国际医疗器械展览会Medtec独家 | 医疗技术的发展需要与之相匹配的先进电池技术
2024-08-22
未来的电池必须结构紧凑并由生物兼容材料制成。
随着现代医学的不断发展，医疗设备日益依赖电源来发挥更广泛的作用。这些设备轻便、可穿戴甚至可植入，涵盖了从活动/运动手表、助听器、医疗呼叫按钮到心脏起搏器、胰岛素泵监测器、神经或胃刺激器，以及植入式心脏除颤器（ICD）等多种类型。这些设备中所使用的充电电池必须具备监测、信号处理、数据收集与传输等重要功能，并能在需要时提供专门的电子脉冲，以刺激心输出量和其他生理活动。
国际医疗器械展览会Medtec认为，对于可穿戴和便携式设备而言，它们使用的充电电池或电池芯必须体积小、易于更换，并能提供持久的电力供应。目前，这类设备已配备了各种标准尺寸的圆柱形和钮扣式电池。然而，与可穿戴和便携式设备不同，心脏起搏器和ICD等植入式设备对电池的要求更为严苛。
这些设备不仅必须体积小巧，还必须采用生物兼容材料制成，并能提供极其持久的电力供应，因为更换电池极为困难（需要进行小型手术），甚至在某些情况下根本无法更换。面对种种困难，国际医疗器械展览会Medtec作为中国颇具规模及影响力的医疗器械设计与制造技术展览会，一直致力于帮助参展企业拓展商业版图，助力业界同仁拓宽视野采购更为优质的产品。今年将同期举办ADTE（高端有源医疗装备技术展），汇集了电子、有源领域企业，有海康慧影，夸迈，TE，雷莫，思脉得，为实光电、程业五金，雨菲电子，高拓，苏科思等企业入驻，丰富的有源相关展品精彩亮相！报名参观>>>
图1 – 纽扣电池剖面图
（图片来源：艾默生）
这些电池不仅要持久耐用，还必须与可穿戴设备或植入物本身的整体设计相匹配。有些设备可以采用圆柱形电池，这种电池由多层电极箔片组成，它们包裹在中央核心周围，并填充有电解液，其中阳极（正极）箔片和阴极（负极）箔片分别带有连接到各自电池终端的凸片。另一种主要的电池设计是纽扣电池，形状类似硬币，扁平结构采用了单个薄箔阳极和阴极（厚度为4-6微米），每个薄箔阳极和阴极分别与电池的一个侧面或端子粘合。
鉴于空间和功能的限制，定制电池设计往往成为更专业医疗设备的迫切需求。这些电池的外壳设计，尤其是纽扣式电池，通常由设备制造商自行指定，采用特殊形状（如曲线形、半圆形、椭圆形）以最大化电池面积和容量，同时满足特定设备的关键空间限制。
图2展示了专用的长触角工具，它能够伸入电池或产品外壳的狭窄空腔，将电池电极的“凸片”焊接到电池外壳底部，或将设备内的元件连接到电池电源上
（图片来源：艾默生）
无论形状或最终容量如何，所有医疗设备的电池都依赖于精密的装配工艺，其中通常采用超声波金属焊接技术。为了粘合每块电池中使用的薄而易碎的箔电极、标签和外壳，超声波焊接会产生高频（40-60千赫）、低振幅的振动能量。这一能量通过专门的声学工具（上方是声探头或喇叭，下方是部件固定砧）传递，在受控压缩下将易碎材料焊接至粘合状态。
与其他使用高能量输入的焊接工艺不同，超声波焊接过程清洁无火花，也不会熔化相关的易碎金属。相反，该工艺通过金属部件之间的摩擦热和压缩作用，形成固态的分子级结合。用于超声波焊接的声学工具是根据电池的具体应用而选定的。钮扣电池的模具制作相对简单，因为这些电池通常采用两件式外壳设计，一侧粘接阳极，另一侧粘接阴极，中间填充电解液（见图1）。然而，生产使用圆柱形电池的设备时，往往需要更加专业的“长触角”工具。这种针状声探头能够伸入电池或产品外壳的狭小空腔，将电池电极的“凸片”焊接到电池外壳底部，或者将设备内的元件（如灯泡、显示屏、电路）连接到电池电源上（见图2）。
植入式心脏设备（如心脏起搏器）通常需要紧凑的电池设计、生物兼容材料以及长效电源，因为更换电池非常困难，甚至在某些情况下根本无法更换
（图片来源：艾默生）
超声波焊接技术的要求及难点对于不少从业者还不甚清晰，Medtec 2024同期技术论坛D：医疗粘接与焊接先进技术研讨会，将会对此项技术进行详细讨论，为您在电池的加工方面助力。
国际医疗器械展览会Medtec认为，在未来几年中，医疗器械公司将继续致力于超声波金属焊接技术的发展，以满足不断变化的医疗设备及其供电电池领域的需求。开发新的装配技术，最大限度地提升超声波金属焊接的性能和精度，从而满足高性能医疗设备在设计、尺寸和功率方面提出的新要求。
文章来源：MDDI
