2023上海国际医疗器械展览会

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2024年9月25-27日 | 上海世博展览馆1&2号馆

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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

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