CN105591043A - 具有构件加强部和馈通部的构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有构件厚度和至少一个馈通孔的构件、优选壳体构件、特别是电池壳体或电容器壳体的构件，其中，在具有玻璃材料外部尺寸和插入玻璃长度的玻璃材料或玻璃陶瓷材料中将导体、特别是大致呈销状的导体穿过馈通孔，其中，构件在馈通孔的区域中具有带有构件馈通孔厚度的加强部，其中，构件馈通孔厚度大于构件厚度并且加强部具有加强材料外部尺寸。本发明的特征是，玻璃材料外部尺寸与加强材料外部尺寸(VA)的比例≥1比1.2。

Description

具有构件加强部和馈通部的构件
技术领域
本发明涉及一种具有构件厚度和至少一个馈通孔的构件，以及特别是用于电存储装置、尤其是电池或电容器的具有根据本发明构件的壳体，以及涉及具有这种壳体的存储装置。
背景技术
如果这样的构件是例如存储装置、例如电池和/或电容器的壳体的一部分，在将导体、特别是金属销引入到由例如铝这样的轻金属构成的基体中时需要严密密封的馈通部。电池可以是例如铅酸电池、镍镉电池或镍金属电池这样的传统能源。作为在本发明的意义中的电池可理解成在其放电之后被处理和/或回收的一次性电池和蓄电池。
锂离子电池已知多年。在此方面，例如参考“HandbookofBatteries，编者DavidLinden，第二版，McGrawHill1995，第36和39章”。
特别是针对电池和/或电容器在汽车环境中的应用必须解决许多问题，如耐腐蚀性、抗事故能力或抗振性能。此外需要确保电池长期处于严密的密封状态下。例如在电池电极或者说电池电极馈通部的区域中的泄漏、电池短路或导致电池寿命减少的温度变化会妨碍该紧密性。尤其是还应该避免湿气进入到蓄电池单电池(Batteriezelle)中。
为了保证在事故时的更好的耐受性，DE101055877A1提供了一种用于锂离子电池的壳体，其中，该壳体包括在两侧敞开并且可以闭合的金属外罩。电接头通过塑料而绝缘。塑料绝缘的缺点是受限的耐热性和在整个使用寿命上的不可靠的密封。
被引入到轻金属中的用于存储装置、例如电池的馈通部在许多文献中进行了描述。因此例如在WO2012/110242A1、WO2012/110246A1、WO2012/110247A1、WO2012/110245A1和特别是WO2012/1102444A1中的公开内容完全地包括在本申请中。
DE102011103976A1同样示出一种特别穿过壳体构件的馈通部，其中给出基体的厚度，但是没有给出玻璃材料外部尺寸与加强部材料外部尺寸的比例。
DE4413808B4示出一种电化学单电池以及这种单电池的制造。电化学单电池包括活性的阳极材料和活性的阴极材料以及保持架。构造为钮扣式电池的电化学单电池的尺寸未给出。
例如在WO2012/110244A1中所描述的馈通部的缺点是，基体通常具有与插入玻璃长度相等的厚度。由此壳体构件具有相对高的重量和过小的内部结构空间，使得蓄电池单电池的体积减小。
如果想制造壳体构件，那么需要由实心材料切削加工来制造加厚部。另一问题是由于没有足够的预应力而不能实现严密的密封性，根据本发明，通过根据权利要求1的构件解决了提供尽可能薄的且轻的构件的问题与所需的严密密封性的结合。
发明内容
严密的密封性理解成压差为1bar时氦泄漏率<1·10-8mbar·ls-1，优选地<1·10-8mbar·ls-1。
严密的密封性确保电存储装置、特别是电池的使用寿命明显增加。即使在穿过玻璃材料或玻璃陶瓷材料的销状导体由于高的电流和/或在短路时暂时剧烈加热的情况下也确保严密的密封性。特别是严密的密封性避免湿气可进入蓄电池单电池中。
根据本发明的具有构件厚度(BD)和至少一个馈通孔的构件在馈通孔的区域中具有带有构件馈通孔厚度(BDD)的加强部，导体、特别是大致呈销状的导体在具有玻璃材料外部尺寸(GA)和插入玻璃长度(EL)的玻璃材料或玻璃陶瓷材料中穿过馈通孔，其中，构件馈通孔厚度(BDD)大于构件厚度(BD)。加强部具有加强部材料外部尺寸(VA)。根据本发明发现，为了满足上述条件，玻璃材料外部尺寸(GA)与加强部材料外部尺寸(VA)的比大于等于1比1.2，即、GA/VA≥1/1.2。特别优选地，比GA/VA在1/1.2至1/2.2的范围中。具体来说，这些条件意味着，在圆柱形的玻璃材料和圆形的加强环的情况下圆柱形的外部直径与加强环的比大于等于1比1.2，特别是在1/1.2至1/2.2的范围中。通过选择比GA/VA令人惊奇地实现了，可在馈通孔的区域中将足够的压力施加到玻璃材料上，由此提供了严密的密封性。此外，通过加强部在其材料的外部尺寸中的宽度将用于严密的密封性所需的压缩施加到玻璃上，这同样有助于严密的密封性。
根据本发明的设计方案的优点是，可为构件使用非常薄的并因此减轻重量的材料。于是，这尤其在构件用作壳体、例如存储装置的壳体、例如电池壳体、尤其是电池罩或电容器、尤其是电容器罩的一部分时是有利的。通过根据本发明的借助于其外部尺寸明显大于基本呈圆柱形的玻璃材料的加强环的设计方案令人惊奇地实现了，在馈通孔的区域中可将足够的压力施加到玻璃材料上，由此如前所述，存在有严密的密封性。此外，由此提供了在馈通部的区域中的足够强度。
在加强部的区域中的构件通道厚度基本上相当于(entspricht)插入玻璃长度(EL)，以确保严密密封的馈通部。由此可实现玻璃化的阳极或阴极的较高的机械强度。
在本发明的第一设计方案中可规定，构件是非常薄的、具有构件厚度(BD)的例如形成壳体盖的基体并且具有加强构件厚度(VD)的分开的加强构件布置在输入孔的区域中，由此构件的厚度、即构件厚度(BD)和加强构件厚度(VD)相加得到构件馈通孔(BDD)。
替换分开的、可布置在馈通孔的区域中的在构件馈通孔的区域中、例如作为在基体下方的环的构件，可规定，具有构件厚度(BD)的基体和加强构件被组合成单一的构件，其中，在构件馈通孔的区域中提供构件馈通孔厚度(BDD)。这例如可由此实现，即，在馈通孔的区域中拉深非常薄的基体。为了在加强部的区域中形成所需的较大的尺寸，在拉深之后镦锻基体。
在本发明的另一变型方案中，具有构件厚度(BD)的基体和加强构件还是单一的构件，其中，在构件馈通孔的区域中提供构件馈通孔厚度(BDD)。这在另一变型方案中由此实现，即，在馈通孔的区域中弯曲非常薄的基体、特别是由板件来拉深并且随后折叠。
于是加强部的宽度大于基体的厚度。
如上所述，通过在加强部的材料的外部尺寸方面使加强部的宽度大于玻璃材料的外部尺寸的1.2倍，由此可将为严密的密封性所需的压缩施加到玻璃上，由此提供了严密密封的馈通部。
为了实现充分的严密的密封性，使插入玻璃长度大于1.5mm，特别是在1.5mm至8mm的范围中时还是特别有利的。
特别优选地，薄的构件具有足够的稳定性并且在变形时通过随后的回缩也还表现为足够的加强部，其至少在插入玻璃长度的范围内、优选至少是插入玻璃长度加2mm，特别优选3.5mm至10mm。
特别优选的是，作为用于构件、特别是基体、以及加强构件的材料使用具有<5kg/dm3的比重和/或在350℃至800℃的范围中的熔点和/或在5·106S/m至50·106S/m的范围中的电导率和/或在18·10-6/K至30·10-6/K的范围中的膨胀系数α(20℃至300℃)的轻金属。
特别优选的是，用于轻金属的材料是铝、铝合金、镁、镁合金或其他金属和如不锈钢这样的合金。特别优选地，根据本发明的构件是壳体、特别是用于电存储装置的壳体的罩构件，其中，存储装置可以是例如电池或电容器。
本发明除了壳体以外还提供一种具有这种构件的存储装置，特别是电池或电容器，所述构件至少作为罩构件，馈通部穿过该罩构件。
附图说明
下面应根据附图详细描述本发明。
其中：
图1示出了本发明的具有分开的加强构件的第一实施方式；
图2示出了本发明的具有带有加强区段的一体式构件的第二设计方案；
图3示出了本发明的具有带有加强区段的一体式构件的第三设计方案。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的具有两个馈通孔3.1、3.2的构件1。优选地，馈通孔具有优选围绕轴线5.1或者5.2的筒形状，例如圆形或椭圆形状。
导体7.1、7.2在此以销钉的形状在玻璃材料9.1、9.2中穿过馈通孔3.1、3.2。
构件的厚度为BD，构件馈通孔厚度为BDD并且分开的加强构件10.1、10.2的厚度是VD。
如从图1中得知，构件馈通孔厚度BDD等于DD加VD。
玻璃材料9.1、9.2的玻璃材料外部尺寸为GA，在优选为圆形或椭圆形的玻璃材料中该玻璃材料外部尺寸相当于玻璃栓塞的直径。
分开的、优选同样实施为圆形或环形的加强构件的加强材料的外部尺寸VA为玻璃材料外部尺寸GA的1.2倍，即在环形或圆形的玻璃材料栓塞和环形或圆形的加强材料的情况下，加强材料的直径是玻璃材料的直径的至少1.2倍。
同样可看出在构件馈通孔中的插入玻璃的长度EL。在所示的构件中，插入玻璃的长度(EL)相当于构件馈通孔的长度或者说构件馈通部厚度(BDD)。
当然也可能的是，插入玻璃长度EL比构件厚度BDD短，但是反之则不行。
具有5kg/dm3的比重和/或在350℃至800℃的范围中的熔点和/或在5·106S/m至50·106S/m的范围中的电导率和/或在18·10-6/K至30·10-6/K的范围中的膨胀系数α(20℃至300℃)的轻金属作为用于基体20、在此为例如像电池这样的存储装置的壳体部分、优选为罩部分的材料。该轻金属优选是铝、铝合金、镁、镁合金。导体销7.1、7.2的材料优选是金属、特别是铜、Cusic、铜合金、ASC、银、银合金、金或金合金或铝或铝合金。
作为用于插入玻璃部9.2的玻璃材料优选使用例如在文献WO2012/110247中描述的磷酸盐玻璃，该文献整个包含在本申请中。在图2中示出了本发明的一个可替代的设计方案。
再次用1表示构件，但是此时与图1相反，该构件在构件馈通孔3.1、3.2的区域中不是构造为两件式，而是一件式，即基体20在构件馈通孔3.1、3.2的区域中包括加厚部110.1、110.2，通过在加强部110.1、110.2的区域中拉深(tiefgezogen)构件1而获得加厚部，由此构件在构件馈通孔的区域中获得厚度BDD。厚度BDD始终大于构件的厚度BD。通过以拉深的形式变形并且随后回缩(Zurückstauchen)获得在图2中所示的加强部形状，其中在加强元件的区域中的外直径VA比插入玻璃的外直径GA大为1.2倍。与在图1中相同的构件使用相同的附图标记。
用厚度BDD表示的、回缩的加强的区域的厚度也大于基体材料的厚度BD。回缩的加强的区域的宽度用SBD表示。
在加强部的区域中的加工可以是可见的，因为与借助切削方法加工的构件不同，结构流线在镦锻的区域中通过变形工艺而弯曲。
在图3中示出了本发明的另一备选设计方案。
再次用1表示构件，但是此时与图1相反，该构件在构件馈通孔3.1、3.2的区域中不是构造为两件式，而是一件式，即基体20在构件馈通孔3.1、3.2的区域中包括加厚部210.1、210.2，通过在加强部210.1、210.2的区域中拉深构件1并随后折叠而获得加厚部，由此构件在构件馈通孔的区域中获得厚度BDD。由于折叠部，厚度BDD在所示实施方式中是构件的厚度BD的大约两倍。通过以拉深的形式变形并且随后折叠获得在图3中所示的加强部形状，其中在加强元件的区域中的外直径VA比插入玻璃的外直径GA大为1.2倍。与在图1中相同的构件使用相同的附图标记。
加强的区域的厚度以大约2倍BD的厚度大于基体材料的厚度BD。代替一次折叠，也可以多次折叠、例如3次和4次，以调整在加强部的区域中的厚度，而没有离开本发明。
在加强部的区域中的加工可以是可见的，因为与借助切削的方法加工的构件不同，结构流线在镦锻或折叠的区域中通过变形工艺而弯曲。
此外，与在图1中相同的构件，在图3中用相同的附图标记表示。优选地，如已经针对图1的基体所述的那样，构件、即基体和加强区域的材料是轻金属。
前面所述的第二和第三变型方案具有的优点是，可减少安装额外的构件，即加强环。
特别优选的是这样的玻璃材料，其包括下面成分(以mol％为单位)：
优选地，玻璃材料这样构成，其具有在20℃至300℃的范围中≥13·10-6/K、优选在13·10-6/K至25·10-6/K的范围中的膨胀系数α。
借助本发明首次提供了一种薄的壳体构件，其特别用于存储装置的壳体，该壳体构件具有非常小的材料厚度BDD的特点并进而具有很轻的重量和大的单电池体积以及严密密封的插入玻璃部，其在用于导体的馈通孔的区域中具有插入玻璃长度EL。
特别地，借助本发明可在一件式构件中通过变形工艺提供对严密密封的馈通孔的足够压缩。
借助本发明，一方面提高了在薄的用在例如作为罩的壳体中的材料中的所需的机械强度，另一方面提供了严密密封的插入玻璃所需的压力或径向力。

Claims (10)

1.一种构件(1)，其具有构件厚度(BD)和至少一个馈通孔(3.1、3.2)，所述构件优选是壳体构件、特别是电池壳体或电容器壳体的壳体构件，其中在具有玻璃材料外部尺寸(GA)和插入玻璃长度(EL)的玻璃材料或玻璃陶瓷材料中将导体(7.1、7.2)、特别是大致呈销状的导体穿过所述馈通孔(3.1、3.2)，其中，构件在所述馈通孔(3.1、3.2)的区域中具有带有构件馈通孔厚度(BDD)的加强部(10.1、10.2)，其中，所述构件馈通孔厚度(BDD)大于所述构件厚度(BD)并且所述加强部(10.1、10.2)具有加强材料外部尺寸(VA)，其特征在于，所述玻璃材料外部尺寸(GA)与所述加强材料外部尺寸(VA)的比≥1比1.2，尤其在1比1.2至1比2.2的范围中。
2.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，所述加强部的构件馈通孔厚度(BDD)至少相当于所述插入玻璃长度(EL)。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的构件，其特征在于，所述构件(1)具有带有所述构件厚度(BD)的基体(5)和带有加强构件厚度(VD)的分开的加强构件(10.1、10.2)，并且所述构件厚度(BD)和所述加强构件厚度(VD)相加得到所述构件馈通孔厚度(BDD)。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的构件，其特征在于，所述构件以单一的构件包括具有构件厚度(BD)的基体(5)和所述加强构件(10.1、10.2)，其中，在所述构件馈通孔(3.1、3.2)的区域中提供所述构件馈通孔厚度(BDD)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的构件，其特征在于，所述插入玻璃长度(EL)大于1.5mm，特别是在1.5mm至8mm的范围中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的构件，其特征在于，所述构件厚度(BD)至少在所述插入玻璃长度的范围内、优选至少是所述插入玻璃长度加2mm，特别优选3.5mm至10mm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的构件，其特征在于，所述构件(1)至少部分地包括具有<5kg/dm3的比重和/或在350℃至800℃的范围中的熔点和/或在5·10-6S/m至50·10-6S/m的范围中的电导率和/或在18·10-6/K至30·10-6/K的范围中的膨胀系数α(20℃至300℃)的轻金属。
8.根据权利要求7所述的构件，其特征在于，所述轻金属是铝、铝合金、镁、镁合金、钛或钛合金。
9.壳体，是具有根据权利要求1至8中任一项所述的构件的壳体，尤其是用于电存储装置、特别是电池或电容器。
10.存储装置，特别是电池或电容器，其具有根据权利要求9所述的壳体。
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