚さを有することができる。この内層は、シートの所定の長さ及び幅寸法を実質的に維持しつつ、約８０℃ないし１５０℃の変態温度（transformation temperature）にて実質的に非多孔性の薄膜シートに変態可能であることが好ましい。連続構造から独立構造へのこの孔の変態は、孔を通るイオンの流れを実質的に少なくし、電池を効果的に遮断し且つ、イオンの流れによって生ずる可能性がある温度の更なる上昇を防止することができる。
【００７０】
第二のシートの内層８２２は、例えば、第一の層８０２について上記に掲げた重合系材料のような重合系材料にて形成することができる。一部の実施の形態において、内層８２２は、例えば、ポリエチレンとすることができるポリオレフィン系材料にて形成される。外層８２０、８２４は、一部の実施の形態において、第一のシート８０２について上記に説明したような材料にて形成することができる。外層８２０、８２４は、第一のシート８０２に関して上記に説明した重合系材料にて形成することができる。一部の実施の形態において、外側シート８２０、８２４は、内層８２２に比して平均孔寸法及び（又は）孔の占有する体積比率がより大きい微孔性材料にて形成される。一部の実施の形態において、外層８２０、８２４は、イオンの流れに対して低い電気抵抗を有する不織材料にて形成される。外層８２０、８２４は、内層８２２に積層されることが好ましく、また、一部の実施の形態において、外層と共に効果的に同時押出し成形することができる。
【００７１】
３層電池分離板の製造は、当該技術の当業者に周知である。例えば、参考として引用し本明細書に含めた米国特許明細書５，９５２，１２０号を参照。かかる３層分離板は、内層を２つの外層の間にて挟持し、３層前駆体を接合し、３層前駆体をアニーリングし且つ、３層前駆体を延伸させることにより形成することができる。一部の３層は、２つのポリプロピレン膜の間に挟持されたポリエチレン膜により形成される。外層８２０、８２４は、周囲温度から内層８２２の変態温度よりも少なくとも約１０℃高い温度までその構造的一体性を維持することが可能であることが好ましい。外層８２４は、周囲温度から内層の変態温度よりも約１０℃高い温度まで当初の長さ、幅及び厚さを実質的に維持することが可能であることが好ましい。
【００７２】
本発明に従い、当該発明者達は、外層８２０、８２４は低温度にて変態する内層８２２に対する構造的一体性を提供し、内層８２２が取り囲む外層によって支持されている間、内層８２２の微孔がイオンの流れを効果的に遮断することを許容するようにする。
【００７３】
図１５には、選んだポリエチレン及びポリプロピレン材料の異なる融点が示されている。図１５は、熱の流れ（ｍＷ）対温度（℃）の示査走査熱量測定（ＤＳＣ）値の図である。ポリプロピレンの単一層シートは、参照番号８３４にて示されている（ノースカロライナ州、シャーロッテのセルガード・インク（Celgard Inc.）からセルガード（Celgard）２５００として入手可能）。セルガード２５００は、データプロット８３４を観測することにより分かるように、約１６５℃の最高の溶融点を有することが理解できる。２つのポリプロピレン外層の間にて挟持されたポリエチレン内層を有する３層構造体のＤＳＣ値は参照番号８３０にて示されている。この３層材料はセルガード２３２０として入手可能である。セルガード２３２０は、厚さ２０μｍの３層構造体である。セルガード２３２０は、約１３０℃の第一のＰＥの最高融点を有し、また、約１５８℃の第二のポリエチレンの最高融点を有することが理解できる。このように、３層構造体は、内側材料の低い融点を有し、その後に、外側の支持材料の高い融点を有する。
【００７４】
別の３層構造体において、セルガード２３２５は、参照番号８３２で示したＤＳＣデータを有する。セルガード２３２５は、厚さ約２５μｍの３層構造体である。図１５を観察すると、セルガード２３２５は、約１３２℃の第一のポリエチレンの融点を有し、約１６０℃の第二のポリプロピレンの融点を有することが分かる。「融点」は、本明細書にて「変態点」とも称する。変態点に達する迄、ポリプロピレンは、実質的にその構造的一体性を保持する。ポリエチレンの融点又は変態温度に達する迄、ポリエチレンの孔は実質的に開放したままである。
【００７５】
約１８２℃にて開始するリチウムの溶融温度は、参照番号８３６にて表示されている。
【００７６】
このように、ポリエチレン及びポリプロピレンは、リチウムよりも低い温度にて溶融し、イオンの流れを効果的に遮断し且つ、リチウムがかかる温度に達するのを阻止することが分かる。
【００７７】
図１６には、Ｘ軸線に２ないし５の範囲にて示したオームによる抵抗対の分離板の番号に関する実験結果が示されている。単一の層、すなわちポリプロピレン（セルガード２５００）の結果は参照番号８４４、厚さ２０μｍの３層（セルガード２３２０）の結果は参照番号８４２、また、厚さ２５μｍの３層（セルガード２３２５）の結果は参照番号８４０にてそれぞれ示されている。シート材料の各々に対し、抵抗は、層の数の増加に伴って増大することが分かる。層の数に伴った抵抗率の増加は、参照番号８４４の単一層材料に対する参照番号８４０、８４２の３層材料における方が急速であることが理解できる。この抵抗は、電池の抵抗の増加、また、このため、ＩＣＤ内のコンデンサの長い充電時間へとつながる。
【００７８】
図１７には、電池ケースの温度対時間の値（外部短絡試験の間）が示されている。分離板シートの色々な組み合わせに対する結果が示されており、これらの結果について更に説明する。この実験において、カソード及びアノードの双方にて単一層のポリプロピレン（セルガード２５００）の１つのシートを有し、また、カソードとアノードとの間に２つの単一層シートが効果的に存在する電池を対照物とした。対照物内の温度は、かなり高温度である約１３６℃まで上昇することが理解できる。その他のデータ点は、カソード及びアノード付近にて各１つのシートのセルガード２３２５（厚さ２５μｍの３層）に対するものである。カソード及びアノードの双方の付近にあるセルガード２３２０（２０μｍの３層）の組み合わせ体は、参照番号８５４にて表示されている。参照番号８５６で示した別の組み合わせは、カソード付近のセルガード２５００（単一層のポリプロピレンシート）と、アノード付近のセルガード２３２５（厚さ約２５μｍの３層シート）とを有する。
【００７９】
参照番号８５８で示した別の分離板は、カソード付近のセルガード２３２５（厚さ約２５μｍの３層構造体）と、アノード付近のセルガード２５００（単一層ポリプロピレンシート）とを有する。更に別の組み合わせは、カソード付近のセルガード２５００（単一層ポリプロピレンシート）と、アノード付近のセルガード２３２０（厚さ２０μｍの３層シート）とを有し、参照番号８６０にて示されている。最後に、参照番号８６２にて、セルガード２３２０の組み合わせ（厚さ２０μｍの３層シート）はカソード付近にあり、セルガード２５００（単一層のポリプロピレンシート）はアノード付近にある。
【００８０】
このように、２つの３層シートを有する分離板は、参照番号８５２、８５４にて示されている。３層シート及び単一層シートの４つの異なる組み合わせが参照番号８５６、８５８、８６０、８６２にて示されている。図１７を観察すると、互いに、特に、ケースの最高温度に対する結果を識別することは困難であることが分かる。このように、３層及び単一層シートの組み合わせは、ケースの温度を制限する点にて２つの３層シートとほぼ等しく効果的であるように思われる。しかし、図１６に示すように、３層シートの電気的抵抗の分布は、単一層シートにおけるよりも著しく大きい。このように、当該発明者達は、第一の単一のシート及び第二の３層シートを含む分離板を使用することにより有利な効果が得られると考える。このことは、外部短絡の間、実質的に小さい抵抗を提供しつつ、実質的に同様の温度制御を実現することができる。図１７を観察すると、この組み合わせは、１つの単一層シートだけの組み合わせの場合よりもケースの温度を制限する程度が実質的に少ないことも分かる。
【００８１】
図１８には、別の実験結果、すなわち、分離板シートの４つの組み合わせ体に対する充電時間対ミリアンペア時による送り出した容量が示されている。１対のセルガード２５００（単一層ポリプロピレン）シートの結果は、参照番号８７０にて示されている。セルガード２３２５（厚さ２５μｍの３層シート）の二重の３層組み合わせは参照番号８７２にて示されている。カソードにおけるセルガード２５００（単一層、ポリプロピレン）と、アノードにおけるセルガード２３２５（２５μｍの３層シート）とを有する、本発明に従った別の組み合わせが参照番号８７４にて示されている。カソードにおけるセルガード２３２５（２５μｍの３層シート）及びアノード付近のセルガード２５００（単一層ポリプロピレンシート）を有する逆の形態が参照番号８７６にて示されている。
【００８２】
このように、比較的短い充電時間を有する対照物が参照番号８７０にて示されている。上記に示したように、この対照物は、外部短絡の間、電池ケースのより高い温度をも許容する。比較的長い充電時間を提供する二重３層構造体の結果は、参照番号８７２にて見ることができる。１つの単一層シート及び１つの３層シートを有する、本発明の教示に従った２つの組み合わせは、参照番号８７４、８７６にて示されている。これらは、二重の単一層シート及び二重の３層シートの値の中間の充電時間を有することが理解できる。図１８を観察すると、充電時間は、送り出された容量の増加に伴い、最初に減少した後、増加することが分かる。
【００８３】
図１９には、厚さ２５μｍの分離板ではなくて、厚さ２０μｍの３層分離板を使用した場合の、充電時間対送り出し容量の同様の試験における同様の結果が示されている。特に、ポリプロピレンの２つの単一層シートが参照番号８８０にて示されている。セルガード２３２０の２つの３層シートが参照番号８８２にて示されている。カソード付近のセルガード２５００（単一層ポリプロピレン）と、アノード付近のセルガード２３２０（厚さ２０μｍの３層）とを有する、本発明の教示に従った１つの組み合わせが参照番号８８４にて示されている。カソード付近のセルガード２３２０（厚さ２０μｍの３層）及びアノード付近のセルガード２５００（単一層ポリプロピレン）を有する逆の組み合わせが参照番号８８６にて示されている。対照物８８０は、同様に、最短の充電時間を示す一方、２つのシート３層組み合わせは、最長の充電時間８８２を示した。この場合にも、本発明の教示による組み合わせ８８４、８８６は、中間の充電時間を示す。
【００８４】
このように、本教示は、２つの３層シートにより以前に提供されたように、１つの単一層シート及び１つの３層シートを使用して実質的に同一の熱保護効果を提供するものである。この組み合わせは、植え込んだ医療装置のコンデンサに対しより低い抵抗及びより短い充電時間をもたらすことができる。
【００８５】
このように、「熱遮断分離板を有する植込み型電池」の実施の形態について開示した。当該技術の当業者は、本教示は開示された以外の実施の形態にて実施することが可能であることが理解されよう。開示した実施の形態は、説明の目的のために掲げたものであり、限定的ではなく、また、本教示は、特許請求の範囲よってのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】電気化学的セルを内蔵するＩＭＤの１つの実施の形態を示す簡略化した概略図である。
【図２】ＩＭＤの１つの実施の形態によるハウジング内に配設された、電気化学的セルを含む、色々な構成要素の分解斜視図である。
【図３】本教示に従った１つの実施の形態による電池ケース、電極組立体、ケースライナー、コイル絶縁体、電池カバー及び上部空間絶縁体の切断斜視図である。
【図４】図３に示した電極組立体の拡大切断斜視図である。
【図５】本教示に従った１つの実施の形態による電池ケース、電極組立体、ケースライナー、コイル絶縁体、電池カバー及び上部空間絶縁体を含む、深絞り成形した電池の分解斜視図である。
【図６】本教示の実施の形態による浅絞り成形した電池の分解斜視図である。
【図７】９０°にて相互に差し込んだ多数の板アノード及びカソードを有する、本教示の１つの実施の形態による電極組立体の斜視図である。
【図８】１８０°にて相互に差し込んだ多数の板アノード及びカソードを有する、本教示の１つの実施の形態による電極組立体の斜視図である。
【図９】多数の板カソード及び相互に差し込んだ蛇行状アノード板を有する本教示の１つの実施の形態による電極組立体の斜視図である。
【図１０】多数の板カソード及びアコーディオン状の相互に差し込んだアノードを有する、本教示の１つの実施の形態による電極組立体の斜視図である。
【図１１】多数の板カソード及び円弧状の相互に差し込んだアノードを有する、本教示の１つの実施の形態による電極組立体の斜視図である。
【図１２】多数の板カソード及び多数の別個の板カソードを有する本教示の１つの実施の形態による電極組立体の斜視図である。
【図１３】単一層シート及び３層シートを有する分離板を含む電気化学的セルのカソード−アノード対の部分図である。
【図１４】図１３の３層分離板の部分詳細図である。
【図１５】異なる融点を示す、単一層及び３層分離板のＤＳＣの値の図である。
【図１６】分離板シートの抵抗対番号の値の図である。
【図１７】色々な分離板の熱的遮断作用を示す、外部短絡する間における電池ケースの温度対時間の値の図である。
【図１８】１ミル厚さの分離板の色々な組み合わせ体の２つの層を有するセルに対する、充電時間対送り出し容量の値の図である。
【図１９】分離板の２層の組み合わせを有する色々なセルに対する充電時間対送り出し容量の値の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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