JP6327857B2 - 特にはバッテリー用の貫通部および超音波溶接によってハウジングに該貫通部を導入する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハウジング、特にバッテリーセルハウジングのハウジング部品またはハウジング部分を特に貫いている貫通部（フィードスルー(feed-through)）に関し、その際、そのハウジング部分またはハウジング部品は、少なくとも１つの導体、特に実質的にピン形の導体が貫通する少なくとも１つの開口部を有する。さらに、本発明は、貫通部を備えたハウジング、特にバッテリーセル用のハウジングおよび貫通部を備えたハウジング部品またはハウジング部分を製造する方法およびバッテリーセルハウジングを備えた蓄電池装置、特に蓄電池に関し、その際、そのバッテリーセルハウジングは、貫通部を備えた少なくとも１つの開口部を有する。

従来技術によると、例えば特許出願：
米国特許第５，２４３，４９２号、
米国特許第７，７７０，５２０号、
米国特許出願公開第２０１０／００６４９２３号、
欧州特許第１ ０６１ ３２５号および
ドイツ特許第１０ ２００７ ０１６６９２号
に記載されている電気的貫通部は、はんだガラスを絶縁体として使用して製造されている。従来技術から公知の貫通部の全てにおいて、実質的にピン形の導体はそれぞれのハウジング部品と、低温で溶融するガラスの溶融によって接合されてきた。その場合の欠点は、金属材料の熱安定性、特にその溶融温度が、使用するガラスはんだで適用可能な最高溶融温度を限定することであった。さらに、必要な密度および機械的安定性を保証するために、溶融ガラスはんだの使用に際しては、使用される部品材料を良好に湿らせることが必要であった。もう１つの必要性は、一般に、各成分の熱膨張が互いに著しく相違しないように、ガラスはんだを多数の貫通部のために選択しなければならないことであった。その例外は、特殊ガラス付けとしての加圧ガラス貫通部（Ｄｒｕｃｋｇｌａｓｄｕｒｃｈｆｕｅｈｒｕｎｇ）または加圧ガラス付けのみであり、それらの場合、ガラス材料またはガラスセラミック材料と周囲の金属とで異なる熱膨張率が、圧力嵌め（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）または摩擦嵌め（ｒｅｉｂｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）によるガラス材料またはガラスセラミック材料と周囲の金属との接合をもたらす。その種の加圧ガラス貫通部は例えば、エアバッグ起爆装置のための貫通部に適用される。加圧ガラス貫通部では、ガラス材料またはガラスセラミック材料は確かに周囲の金属に付着しているが、ガラス材料またはガラスセラミック材料と金属との間に分子的な接合は生じない。付着摩擦によって生じる反力を超えると、圧力嵌めは失われる。

ドイツ特許第１０ ００６ １９９号により、開口部を備えた脆性破壊性の材料から、特にガラスからなる成形体を、密閉体で気密に密閉することが公知となっており、その際、成形体および密閉体は長期間にわたって互いに溶接される。ドイツ特許第１０ ００６ １９９号による成形体は好ましくは、ガラス、ガラスセラミックまたはセラミックからなり、密閉体は好ましくは、金属、金属合金または金属複合材料からなる。この場合、成形体および密閉体の熱膨張率は、合致している。ドイツ特許第１０ ００６ １９９号には、電気的貫通部は示されていない。

ドイツ特許第１ ４９６ ６１４号によっても同様に、超音波溶接による金属ピンと、好ましくはガラス材料またはガラスセラミック材料を包含する光学素子との接合が公知になっている。接合されるべき金属の材料として、ドイツ特許第１ ４９６ ６１４号には、アルミニウム合金が好ましいとして示されている。

ドイツ特許第１ ４９６ ６１４号にも、貫通部は示されていない。

蓄電池、好ましくは、リチウムイオンバッテリーは、種々の用途、例えば、ポータブル型電子機器、携帯電話、工作機械および特に電気自動車などのために設計されている。そのバッテリーは、従来のエネルギー源、例えば鉛酸バッテリー、ニッケルカドミウムバッテリーまたはニッケル水素バッテリーの代わりとなり得る。

本発明の意味におけるバッテリーとは、放電し終わったら廃棄され、かつ／またはリサイクルされる使い捨てバッテリーとも、蓄電池とも理解される。

リチウムイオンバッテリーは長年にわたって知られている。このことに関しては例えば、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、Ｄａｖｉｄ Ｌｉｎｄｅｎ編、第２版、ＭｃＧｒａｗｈｉｌｌ、１９９５年、第３６および３９章を参照されたい。

リチウムイオンバッテリーの種々の態様が、多数の特許文献に記載されている。かかる文献としては、例えば米国特許第９６１，６７２号、米国特許第５，９５２，１２６号、米国特許第５，９００，１８３号、米国特許第５，８７４，１８５号、米国特許第５，８４９，４３４号、米国特許第５，８５３，９１４号および米国特許第５，７７３，９５９号を挙げることができる。

特に、自動車環境で使用するためのリチウムイオンバッテリーは通常、多数の個別のバッテリーセルを有し、それらのバッテリーセルは互いに一列に接続されている。互いに直列または一列に接続されているバッテリーセルは、いわゆるバッテリーパックにまとめられ、さらにいくつかのバッテリーパックが、リチウムイオンバッテリーとも称されるバッテリーモジュールにまとめられる。それぞれ個々のバッテリーセルは、バッテリーセルのハウジングから導出されている電極を有する。

リチウムイオンバッテリーを自動車環境で使用するためには特に、耐食性、耐事故性（Ｂｅｓｔａｅｎｄｉｇｋｅｉｔ ｂｅｉ Ｕｎｆａｌｌ）または振動強度などの多数の問題を解決しなければならない。さらなる問題の１つは、長期間にわたるバッテリーセルの気密性である。バッテリーセルの電極またはバッテリーセルの電極貫通部の範囲での緩みによって、気密性は損なわれ得る。その種の緩みは例えば、温度変化の負荷および、例えば車両の振動などの機械的応力変化またはプラスチックの老化によって惹起され得る。バッテリーまたはバッテリーセルのショートまたは温度変化は、バッテリーまたはバッテリーセルの寿命を短くし得る。

より良好な耐事故性を保証するために、ドイツ特許第１０１ ０５ ８７７（Ａ１）号は例えば、リチウムイオンバッテリーのためのハウジングを提案しており、その場合、そのハウジングは、両側が開いていて、閉じられるようになっている金属製ジャケットを含んでいる。電流接続または電極は、プラスチックによって絶縁されている。そのプラスチック絶縁の欠点は、耐熱性が限られること、機械抵抗が限られること、老化、寿命を通じて気密性が不確実であることである。したがって、電流貫通部は、従来技術によるリチウムイオンバッテリーでは、例えばＬｉイオンバッテリーのカバー部分に非気密状態で組み込まれている。さらに電極は、バッテリーの内部空間内にある、追加の絶縁体を備えたクリンピングされて（ｖｅｒｑｕｅｔｓｃｈｔｅ）レーザー溶接されている接合部品である。

ドイツ特許第２７ ３３ ９４８（Ａ１）号から、例えばガラスまたはセラミックなどの絶縁体が直接、溶融接合によって金属部分に接合されているアルカリバッテリーが知られている。

金属部分のうちの一方は、アルカリバッテリーの陽極と電気的に接合されており、他方は、アルカリバッテリーの陰極と電気的に接合されている。ドイツ特許第２７ ３３ ９４８（Ａ１）号で使用されている金属は、鉄または鋼である。アルミニウムなどの軽金属は、ドイツ特許第２７ ３３ ９４８（Ａ１）号には記載されていない。ガラス材料またはセラミック材料の溶融温度も、ドイツ特許第２７ ３３ ９４８（Ａ１）号には示されていない。ドイツ特許第２７ ３３ ９４８（Ａ１）号に記載されているアルカリバッテリーは、アルカリ性電解質を含むバッテリーであり、その電解質はドイツ特許第２７ ３３ ９４８（Ａ１）号によると、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムである。Ｌｉイオンバッテリーについての言及は、ドイツ特許第２７ ３３ ９４８（Ａ１）号には見いだせない。

ドイツ特許第６９８ ０４ ３７８（Ｔ２）号または欧州特許第０ ８８５ ８７４（Ｂ１）号から、不斉有機カルボン酸エステルを製造する方法およびアルカリイオンバッテリー用の水不含の有機電解質を製造する方法が公知となっている。充電式リチウムイオンセルのための電解質も、ドイツ特許第６９８ ０４ ３７８（Ｔ２）号または欧州特許第０ ８８５ ８７４（Ｂ１）号には記載されている。

ドイツ特許第６９９ ２３ ８０５（Ｔ２）号または欧州特許第０ ９５４ ０４５（Ｂ１）は、電気的有効性が改善されているＲＦ−貫通部を記載している。欧州特許第０ ９５４ ０４５（Ｂ１）号から公知の貫通部は、ガラス−金属貫通部ではない。欧州特許第０ ９５４ ０４５（Ｂ１）には、例えばパッケージングの金属壁の中に直接形成されているガラス−金属貫通部は不利である。というのも、その種のＲＦ−貫通部はガラスの脆弱化に基づき堅牢でないためであると記載されている。

ドイツ特許第６９０ ２３０ ７１（Ｔ２）または欧州特許第０ ４１２ ６５５（Ｂ１）は、バッテリーまたは他の電気化学的セルのためのガラス−金属−貫通部を記載しており、その際、ガラスとして、約４５重量％のＳｉＯ_２含有率を有するガラスを使用し、金属として、特にモリブデンおよび／またはクロムおよび／またはニッケルを含む合金を使用する。軽金属の使用は、使用されるガラスの融解温度と同様にドイツ特許第６９０ ２３ ０７１（Ｔ２）号にはほとんど記載されていない。ドイツ特許第６９０２３０ ７１（Ｔ２）または欧州特許第０ ４１２ ６５５（Ｂ１）では、ピン形の導体のための材料も、モリブデン、ニオブまたはタンタルを含む合金である。

米国特許第７，６８７，２００号から、リチウムイオンバッテリー用のガラス−金属貫通部が公知になっている。米国特許第７，６８７，２００号では、ハウジングは特殊鋼製であり、ピン形の導体は白金／イリジウム製であった。米国特許第７，６８７，２００号では、ガラス材料として、ガラスＴＡ２３およびＣＡＢＡＬ−１２が述べられている。米国特許第５，０１５，５３０号ではその場合、融解温度１０２５℃または８００℃を有するＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系である。さらに、米国特許第５，０１５，５３０号から、リチウムバッテリー用のガラス−金属貫通部のためのガラス組成物が公知になっており、そのガラス組成物は、ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｒＯおよびＢａＯを含み、その融解温度は６５０℃〜７５０℃の範囲であり、したがって、軽金属と共に使用するには高すぎる。

その他にも、バリウムは多くの用途において望ましくない。というのも、バリウムは、環境に害があり、健康を脅かすとみなされているためである。その検討においては、ストロンチウムも同様であり、その使用は将来的にも同じく断念すべきである。

さらに、米国特許第７，６８７，２００号によるガラス組成物は、２０℃から３５０℃の温度範囲でα≒９・１０^−６／Ｋの膨張係数を有する。

米国特許第５，２４３，４９２号 米国特許第７，７７０，５２０号 米国特許出願公開第２０１０／００６４９２３号 欧州特許第１ ０６１ ３２５号 ドイツ特許第１０ ２００７ ０１６６９２号 ドイツ特許第１０ ００６ １９９号 ドイツ特許第１ ４９６ ６１４号 米国特許第９６１，６７２号 米国特許第５，９５２，１２６号 米国特許第５，９００，１８３号 米国特許第５，８７４，１８５号 米国特許第５，８４９，４３４号 米国特許第５，８５３，９１４号 米国特許第５，７７３，９５９号 ドイツ特許第１０１ ０５ ８７７（Ａ１）号 ドイツ特許第２７ ３３ ９４８（Ａ１）号 ドイツ特許第６９８ ０４ ３７８（Ｔ２）号 欧州特許第０ ８８５ ８７４（Ｂ１）号 ドイツ特許第６９９ ２３ ８０５（Ｔ２）号 欧州特許第０ ９５４ ０４５（Ｂ１）号 ドイツ特許第６９０２３０ ７１（Ｔ２）号 欧州特許第０ ４１２ ６５５（Ｂ１）号 米国特許第７，６８７，２００号 米国特許第５，０１５，５３０号 ドイツ特許第１０ ２００９ ０１１ １８２（Ａ１）号

「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、Ｄａｖｉｄ Ｌｉｎｄｅｎ編、第２版、ＭｃＧｒａｗｈｉｌｌ、１９９５年、第３６および３９章 Ｒ．Ｇｏｅｒｋｅ、Ｋ．−Ｊ．Ｌｅｅｒｓ：Ｋｅｒａｍ．Ｚ．４８（１９９６年）３００〜３０５ 「Ｓｃｈｏｔｔ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｇｌａｓｓ」、第２版、１９９６年、Ｃｈａｐｍａｎ＆Ｈａｌｌ、１８〜２１頁

したがって本発明の課題は、上記の従来技術の欠点を回避し、特にバッテリーセルハウジングにおいても使用することができる簡単に製造できる電気的貫通部を提供することである。さらに、その貫通部は、高い耐久性を特徴とするべきである。

本発明では、その課題を、ハウジング、特にバッテリーハウジングのハウジング部品を特に貫く貫通部であって、そのハウジング部品が、導体、好ましくは実質的にピン形の導体が貫通する少なくとも１つの開口部を有し、その導体、特に実質的にピン形の導体が、絶縁体、特にガラス材料またはガラスセラミック材料によって少なくとも部分的に囲まれている、貫通部によって解決する。本発明による貫通部は、実質的にピン形の導体および／またはハウジング部品と、特にガラス材料またはガラスセラミック材料である絶縁体との超音波溶接接合である少なくとも１つの接合を含む。

超音波溶接は、特に熱可塑性でポリマー相容性のプラスチックで使用される接合技術であり、好ましくはその場合には迅速なプロセス時間が高いプロセス安全性を持って必要とされる。超音波溶接では、高周波の機械的振動が、分子摩擦および界面摩擦を接合帯域でもたらす。そうして、溶接に必要な熱が生じ、材料が可塑化する。超音波の作用の後に、接合圧力を維持しながらの短時間の冷却時間によって最終的に、接合帯域の均一な固化が達成される。加えて、例えば振動工具（Ｓｏｎｏｔｒｏｄｅ）の形状および接合帯域の形態が溶接結果に影響を及ぼし得る。圧力嵌めによる接合のみが存在する加圧ガラス付けとは異なり、ガラス材料と、ガラス材料に接合される材料との間の接合は、化学的接合である。

超音波溶接の本質的な特性は、非常に迅速なプロセス時間、溶接パラメーターの監視による非常に良好なプロセス制御およびプロセス安全性、溶接プロセスのデジタル管理による選択的なエネルギー供給、光学的に完璧かつ安定的で再現可能な溶接接合部を伴う一定の溶接品質ならびに光学的に魅力的な溶接接合部形態である。さらに、任意の輪郭、特に２つの材料相互の任意の密閉された輪郭も接合することができる。有利には、冷間溶接工具を使用することができるので、機械を暖める時間を考慮しなくてもよく、溶接工具の迅速かつ簡単な交換を行うことができる。さらに、溶接接合部は、気密性かつ液密性である。

超音波溶接接合としての形態によって、例えばハウジング部品の材料の溶融温度よりも高い融解温度を有するガラス材料またはガラスセラミック材料を使用することができる。このことによって、その濡れ動態が、使用されるハウジング部品および／またはピンの材料と合っているガラスまたはガラスセラミック材料を選択することができる。良好な濡れ性によって、ガラス材料および／またはガラスセラミック材料は、必要な密度および機械的安定性をもたらし、その際、使用される材料の融解温度を広範に自由に選択することができる。

ガラスまたはガラスセラミックの融解温度とは、ガラス材料が軟化し、ガラス材料と接合されるべき金属と密に密着して、ガラスまたはガラスセラミックと金属との間に接合が得られるガラスまたはガラスセラミックの温度と理解される。

融解温度は例えば、半球温度（Ｈａｌｂｋｕｇｅｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ）を介して、その開示全体が本出願に組み込まれるＲ．Ｇｏｅｒｋｅ、Ｋ．−Ｊ．Ｌｅｅｒｓ：Ｋｅｒａｍ．Ｚ．４８（１９９６年）３００〜３０５に、またはＤＩＮ ５１７３０、ＩＳＯ５４０またはＣＥＮ／ＴＳ １５４０４および１５３７０−１に記載されているとおりに決定することができる。半球温度の測定は、その開示内容全体が本出願に組み込まれるドイツ特許第１０ ２００９ ０１１ １８２（Ａ１）号に詳細に説明されている。ドイツ特許第１０ ２００９ ０１１ １８２（Ａ１）号によると、半球温度は、加熱載物台顕微鏡を用いる顕微鏡法で決定することができる。それらは、元の円柱状試験片がまとまって溶融して半球形状の塊になる温度を示す。対応する専門文献から推論することができるように、半球温度を、約ｌｏｇ η＝４．６ｄＰａｓの粘度と関連させることができる。結晶不含のガラスを例えばガラス粉末の形態で溶融させ、再び冷却して凝固させると、通常、同じ溶融温度で、再び溶融させることができる。このことは、結晶不含のガラスでの接合では、接合が長時間さらされ得る運転温度が融解温度以下でなければならないことを意味している。本発明で使用されるようなガラス組成物は一般に多くの場合に、溶融されて、熱作用下で接合すべき部品との接合を生じるガラス粉末から製造される。融解温度または溶融温度は通常、ガラスのいわゆる半球温度の高さにほぼ対応する。低い融解温度または溶融温度を有するガラスは、ガラスはんだとも称される。そのような場合には、融解温度または溶融温度の代わりに、はんだ温度またははんだ付け温度が述べられる。融解温度又ははんだ温度は、半球温度から±２０Ｃほど偏差を生じ得る。

ドイツ特許第１０ ２００９ ０１１ １８２（Ａ１）号から公知となっているガラスはんだは、例えば燃料セルでの高温用途に関する。

絶縁体、特にガラス材料を周囲の材料と溶接接合で、特に本発明による超音波溶接接合で接合するさらなる利点は、使用される材料を比較的自由に選択することができ、例えば成分の熱膨張を一致させることはもはや非常に重要というわけではないことに見ることができる。このことによって、例えば、ガラスまたはガラスセラミックをバッテリーセルの電解質に合わせることができる。特に、化学的に多くの場合に非常に腐食性の電解質に対して高い耐久性を有する材料を選択することができる。これは特に、絶縁体と支持体との接合、さらには絶縁体と実質的にピン形の導体との接合を超音波溶接によって行う場合である。そのような場合に、例えばガラスセラミックまたは石英ガラスも、絶縁体のための材料として使用することができる。ガラスセラミックは、高い強度、高い化学的耐久性および低い膨張係数を特徴とする。石英ガラスは、特に多くの溶融ガラス又ははんだガラスと比較して、非常に高い安定性を有する。

本発明の特に好ましい実施形態では、ピン形の導体は、ヘッド部分を含み、絶縁体、特にガラス材料またはガラスセラミック材料は、そのヘッド部分とハウジング部品との間に導入される。好ましくは、ガラス材料またはガラスセラミック材料は、リング形、例えばガラスリングである。ヘッド部分を有するピン形導体のその種の形態では、ヘッド部分を有する例えばアルミニウムから製造されている実質的にピン形の導体とリング形の材料、例えばガラスリングとの溶接が企図され得る。しかし、超音波溶接接合は、絶縁体とハウジング部品との間にも存在してよい。接合が両方とも溶接接合である場合には、上記のとおり、絶縁体の材料選択において最大の自由が生じる。ヘッド部分を有するピン形の導体の形態は、バッテリーセルの内部で多くの場合に非常に余裕なく見積もられている構造空間に関して、特に利点を有する。ヘッド部分を有するピン形の導体によって例えば、ピン形の導体のヘッド面積よりも通常は大きいヘッド部分のヘッド面積に電極接合部分を接続することができ、その電極接合部分を今度は、バッテリーセルの陽極または陰極と接合することができる。

電極接合部分または電極接合部品は例えば、溶接、特にレーザー溶接、抵抗溶接、電子ビーム溶接、摩擦溶接、超音波溶接、ボンディング、接着、はんだ付け、コーキング、収縮、グラウチング、クランピングおよびピンチングによって、ヘッド部分と固く接合させることができる。

導体、好ましくはピン形の導体のための材料として、好ましくは金属、特にＣｕ、ＣｕＳｉＣまたは銅合金、ＡｌまたはＡｌＳｉＣまたはアルミニウム合金、Ｍｇまたはマグネシウム合金、金または金合金、銀または銀合金、ＮｉＦｅ、銅内部を有するＮｉＦｅ−ジャケットならびにコバルト−鉄−合金を使用する。

アルミニウムまたはアルミニウム合金として好ましくは：
ＥＮ ＡＷ−１０５０ Ａ
ＥＮ ＡＷ−１３５０
ＥＮ ＡＷ−２０１４
ＥＮ ＡＷ−３００３
ＥＮ ＡＷ−４０３２
ＥＮ ＡＷ−５０１９
ＥＮ ＡＷ−５０５６
ＥＮ ＡＷ−５０８３
ＥＮ ＡＷ−５５５６Ａ
ＥＮ ＡＷ−６０６０
ＥＮ ＡＷ−６０６１を使用する。

銅または銅合金として好ましくは：
Ｃｕ−ＰＨＣ ２．００７０
Ｃｕ−ＯＦ ２．００７０
Ｃｕ−ＥＴＰ ２．００６５
Ｃｕ−ＨＣＰ ２．００７０
Ｃｕ−ＤＨＰ ２．００９０を使用する。

好ましくは、一形態では、ガラス材料またはガラスセラミック材料として、導体、特にピン形の導体および／またはハウジング部品の溶融温度よりも低い融解温度を有するような材料を選択する。特に好ましいのは、ピン形の導体、しかし特にはハウジング部品の材料のために軽金属を使用することである。

本出願においては、軽金属とは、５．０ｋｇ／ｄｍ^３未満の比重量を有する金属と理解される。特に軽金属の比重量は、１．０ｋｇ／ｄｍ^３から３．０ｋｇ／ｄｍ^３の範囲である。

加えて、軽金属が導体、例えばピン形の導体または電極接合部品のための材料として使用される場合、その軽金属はさらになお、５×１０^−６Ｓ／ｍ〜５０×１０^−６Ｓ／ｍの範囲の比導電率を特徴とする。

加圧ガラス貫通部（Ｄｒｕｃｋｇｌａｓｄｕｒｃｈｆｕｅｈｒｕｎｇ）で使用される場合にはさらに加えて、２０℃〜３５０℃の範囲での膨張係数αは、１８×１０^−６／Ｋ〜３０×１０^−６／Ｋの範囲である。

一般に、軽金属は、３５０℃〜８００℃の範囲の溶融温度を有する。

使用することができる好ましいガラス組成物は、以下の成分を以下のｍｏｌ％で含む：
Ｐ_２Ｏ_５ ３５〜５０ｍｏｌ％、特に３９〜４８ｍｏｌ％、
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜１４ｍｏｌ％、特に２〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ_２Ｏ_３ ２から１０ｍｏｌ％、特に４〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ_２Ｏ ０〜３０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、
Ｍ_２Ｏ ０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜２０ｍｏｌ％（ここで、Ｍ＝Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂであってよい）、
ＰｂＯ ０〜１０ｍｏｌ％、特に０〜９ｍｏｌ％、
Ｌｉ_２Ｏ ０〜４５ｍｏｌ％、特に０〜４０ｍｏｌ％、特に好ましくは１７〜４０ｍｏｌ％、
ＢａＯ ０〜２０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、特に好ましくは５〜２０ｍｏｌ％、
Ｂｉ_２Ｏ_３ ０〜１０ｍｏｌ％、特に１〜５ｍｏｌ％、特に好ましくは２〜５ｍｏｌ％。

特に好ましいのは、以下の成分を含む組成物である：
Ｐ_２Ｏ_５ ３８〜５０ｍｏｌ％、特に３９〜４８ｍｏｌ％、
Ａｌ_２Ｏ_３ ３〜１４ｍｏｌ％、特に４〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ_２Ｏ_３ ４〜１０ｍｏｌ％、特に４〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ_２Ｏ １０〜３０ｍｏｌ％、特に１４〜２０ｍｏｌ％、
Ｋ_２Ｏ １０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜１９ｍｏｌ％、
ＰｂＯ ０〜１０ｍｏｌ％、特に０〜９ｍｏｌ％。

上述のガラス組成物は、低い融解温度および低いＴｇにおいて優れているだけでなく、例えばＬｉイオンバッテリーで使用されているようなバッテリー電解質に対して十分に高い耐久性を有し、かつその点において、必要な長期耐久性を保証することにおいても優れている。

好ましいものとして示されているガラス材料は、公知のアルカリリン酸塩ガラスよりもかなり低い全アルカリ含有率を有する安定なリン酸塩ガラスである。

前記のガラス組成物は、ガラス構造に組み込まれているＬｉを有する。このことによって、そのガラス組成物は特に、炭酸エチレンおよび炭酸ジメチルからなる１：１混合物を含むＬｉ、例えば１ＭのＬｉＰＦ_６溶液をベースとする電解質を含むＬｉイオン蓄電池装置に適している。

特に好ましいのは、ナトリウムが少ないか、またはナトリウム不含のガラス組成である。というのも、アルカリイオンの拡散はＮａ＋＞Ｋ＋＞Ｃｓ＋の順番で生じ、したがって、２０ｍｏｌ％Ｎａ_２Ｏまでのナトリウムが少ないか、ナトリウム不含のガラスは、電解質、特にＬｉイオン蓄電池装置で使用されるようなものに対して特に耐久性があるためである。

バッテリー電解質に対するガラス組成物の耐久性は、ガラス組成物を粒径ｄ５０＝１０μｍのガラス粉末の形態に粉砕し、電解質に規定の時間にわたって、例えば１週間にわたってさらすことによって試験することができる。ｄ５０は、ガラス粉末の全部の粒子または粒のうちの５０％が１０μｍの直径以下であることを意味する。非水性電解質として例えば、１：１の比で炭酸エチレンおよび炭酸ジメチルからなる炭酸エステル混合物を電導度塩としての１ＭのＬｉＰＦ_６と共に使用する。ガラス粉末を電解質中で脱塩した後に、ガラス粉末を濾別し、電解質を、ガラスから脱塩されたガラス成分について調べる。この場合、前記の組成範囲のリン酸塩ガラスでは意外にも、その種の脱塩は２０質量パーセント未満の低い質量でのみ存在し、特には、＜５質量パーセントの脱塩も達成することが判明している。さらに、その種のガラス組成物は、熱膨張率α（２０℃〜３００℃）＞１４×１０^−６／Ｋ、特に１５×１０^−６／Ｋ〜２５×１０^−６／Ｋの範囲の熱膨張率αを示す。前記で示されているガラス組成物のさらなる利点は、囲んでいる、特にはピンの形態の導体の軽金属または金属と共に、ガラスを保護ガス雰囲気ではないガス雰囲気下でも融解させることができることにある。従来の方法とは異なり、Ａｌ融解のために真空も必要としない。むしろ、その種の融解を空気中でも行うことができる。両方の種類の融解のために、保護ガスとしてＮ_２またはＡｒを利用することができる。融解のための前処理として、所定の酸化またはコーティングが必要な場合には金属、特に軽金属を清浄化し、かつ／またはエッチングする。プロセスの間、３００℃〜６００℃の間の温度を０．１〜３０Ｃ／分の加熱速度および１〜６０分の保持時間で使用する。

ハウジング部品を介する貫通部の他にも、少なくとも１つの本発明による貫通部を含むハウジング、特にバッテリーセルハウジング、例えばバッテリーカバーおよびその種の貫通部を備えた蓄電池装置、特にバッテリーが示されている。貫通部およびハウジングの他に、本発明は、貫通部を備えたハウジング部品を製造する方法も提供する。本発明の第一の形態では、先ず、実質的にピン形の導体を絶縁体、特にガラスまたはガラスセラミック材料と合体させて、貫通部を生じさせる。次いで、その貫通部をハウジング部品と、超音波溶接によって、好ましくは気密状態に接合させる。この場合、貫通部の実質的にピン形の導体は、ハウジング部品内の開口部を貫通していて、貫通部は、導体、特に実質的にピン形の導体がハウジング部品を貫通した後に、超音波溶接によって、ハウジング部品と接合される。例えばハウジング部品の指定の材料で、溶接プロセスの良好な結果を得るために、絶縁体とハウジング部品とを溶接する前に、絶縁体とハウジング部品との間に、接触材料、例えばアルミニウムフィルムを導入することが企図され得る。超音波溶接を例えばねじり振動工具によって、ハウジング部品の側から行うと、特に好ましい。

好ましくは、バッテリーはリチウムイオンバッテリーである。リチウムイオンバッテリーは、好ましくは、特には炭酸エステル、好ましくは炭酸エステル混合物をベースとする非水性電解質を有する。炭酸エステル混合物は、炭酸ジメチルと混合されている炭酸エチレンを電導度塩、例えばＬｉＰＦ_６と共に含んでよい。

ハウジング部品の材料は好ましくは金属、特には軽金属、例えばアルミニウム、ＡｌＳｉＣ、アルミニウム合金、マグネシウムまたはマグネシウム合金である。バッテリーハウジングのためにも、支持体のためにも、チタン、及び／まらはチタン合金、例えばＴｉ６２４６および／またはＴｉ６２４２を使用することができる。チタンは、身体相容性な材料であるので、医学的用途のために、例えばプロテーゼで使用されている。同様に、特殊な強度、耐性および僅かな重量に基づき、特殊な用途で、例えば、レース、あるいは他の航空および宇宙での用途のために好んで使用されている。

ハウジング部品および／または支持体のための別の材料は他にも、鋼、ステンレス鋼、標準鋼または特殊鋼である。

標準鋼として特に、Ｓｔ３５、Ｓｔ３７またはＳｔ３８が使用される。特に好ましい特殊鋼は例えば、Ｘ１ＣｒＭｏＳ１７、Ｘ５ＣｒＮｉ１８１０、ＸＣｒＮｉＳ１８９、Ｘ２ＣｒＮｉ１９１１、Ｘ１２ＣｒＮｉ１７７、Ｘ５ＣｒＮｉＭｏ１７−１２−２、Ｘ６ＣｒＮｉＭｏＴｉ１７−１２−２、Ｘ６ＣｒＮｉＴｉ１８１０およびＸ１５ＣｒＮｉＳｉ２５−２０、Ｘ１０ＣｒＮｉ１８０８、Ｘ２ＣｒＮｉＭｏ１７−１２−２、Ｘ６ＣｒＮｉＭｏＴｉ１７−１２−２、しかし特にはＥｕｒｏ−Ｎｏｒｍ（ＥＮ）による原料番号（ＷＮｒ．）１．４３０１、１．４３０２、１．４３０３、１．４３０４、１．４３０５、１．４３０６および１．４３０７を有する特殊鋼である。これらの特殊鋼は、特にレーザー溶接または抵抗溶接の際のその良好な溶接性および良好な深絞り性において優れている。

原料として、適切な膨張係数をもたらし、回転によって加工することができる例えば原料番号（ＷＮｒ．）１．０７１８を有するマシニングスチール（Ａｕｔｏｍａｔｅｎｓｔａｈｌ）または穴開けによって加工することができ、ハウジングおよび／または支持体のために使用することができる例えば原料番号（ＷＮｒ．）１．０３３８を有する構造用鋼を使用することができる。

完成した貫通部、即ち、絶縁体をハウジング部品の一部と上記のとおりに溶接する代わりに、絶縁体、特にガラス材料またはガラスセラミック材料を、ハウジング部品と従来技術によって合体させ、そのハウジング部品をガラス材料またはガラスセラミック材料と合体させた後に、ピン形の導体を超音波溶接によって絶縁体と、好ましくは気密状態に接合させることも可能であろう。導体、特にピン形の導体がヘッド部分を有し、ピン形の導体のそのヘッド部分を、ガラス材料またはガラスセラミック材料と超音波溶接によって接合させることができるようになっている場合に、その種の方法は特に有利である。

別法では、絶縁体またはガラス−もしくはガラスセラミックをハウジング部分と、さらに実質的にピン形の導体も絶縁体と、特に超音波溶接によって溶接することができる。このことは、絶縁体の材料選択において多大な自由をもたらす。例えば、ガラスセラミックまたは石英ガラスを、絶縁体のための材料として選択することができる。

以下では、本発明を実施例によって記載するが、その際、本発明がそれらに限定されることはない。

接触材料を伴う本発明の第１の形態を示す図である。 接触材料を伴わない本発明の第２の実施形態を示す図である。 実質的にピン形の導体がヘッド部分を有する本発明の第３の実施形態を示す図である。 本発明による貫通部を備えたバッテリーセルを示す図である。 本発明による貫通部を備えたバッテリーセルを示す図である。

図１には、バッテリーセルハウジングの一部としてのハウジング部品３を介する本発明による電気的貫通部１が示されている。バッテリーセルハウジング３は、貫通部１の導体、特に実質的にピン形の導体７が貫通する開口部５を含む。ハウジング部分３は、内側１０．１および外側１０．２を含む。ハウジング部分３の内側１０．１は、バッテリーセルに向いている。実質的にピン形の導体７は、ハウジング部品３の外側１０．２上に突出している。

ハウジング部品３および導体、特にピン形の導体７のための材料は、異なる金属を含んでいてもよい。したがって例えば、導体、好ましくは実質的にピン形の導体７は、高い導電性によって銅またはアルミニウムからなっていてもよい一方で、例えばハウジング部品３は、後で他の特殊鋼部品と溶接されるように、特殊鋼で作製されていてよい。別法では、ハウジング部品のために軽金属も可能であろう。

本出願では、軽金属とは、５．０ｋｇ／ｄｍ^３未満の比重量を有する金属と理解される。特に軽金属の比重量は、１．０ｋｇ／ｄｍ^３から３．０ｋｇ／ｄｍ^３の範囲である。

加えて、軽金属が導体、例えばピン形の導体または電極接合部品のための材料として使用される場合、その軽金属はさらになお、５×１０^−６Ｓ／ｍ〜５０×１０^−６Ｓ／ｍの範囲の比導電率を有することを特徴とする。

加圧ガラス貫通部（Ｄｒｕｃｋｇｌａｓｄｕｒｃｈｆｕｅｈｒｕｎｇ）で使用される場合にはさらに加えて、２０℃〜３００℃の範囲での膨張係数αは、１８×１０^−６／Ｋ〜３０×１０^−６／Ｋの範囲である。

一般に、軽金属は、３５０℃〜８００℃の範囲の溶融温度を有する。

本発明では、貫通部１は、実質的にピン形の導体の他に、好ましくはガラス材料またはガラスセラミック材料からなっていてよい絶縁体２０を含む。第１の方法工程で、実質的にピン形の導体７は、絶縁体、この場合はガラス材料またはガラスセラミック材料と、例えば合体または超音波溶接によって気密状態に接合される。好ましくは、絶縁体はリング形、例えばガラスリングである。ガラスリングはこの場合、リング形と記載されているが、この輪郭は、決して必須ではない。むしろ、絶縁体２０のために他の輪郭、例えば多角形を企図することも可能であろう。輪郭選択における自由は特に、絶縁体およびハウジングの接合を超音波溶接によって行うことができることによって可能となる。導体、特に実質的にピン形の導体７と、実質的にピン形の導体が一体化されている絶縁体２０とからなる貫通部を製造した後に、貫通部１を全体として、ハウジング部品３と、溶接、特に超音波溶接によって接合する。実質的にピン形の導体を絶縁体、例えばガラスリングと合体させる場合、絶縁体、例えばガラスまたはガラスリングの材料特性を、例えば融解温度に関して実質的にピン形の導体７の材料と合わせる必要があるが、絶縁体、例えばガラスリングでも、実質的にピン形の導体と超音波溶接によって接合する場合には、絶縁体の材料選択は、前記の場合よりもなお自由である。というのも、絶縁体の融解温度を実質的にピン形の導体に合わせる必要がないためである。したがって、絶縁体のための材料として、ガラスセラミックまたは石英ガラスを選択することもできる。予め作成された貫通部１とハウジング部品３との接合は、図１に示されている実施例では、絶縁体材料２０とハウジング部分３との間に位置する接触材料３２による溶接によって行う。接触材料を使用することによって有利に、超音波溶接によって、絶縁体を延性な金属、例えば軟質アルミニウムなどとだけでなく、他の特に延性の低い金属、特殊鋼または銅などとも接合させることが達成される。

実質的にピン形の導体を絶縁体と超音波溶接によって接合する場合、接触材料、特にアルミニウムフィルムを実質的にピン形の導体の回りに巻きつけることができる（図示せず）。接触材料としてのアルミニウムフィルムは特に、Ｃｕ材料からなる導体のために有利である。

接触材料として好ましくは、アルミニウムフィルムを利用することができる。貫通部の絶縁体２０とハウジング部品３との溶接を好ましくは、ハウジング部品３の方から、ねじり振動工具を用いて超音波結合によって行う。

導体、特に実質的にピン形の導体７のための材料として、Ａｌ、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣの他に、Ｃｕ、ＣｕＳｉＣ、銅合金、ＮｉＦｅ、銅部分を有するＮｉＦｅジャケット、銀、銀−およびコバルト−鉄−合金も該当する。

絶縁体２０のための材料として好ましくは、以下の組成を有するガラス材料またはガラスセラミック材料、特に融解ガラスまたははんだガラスが該当する：
Ｐ_２Ｏ_５ ３５〜５０ｍｏｌ％、特に３９〜４８ｍｏｌ％、
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜１４ｍｏｌ％、特に２〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ_２Ｏ_３ ２〜１０ｍｏｌ％、特に４〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ_２Ｏ ０〜３０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、
Ｍ_２Ｏ ０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜２０ｍｏｌ％（ここで、Ｍ＝Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂであってよい）、
ＰｂＯ ０〜１０ｍｏｌ％、特に０〜９ｍｏｌ％、
Ｌｉ_２Ｏ ０〜４５ｍｏｌ％、特に０〜４０ｍｏｌ％、特に好ましくは１７〜４０ｍｏｌ％、
ＢａＯ ０〜２０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、特に好ましくは５〜２０ｍｏｌ％、
Ｂｉ_２Ｏ_３ ０〜１０ｍｏｌ％、特に１〜５ｍｏｌ％、特に好ましくは２〜５ｍｏｌ％。

以下の組成物が特に好ましい：
Ｐ_２Ｏ_５ ３８〜５０ｍｏｌ％、特に３９〜４８ｍｏｌ％、
Ａｌ_２Ｏ_３ ３〜１４ｍｏｌ％、特に４〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ_２Ｏ_３ ４〜１０ｍｏｌ％、特に４〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ_２Ｏ １０〜３０ｍｏｌ％、特に１４〜２０ｍｏｌ％、
Ｋ_２Ｏ １０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜１９ｍｏｌ％、
ＰｂＯ ０〜１０ｍｏｌ％、特に０〜９ｍｏｌ％。

上に挙げられたリン酸塩ガラスは、高い結晶安定性を有する。リン酸塩ガラスの高い結晶安定性によって通常は、温度＜６００℃でもガラスの融解は通常は妨げられないことが保証されている。

融解温度は例えば、半球温度（Ｈａｌｂｋｕｇｅｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ）を介して、その開示全体が本出願に組み込まれるＲ．Ｇｏｅｒｋｅ、Ｋ．−Ｊ．Ｌｅｅｒｓ：Ｋｅｒａｍ．Ｚ．４８（１９９６年）３００〜３０５に、またはＤＩＮ ５１７３０、ＩＳＯ５４０またはＣＥＮ／ＴＳ １５４０４および１５３７０−１に記載されているとおりに決定することができる。半球温度の測定は、その開示全体が本出願に組み込まれるドイツ特許第１０ ２００９ ０１１ １８２（Ａ１）号に詳細に説明されている。ドイツ特許第１０ ２００９ ０１１ １８２（Ａ１）号によると、半球温度は、加熱載物台顕微鏡を用いる顕微鏡法で決定することができる。それらは、元の円柱状試験片がまとまって溶融して半球形状の塊になる温度を示す。対応する専門文献から推論することができるように、半球温度を、約ｌｏｇ η＝４．６ｄＰａｓの粘度と関連させることができる。結晶不含のガラスを例えばガラス粉末の形態で溶融させ、再び冷却して凝固させると、通常、同じ溶融温度で、再び溶融させることができる。このことは、結晶不含のガラスでの接合では、接合が長時間さらされ得る運転温度が融解温度以下でなければならないことを意味している。本発明で使用されるようなガラス組成物は一般に多くの場合に、溶融されて、熱作用下で接合すべき部品との接合を生じるガラス粉末から製造される。融解温度または溶融温度は通常、ガラスのいわゆる半球温度の高さにほぼ対応する。低い融解温度または溶融温度を有するガラスは、ガラスはんだとも称される。そのような場合には、融解温度または溶融温度の代わりに、はんだ温度またははんだ付け温度が説明される。融解温度又ははんだ温度は、半球温度から±２０Ｃほど偏差し得る。

以下の表１から、特に好ましいリン酸塩ガラスのための実施例を得ることができる：

表１の実施例１は特に、アルミニウム／アルミニウム−ガラス付けに、即ち、導体としてのアルミニウムピンを周囲のアルミニウム支持体にガラス付けするために適している。

脱塩の他に、個々のガラスの耐水性も決定した。

ガラスの低温融解物を作り（２×２ｃｍ、高さ：約０．５ｃｍ）、これを水２００ｍｌ中に、２５℃および７０℃で７０時間入れておくことで、耐水性試験を行った。その後、材料損失を重量％で決定し、表に示した。

表１中の実施例６は特に、Ｃｕ／Ａｌ−ガラス付けに、即ち、導体としての銅ピンを周囲のアルミニウム支持体にガラス付けするために適している。

実施例のうちのいくつかは、Ｃｕと接合するには傾向として低すぎる膨張係数を有するが、高いＬｉ割合は融解物に溶解され得て、そのようなガラス組成を有するガラスが不安定であることはないことが明らかとなっている。

実施例７および８（ＡＢ７およびＡＢ８）は、Ｂｉ_２Ｏ_３を、例えば実施例６（ＡＢ６）におけるＰｂＯの代わりに含有することを特徴とする。

意外にも、Ｂｉ_２Ｏ_３によって、耐水性が著しく高まり得ることが判明している。１ｍｏｌ％のＢｉ_２Ｏ_３を供給することによって、実施例１（ＡＢ１）に対して例えば１０倍高い耐水性が実施例８（ＡＢ８）では達成されるであろう。Ｂｉ_２Ｏ_３は特に、実施例６（ＡＢ６）によるＰｂＯの代わりに使用することができる。その環境相容性によって、不純物に達するほどの鉛を含まないガラスが好ましい。不純物に達するほどには含まないということは、その組成物が、１００ｐｐｍ未満、特に１０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１ｐｐｍ未満のその物質、例えば鉛を含有することを意味する。

表１には、ｍｏｌ％での組成、例えば「Ｓｃｈｏｔｔ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｇｌａｓｓ」、第２版、１９９６年、Ｃｈａｐｍａｎ＆Ｈａｌｌ、１８〜２１頁に定義されているとおりの変態温度Ｔｇ、質量％（Ｍａ％）での全脱塩分、２０℃での１０^−６Ｋ^−１での膨張係数ＣＴＥまたはαおよびｇ／ｃｍ^３での密度が示されている。全脱塩は以下に記載されているとおりに決定される。先ず、ガラス組成物を粒径ｄ５０＝１０μｍを有するガラス粉末に粉砕し、１週間にわたって、その中に溶けた電導度塩としての１モルのＬｉＰＦ_６を含む１：１の比の炭酸エチレン／炭酸ジメチルからなる電解質にさらし、この時間の後に、その中に溶けた電導度塩としての１モルのＬｉＰＦ_６を含む１：１の比の炭酸エチレン／炭酸ジメチルからなる電解質を、ガラスから脱塩されたガラス成分について調べる。先行する表１において、ｎ．ｂ．は、不明の特性を示している。

図２には、図１とは別の実施形態が示されており、その際、図２による形態では、接触材料は使用されていない。図１におけるものと同じ部品は、同じ参照番号が付けられている。

図１に示されているとおりの接触フィルムを使用しない形態は特に、導体、特に実質的にピン形の導体７または特にハウジング部品３がアルミニウムからなる場合に該当する。そのような場合、溶接されるべき金属が延性の金属であるので、追加の層を省略することができる。製造方法は、この場合も図１の場合と同様であり、即ち、先ずピン形の導体を絶縁体と、特にガラス材料またはガラスセラミック材料と合体させるか、または他にも超音波溶接によって合体させ、実質的にピン形の導体および絶縁体２０からなる貫通部を製造した後に、貫通部全体をハウジング部品３と溶接法、特に超音波溶接によって接合する。したがって図１とは異なり、絶縁体２０とハウジング部品３の内側１０．１との直接的な溶接を行う。ハウジング部品の面１０．２は外側であり、面１０．１は内側、即ち、そのハウジング部品の形態では、バッテリーセルハウジングの一部として、バッテリーの内側、即ち、バッテリーセル側に向いている面である。この場合も、実質的にピン形の導体７は、開口部５を介して、外側からハウジング部品３内に貫通している。

図３には、本発明の別の形態が示されている。図３による形態では、図１および２におけるものと同じ部品は、１００を加えた参照番号で示されている。貫通部１０１はこの場合、ヘッド部分１３０を有する実質的にピン形の導体を含む。ヘッド部分の面積Ｆは、実質的にピン形の導体７の面積ＦＳよりもかなり大きい。

図１および図２による形態とは異なり、本発明によって、絶縁体、特にガラス材料またはガラスセラミック材料１２０は図３では、実質的にピン形の導体１０７のヘッド部分１３０の面積Ｆと、ハウジング部分の内側１１０．１との間に導入されている。

ヘッド部分１３０を有する図３による導体、特に実質的にピン形の導体は、例えば内面、即ち、ヘッド部分１３０のバッテリーセルに向いている面Ｆｌに設置することによって、ヘッド部分の範囲に、電極接合部品を装着することができるという利点を有する。ピン形の導体１０７のヘッド部分１３０の上に突出している突起部１４０は、電極接合部分のために、例えば中心合わせまたはツイスト防止（Ｖｅｒｄｒｅｈｓｉｃｈｅｒｕｎｇ）として使用することができる。実質的にピン形の導体１０７のヘッド部分と接合される図示されていない電極接合部分は、バッテリーセル内で陰極または陽極に接続される。図１および２による形態とは異なり、先ず、特にリング形の絶縁体の形態、好ましくはガラスリングの形態の絶縁体１２０を、ハウジング部分１０３と、例えば従来の方法によって合体させるか、または超音波溶接によって接合させるように、本発明による貫通部とハウジング部分とを接合させることができる。絶縁体１２０とハウジング外側１１０との合体または接合に続いて、実質的にピン形の導体１０７を、開口部１０５を介してハウジング部分１０３内に、かつ開口部を介してガラスリング１２０に貫通させる。ガラスリング１２０およびハウジング部分１０３内の開口部に貫通させた後に、実質的にピン形の導体１０７を、特にヘッド部分の内面Ｆの範囲で、ガラスリング１２０と溶接、特に超音波溶接によって接合させる。前述したとおり、導体と絶縁体との、さらに絶縁体とハウジング部品との溶接が有利であり、というのも、特に絶縁体のための材料を、非常に自由に選択することができるためである。特に石英ガラスおよびガラスセラミックも材料として可能である。

ガラスおよびガラスセラミック材料の他に、本発明による貫通部での絶縁体として、セラミック材料を使用することもできる。

セラミックを使用する場合には、これを好ましくは、金属はんだによって、ハウジング部品または実質的にピン形の導体と接合する。

図４ａおよび４ｂには、貫通部が取り付けられている完全なバッテリーセルが示されている。この場合、図４ａ〜４ｂは、実質的にピン形の導体がヘッド部分を有する形態を示している。

図４ａには、バッテリーセル１０００の基本的な構造が示されている。

バッテリーセル１０００は、側壁１１１０およびカバー部分１１２０を備えたハウジング１１００を有する。ハウジング１１００のカバー部分１１２０には、開口部１１３０．１、１１３０．２が例えば打ち抜きによってはめ込まれている。開口部１１３０．１、１１３０．２の両方に、貫通部の実質的にピン形の導体１１４０．１、１１４０．２が貫通している。

図４ｂは、開口部１１３０．１およびその中に取り付けられている貫通部１１４０．１を備えたバッテリーカバー１１２０の一部を詳細に示している。

貫通部１１４０．１は、ピン形の導体２００３および支持体または絶縁体を含む。支持体２２００または絶縁体はリング形で存在し、特にガラス−またはガラスセラミックリングとして形成されている。ヘッド部分を有するピン形の導体２００３は、支持体２２００と、合体または超音波による溶接によって接合されている。ピン形の導体２００３は、支持体２２００とピン形の導体２００３との合体または超音波による溶接によって接合された後に、ハウジング１１００の開口部１１３０．１に貫通される。続いて、支持体または絶縁体２２００はハウジング１１００の内側１１１０．１と、カバー部分１１２０の範囲で合体または超音波による溶接によって接合される。

実質的にピン形の導体のヘッド部分２１３０を用いると、電極接合部分２０２０を（例えば溶接、特にレーザー溶接、抵抗溶接、電子ビーム溶接、摩擦溶接、超音波溶接によって）接合させることができる。電極接合部分２０２０は改めて、バッテリー１０００の電気化学的セル２００４の陰極または陽極に接続するために役立つ。リチウムイオンバッテリーの電気化学的セルは、バッテリーセル２００４とも称される。バッテリーセル２００４を囲むハウジング１１００は、バッテリーセルハウジングとして形成されている。

図４ａおよび４ｂに示されているとおり、ヘッド部分を有するピン形の導体の本発明による平坦な設計によって、バッテリーセルハウジング内の利用されていない構造空間を最小限にすることができる。

導体のための材料は、特に金属、好ましくはアルミニウム、ＡｌＳｉＣ、銅、ＣｕＳｉＣ、マグネシウム、銀、金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金、銀合金、金合金またはＮｉＦｅ−合金である。

支持体および／またはハウジング部品は好ましくは、軽金属、特殊鋼、鋼、ステンレス鋼、特にアルミニウム、ＡｌＳｉＣ、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタンまたはチタン合金を含む。

ヘッド部分およびそれに接合されている電極接合部品を備えたピン形の導体の形態によって、特に振動などの機械的負荷に対しても非常に高い安定性が達成される。本出願に示されている実施形態全てについて、絶縁体を実質的にピン形の導体の材料にも、ハウジング部品にも、もはや合わせる必要がないことが共通している。超音波溶接の際に生じる低い温度によって、かなり異なる熱膨張および／または融解温度を有する成分を接合することが特に可能である。溶融されるガラスの濡れ特性も、融解が生じない接触材料の少なくとも一部において、副次的な役割を果たすにすぎない。したがって、超音波溶接による接合から、材料選択に関する自由および絶縁体、特にガラス材料またはガラスセラミック材料を選択する際の自由が生じる。特に、媒質、例えばバッテリーセルの電解質に対して耐性を有するガラス材料またはガラスセラミック材料を使用することが可能である。

示されている貫通部のための特殊な使用領域としては特に、バッテリー、特にリチウムイオンバッテリー用の電気的貫通部が適している。

本発明による貫通部を用いると、亀裂を形成する傾向のあるプラスチック製貫通部とは異なり、バッテリーハウジングが変形する場合にも気密なバッテリーハウジングを提供することができる。このことによって、本発明による貫通部を有するバッテリーハウジングを備えたバッテリーでは特に、車両事故の際に高い耐炎性が提供される。このことは特に、バッテリー、好ましくはＬｉイオンバッテリーを自動車分野で使用する場合には重要である。

Claims (12)

1. ハウジング（１１００）のハウジング部品（３、１０３）を貫通する貫通部（１）であって、
   前記ハウジング部品が少なくとも１つの開口部（５、１０５、１１３０．１、１１３０．２）を有し、
   前記貫通部は、
   ガラス材料またはガラスセラミック材料からなる絶縁体（２０、１２０、２２００）と、
   前記絶縁体（２０、１２０、２２００）に少なくとも部分的に囲まれており、前記ハウジング部品の前記開口部を貫通する、少なくとも１つの導体（７、１０７、１１４０．１、１１４０．２）と、
   超音波溶接接合であり、
   （ａ）前記導体と、前記絶縁体との間、または、
   （ｂ）前記ハウジング部品と、前記絶縁体との間、または、
   （ｃ）前記導体と、前記絶縁体との間、および、前記ハウジング部品と、前記絶縁体との間に導入されている気密な超音波溶接接合と、
   を備え、
   前記気密な超音波溶接接合が、前記（ａ）、前記（ｂ）または前記（ｃ）に、接合材料を介さずに直接導入されていることを特徴とする貫通部。
2. 前記導体（１０７）がヘッド部分（１３０）を含み、前記絶縁体（１２０）が、前記ヘッド部分と前記ハウジング部品（１０３）との間に導入されていることを特徴とする請求項１に記載の貫通部。
3. 前記導体が金属を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の貫通部。
4. 前記ガラス材料またはガラスセラミック材料が、以下の成分を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の貫通部：
   Ｐ_２Ｏ_５ ３５〜５０ｍｏｌ％、
   Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜１４ｍｏｌ％、
   Ｂ_２Ｏ_３ ２〜１０ｍｏｌ％、
   Ｎａ_２Ｏ ０〜３０ｍｏｌ％、
   Ｍ_２Ｏ ０〜２０ｍｏｌ％、（ここで、Ｍ＝Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂであってよい）、
   ＰｂＯ ０〜１０ｍｏｌ％、
   Ｌｉ_２Ｏ ０〜４５ｍｏｌ％、
   ＢａＯ ０〜２０ｍｏｌ％、
   Ｂｉ_２Ｏ_３ ０〜１０ｍｏｌ％。
5. 前記ガラス材料またはガラスセラミック材料が、以下の成分を含むことを特徴とする請求項４に記載の貫通部：
   Ｐ_２Ｏ_５ ３８〜５０ｍｏｌ％、
   Ａｌ_２Ｏ_３ ３〜１４ｍｏｌ％、
   Ｂ_２Ｏ_３ ４〜１０ｍｏｌ％、
   Ｎａ_２Ｏ １０〜３０ｍｏｌ％、
   Ｋ_２Ｏ １０〜２０ｍｏｌ％、
   ＰｂＯ ０〜１０ｍｏｌ％。
6. 少なくとも１つの、請求項１〜５いずれか１項に記載の貫通部を備える、ハウジング。
7. 前記ハウジングが、金属、軽金属、鋼、特殊鋼、ステンレス鋼または工具鋼を含むことを特徴とする、請求項６に記載のハウジング。
8. 前記ハウジングに囲まれている少なくとも１つのバッテリーセル（１０００、２００４）を備えた蓄電池装置であって、
   前記ハウジング部品が少なくとも１つの開口部を有し、
   前記開口部を、請求項１〜５のいずれか１項に記載の貫通部の少なくとも１つの導体が貫通している蓄電池装置。
9. 前記ハウジングが、金属、軽金属、鋼、特殊鋼、ステンレス鋼または工具鋼を含むことを特徴とする請求項８に記載の蓄電池装置。
10. 貫通部を備えたハウジング部品を製造する方法であって、
    ガラス材料またはガラスセラミック材料からなる絶縁体と、前記絶縁体に少なくとも部分的に囲まれている導体とが、超音波溶接によって気密に接合されて、貫通部が形成される第１工程と、
    前記導体が、ハウジング部品の開口部を貫通するように、前記貫通部が前記ハウジング部品の前記開口部に配置される第2工程と、
    前記絶縁体と前記ハウジング部品とが、超音波溶接されることによって気密に接合される第３工程とを含み、
    （ａ）前記第１工程は、接合材料を介さずに直接、接合されるものであり、または、
    （ｂ）前記第３工程は、接合材料を介さずに直接、接合されるものであり、または、
    （ｃ）前記第１工程、および、前記第３工程は、それぞれ接合材料を介さずに直接、接合されるものである、方法。
11. 導体と絶縁体とを有する貫通部を備えたハウジング部品を製造する方法であって、
    ガラス材料またはガラスセラミック材料からなる前記絶縁体が、前記ハウジング部品の開口部に配置される第１工程と、
    前記絶縁体と前記ハウジング部品とが、超音波溶接によって気密に接合される第２工程と、
    前記導体が、前記絶縁体に少なくとも部分的に囲まれ、前記ハウジング部品の開口部を貫通するように配置され、前記導体と前記絶縁体とが、超音波溶接によって気密に接合される第３工程とを含み、
    （ａ）前記第２工程は、接合材料を介さずに直接、接合されるものであり、または、
    （ｂ）前記第３工程は、接合材料を介さずに直接、接合されるものであり、または、
    （ｃ）前記第２工程、および、前記第３工程は、それぞれ接合材料を介さずに直接、接合されるものである、方法。
12. 前記導体がヘッド部分を有し、
    前記ヘッド部分を絶縁体と超音波溶接によって直接、気密に接合することを特徴とする請求項１１に記載の方法。

Images