DE69216906T2

DE69216906T2 - Elektrochemische Zelle mit Zieharmonikaartig gefallteter Elektrode mit verbesserter Leistung

Info

Publication number: DE69216906T2
Application number: DE69216906T
Authority: DE
Inventors: Clifford J Post; Esther S Takeuchi
Original assignee: Greatbatch Ltd
Current assignee: Greatbatch Ltd
Priority date: 1991-05-07
Filing date: 1992-05-07
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2012-05-08
Also published as: AU650128B2; DE69216906D1; US5147737A; EP0512828A1; AU1602492A; ATE148267T1; EP0512828B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Batterien. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung Batterien oder Batteriezellen, bei denen eine der Elektroden eine schlangenlinienähnliche Konfiguration aufweist. Eine "Zelle" soll sich auf eine Batterie oder eine Abteilung bzw. einen Unterabschnitt davon beziehen, die bzw. der Elektroden und ein Elektrolyt zur Erzeugung eines elektrischen Stroms aufweist.
Implantierbare Herz-Defibrillatoren werden verhindert, um einen plötzlichen Tod von einer tödlichen Arrythmie zu verhindern. Im Betrieb überwacht die Defibrillatorvorrichtung beständig die Herzrate bzw. den Herzpuls des Patienten, ist in der Lage ventrikuläre Fibrillationen zu erkennen und liefert hohe Energieschocks, um das Herz zu defibrillieren. Von Defibrillatoren wird erwartet, daß sie alleine oder in Verbindung mit einem Schrittmacher arbeiten. Somit muß die Stromquelle bzw. Leistungsquelle eine hohe Kapazität, eine niedrige Selbstentladung und ein gutes Pulsverhalten aufweisen und muß verläßlich sein. Zusätzlich muß die implantierbare Batterie einen Strompuls liefern und schnell ihre Leerlaufspannung wiedergewinnen. Um diese Betriebscharakteristiken bereitzustellen, wird eine Lithiumbatterie als eine gute Leistungsquelle angesehen.
Interessante Patente, die im allgemeinen den Stand der Technik zeigen, sind US- Patente 4,830,940; 4,734,342; 4,518,665; 4,048,397; 3,511,716; und 3,488,220. US-Patent 3,511,716 von Gabano et al offenbart einen elektrochemischen Generator, der fünf positive Elektroden beinhaltet, die aus Kupfersulfid gemacht sind, wobei jede 50 mm lang, 50 mm breit und 1,5 mm dick ist und sechs Negativelektroden aufweist, die aus Silicium hergestellt sind, wobei jede 50 mm lang und 50 mm breit ist. Die vier inneren Negativelektroden sind 1,8 mm dick und die zwei äußeren Negativelektroden sind 1,2 mm dick.
Die Kathode einer Lithiumbatterie oder Zelle ist vom Festkörpertyp und kann als aktives Material davon ein geeignetes Material, wie zum Beispiel Carbonfluorid, ein Metalloxid oder eine Metalloxidbronze, wie zum Beispiel Silber-Vanadium-Oxid, wie im US-Patent 4,830,940 von Keister et al aufweisen, wobei dieses Patent dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen ist.
Die Anode einer derartigen Batterie oder Zelle kann in einer schlangenlinienähnlichen Art und Weise mit Kathodenplatten konstruiert werden, die zwischen jede der Faltungen davon auf beiden Seiten davon eingefügt werden. Das Elektrolyt für eine Lithiumbatterie oder Zelle kann vom flüssigen organischen Typ sein, der ein geeignetes Lithiumsalz und eine geeignete organische Lösung aufweist. Sowohl die Anoden- als auch die Kathodenplatten sind üblicherweise in ein elektrisch isolierendes Trennmaterial eingekapselt. Insbesondere wird eine herkömmliche Lithiumbatterie bei 10 in Figur 1 der beigefügten Zeichnungen gezeigt. Wie vollständiger in dem Keister et al-Patent beschrieben ist, beinhaltet die Batterie 10 ein Gehäuse 12, eine Anzahl von Kathodenplatten 14 mit elektrischen Leitungen 16, eine Anode 18 mit elektrischen Leitungen 20 und einen Elektrolyt 22. Die Anode 18 beinhaltet eine stromsammelnde leitfähige Lage 24 in der Gestalt eines Nickelgitters oder -siebs. Die Lithiumschichten 26 und 28 in der Gestalt extrudierter Streifen werden an die entgegengesetzten Seiten des Gitters 24 angelegt und stellen das aktive Material zum lonenaustausch mit den Kathodenplatten 14 bereit. Die Lithiumstreifen 26 und 28 sind herkömmlicherweise so vorgesehen, daß sie eine Länge aufweisen, die geringfügig länger ist, als die Länge des Gitters 24, und sie werden an das Gitter 24 angelegt, wobei Abschnitte davon ineinander durch Löcher oder Zwischenräume in dem Gitter ineinander eingreifen, um aneinander zum Zwecke der Anbringung daran anzuhaften. Ein geeignetes Trennmaterial 30 wird ebenso vorgesehen, um über den Lithiumschichten 26 und 28 zu liegen. Nach dem Zusammenbau wird die Anode in beabstandeten Intervallen entlang der Länge davon gefaltet, um eine schlangenlinienähnliche Struktur mit einer Vielzahl von beabstandeten Abschnitten auszubilden, und die Platten 14 werden zwischen diesen Abschnitten jeweilig in einer alternierenden Beziehung angeordnet, wie in Figur 1 gezeigt ist. Somit stellt die Anode 18 ein aktives Material bereit, das jeder Seite von jeder der Platten 14 benachbart ist und stellt ein Trennmaterial 30 dazwischen bereit. Obwohl es nicht in Figur 1 gezeigt ist, aber genauer in dem Keister et al-Patent beschrieben ist, beinhaltet jede der Kathodenplatten 14 eine dünne Lage eines Metallsiebes auf die Schichten von kathoden-aktivem Material auf den gegenüberliegenden Seiten angebracht werden und ein Trennmaterial wird dann angebracht, um über den kathoden-aktivem Material zu liegen. Wie in dem Keister et al-Patent dargelegt ist, sind die Lithiumelemente 26 und 28 im wesentlichen bezüglich Breite und Länge gleich dem Leiterelement 24.
Der Raum, der innerhalb eines menschlichen Körpers durch einen implantierbaren Herz-Defibrillator eingenommen wird, ist von höchster Bedeutung. Dementsprechend ist es wünschenswert, daß eine Batterie für einen derartigen Defibrillator so klein wie möglich ist, während eine maximale Kapazität pro Einheitsvolumen (volumetrische Kapazität) bereitgestellt wird. Anders ausgedrückt, ist es wünschenswert, eine erhöhte Kapazität für die Batterie bereitzustellen, ohne das von der Batterie eingenommene Volumen zu erhöhen.
Es ist dementsprechend ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Größe einer Batterie zu minimieren und die Kapazität zu maximieren, die eine schlangenlinienähnliche Elektrode aufweist.
Um ein derartiges Ziel zu erreichen, wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung das aktive Material auf einer schlangenlinienähnlichen Elektrode auf der elektrisch leitenden Lage positioniert, so daß sie sich nicht über die gesamte Länge einer Seite oder beider Seiten davon erstreckt, so daß ein Abschnitt oder Abschnitte, zum Beispiel die Außenseiten oder die Außenabschnitte der schlangenlinienähnlichen Struktur, die nicht den Kathodenplatten gegenüberliegen, nicht anoden-aktives Material beinhaltet. Für eine Zelle derselben Größe erlaubt dies eine größere Dicke von anoden-aktivem Material, das den Kathodenplatten gegenüberliegt, wo sie vorteilhaft dazu beitragen kann, die Kapazität der Batterie zu erhöhen.
Gemäß einem Aspekt besteht die Erfindung aus folgendem: Einer Primärzelle mit hoher Kapazität und geringer Selbstentladung zum Liefern hoher Strompulse und zum schnellen Wiederherstellen der Leerlaufspannung der Zelle, wobei die Zelle folgendes aufweist: Ein Gehäuse, eine erste Elektrodeneinrichtung in dem Gehäuse, eine zweite Elektrodeneinrichtung in dem Gehäuse, ein Elektrolyt in dem Gehäuse, der mit der ersten und zweiten Elektrodeneinrichtung in Kontakt ist, eine Einrichtung, um eine elektrische Verbindung mit der ersten Elektrodeneinrichtung bereitzustellen, eine Einrichtung, um eine elektrische Verbindung mit der zweiten Elektrodeneinrichtung bereitzustellen, und eine Einrichtung, um die erste und zweiten Elektrodeneinrichtung zu trennen, wobei die erste Elektrodeneinrichtung eine Anzahl von Platten in einer räumlich beabstandeten Beziehung zueinander aufweist und die zweite Elektrodeneinrichtung eine Längs-Lage bzw. ein Längsblech aus elektrisch leitendem Material mit einem Paar von Seiten, einem Paar von Längskanten und einem Paar von Endkanten aufweist und die bzw. das in beabstandeten Intervallen entlang ihrer bzw. seiner Länge gefaltet ist, um eine schlangenlinienähnliche Struktur mit einer Anzahl von bebstandeten Abschnitten auszubilden, wobei die Platten zwischen zwei Abschnitten jeweilig in einer alternierenden Beziehung angeordnet sind, die zweite Elektrodeneinrichtung weiter wenigstens eine Schicht von elektrodenaktiven Material auf jeden der Seiten umfaßt, die Anzahl der beabstandeten Abschnitte ein Paar von Endabschnitten beinhaltet, von denen jeder eine Seite aufweist, die einen Teil einer der Lagen- bzw. Blech-Seiten darstellt und die von der schlangenlinienähnlichen Struktur nach außen weist, wodurch die Endabschnittseite nicht zu irgendeiner der Platten weist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Schicht von elektrodenaktivem Material auf wenigstens einem Paar der Lagen-Seiten bzw. Blech-Seiten sich entlang der Länge der Lage bzw. des Blechs bis zu der Falte erstreckt und dort endet, die die Endabschnitts- Seite festlegt, wobei die Endseite im wesentlichen frei von elektrodenaktivem Material ist.
Gemäß einem anderen Aspekt stellt die Erfindung folgendes bereit: Ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Primärzelle mit hoher Kapazität und geringer Selbstentladung, um hohe Strompulse zu liefern und um die Leerlaufspannung der Zelle schnell wieder herzustellen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: (a) Eine Längs-Lage bzw. ein Längs-Blech von elektrisch leitendem Material wird bei beabstandeten Intervallen entlang seiner Länge gefaltet, um eine schlangenlinienähnliche Struktur mit einer Anzahl von beabstandeten Abschnitten auszubilden, um jeweilig dazwischen Elektrodenplatten einer Polarität aufzunehmen und wodurch jedes Paar von Endabschnitten der Anzahl von beabstandeten Abschnitten eine Seite aufweist, die ein Teil von einer der Lagen- Seiten bzw. Blech-Seiten ist und die von der schlangenlinienähnlichen Struktur nach außen weist, und (b) wenigstens eine Schicht von elektrodenaktivem Material entgegengesetzter Polarität wird an jede Lagen-Seite bzw. Blech-Seite angelegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf wenigstens einer der Lagen-Seiten bzw. Blech-Seiten sich entlang der Länge der Lage bis zu der Endabschnittsseite erstreckt und bei der Falte endet, die die End-Abschnittsseite festlegt, wobei die End- Abschnittsseite, die von der schlangenlinienähnlichen Struktur nach außen weist und nicht zu irgendeiner der Platten weist, frei von elektrodenaktivem Material ist.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen davon offensichtlich werden, wenn sie in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine Draufsicht der Elektrodenanordnung einer Zelle in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik.
Figur 2 ist eine Ansicht ähnlich zu jener der Figur 1, die eine elektrochemische Zelle zeigt, die die vorliegende Erfindung verkörpert.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nimmt man Bezug auf Figur 2, so ist eine Batterie oder eine Zelle 50 zum Liefern hoher Strompulse gezeigt, die als eine Leistungsquelle bzw. Stromquelle für einen implantierbaren Herz-Defibrillator verwendet werden kann. Die Batterie 50 beinhaltet ein Gehäuse 52, in dem eine Anzahl von acht Kathodenplatten 54 in einer voneinander beabstandeten Beziehung beinhaltet sind und das elektrische Leitungen 56 beinhaltet, die sich davon erstrecken. Die Kathodenplatten 54 sind im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Wie noch genauer in dem Keister et al Patent beschrieben ist, beinhaltet jede Kathodenplatte 54 eine geeignete Kathoden- Leiter-Lage, wobei an jede Seite davon eine Kathodenmischung angewendet wird, die kathoden-aktives Material und ein Bindemittel enthält, und das in einem geeigneten Trennmaterial eingeschlossen sein kann. Bei dem kathoden-aktiven Material kann es sich zum Beispiel um Silber-Vanadium-Oxid oder um irgendein anderes geeignetes kathoden-aktives Material handeln.
Ebenso im Gehäuse 52 enthalten, befindet sich eine Anodenstruktur 58, die geeignete elektrische Leitungen 60 aufweist. Das Gehäuse 52 wird mit einem flüssigen Elektrolyt 62 mit einer Menge gefüllt, die geeignet ist, um wenigstens das Volumen zwischen der Anode 58 und den Kathodenplatten 54 und zwischen dem Zellenstapel und dem umgebenden Gehäuse einzunehmen. Bei dem flüssigen Elektrolyt 62 kann es sich geeigneterweise um ein flüssiges organisches Fluid handeln, das ein Lithiumsalz und eine organische Lösung oder irgendeine andere geeignete Flüssigkeit enthält.
Während die Anode 58 im folgenden genauer beschrieben wird, sollte für eine genauere Beschreibung der verschiedenen anderen Bestandteile der Batterie 50 auf das zuvor erwähnte Keister et al-Patent bezuggenommen werden. Selbstverständlich kann die Batterie anders ausgeführt werden, als hierin beschrieben ist, ohne von der gegenwärtigen Erfindung, wie sie in den Ansprüchen festgelegt ist, abzuweichen. Es wird deshalb davon ausgegangen, daß derartige andere Ausführungsformen ebenso innerhalb des Umfangs der gegenwärtigen Erfindung liegen.
Die Anode 58 weist ein längliches kontinuierliches bandähnliches Anoden-Leiter- Element 64 in der Gestalt eines dünnen Metallgitters oder Siebs, zum Beispiel Nickel auf, das bzw. der vielleicht 50 % offen sein kann, um den erzeugten Strom zu sammeln. Das Element 64 weist ein Paar von Endkanten 66 und 68, ein Paar von Längskanten, von denen eine bei 70 gezeigt ist, und ein Paar von Seiten 72 und 74, die so festgelegt sind, daß sie zwischen den Längskanten 70 und zwischen den Endkanten 66 und 68 liegen. Bevor die Anode 58 in die schlangenähnliche Gestalt, die in Figur 2 gezeigt ist, gefaltet wird, wird ein Paar von Schichten 76 und 78 anoden-aktiven Materials an die Seiten 72 und 74 jeweilig angebracht. Das anodenaktive Material 76 und 78 kann Lithium aufweisen, ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann das aktive Material 76 und 78 irgendein Alkalimetall oder ein anderes geeignetes Material aufweisen. Durch die Ausdrücke "Lithium" und "Alkalimetall"ist für die Zwecke dieser Beschreibung der Ansprüche gemeint, daß sie geeignete Legierungen davon mit einschließen. Die Lithiumschichten 76 und 78 können auf die gewünschte Größe und Dicke extrudiert werden und auf eine Rolle aufgerollt werden, von der die Schichten 76 und 78 zur Anwendung bzw. zum Anbringen an dem Element 64 abgetrennt werden können. Das Element 64 mit den Schichten 76 und 78, die daran angebracht werden, kann dann mit einem geeigneten Druck in einer bekannten Art und Weise dazu komprimiert werden, daß die Schichten von Lithium durch die Öffnungen in dem Gitter 64 haften. Das Leiterelement 64 mit den Schichten 76 und 78, die daran angebracht sind, kann dann in ein geeignetes Trennmaterial 80 eingeschlossen werden, das genauer in dem Keister et al-Patent beschrieben ist.
Nachdem die Anode 58 zusammengebaut worden ist, wird sie dann in die schlangenlinienähnliche Konfiguration, die in Figur 2 gezeigt ist, gefaltet. Somit wird die Anode 58 bei beabstandeten Intervallen entlang der Länge davon gefaltet, um eine Anzahl von beabstandeten Abschnitten zu haben, die in Figur 2 Abschnitte sind, die mit 81 bis 89 bezeichnet sind, wobei die Abschnitte 82 bis 88 innere Abschnitte sind und die Abschnitte 81 und 89 Außenabschnitte sind. Die Falten, die diese Abschnitte bereitstellen, werden bei 90 gezeigt und weisen acht derartige Falten auf. Die Kathodenplatten 54 sind zwischen den Abschnitten 81 bis 89 jeweilig in einer alternierenden Beziehung angeordnet, d.h. zwischen den Faltungen davon, so daß eine der Platten 54 zwischen jedem Paar von benachbarten Abschnitten liegt. Somit liegen beide Seiten eines jeden Abschnittes einer Kathodenplatte 54 zum Ionenaustausch zwischen dem kathoden-aktiven Material und dem anoden-aktiven Material gegenüber, und zwar mit der Ausnahme der Außenseiten 92 bzw. 94 der Außenabschnitte 81 bzw. 89, die nicht einer Kathodenplatte gegenüberliegen.
Man glaubt, daß die Schichten elektroden-aktiven Materials auf den Außenseiten 92 und 94, wo das aktive Material das nicht aktive Material einer Elektrode entgegengesetzter Polarität zum Ionenaustausch dazwischen gegenüberliegt, nicht wirksam zur Batteriekapazität beiträgt, wohingegen sie hochbewerteten Raum einnehmen. Um die Batteriekapazität zu maximieren, während das Batterievolumen minimiert wird, werden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Schichten 76 und 78 des aktiven Materials größenmäßig so gestaltet und auf dem Element 64 positioniert, so daß sie kurz vor den Seiten 92 und 94 anhalten und sich nicht entlang irgendeiner dieser Seiten erstrecken. Somit weist die aktive Materialschicht 78 ein erstes Ende 96 auf, das im wesentlichen mit dem Leiter-Elementende 66 übereinstimmt, und ein zweites Ende 98, das an der Falte endet, die mit 100 bezeichnet ist, was zwischen der Falte 100 und dem Ende 68 die Endabschnittseite 94 festlegt, wodurch die Seite 94 frei von elektroden-aktivem Material ist. Während der Begrenzungspunkt 98 im allgemeinen irgendwo entlang der Krümmung der Falte 100 sein kann, liegt seine Position innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, falls die Seite 94 im wesentlichen frei von elektrodenaktivem Material ist. In ähnlicher Weise weist eine aktive Materialschicht 76 ein erstes Ende 102 auf, das im allgemeinen mit einem Leiter-Elementende 68 und einem zweiten Ende 104 übereinstimmt, das bei der Falte, die mit 106 bezeichnet ist, endet, was zwischen der Falte 106 und einem Ende 66 die Außenseite 92 so festlegt, daß die Seite 92 im wesentlichen frei von elektroden-aktivem Material ist. Es sollte somit klar sein, daß für eine batteneähnliche Batterie 50 mit einer geraden Anzahl von Kathodenplatten 54 aktive Materialschichten 76 und 78 bezüglich ihrer Länge im wesentlichen gleich einer sein können, die an der letzten Falte an einer Seite endet, und der anderen, die bei der letzten Falte auf der anderen Seite endet. Man sollte ebenso sehen, daß, falls eine Batterie eine ungerade Anzahl von Kathodenplatten aufweist, eine der aktiven Materialschichten sich über die gesamte Länge des Leiterelements erstrecken wird und die andere an jedem Ende bei Falten enden wird und deshalb um ungefähr das Doppelte der Länge eines Abschnittes kürzer sein wird, wenn entlang einer Längskante 70 gemessen wird. Man glaubt, daß beide derartige Ausführungsformen in dem Umfang der vorliegenden Erfindung liegen, wie sie in den Ansprüchen festgelegt sind.
Indem kein aktives Material entlang von Außenseiten 92 und 94 positioniert wird, wo es im allgemeinen unwirksam ist, wird zusätzliches Volumen in der Batterie 50 verfügbar, so daß eine größere Dicke aktiven Materials entlang der Außenseiten der Anodenbereiche 81 bis 89 plaziert werden kann, um eine Zunahme in Batteriekapazität bereitzustellen. Somit kann eine wirksamere Verteilung aktiven Materials 76 und 78 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, um eine Batteriekapazität zu erhöhen, ohne das Batterievolumen zu erhöhen.
Die zwei Außen- oder Endkathodenplatten können geringfügig kleiner in der Gesamtabmessung sein, um in die Gestalt des Gehäuses 52 zu passen bzw. darin aufgenommen zu werden. Beispielhaft und nicht zu Zwecken der Beschränkung können die Außenkathodenplatten Dimensionen von 10,8 mm (0,425 Inch) mal 42,9 mm (1,690 Inch), eine Dicke von 0,9 mm (0,036 Inch) und ein Oberflächengebiet pro Seite von 463 mm² (0,718 Quadrat-Inch) aufweisen. Jede der verbleibenden Kathodenplatten kann zum Beispiel Abmessungen von 13,1 mm (0,515 Inch) mal 45,8 mm (1,802 Inch), eine Dicke von 0,7 mm (0,028 Inch) und ein Oberflächengebiet pro Seite von 598,7 mm² (0,928 Quadrat-Inch) aufweisen. Jede der Kathodenplatten kann vielleicht 1,35 g einer Kathodenmischung beinhalten. Jede Kathodenplatte kann in eine einzelne Schicht oder Lage aus Trennmaterial gewickelt sein, die auf die Kathodenplatte gepreßt wird und durch Hitze um die Kanten abgedichtet wird. Die Trenneinrichtung kann vielleicht eine einzelne Schicht aus Celgard 5511 sein, ein 0,13 mm (0,005 Inch) dickes nicht gewebtes Polypropylen-Material. Das Gehäuse 52 kann zum Beispiel 51,9 mm lang, 20,8 mm hoch und 13,5 mm weit sein. Das Leiterelement 64 kann aus einem Nickelgitter mit 50 % Zwischenraum sein, das vielleicht eine Länge von 430 mm (16,93 Inch) und eine Breite von 9,3 mm (0,365 Inch) und eine Dicke von 0,10 mm (0,004 Inch) aufweist. Zwei Streifen einer Lithiumfolie werden auf beide Seiten jeweilig des Nickelstrom-Kollektorsiebes gepreßt. Die Dicke des Trennmaterials 80 für die Anode, bei der sich zum Beispiel um Polypropylen oder Polyethylen handeln kann, ist vielleicht 0,09 mm (0,0035 Inch). Die Anode 58 wird achtmal gefaltet, wie in Figur 2 gezeigt, um Faltungen für acht Kathodenplatten 54 bereitzustellen. Jede der aktiven Materialschichten 76 und 78 weist eine Breite auf, die im wesentlichen gleich oder etwas über jener der Breite der Elemente 64 liegt und sich von einer Endkante des Elements 64 über die Länge davon erstreckt und endet bei einem Abstand der vielleicht gleich 45,8 mm (1,805 Inch) von dem anderen Ende davon ist, so daß die Außenseite von jedem Außenelementabschnitt frei von aktivem Material ist. Um die sich ergebenden Einsparungen im Volumen wirksam zu nutzen, kann die Dicke einer jeden der Schichten 76 und 78 vielleicht von einer Dicke, gezeigt bei 32 und 34 für Schichten 26 und 28 jeweilig in Figur 1, von vielleicht 0,17 mm (0,0066 Inch) für eine herkömmliche Batterie, wie in Figur 1 gezeigt, zu einer Dicke, die bei 108 und 110 für Schichten 76 und 78 jeweilig in der Batterie 50 von Figur 2 der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, von vielleicht 0,19 mm (0,0075 Inch) erhöht werden. Somit wird eine Volumeneinsparung erzielt, indem die ungenutzte Schicht von Lithium an jedem Ende des Elektrodenstapels beseitigt wird. Dieses Volumen kann verwendet werden, um dickere Streifen von Lithium durchgehend durch das übrige der Anode in dem Elektrodenstapel eingebracht wird, so daß eine größere Kapazität vorteillhaft in demselben Volumen erzielt werden kann.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann jede der Elektroden in der Gestalt einer schlangenlinienähnlichen Struktur sein. Zusätzlich, während eine einzige aktive Materialschicht auf jeder Seite des Elements 64 gezeigt ist, sollte es klar sein, daß das Vorsehen von mehr als einer Schicht auf jeder Seite des Elements ebenso innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen soll.
Sechs experimentelle Lithium/Silber-Vanadium-Oxidzellen, die die Konfiguration der Figur 2 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beinhalten, wurden gebaut und mit einem Standard 1,5 A beschleunigten Pulsentladungstest entladen und die Ergebnisse wurden mit 68 Produktionszellen verglichen, die, wie in Figur 1, konfiguriert sind und in derselben Art und Weise entladen werden. Mit Ausnahme der Veränderungen in der Anode, die hierin beschrieben wurde, weisen beide Gruppen von Zellen dieselbe Konstruktion auf. In beiden Gruppen von Zellen weisen die Anoden dieselbe Menge von Lithium auf, wobei die Dicke der Lithiumschichten für die Produktionszellen 0,11 mm (0,0044 Inch) und die Dicke der Lithiumschichten für die Experimentierzellen der vorliegenden Erfindung 0,13 mm (0,0050 Inch) betragen. Die Zellen, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebaut wurden, erreichen 1,578 ± 0 046 Ah zu 1,7 V, im Vergleich zu 1,477 ± 0 024 Ah zu 1,7 V, die von den Produktionszellen erreicht werden. Die mittlere Kapazität von 1,7 V ist deshalb ungefähr 7 % höher mit der Anode der vorliegenden Erfindung. Somit kann deshalb durch die Repositionierung des Lithiums in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, so daß es effektiver benutzt wird, eine beträchtliche Erhöhung der Kapazität vorteilhaft verwirklicht werden, ohne das Batterievolumen zu erhöhen.
Es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung auf keinen Fall auf die spezifizierten Ausführungsformen beschränkt ist, die gezeigt wurden und hierin beschrieben wurden und daß verschiedene Modifikationen davon tatsächlich durchgeführt werden können, die innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen festgelegt ist, kommen.

Claims

1. Primärzelle mit hoher Kapazität und geringer Selbstentladung zum Liefern hoher Strompulse und zum schnellen Wiederherstellen der Leerlaufspannung der Zelle, wobei die Zelle folgendes aufweist: Ein Gehäuse, eine erste Elektrodeneinrichtung in dem Gehäuse, eine zweite Elektrodeneinrichtung in dem Gehäuse, ein Elektrolyt in dem Gehäuse, der mit der ersten und zweiten Elektrodeneinrichtung in Kontakt ist, eine Einrichtung, um eine elektrische Verbindung mit der ersten Elektrodeneinrichtung bereitzustellen, eine Einrichtung, um eine elektrische Verbindung mit der zweiten Elektrodeneinrichtung bereitzustellen, und eine Einrichtung, um die erste und zweiten Elektrodeneinrichtung zu trennen, wobei die erste Elektrodeneinrichtung eine Anzahl von Platten in einer räumlich beabstandeten Beziehung zueinander aufweist und die zweite Elektrodeneinrichtung eine Längs- Lage bzw. ein Längsblech aus elektrisch leitendem Material mit einem Paar von Seiten, einem Paar von Längskanten und einem Paar von Endkanten aufweist und die bzw. das in beabstandeten Intervallen entlang ihrer bzw. seiner Länge gefaltet ist, um eine schlangenlinienähnliche Struktur mit einer Anzahl von bebstandeten Abschnitten auszubilden, wobei die Platten zwischen zwei Abschnitten jeweilig in einer alternierenden Beziehung angeordnet sind, die zweite Elektrodeneinrichtung weiter wenigstens eine Schicht von elektrodenaktiven Material auf jeden der Seiten umfaßt, die Anzahl der beabstandeten Abschnitte ein Paar von Endabschnitten beinhaltet, von denen jeder eine Seite aufweist, die einen Teil einer der Lagen- bzw. Blech-Seiten darstellt und die von der schlangenlinienähnlichen Struktur nach außen weist, wodurch die Endabschnittseite nicht zu irgendeiner der Platten weist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Schicht von elektrodenaktivem Material auf wenigstens einem Paar der Lagen-Seiten bzw. Blech-Seiten sich entlang der Länge der Lage bzw. des Blechs bis zu der Falte erstreckt und dort endet, die die Endabschnitts-Seite festlegt, wobei die Endseite im wesentlichen frei von elektrodenaktivem Material ist.

2. Zelle nach Anspruch 1, bei welcher das elektrodenaktive Material aus Alkalimetall besteht.

3. Zelle nach Anspruch 2, bei welcher es sich bei der ersten Elektrodeneinrichtung um eine Kathode und bei der zweiten Elektrodeneinrichtung um eine Anode handelt, wobei das elektrodenaktive Material ein Lithiummaterial ist.

4. Zelle nach Anspruch 3, bei welcher die wenigstens eine Schicht von Lithiummaterial in der Form einer Folie bzw. eines Plättchens ist.

5. Zelle nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei welcher die Kathodeneinrichtung als aktives Material Silber-Vanadiumoxid aufweist.

6. Zelle nach Anspruch 5, bei welcher der Elektrolyt eine Kombination aus Lithiumsalz und einer organischen Lösung ist.

7. Zelle nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das elektrisch leitende Material ein aus Nickel zusammengesetzter Sieb bzw. ein aus Nickel zusammengesetztes Gitter ist.

8. Zelle, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, die eine Zelle ist, die zur Verwendung in einem Herz-Defibrillator angepaßt ist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Primärzelle mit hoher Kapazität und geringer Selbstentladung, um hohe Strompulse zu liefern und um die Leerlaufspannung der Zelle schnell wieder herzustellen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: (a) Eine Längs-Lage bzw. ein Längs-Blech von elektrisch leitendem Material wird bei beabstandeten Intervallen entlang seiner Länge gefaltet, um eine schlangenlinienähnliche Struktur mit einer Anzahl von beabstandeten Abschnitten auszubilden, um jeweilig dazwischen Elektrodenplatten einer Polarität aufzunehmen und wodurch jedes Paar von Endabschnitten der Anzahl von beabstandeten Abschnitten eine Seite aufweist, die ein Teil von einer der Lagen- Seiten bzw. Blech-Seiten ist und die von der schlangenlinienähnlichen Struktur nach außen weist, und (b) wenigstens eine Schicht von elektrodenaktivem Material entgegengesetzter Polarität wird an jede Lagen-Seite bzw. Blech-Seite angelegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf wenigstens einer der Lagen-Seiten bzw. Blech-Seiten sich entlang der Lange der Lage bis zu der Endabschnittsseite erstreckt und bei der Falte endet, die die End-Abschnittsseite festlegt, wobei die End- Abschnittsseite, die von der schlangenlinienähnlichen Struktur nach außen weist und nicht zu irgendeiner der Platten weist, frei von elektrodenaktivem Material ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt (b) vor dem Schritt (a) durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, das die Auswahl des elektrodenaktiven Materials, das aus Alkalimetall bestehen soll, umfaßt.

12. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 11, das die Auswahl des elektrodenaktiven Materials, das aus Lithium bestehen soll, umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, das die Auswahl des elektrisch leitenden Materials umfaßt, das ein Sieb bzw. ein Gitter sein soll, das aus Nickel besteht.

14. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 13, das weiter die Auswahl von wenigstens einer Schicht von elektrodenaktivem Material umfaßt, das in der Form einer extrudierten Folie sein soll.

15. Verfahren nach Anspruch 14, das weiter die Anzahl elektrisch leitendem Materials umfaßt, das ein metallisches Gitter bzw. ein metallischer Sieb sein soll, und das Pressen der Folien auf den entsprechenden Seiten des Gitters bzw. des Siebs umfaßt.