你经常会看到 医疗应用 根据可靠性、能量密度以及每个设备的工作原理，在一次电池和可充电电池之间进行选择。医疗级可充电电池，尤其是使用磷酸铁锂 (LiFePO4) 和三元镍钴锰 (NMC) 等锂化学材料的电池，具有高能量密度和长使用寿命。制造商关注的因素包括成本、患者依从性和新的安全功能。
锂电池组的最新创新提高了效率和安全性，使其成为许多医疗应用的理想选择。
关键精华
对于需要频繁使用的设备，请选择可充电电池。它们能量密度高，长期成本较低。
为植入式设备选择原电池。它们使用寿命长，可靠性高，无需充电。
选择电池时，请考虑对环境的影响。充电电池可以减少废弃物，而一次性电池则会引发更多处置问题。
评估总体拥有成本，而不仅仅是初始价格。充电电池的前期成本可能较高，但从长远来看可以节省成本。
确保符合安全标准。使用符合规定的电池可提高设备的安全性和可靠性。
第一部分：电池差异
1.1可充电电池
您依赖可充电 医疗设备电池 需要频繁使用且性能稳定的电池。这些电池采用可逆电化学反应，可多次充电。在医疗应用中， 锂离子化学 LiFePO4、NMC、LCO、LMO 和 LTO 等材料因其高能量密度和长循环寿命而脱颖而出。您会发现 磷酸铁锂电池 镍氢电池和镍镉电池因其稳定的电压和安全性，常用于便携式医疗设备和手术器械。镍氢电池和镍镉电池也可用于血压监测仪和糖尿病监测仪等小型设备。
提示：如果您的设备需要高电流消耗并重复使用，则应选择可充电电池。这些电池可以减少浪费并降低长期成本。
可充电电池提供更高的功率输出，非常适合需要可靠且强劲能量传输的设备。它们能够支持锂电池组，从而提高医疗环境的效率和安全性，让您从中受益。虽然可充电电池的前期成本较高，但由于其可重复使用的特性，您可以节省成本。高能量密度意味着您可以设计紧凑型设备，而无需牺牲性能。
电池类型 | 充电 | 应用 |
|---|---|---|
LiFePO4 | 是 | 便携式医疗设备、手术工具 |
NMC | 是 | 先进的医疗设备 |
LCO | 是 | 诊断成像设备 |
LMO | 是 | 输液泵、监测系统 |
LTO | 是 | 快速充电/放电医疗设备 |
镍金属氢化物 | 是 | 小型医疗器械 |
镍镉 | 是 | 血压监测仪、糖尿病监测仪 |
1.2 原电池
在需要长保质期和可靠性且无需充电的医疗设备中，您会使用原电池。这些电池依赖于不可逆的电化学反应，这意味着一次性使用后就需要丢弃。LiMnO2 和锂碳氟化物 (CFx) 等原电池为除颤器和心脏起搏器等关键设备供电。碱性电池和锌空气电池也在血压监测仪和脉搏血氧仪中发挥着作用。
由于自放电率低，原电池的使用寿命更长。对于难以更换或无法更换的设备，例如植入式医疗设备，您可以选择使用原电池。虽然原电池的功率输出低于可充电电池，但它们在需要长期稳定性和可靠性的应用中表现出色。它们的高能量密度支持紧凑的设备设计，但您必须考虑因浪费增加而对环境的影响。
特性 | 原电池 | 充电电池 |
|---|---|---|
充电能力 | 不可充电 | 充电 |
电化学反应 | 不可逆的 | 可逆 |
Cost | 一般比较便宜 | 通常更贵 |
保质期 | 由于自放电率低，使用寿命更长 | 与原电池相比更短 |
输出功率 | 较低的功率输出 | 更高的功率输出，适用于高电流消耗应用 |
对环境造成的影响 | 每个电池浪费更多 | 多次充电后浪费更少 |
在选择合适的电池之前，您必须评估医疗设备的具体需求。请考虑高能量密度、可靠性以及设备是否适合使用一次性电池或可重复使用电池。
第 2 部分：性能比较
2.1 寿命与更换
选择医疗设备电池时，需要考虑电池的使用寿命和更换周期。可充电电池，尤其是采用 LiFePO4、NMC、LCO、LMO 和 LTO 化学成分的锂电池组，使用寿命很长。在某些应用中，这些电池的使用寿命可达 25 年。而原电池（例如用于起搏器的电池）通常可以使用 5 到 10 年，之后才需要更换。
电池类型 | 典型寿命 |
|---|---|
充电 | 截至25年 |
主要（例如起搏器） | 5至10五年 |
使用可充电电池可减少更换次数，从而降低维护成本并最大程度减少设备停机时间。锂电池组还具有较高的循环寿命，许多型号在经过 80 次充放电循环后仍能保持 500% 的容量。对于需要长期稳定性能的医疗设备而言，这种可靠性至关重要。
2.2 能量密度和尺寸
能量密度和尺寸在医疗器械设计中起着至关重要的作用。您需要紧凑型高能量电池。锂离子电池（包括磷酸铁锂、三元锂、钴酸锂、锂锰酸锂和钛酸锂）的能量密度高达 4 Wh/kg。一次锂二氧化锰电池的能量密度约为 250 Wh/kg，非常适合空间有限的设备。
电池类型 | 能量密度 (Wh/kg) |
|---|---|
锂离子电池 | 高达 250个 |
镍氢 (NiMH) | 围绕100 |
二氧化锰锂 | 关于280 |
使用锂电池组可以带来以下几个优势：
高能量密度使得每次充电之间可运行更长时间。
轻量化的设计提高了手持和可穿戴设备的便携性。
使用寿命长，减少了频繁更换的需要。
您可以设计更小、更轻的医疗设备，而无需牺牲可靠性或性能。这对于便携式和可穿戴医疗设备尤为重要。
2.3 可靠性和安全性
可靠性和安全性是医疗应用的重中之重。您需要性能稳定、风险最小化的电池。医疗级可充电电池必须符合严格的安全工程标准，包括符合 IEC 62133、UL 2054、ISO 13485 和 IEC 60601-1 标准。此外，您还需要具备生物相容性、过充保护、热关断、电池管理系统、身份验证以及序列化功能，以实现可追溯性。
安全功能 | 描述 |
|---|---|
合规标准 | 电池必须符合 IEC 62133、UL 2054、ISO 13485 和 IEC 60601-1 标准。 |
生物相容性 | 电池必须具有生物相容性，以确保患者附近的安全。 |
安全特性 | 必须包括过充电保护、热关断和电池管理系统。 |
认证 | 必须对电池进行认证以防止伪造。 |
序列化 | 电池必须序列化且可追溯，以进行安全监控。 |
锂电池组拥有先进的安全特性和始终如一的可靠性，是您的理想之选。这些电池可帮助您避免意外故障，确保患者安全。
环境影响与成本效益
您还必须评估电池的环境影响和成本效益。充电电池使用更多毒性材料，但如果充分利用并回收利用，则可以减少资源消耗和制造影响。而原电池由于频繁处置，会产生更多废弃物，总体环境影响也更大。
冲击 | 充电电池 | 一次性电池 |
|---|---|---|
使用原材料 | 更多有毒物质 | 毒性较小的材料 |
资源枯竭 | 降低 | 更高 |
制造影响 | 降低 | 更高 |
使用影响 | 充电约 50 次后更低 | 更高 |
能源消费 | 更高 | 降低 |
污染 | 采矿相关 | 处置相关 |
处置影响 | 如果不回收则更高 | 降低 |
整体影响 | 如果充分利用并回收利用则更低 | 更高 |
您可以了解有关可持续性的更多信息 开始 以及冲突矿物 开始.
注意：您应该始终考虑电池的整个生命周期，以最大限度地提高成本效益并最大限度地减少对环境的危害。
第 3 部分：成本和维护
3.1 前期成本与长期成本
在比较植入式生物医学设备电池的成本时，您面临着重要的决策。一次电池通常以较低的初始成本吸引您。您可以将一次电池安装在植入式设备中，而无需大量的前期投资。但是，您必须考虑长期成本。二次电池，例如 LiFePO4、NMC、LCO、LMO 和 LTO 等锂离子化学电池，需要更高的初始投资。但它们能够充电并重复使用数百甚至数千次，因此对您来说非常有利。
下表比较了植入式生物医学设备中一次电池和二次电池的成本因素：
方面 | 充电电池 | 原电池 |
|---|---|---|
初始投资成本 | 较高的初始投资 | 较低的初始成本 |
长寿 | 可重复使用数百至数千次 | 一次性使用，需要经常更换 |
更换频率 | 最终需要更换，但更换频率较低 | 需要频繁更换 |
维护费用 | 适当的护理可以延长寿命，降低成本 | 无需维护，但总体成本较高 |
对环境造成的影响 | 减少浪费，减少隐性成本 | 更多废物，处理隐性成本 |
植入式生物医学设备中的二次电池可以节省长期成本。它可以降低更换频率，并降低与废物处理相关的隐性成本。一次电池乍一看可能更便宜，但长期来看，由于频繁更换，您需要支付更高的费用。
提示：选择植入式设备的电池时，您应该始终计算总拥有成本，而不仅仅是初始价格。
3.2 维护需求
您必须了解植入式生物医学设备中电池的维护要求。二次电池，尤其是锂电池组，需要定期维护。您应该遵循安全标准，例如 ANSI/AAMI ES 60601-1 和 IEC 指南。这些标准有助于确保由二次电池供电的植入式设备安全运行。
二次电池的日常维护包括：
观察并记录新的充满电的电池的运行时间，以便与旧电池进行比较。
定期检查电池的充电状态。
监控电池是否接近其预计使用寿命。
如果运行时间低于原来的 80% 或充电时间显著增加，请更换。
储存前充电至 50%，并每六个月检查一次。
避免拆卸、挤压或暴露在极端温度下。
您应该设计植入式生物医学设备，使其仅使用经批准的替换电池和充电器。您必须在使用说明中使用明确的措辞，概述经批准的存储、充电、使用和维护要求。
植入式设备中的原电池维护成本较低。无需充电。原电池更换方便，使用寿命更长。然而，使用后必须丢弃，这会增加对环境的影响。
下表比较了植入式生物医学设备中一次电池和二次电池的维护需求：
电池类型 | 维护需求 | 优势 | 缺点 |
|---|---|---|---|
初级（一次性） | 无需充电；易于更换；保质期更长 | 方便；随时可用；非常适合需要频繁更换的设备 | 因废弃物对环境造成影响；无法再充电；使用后必须丢弃 |
充电 | 需要定期充电；自放电率可能较高 | 长期节省成本；环保；可重复使用多次 | 使用寿命比一次性电池短；对于需要持续供电的用户来说可能不方便 |
您必须权衡一次电池的便捷性与二次电池的长期节省和可持续性。您应该选择最适合您植入式生物医学设备需求的电池类型。
第六部分：应用
4.1 植入式生物医学设备
您依靠植入式生物医学设备来实现挽救生命的功能。起搏器、神经刺激器和药物输送系统需要可靠的电源，能够连续运行多年而无需维护。大多数植入式生物医学设备使用 一次电池这些电池采用锂金属阳极和先进的阴极系统，可提供较长的使用寿命和稳定的输出。起搏器中经常使用原电池，因为它们具有高能量密度和低自放电率。这意味着您无需频繁充电或更换它们。
电池类型 | 描述 |
|---|---|
原电池 | 利用具有各种阴极系统的锂金属阳极，提供较长的使用寿命。 |
充电电池 | 植入时可充电的二次锂离子电池，但通常容量较低且寿命较短。 |
您注意到，1958 年的第一台起搏器使用的是可充电镍镉电池。早期的生物医学设备依赖于汞锌电池，但由于安全问题，这些电池最终停产。1975 年锂碘电池的推出提高了电池的使用寿命和可靠性。如今，大多数植入式生物医学设备都选择使用原电池，因为它们可以最大限度地减少手术更换的需要，并最大限度地保障患者的安全。
提示：当您需要较长的保质期和最少的维护时，您应该为植入式生物医学设备选择原电池。
4.2便携式设备
您每天都会在医院、诊所和家庭护理环境中使用便携式生物医学设备。输液泵、胰岛素泵、心电图监测仪和贴片式心电图系统等设备需要能够稳定供电并支持频繁使用的电池。可充电电池占据了这一领域的主导地位。您依赖于锂离子电池，例如磷酸铁锂 (LiFePO4)、三元锂 (NMC)、钴酸锂 (LCO)、锂金属氧化物 (LMO) 和钛酸锂 (LTO)，因为它们具有高能量密度、长循环寿命和快速充电功能。
电池类型 | 优势 |
|---|---|
锂离子电池 | 能量密度高、电池寿命长、充电快、自放电率低。 |
镍镉 | 出色的耐用性和可靠性，长循环寿命，可承受高放电率。 |
镍金属氢化物 | 能量密度和安全性的良好平衡，比镍镉电池更紧凑、更轻便。 |
便携式生物医学设备中经常会用到锂电池组，因为它们支持高电流消耗和反复充电。18650 锂电池因其高能量存储和稳定性而备受青睐。聚合物锂电池拥有可定制的形状和更高的安全性能。这些电池降低了爆炸风险，并可无缝集成到贴片式心电图监测仪和可穿戴生物医学设备中。
电池类型 | 主要功能 | 对安全和绩效的贡献 |
|---|---|---|
18650锂 | 能量密度高，一致性好 | 增强便携式设备的能量存储和可靠性。 |
聚合物锂 | 可定制形状，提高安全性能 | 降低爆炸风险并实现更好的集成。 |
18650电池具有良好的一致性和高能量存储。
聚合物电池具有更好的安全性能，并且可以根据各种生物医学设备设计进行定制。
与液体电池不同，聚合物电池仅在发生事故时才会膨胀，从而降低了爆炸风险。
您还会看到锂电池组应用于机器人、安防系统、基础设施、消费电子产品和工业领域。标准化的锂电池化学成分，例如 LiFePO4、NMC、LCO、LMO 和 LTO，可确保在这些应用中保持一致的平台电压、能量密度和循环寿命。
注意：您应该始终使用 电池管理系统 (BMS) 监测电池健康状况并防止故障。
4.3 紧急和一次性使用
在紧急情况下，您需要依靠紧急和一次性生物医学设备。手电筒、收音机和贴片式心电图监测仪等设备需要使用寿命长且随时可用的电池。您选择一次电池来应对这些应用，因为它们即使长时间存放也能提供可靠的电源。在旅行包、户外活动和充电选项有限的急救包中，您使用一次性电池。
不常用的设备，例如手电筒和收音机，较长的保质期是有利的。
旅行和户外活动，充电选项可能有限。
应急工具包，在最需要的时候提供可靠的电力。
使用一次性电池时，必须遵循安全提示。切勿混用新旧电池。请将电池存放在阴凉干燥处。妥善处理电池，以免造成环境污染。
关键注意事项 | 描述 |
|---|---|
能量密度 | 锂离子电池的性能优于碱性电池，它体积更小，但能提供更多的能量。 |
循环寿命 | 它们的循环寿命显著延长，从而减少了更换频率。 |
安全认证 | 改进的安全认证确保医疗环境中免受危险。 |
性能指标 | 每次充电可进行更多次升降循环，充电时间更快，从而提高性能。 |
对环境造成的影响 | 更环保的技术，消除了铅酸处理问题。 |
降低电池更换频率可最大限度地减少紧急情况下的停机时间。
与生物医学设备的无缝集成提高了运营效率。
智能监控技术为您提供电池健康状况和充电状态的实时数据。这确保了应急准备，并改善了患者的治疗效果。先进的电池管理系统 (BMS) 提供洞察信息，帮助您预防意外故障，保持卓越运营。
锂电池组广泛应用于贴片式心电图监测仪、紧急生物医学设备和便携式医疗设备。这些电池提供可靠的电源，并支持智能监测和快速充电等高级功能。标准化的锂电池化学工艺可确保医疗、机器人、安防、基础设施、消费电子和工业领域的安全性和性能，让您从中受益。
第 5 部分：标准与合规性
5.1 监管需求
选择医疗设备电池时，必须遵守严格的规定。在欧洲，欧盟电池法规（法规 (EU) 2023/1542）规定了可持续性、安全性、标签和信息的要求。该法规涵盖所有类别的 医疗设备中使用的电池 植入式和传染性产品除外。您需要提供碳足迹声明，确保设备电池可拆卸和更换，并满足标签和信息要求。经济运营商必须履行特定义务，以确保电池合规。
在美国乃至全球，您都必须遵守一次性电池和可充电电池的标准。下表列出了主要标准：
电池类型 | 适用标准 | 描述 |
|---|---|---|
原电池 | IEC 60086-4 | |
充电电池 | IEC 62133 | 在预期使用和可预见的误用情况下，对含有非酸性电解质的便携式密封二次锂电池和电池组的安全操作要求。 |
您应该始终使用符合这些标准的锂电池组。对于 LiFePO4、NMC、LCO、LMO 和 LTO 等医疗级锂化学材料而言，一致的平台电压、能量密度和循环寿命至关重要。有关可持续性和冲突矿物的更多详细信息，请查看我们的 可持续发展声明 和 冲突矿物声明.
提示：选择符合监管标准的电池可以提高设备的安全性和可靠性。
5.2风险管理
在医疗设备中设计和使用电池时，必须管理风险。风险管理策略可帮助您预防故障并确保患者安全。您需要选择合适的电池技术，评估风险，并通过测试验证设计。滥用测试和高级分析（例如 MRI 兼容性和灭菌风险评估）是至关重要的步骤。故障分析可帮助您识别根本原因并采取纠正措施。
策略类型 | 描述 |
|---|---|
电池选择 | 根据性能和安全标准选择电池技术。 |
风险评估 | 评估医疗设备中使用电池的潜在风险。 |
法律合规 | 确保遵守医疗应用中电池安全的相关法规和标准。 |
设计验证和验证 | 测试并确认电池设计符合安全和性能要求。 |
滥用测试 | 模拟极端条件以评估电池的弹性和安全性。 |
高级分析 | 进行 MRI 兼容性和灭菌风险评估等专门测试。 |
故障分析 | 调查电池故障以确定根本原因并实施纠正措施。 |
您应该使用风险管理方法，例如故障模式与影响分析 (FMEA) 和系统架构规划。制造商会评估市场、技术、法规和安全风险。您必须制作电池原型并进行测试，以验证组件。基于风险的维护 (RCM) 始于航空业，如今已应用于医疗保健领域，提升可靠性。将这些策略应用于锂电池组和其他医疗设备中的电池，可以提高可靠性和安全性。
注意：通过遵循电池风险管理最佳实践，您可以保护患者并降低成本。
您应该根据医疗设备的需求选择合适的电池类型。对于需要较长使用寿命和极低维护的植入式设备，请使用一次电池。对于需要频繁使用和高功率的便携式设备，请选择可充电锂电池组（LiFePO4、NMC、LCO、LMO、LTO）。
B2B 快速决策指南：
优先考虑可靠性和安全性认证。
为您的设备选择具有合适功率尺寸比的电池。
考虑保质期、耐温性和脉冲要求。
始终在真实条件下测试电池，培训员工并遵守监管标准。考虑可持续性、标签和报废电池回收，以满足合规性和环保目标。
方面 | 信息 |
|---|---|
质量保证 | 保持一致的电池性能。 |
可持续发展 | 使用可回收材料和生态设计原则。 |
报废管理 | 建立废旧电池回收和收集计划。 |
常见问题解答
便携式医疗设备应选择哪种锂电池化学成分？
您应该选择磷酸铁锂 (LiFePO4) 或三元锂 (NMC) 锂电池组。这些电池组具有高能量密度、长循环寿命和稳定的平台电压。它们支持频繁充电，并在以下情况下提供可靠的性能： 便携式医疗设备.
在医疗设备中使用锂电池组时如何确保安全？
您必须使用符合 IEC 62133 和 UL 2054 标准的电池。务必集成 电池管理系统 (BMS) 用于过充保护、热关断和可追溯性。这降低了风险并提高了患者安全性。
为什么植入式医疗设备通常使用一次电池而不是可充电锂电池？
植入式设备通常依赖原电池，因为它们具有较长的使用寿命和稳定的输出。可充电锂电池的使用寿命较短，并且可能需要维护，这对于植入物来说并不实用。
医疗应用中的锂电池组应遵循哪些维护步骤？
您应该监控电池充电状态，当容量低于 80% 时更换电池，并在电池组电量为 50% 时存放。避免极端温度，并仅使用经批准的充电器。定期检查有助于确保安全和性能。
能量密度如何影响您对医疗设备锂电池组的选择？
更高的能量密度让您能够设计更小、更轻的设备。LCO 和 LMO 等锂化学材料的能量密度高达 250 Wh/kg，可在不牺牲功率或可靠性的情况下支持紧凑型医疗设备。
