JP6605549B2 - 貫通部 - 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分を特に通る貫通部であって、そのハウジング部分が、ガラス材料またはガラスセラミック材料中の少なくとも１つの本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貫通部に関する。

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。

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。

リチウムイオンバッテリーは多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。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性に組み込まれている。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。

従来技術によるリチウムイオンバッテリーでのさらなる問題は、バッテリーセルが大きな構造空間を有することと、大電流に基づき、抵抗損によって非常に迅速に加熱が、したがって温度変化が生じることである。

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公知となっている。

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。

貫通接触部を収容するためのセルソケットのための材料は、記載されてなく、単に接続ピンのための材料が記載されており、それは、チタン、アルミニウム、ニッケル合金またはステンレス鋼からなってよい。

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。それというのも、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）号または欧州特許第０ ４１２ ６５５（Ｂ１）号は、バッテリーまたは他の電気化学的セル用のガラス−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が使用され、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が使用されている。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。

米国特許第４，８４１，１０１号から、本質的にピン形の導体がガラス材料で金属リングにガラス付けされている貫通部が公知となっている。次いで金属リングは改めて、ハウジングの開口部または穿孔部に取り付けられて、はんだ付けによって、例えばはんだリングが締まった後に、内壁または穿孔部と特に固く接合される。金属リングは、バッテリーハウジングのアルミニウムの高い熱膨張係数を補償するために、ガラス材料と本質的に同じか、または同様の熱膨張係数を有する金属からなる。米国特許第４，８４１，１０１号に記載されている実施形態では、金属リングの長さは常に、ハウジングの穿孔部または開口部よりも短い。米国特許第４，８４１，１０１号には、ガラス組成物についての記載はなく、例えばバッテリー、特にＬｉイオン蓄電池のための貫通部の特殊な使用も記載されていない。

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６９０ ２３０ 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 米国特許第４，８４１，１０１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

したがって本発明の課題は、従来技術の問題を回避する貫通部を提供することである。

本発明では、この課題を、好ましくは低温で溶融する軽金属、好ましくはアルミニウム、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、チタン合金から、または金属、特に鋼、特殊鋼、特にステンレス鋼またはＡｌＳｉＣからなる特にバッテリーセル用のハウジングのハウジング部分内の開口部を特に通る貫通部の場合に、ガラス材料またはガラスセラミック材料中の導体、特に本質的にピン形の導体を貫通させることによって解決する。

本発明は、貫通部が少なくとも１つの導体、特に本質的にピン形の導体と、支持体、特に本質的にリング形の支持体を含むことを特徴とする。導体、特にピン形の導体材料がその中にガラス付けされている追加の支持体によってハウジング部分を通る貫通部の形態では、貫通部を予め作成すること、即ち、ピン材料を支持体中にガラス付けし、続いて、ハウジング部分に、特にバッテリーセルに組み込むことが可能である。その場合、支持体を貫通部のそれぞれの製造技術および形態ならびにハウジング部分の製造技術および形態に最適に適合させることができる。特に、予め作成することによって、ハウジング部分に直接ガラス付けする場合よりもかなり小さい加熱装置を使用することができる。それというのも、ハウジング部分全体を例えばオーブン内で加熱しなくてすみ、かなり小さい寸法の支持体のみを加熱すればすむためである。さらに、支持体および導体、特に本質的にピン形の導体からなる貫通部を予め作成することが可能であるその種の形態、によって、ハウジング部分の開口部に貫通部を経費的に有利に導入することが、例えばワンステッププロセスで、例えばハウジング部分の冷間固定可能性を利用しながら可能となる。このことは具体的には、先ずハウジング部分に、例えばカバーに、開口部を例えば穴開けによって導入することを意味している。加熱されないので、そのハウジングは冷間固定されている。これに対して、ピン形の導体をガラス付けする際にガラス材料またはガラスセラミック材料と共に加熱されるので、支持体は軟らかい。この方法では、構造的に固定されているバッテリーセルハウジングを、特に貫通部の領域で生じさせ得ることが可能である。それというのも、例えばハウジング部分への直接ガラス付けとは異なり、ハウジング部分、特にカバー部分の冷間固定の損失が生じないためである。さらなる利点は、ハウジング部分の材料強度を、ガラス付けを行う支持体よりもかなり低く選択することができることである。例えば、ハウジング部分の材料厚さは１．５ｍｍ以下であってよく、これに対して、支持体は強度の理由から、２．０ｍｍ、特に３．０ｍｍ以上の厚さを含む。ハウジングまたはハウジング部分の材料厚は好ましくは、１ｍｍから３ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍから３ｍｍである。支持体の厚さは、２ｍｍから６ｍｍ、好ましくは２．５ｍｍから５ｍｍである。その場合、支持体の厚さは常に、貫通部が取り付けられるハウジングまたはハウジング部分、特にバッテリーカバーの材料厚に合わせて選択する。これに対して直接ガラス付けの場合には、不必要に厚い材料厚が必要であろう。

さらなる利点は、支持体およびハウジング部分のための材料を、特に材料品質および合金の選択について別々に選択することができることである。貫通部を支持体と共にハウジング部分に気密に、溶接、はんだ付け、押し込み、フランジ付け（Ｅｉｎｂｏｅｒｄｅｌｎ）または収縮によって接合することができる。貫通部をハウジング部品に例えば溶接によって接合する場合には、ガラス材料またはガラスセラミック材料の損傷を回避するために、温度供給を可能な限り低くするように注意する。本出願において気密とは、１×１０^８ｍｂａｒ ｌ／秒未満のヘリウム漏出速度を意味する。多段階プロセスで、貫通部のためにプラスチック密閉を用意しなければならない従来技術とは異なり、本発明による貫通部品とハウジング部分との気密接合は唯一の簡単な方法ステップで生じさせることができる。

さらに、支持体の選択は、辺縁形成部に関すること、さらに材料硬度に関すること、特にはハウジングの密閉方法に関することでも、ハウジング部分の材料も考慮して行うことができる。バッテリーセルのハウジングが例えばアルミニウムからなる場合、支持体のための材料として同様に、アルミニウムを選択することができる。

さらに、ハウジングのハウジング部分への貫通に加えて、バッテリーセルにさらに他の機能、例えば安全弁および／またはバッテリー装入口を導入することが可能である。

本発明の第１の形態では、ハウジング部分および／または支持体、好ましくは本質的にリング形の支持体は、材料として金属、特にチタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金、アルミニウム合金、アルミニウム、ＡｌＳｉＣなどの軽金属、しかし他にも鋼、ステンレス鋼または特殊鋼を含むと、特に好ましい。チタン合金として例えば、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、耐久性および僅かな重量に基づき、レースなどの特殊な用途で、しかし他にも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。

支持体および／またはハウジング部分のために、後で熱処理が企図されている高合金工具鋼を使用することもできる。特殊鋼として使用可能であるのは、例えばＸ１２ＣｒＭｏＳ１７、Ｘ５ＣｒＮｉ１８１０、ＸＣｒＮｉＳ１８９、Ｘ２ＣｒＮｉ１９１１、Ｘ１２ＣｒＮｉ１７７、Ｘ５ＣｒＮｉＭｏ１７−１２−２、Ｘ６ＣｒＮｉＭｏＴｉ１７−１２−２、Ｘ６ＣｒＮｉＴｉ１８１０およびＸ１５ＣｒＮｉＳｉ２５−２０、Ｘ１０ＣｒＮｉ１８０８、Ｘ２ＣｒＮｉＭｏ１７−１２−２、Ｘ６ＣｒＮｉＭｏＴｉ１７−１２−２である。特に良好な溶接性をレーザー溶接の際にも抵抗溶接の際にも提供することができるように、支持体および／またはハウジング部分、特にバッテリーセルハウジングのための材料として、特に特殊鋼、特にＥｕｒｏ−Ｎｏｒｍ（ＥＮ）による材料番号（ＷＮｒ．）１．４３０１、１．４３０２、１．４３０３、１．４３０４、１．４３０５、１．４３０６、１．４３０７を有するＣｒ−Ｎｉ鋼を使用する。標準鋼として、Ｓｔ３５、Ｓｔ３７またはＳｔ３８を使用することができる。

ピン形の導体のために、ピン形の導体が電気化学的セルまたはバッテリーセルの陰極に接続される場合には、特に銅（Ｃｕ）または銅合金が使用され、導体、特にピン形の導体が陽極に接続される場合には、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金が使用される。ピン形の導体のための他の材料は、マグネシウム、マグネシウム合金、銅合金、ＣｕＳｉＣ、ＡｌＳｉＣ、ＮｉＦｅ、銅芯、即ち、銅内部を有するＮｉＦｅジャケット、銀、銀合金、金、金合金およびコバルト−鉄−合金であり得る。

特に導体のためのアルミニウムまたはアルミニウム合金として、以下が該当する：
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

特に導体のための銅として、以下が該当する：
Ｃｕ−ＰＨＣ ２．００７０
Ｃｕ−ＯＦ ２．００７０
Ｃｕ−ＥＴＰ ２．００６５
Ｃｕ−ＨＣＰ ２．００７０
Ｃｕ−ＤＨＰ ２．００９０

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。

好ましくは、支持体はリング形の支持体として、好ましくは円形形態で、しかし他にも楕円形態で構成されている。貫通部品がその開口部に導入されているハウジング部分、特にバッテリーセルのカバーが狭く長い形態を有し、かつピン形の導体と一緒にハウジング部分を開口部で貫通しているガラス材料またはガラスセラミック材料が、支持体とピン形の導体との間に完全に導入されている場合に、楕円形態は特に好ましい。そのような形態は、本質的にピン形の導体および本質的にリング形の支持体からなる貫通部を予め作成することを可能にする。

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、支持体および／または本質的にピン形の導体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。特に好ましいのはこの場合、低い融解温度を有するガラス組成物またはガラスセラミック組成物、好ましくは以下の成分を含む組成物である：
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％、好ましくは１７〜４０ｍｏｌ％、
ＢａＯ ０〜２０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、好ましくは５〜２０ｍｏｌ％、
Ｂｉ_２Ｏ_３ ０〜１０ｍｏｌ％、特に１〜５ｍｏｌ％、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２〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ_２Ｏ_３ ４〜１０ｍｏｌ％、特に４〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ_２Ｏ １０〜３０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、
Ｋ_２Ｏ １０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜１９ｍｏｌ％、
ＰｂＯ ０〜１０ｍｏｌ％、特に０〜９ｍｏｌ％。

前述のガラス組成物は、低い溶融温度および低いＴｇにおいて優れているだけでなく、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。

リン酸塩ガラスの通常は高い結晶安定性によって、通常＜６００℃の温度でもガラスの溶融は妨げられないことが保証されている。このことによって、ガラス組成物の溶融が通常＜６００℃の温度でも妨げられないので、示されているガラス組成物をガラスはんだとして使用することができるようになる。

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。それというのも、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、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。

さらに、その種のガラス組成物は、２０℃〜３００℃の範囲で＞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ない。むしろ、その種の融解を空気下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、所定に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。

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）号に詳細に記載されている。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。融解温度またははんだ温度は、半球温度から±２０Ｃほど偏差し得る。

バッテリーハウジングまたはバッテリーセルハウジングのハウジング部分が外側および内側を有し、貫通部の支持体がハウジング部分の内側または外側と、特には例えばフランジ付け（Ｂｏｅｒｄｅｌｎ）、溶接、押し込み、はんだ付けまたは収縮によって接合されていると、特に好ましい。

このために、支持体が突出部を有し、支持体の一部が、ハウジング部分の開口部にかみ合い、支持体の他の部分は、開口部上に突出していて、ハウジング部分の内側または外側の上に載っているか、またはそこで、ハウジング部分と接合することができるようになっていると、特に好ましい。

さらに形成される実施形態では、ピン形の導体は、ヘッド部分または固定部分も含む。ヘッド部分は、ヘッド部分上に出ている突起部を有してよい。その突起部は、電極または電極接合部分の中心合わせ（Ｚｅｎｔｒｉｅｒｕｎｇ）を提供するために役立ち得る。ヘッド部分を有する実施形態では、バッテリーセルハウジングの内部へ延びるヘッド部分に、電極接合部品またはバッテリー電極を接続することができる。

突起部は、ピン形の導体とは別の外側輪郭を有することができる。例えば、ピン形の導体が楕円形の外側輪郭を有し、これに対して突起部は、リング形の外側輪郭を有することが可能であろう。寸法も、必ずしも同一である必要はない。

貫通部の他に、本発明は他にも、特に電気的蓄電池装置、特にバッテリーセルのためのハウジングを提供する。そのハウジングは、少なくとも１つの開口部を備えた少なくとも１つのハウジング部分を含み、ハウジング部分の開口部が、支持体中にガラス付けされている少なくとも１つのピン形の導体を有する本発明による貫通部を収容していることを特徴としている。

特に好ましくは、そのハウジングを利用するバッテリーセルは、リチウムイオンバッテリーのためのバッテリーセルである。

さらに、本発明は、少なくとも１つの本質的にピン形の導体を有する貫通部を製造する方法を提供し、その方法は：
導体、特に本質的にピン形の導体および支持体を用意するステップと、
導体、特に本質的にピン形の導体を、ガラス材料またはガラスセラミック材料中で、支持体にガラス付けして、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分のための貫通部を生じさせるステップとを含む。

その他に、支持体を有する貫通部をハウジング部品に導入する方法が示されており、その方法は、支持体を有する貫通部およびその中にガラス付けされている導体、特にピン形の導体を、特に溶接、好ましくはレーザービーム溶接、電子ビーム溶接、超音波溶接、抵抗溶接によって、かつ別法でははんだ付け、収縮、押し込みまたはフランジ付けによって接合することを特徴とする。

以下では、本発明を実施例および図面によって詳細に記載するが、その際、本発明がそれらに限定されることはない。

ハウジング部分内の、金属ピンとフランジリングとして形成されている支持体とを備えている本発明による貫通部の第１の形態を示す図である。 ハウジング部分内の、金属ピンとフランジリングとして形成されている支持体とを備えている本発明による貫通部の第１の形態を示す図である。 溶接リングとして形成されている支持体を備えている本発明による貫通部の第２の形態を示す図である。 溶接リングとして形成されている支持体を備えている本発明による貫通部の第２の形態を示す図である。 支持体がレーザー溶接、はんだ付け、収縮または電子溶接によって開口部の範囲でハウジング部分と接合されている本発明による貫通の第３の実施形態を示す図である。 ハウジング部分の開口部に取り付けられる支持体として円錐形のリングを備えている本発明による貫通部の第４の実施形態を示す図である。 ハウジング部分の開口部に取り付けられる支持体として円錐形のリングを備えている本発明による貫通部の第４の実施形態を示す図である。 ハウジング部分の開口部に取り付けられる支持体として円錐形のリングを備えている本発明による貫通部の第４の実施形態を示す図である。 楕円形のヘッド部分を有する楕円形のピン形の導体を備えた本発明による貫通部の一形態を示す図である。 楕円形のヘッド部分を有する楕円形のピン形の導体を備えた本発明による貫通部の一形態を示す図である。 楕円形のヘッド部分を有する楕円形のピン形の導体を備えた本発明による貫通部の一形態を示す図である。 円形のヘッド部分を有する円形ピン形の導体のさらなる実施形態を示す図である。 円形のヘッド部分を有する円形ピン形の導体のさらなる実施形態を示す図である。 ヘッド部分を有するピン形の導体の第４の実施形態を示す図である。 ヘッド部分を有するピン形の導体の第４の実施形態を示す図である。 熱バリアおよび機械的免荷を備えた貫通部の第１の実施形態を示す図である。 熱バリアおよび機械的免荷を備えた貫通部の第１の実施形態を示す図である。 熱バリアおよび機械的免荷を備えた貫通部の第２の実施形態を示す図である。 熱バリアおよび機械的免荷を備えた貫通部の第２の実施形態を示す図である。 バッテリーセルハウジングと、貫通部品は有するがヘッド部分は有さない貫通部とを電極接合部品と共に備えているバッテリーセルを示す図である。 バッテリーセルハウジングと、貫通部品は有するがヘッド部分は有さない貫通部とを電極接合部品と共に備えているバッテリーセルを示す図である。 バッテリーセルハウジングと、本発明によるヘッド部分を有する貫通部品を備えた貫通部とを電極接合部品と共に備えているバッテリーセルを示す図である。 バッテリーセルハウジングと、本発明によるヘッド部分を有する貫通部品を備えた貫通部とを電極接合部品と共に備えているバッテリーセルを示す図である。 バッテリーセルハウジングと、本発明のさらなる変法による貫通部品を備えた貫通部とを備えているバッテリーセルを示す図である。 バッテリーセルハウジングと、本発明のさらなる変法による貫通部品を備えた貫通部とを備えているバッテリーセルを示す図である。 バッテリーセルハウジングと、本発明のさらなる変法による貫通部品を備えた貫通部とを備えているバッテリーセルを示す図である。

図１ａには、ハウジング、好ましくは蓄電池用のハウジング、特に例えば図１０ａ〜１２ｃによるリチウムイオンバッテリー用のバッテリーセルのハウジング部分５を通る本発明による貫通部３が示されている。

以下では、ヘッド部分を有さないピン形の導体についての実施例を記載するが、このことが明確に述べられていない場合にも、実施例は、ヘッド部分を有するピン形の導体にも関し得る。

ハウジング部分５は、ハウジング部分に設けられている開口部７を含む。開口部７には、導体、特に本質的にピン形の導体１１が収容される支持体、特に本質的にリング形の支持体９を含む本発明による貫通部が導入されている。本質的にリング形の支持体９に、本質的にピン形の導体はガラス付けされている。支持体およびそれに加えて開口部７を通る本質的にピン形の導体１１の気密な貫通部を提供するために、本質的にピン形の導体１１は、ガラス材料またはガラスセラミック材料からなるガラス栓中に融解封入されている。即ち、支持体９および本質的にピン形の導体１１は、ガラス１３と合体されている。例えば支持体、ピン形の導体およびガラス材料のために異なる膨張係数αを有する材料を使用する場合、いわゆる加圧ガラス貫通部（Ｄｒｕｃｋｇｌａｓｄｕｒｃｈｆｕｅｈｒｕｎｇ）を提供することができる。加圧ガラス貫通部の利点は、ガラス栓への高負荷下でも、例えば、圧力負荷の場合にも、ガラス栓が金属ピント共に支持体から圧出することが回避されることにある。好ましくは、ガラス材料またはガラスセラミック材料の融解温度は、支持体９および／またはピン形の導体の材料の溶融温度を２０Ｃ〜１００Ｃ下回ることが企図されている。支持体９が低温で融解する金属、特に軽金属、好ましくはアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金またはＡｌＳｉＣ、チタン、チタン合金、しかし他にも鋼、ステンレス鋼または特殊鋼からなる場合、好ましくは、導体が貫通するガラス材料として、以下の成分を以下のｍｏｌ％で含むガラス材料を使用する：
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％、好ましくは１７〜４０ｍｏｌ％、
ＢａＯ ０〜２０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、好ましくは５〜２０ｍｏｌ％、
Ｂｉ_２Ｏ_３ ０〜１０ｍｏｌ％、特に１〜５ｍｏｌ％、好ましくは２〜５ｍｏｌ％。

特に好ましい実施形態では、ガラス組成物は、以下の成分を以下のｍｏｌ％で含む：
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％。

以下に、８種の実施例を表１中に、上記で挙げたガラス組成物について示す。

上記の特殊なガラス組成物は、ガラス材料が、２０℃〜３００℃の温度で＞１５×１０^−６／Ｋの範囲、好ましくは１５×１０^−６／Ｋ〜２５×１０^−６／Ｋの範囲であり、したがってガラス材料を貫通する本質的にピン形の導体１１のためのアルミニウムなどの軽金属、しかし他にも同様の金属、即ち例えば銅の熱膨張率の範囲である非常に高い熱膨張率を有することを特徴とする。例えば、室温ではアルミニウムは熱膨張率α＝２３×１０^−６／Ｋ、銅は１６．５×１０^−６／Ｋを有する。ガラス付けの際に支持体の軽金属および場合によってはさらに金属ピンが溶融するかまたは変形することを防ぐために、ガラス材料の溶融温度は、支持体および／または導体の材料の溶融温度未満である。前記のガラス組成物の融解温度は、２５０℃〜６５０℃の範囲である。開口部７に貫通部を取り付ける前に本質的にピン形の導体１１を支持体９にガラス付けすることは、ガラスを導体、特にピン形の導体と共に、ガラスの融解温度まで加温して、ガラス材料を軟化させ、開口部で導体、特にピン形の導体を包囲し、支持体９に密着させるようにすることによって達成される。上記のとおり、例えばアルミニウムを、支持体９のための溶融点Ｔ_溶融＝６６０．３２℃の軽金属として使用する場合、ガラス材料の融解温度は上記のとおり、好ましくは３５０℃〜６４０℃の範囲である。好ましくは、ピン形の導体１１の材料は、支持体の材料と同じである。このことは、支持体および金属ピンの膨張係数が同じであるという利点を有する。ピン形の導体は材料として、アルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、銅、銅合金、ＣｕＳｉＣ合金またはＮｉＦｅ合金、銅芯、即ち、銅内部を有するＮｉＦｅジャケットまたはＣＦ２５、即ち、コバルト−鉄合金、銀、銀合金、金または金合金を含んでよい。ガラス材料またはガラスセラミック材料の２０℃〜３００℃の範囲での膨張係数αが、支持体の材料と完全には一致しない場合に、加圧ガラス貫通部が生じる。他の場合には、いわゆる適合している貫通部である。

支持体のための材料として好ましくは、アルミニウム（Ａｌ）、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、チタン合金などの軽金属を使用する。支持体のための別の材料は、鋼、ステンレス鋼、特殊鋼または工具鋼などの金属である。

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。

上記で述べたリン酸塩ガラス組成物は、４５ｍｏｌ％まで、特には３５ｍｏｌ％までのＬｉ含有率を有する。意外にも、これらのガラス組成物は、結晶化安定性を有する。即ち、後続の焼結ステップにおいて、障害となる結晶化を示さず、特に、重大ではない３５ｍｏｌ％未満の結晶化を示す。

前記で挙げられたガラス組成物は、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。それというのも、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、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。

前述のガラス組成物は、＞１４×１０^−６／Ｋ、特に１５×１０^−６／Ｋ〜２５×１０^−６／Ｋの熱膨張率α（２０℃〜３００℃）を有する。前記で示されているガラス組成物のさらなる利点は、ガラスを、囲んでいる特には金属ピンの形態の導体の軽金属または金属と共に、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ない。むしろ、その種の融解を空気下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、所定に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。

さらに、図１ａおよび１ｂに図示されているとおり、ハウジング、バッテリーまたはバッテリーセルのハウジング部分５はこの場合、電極を貫通させるための開口部を有するバッテリーカバーである。バッテリーカバーまたはハウジング部分も同様に好ましくは、アルミニウムから製造されている。しかし、バッテリーカバーまたはハウジング部分のための材料として、アルミニウム合金、マグネシウムおよびマグネシウム合金、ＡｌＳｉＣ、チタン、チタン合金、しかし他にも鋼、ステンレス鋼または特殊鋼も該当する。ハウジング部分は、外側２０．１および内側２０．２を有する。外側は、バッテリーセルから外側へと伸びていることを特徴とし、内側は、例えばリチウムイオン蓄電池の場合にはバッテリーセルの電解質へと伸びていることを特徴とする。バッテリーセルおよび貫通部を備えたハウジング全体が、図１０ａ〜１２ｃに示されている。

リチウムイオンバッテリーの場合、電解質として典型的には、非水性電解質、典型的には炭酸エステルから、特に炭酸エステル混合物、例えば炭酸エチレンおよび炭酸ジメチルからなる混合物からなる非水性電解質が使用されており、その場合、腐食性で非水性のバッテリー電解質は、電導度塩、例えば電導度塩ＬｉＰＦ_６を例えば１モル溶液の形態で有する。

第１の実施例では、支持体３は、突出部３０を有する。即ち、図１ａによる例においてハウジング部分の外側の上にあるリング形のボディの壁厚Ｗ_１が、ハウジング部分の内側の範囲でのリング形の支持体９の厚さＷ_１よりも厚く、そのことによって、支持体の配置部（Ａｎｌａｇｅ）３２がリング形のボディの外側上に生じる。リング形のボディ９はハウジング部分５と、配置部３２の範囲において、レーザービーム溶接、電子ビーム溶接、はんだ付け、開口部７への収縮および開口部７への押し込みおよびフランジ付けによって接合させることができる。

図１ｂには、図１ａと同様の貫通部の実施例が示されており、その際、同じ部品については同じ参照番号が使用されている。

ただしこの場合には、内側２０．２の範囲での幅Ｗ_１は、外側２０．１の範囲での幅Ｗ_２よりも大きい。

他の点では、図１ｂによる形態は図１ａと同一である。接合は、図１ａの場合と同様に、この場合はバッテリーカバーであるハウジング部分５と支持体３０との間で、例えば上記のとおり、レーザービーム溶接、電子ビーム溶接、はんだ付け、開口部７への収縮または押し込みによって行うことができる。

図１ａおよび１ｂによる支持体は本質的に、フランジリングであるが、図２ａから２ｂによる形態では、リング形の支持体１０９は、溶接リング１７０を有するリング形の支持体である。図１ａおよび１ｂ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。本質的に、図２ａから２ｂによる形態は、図１ａから１ｂによる形態と同一である。溶接リング１７０を有するリング形の支持体１０９によって、支持体１０９をハウジング部分と、別の接合方法によって接合することができる。溶接リング１７０の範囲内でのリング形の支持体とハウジング部分との接合は、抵抗溶接または抵抗はんだ付けによって行うことができる。

図３は、本発明のさらなる形態を示している。図１ａから１ｂおよび２ａから２ｂにおけるものと同じ部品は、図１ａおよび１ｂに対しては２００を、または図２ａから２ｂに対しては１００をそれぞれ加えた参照番号で示されている。

図１ａから１ｂおよび２ａから２ｂによる形態とは異なり、支持体は、ストッパー部（Ａｎｓｃｈｌａｇ）３２が形成されるような異なる幅Ｗ１およびＷ２を有さず、リング形の支持体の幅Ｗは、高さ全体にわたって同一である。高さ全体にわたって同じ幅を有するリング形の支持体２０９が、開口部２０７に導入される。ハウジング部分２０５と、リング形の支持体２０９ならびにガラス材料２１３および本質的にピン形の導体２１１を含む貫通部２０３との接合は、開口部２０７に取り付け、続いて、開口部２０７の側壁２１９の範囲で接合することによって達成され、接合することによってではない。本発明は、レーザー溶接、はんだ付け、収縮、押し込みまたは電子溶接によって製造することができる。

図４ａ〜４ｃは、ハウジング部分３０５内の開口部３０７に導入されている貫通部の別の形態を示している。本質的にこれは、図３による形態に対応していて、その際、同じ部品については、１００を加えた参照番号が使用されている。しかし図３とは異なり、支持体３０９は、ハウジング部分内で円錐形に推移する開口部３０７に入れられる円錐形のリングとして形成されている。貫通部の間の接合はこの場合にも、円錐形の開口部３０７の側壁と円錐形の支持体３０９との間で、例えば溶接、はんだ付け、フランジ付け、収縮によって行う。しかし、本質的に円錐形に延びるリング形の支持体３０９を、ハウジング部分３０５内の円錐形の開口部３０７に押し込むことも可能である。円錐形の支持体は、図４ａ〜４ｃに示されている３つの形態を有し得る。図４ａでは、支持体は、ハウジング部分３０５に対する外側３９５で円錐形であり；図４ｂでは、外側３９５でもピン形の導体３１１に面する内側３９７でも円錐形であり、かつ図４ｃでは、内側３９７のみで円錐形である。開口部だけでなく支持体の円錐形の形態によって、ハウジング部分３０５の外側３２０．１方向への貫通部の相対移動が回避される。それというのも、円錐形の穿孔部および円錐形に形成された支持体はいわば、逆鉤として機能し、外側３２０．１方向への相対移動は、貫通部３０３の支持体３０９と開口部３０７の側壁との間にフォームクロージャー（Ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｓｓ）をもたらすためである。

図４による形態の利点は、高い負荷の下でも、例えば圧力負荷の貫通、即ち、金属ピン３１１を有する貫通部３０３が貫通開口部３０７から圧出することが確実に回避されることにある。開口部３０７を簡単な製造方法によって、例えば打ち抜きによって、ハウジング部分３０５内に導入すると、特に好ましい。

図５〜７には、この場合にもリング型の支持体５０９が用意されている本発明の形態が示されている。ただしこの場合には、ピン形の導体にヘッド部分５８０が設けられている。図５ａ〜５ｃおよび６ａ〜６ｂおよび図７による形態でのガラス付けは、例えば図３に図示されているとおり、ハウジング部分に改めて取り付けられ得るリング形の支持体５０９を貫通しているピン形の導体５１１の間でのみ行われるだけでなく、この場合は、ガラス材料またはガラスセラミック材料５１３は、支持体５０９とヘッド部分５８０との間にも導入される。

ヘッド部分５８０の寸法Ａ１はその場合、本質的にピン形の導体５１１の寸法Ａ１よりも大きい。本質的に円形の断面を有する導体では、ヘッド部分の寸法は、ピン形の導体の直径よりも大きい。このことは、ヘッド部分のヘッド面積が、ヘッド部分５８０が接合されているピン形の導体５１１のヘッド面積よりも大きいことを意味している。さらに、電極接合部品と接合可能であるように、ヘッド部分５８０は形成されていてよい。電極接合部品は特に、陰極では銅製の部品または陽極ではアルミニウム製の部品である。ヘッド部分および電極接合部品（図示せず）の接合は、機械的に安定な、特に分離不可能な電気的接合で行う。そのような機械的に安定で分離不可能な電気的接合は、ヘッド部分および電極接合部品を溶接、特に抵抗溶接、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（Ｑｕｅｔｓｃｈｅｎ）によって好ましくは固く接合することによって提供される。ヘッド部分５８０およびピン形の導体５１１をバッテリーまたはバッテリーセルのハウジングに取り付けるか、またはガラス付けした後に、ヘッド部分および電極接合部品の接合を行う。もちろん、ハウジング開口部に取り付けるか、またはガラス付けする前に、貫通部品を電極接合部品と接合することも可能であろうが、初めに述べた可能性が好ましい。

ヘッド部分５８０を有する形態によって、バッテリーセル用のハウジング内で使用する場合に、僅かな内部空間のみを必要とする貫通部が提供される。本発明による貫通部品のヘッド部分は、電極接合部品を接続するために非常に大きな集積面積を有する。このことによって、接続範囲において高い安定性が達成される。特に、電極接合部品をピン形の導体に直接接続するよりも、かなり高い曲げ剛性が達成される。ヘッド部分上に電極接合部品を接続する際のさらなる利点は、ピンに直接接続するよりも、バッテリーセルのハウジングを貫通するバッテリーセルからの導体路における断面積の狭小化または著しい変化が回避されることにある。断面狭小化は特に、自動車のエネルギーキャリアとしてのリチウムイオン蓄電池での２０Ａから５００Ａの大電流では、バッテリーセルにおいて問題をもたらし得る高い熱損失をもたらす。その種の熱損失を、ヘッド部分５８０によって回避することができる。

導体、特にピン形の導体５１１上には、突起部５８２が、例えば内側５２０．２上でバッテリーセルの内部へと突出しており、その際、導体の突起部５８２は、前述の電極接合部品を中心合わせするために役立ち得る。ピン形の導体の突起部５８２は好ましくは、例えば楕円または円形であってよい導体の形態とは無関係に、常に円形に形成されている。突起部および本質的にピン形の導体は寸法も異なってよい。

他にもリング形の支持体５０９は、異なる形態、例えば図５ａから５ｃに示されているとおり、楕円の外形５９０を取ることができ、その場合、好ましくは導体も、楕円形の支持体を貫通する範囲では、即ち、範囲５１１では同様に楕円形に形成されていてよいが、しかし図５ｂに示されているとおり、ヘッド部分は展望図では、電極接合部品を接続するために円形である。

狭いバッテリーカバーの場合には特に有利であるリング形の支持体、ピン形の導体および突起部の楕円形の実施形態の代わりに、ピン形の導体だけでなく中心合わせ突起部および支持体も、リング形に形成することが可能である。もちろん、形態を混ぜることもでき、即ち、楕円形の支持体をリング形のピン形導体と合わせることもできるが、詳細に記載することはしない。

リング形の支持体がリング形のピン形態の導体と共に図６ａから６ｂに示されている。図５ａから５ｃにおけるものと同じ部品が、１００を加えた参照番号で示されている。即ち、図６ａから６ｂでは、例えば参照番号６１１はピン形の導体を、６８０はヘッド部分を、かつ６０９はリング形の支持体を示している。

さらなる接合部分または接合部品を電極に装着するために、図７による実施形態では、ヘッド部分２のヘッド面積７８０を外側へ延長する（ａｕｓｋｒａｇｅｎ）こと、即ち、開口部の直径よりも外側に画定することが企図されている。図５ａ〜５ｃにおけるものと同じ部品が、２００を加えた参照番号で示されている。即ち、ピン形の導体は参照番号７１１を持ち、リング形の支持体は参照番号７０９を持つ。ヘッド部分７８０を外側へ延長することによって、前記の接合方法に加えて、２つの面を利用することができることに基づき、溶接、抵抗溶接またはリベット留めでも接合することができるようになる。

図７による実施形態において特に、ヘッド部分７８０の面積（Ｆ_{ヘッド部分}）が、ピン形の導体７１１の面積（Ｆ_導体）よりも大きいという本発明による貫通部品の特徴がよく分かるであろう。図７による実施形態では、ピン形の導体７１１の突起部の寸法および形態は一致するので、展望図に示されている突起部の断面積は、ピン形の導体の面積と同じである。

図８ａ〜９ｂには、支持体を通るピン形の導体の貫通部の実施形態が示されており、その際、ハウジング部分、特にバッテリーカバー内の貫通部は、熱バリアおよび機械的免荷部と共に示されている。

図８ａおよび８ｂには、機械的免荷のための、かつ熱バリアとしての免荷装置を有する本発明による貫通部の第一の実施形態を示している。

図１ａ〜４による実施形態とは異なり、図８ａおよび８ｂによる実施形態では、支持体８０９は、免荷装置として輪状ノッチ８５０を含む。この場合も、輪状ノッチ８５０を有する支持体８０９内で、本質的にピン形の導体８１１がガラス材料またはガラスセラミック材料８１３と合体している。

図示されてなく、かつ明確に述べられていないが、別の実施形態では、ヘッド部分も有するピン形の導体が形成されていてよく、その際、当業者は発明的努力を必要としない。

さらに、図８ａにおいて、ハウジング部分８０５は、本質的にバッテリーセルのカバーであることも分かる。本質的にピン形の導体がガラス付けされている支持体８０９からなる貫通部は、ハウジング部分８０５と範囲８７０において輪状に、例えば溶接、特にレーザー溶接によって接合されている。輪状ノッチ８５０は、一方では熱バリアであり、他方では、必要な弾性をもたらして、貫通部を特にガラス付け８１３の範囲で保護しているか、または免荷している。特に、輪状ノッチ８５０を導入することで、ガラス材料またはガラスセラミック材料に生じる機械的および熱負荷を低減することが達成される。このことによって、漏れをもたらし得る貫通部のガラス材料またはガラスセラミック材料中での亀裂形成をかなり低減することができる。

図８ｂによる形態はこの場合にも、支持体中に輪状ノッチ８５０を免荷装置として有する貫通部を示している。図８ａによる形態とは異なり、この場合、ハウジング部分８０５は、貫通部とハウジング部分８０５との間の接合範囲に８８０を有する。これは、図８ａによる実施形態よりも、さらに良好な機械的免荷をもたらす。さらに、支持体はその全厚Ｄにわたって、ハウジング部分８０５と接合されていてよく、このことによって、正確な溶接プロセスが可能となる。

図９ａおよび９ｂは、図８ａおよび８ｂとは別の実施形態を示しており、その際、図９ａおよび９ｂの場合にも、免荷および熱バリアが得られる。図８ａによる実施形態とは異なり、支持体はこの場合、輪状ノッチを免荷装置としては有さず、代わりに張り出し部（Ｕｅｂｅｒｓｔａｎｄ）９９０を有する。図８ａ〜８ｂにおけるものと同じ部品が、図８ａおよび８ｂに１００を加えた参照番号で示されている。したがって、ピン形の導体は９１１で示されており、ガラス材料およびガラスセラミック材料は９１３で示されている。貫通部とハウジング部分との間の接合範囲は、９７０で示されている。前記のとおりの図８ａの利点は、図９ａにも当てはまり、この場合は一緒に含まれる。

図９ｂは、図９ａとは別の実施形態を示している。本質的にリング形の支持体９０９の他にこの場合、カバー部分９０５は張り出し部９８０も有する。前記のとおりの図８ｂの利点は、図９ｂにも当てはまり、この場合は一緒に含まれる。

機械的および熱免荷をもたらす図８ａ〜９ｂの形態は全て、ピン形の導体８１１を有する図示されている実施形態の代わりに、図５〜７に詳細に記載されているとおりのヘッド部分を有するピン形の導体でも可能である。図５〜７についての記載の開示内容はこの場合、広範に一緒に含まれ、その際、そのために特別な言及および図示も必要ではない。

図１０ａ〜１１ｂには、本発明による貫通部が取り付けられているリチウムイオンバッテリー用の完全なバッテリーセルが示されている。

この場合、図１０ａ〜１０ｂは、ヘッド部分を有さないピン形の導体、即ち、図１ａ〜４または９ａ〜１０ｂによる貫通部が設けられている本発明の形態を示している。これに対して、図１１ａから１１ｂは、ハウジングおよびその中に組み込まれている貫通部を備えたバッテリーセルを示しており、その際、ピン形の導体は、本発明によるヘッド部分を有する。

図１０ａ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、改めて貫通１１４０、１１４０．２が取り付けられている。

図１０ｂ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の一部が詳細に示している。

貫通部１１４０．１は、ピン形の導体２００３および支持体２２００を含む。ヘッド部分を備えていないピン形の導体２００３は、支持体２２００内に、ガラス材料またはガラスセラミック材料２２８０でガラス付けされている。ピン形の導体２００３を、支持体２２００にガラスまたはガラスセラミック材料２２８０でガラス付けした後に、部品全体として、開口部１１３０．１に取り付けるが、例えばその際、好ましくはアルミニウムからなる貫通部の支持体２２００を、アルミニウムからなる冷間固定されたカバー部分１１２０と例えば溶接によって接合させる。ガラス付けに基づき、好ましくは支持体２２００のみが軟化されている。

ピン形の導体には、抜き取り部（Ａｕｓｎｅｈｍｕｎｇ）２００２が設けられていて、そこに、電極接合部分２０２０が取り付けられている。電極接合部分は改めて、バッテリー１０００の電気化学的セル２００４の陰極としてか、または陽極として役立つ。バッテリーセル１０００を囲むハウジング１１００はバッテリーセルハウジングと称される。

図１０ａから分かるとおり、貫通部１１４０．１、１１４０．２の設計に基づき、ピン形の導体と、ピン形の導体の抜き取り部（Ａｕｓｎｅｈｍｕｎｇ）２００２に取り付けられ、電気化学的セル２００４に接合されている電極接合部品とは、電気化学的セル２００４とカバー１１２０との間に形成される比較的大きな構造空間２００６に関連している。

図１１ａおよび１ｂに示されているとおりのピン形の導体およびヘッド部分を有する貫通部３２００の本発明による設計によって、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。このことは、図１１ａ〜１１ｂにおいて明らかに推察され得る。

図１０ａおよび１０ｂ中の同じ部品は、２０００を加えた参照番号で示されている。

この場合も、バッテリーセルハウジング３１００のカバー３１２０の開口部３１３０．１、３１３０．２に、貫通３１４０．１、３１４０．２が取り付けられている。図１０ａおよび１０ｂによる貫通部の貫通部品とは異なり、ここでは貫通部品には、ピン形の導体３００３およびヘッド部分３００５が設けられている。ヘッド部分は突起部３０３０と、そのヘッド部分３００５の上に溶接、はんだ付けまたは前記された他の方法によって固く装着されている電極接合部品３０１０とを有する。電極接合部分は断片３１４０を有し、その際、その断片３１４０は、電気化学的セル４００４のための陰極または陽極として役立つ。図１１ａ〜１１ｂから分かるとおり、本発明による貫通部品の利点は明らかに分かるはずである。図１１ａ〜１１ｂに示されている貫通部の構造種によって、利用されないままのバッテリーセルハウジング内の構造空間は可能な限り僅かになる。

本質的に、図１１ａおよび１１ｂの貫通部の形態と、図６ａ〜６ｂの貫通部の形態とは一致する。図６ａ〜６についての記載は完全に、本発明のバッテリーセルの記載に移行される。

図１２ａ〜１２ｃには、貫通部を備えた本発明によるバッテリーハウジングのさらなる形態が示されている。先行する図におけるものと同じ部品が、５０００を加えた参照番号で示されている。図１２ａ〜１２ｃに示されている実施例は、導体、本質的にピン形の導体７００３．１、７００３．２、７００３．３がバッテリーセル側の終端に円形形態を有さず、即ち、例えば図１０ａ〜１１ｂにおいてのとおりの円形断面を有さず、むしろ、本質的に長方形の断面７１００を有することを特徴とする。さらに、導体７００３．１、７００３．２、７００３．３は２つの屈曲部を有する。原則的に、導体７００３．１、７００３．２、７００３．３はそのバッテリーセル側の終端に既に、電気化学的セル（図示せず）のための陰極または陽極として役立つ断片８１１０を有する。導体、特に本質的にピン形の導体に、別の電極接合部品（図１１ｂでは３１１０で示されている）が例えば溶接によって装着されている図１１ａおよび１１ｂによる実施形態とは異なり、図１２ａ〜１２ｃによる実施例での電極接合部品および本質的にピン形の導体は、一体で形成されている。このことは、２つの部分を接合する必要がないので、作成の観点からは有利である。実施形態７００３．１、７００３．２、７００３．３は本質的に、貫通部８１４０．１、８１４０．２、８１４０．３の範囲での導体の断面において異なる。図１２ａによる形態では、導体の断面は、ガラス付け７２８０の範囲で同様に、本質的に長方形である。

図１２ｂによる形態では、長方形の断面に代わって、ガラス付け７２８０の範囲では断面は円形である。この導体は、参照番号７００３．２で示されている。図１２ｂによる実施形態では、図１２ａによる実施形態とは異なり、導体は、バッテリーセルの外側でも円形の断面を有する。

図１２ｃによる形態では、ガラス付け７２８０の範囲では断面は図１２ｂと同様に円形であるが、導体７００３．３は、バッテリーハウジングの外側の接続範囲で圧搾されて、したがって断面は長方形、好ましくは正方形である。図１２ａ〜１２ｃの全てにおいて、バッテリーハウジングのカバーは８１２０で、導体７００３．１、７００３．２、７００３．３がガラス付けされている支持体は８１３０で示されている。

本発明を用いることで初めて、予め作成可能で、バッテリーセルハウジングのハウジング部分中で使用するのに特に適しているハウジング、特にバッテリーセルハウジング、好ましくはリチウムイオンバッテリー用の貫通部が提供される。バッテリーセルハウジングは好ましくは、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、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などの軽金属を含む。しかし、バッテリーセルハウジングのための材料として、鋼または特殊鋼、特にステンレス鋼または工具鋼などの金属も可能である。そのような場合、支持体および／または本質的にピン形の導体の材料を適合させる。

本発明による解決によってさらに、経費的に有利な製法および出発材料を起用することが可能となる。さらに、金属ピンが固定用材料、即ち、例えばガラス栓によって支持体に合体された後に、ハウジング部分に取り付けられる予め作成された部品として、貫通部全体を形成することができる。このため、ハウジング部品の冷間固定の損失が生じないことが保証される。さらに、材料強度および材料をハウジング部品および支持体とは独立に選択することができる。免荷装置を用いる特殊な形態によって、機械的にも熱的にも、貫通部を免荷することができる。

Claims (22)

1. ハウジングのハウジング部分であって、少なくとも１つの開口部を有し、該ハウジング部分は、少なくとも１つの該開口部に配置された貫通部を有しており、
   該貫通部が、
   ガラス材料およびガラスセラミック材料の一方、
   該ガラス材料および該ガラスセラミック材料の一方に封入された少なくとも１つの導体、並びに
   該ガラス材料および該ガラスセラミック材料の一方に埋め込まれた少なくとも１つの該導体が導入された支持体
   を含み、
   該支持体が該開口部の範囲で、該ハウジング部分と溶接、はんだ付け、押し込み、フランジ付けまたは収縮によって、１×１０^８ｍｂａｒ ｌ／秒未満のヘリウム漏出速度となるように気密に接合されており、
   該ハウジング部分が生体適合材料としてチタンまたはチタン合金を含むことを特徴とするハウジング部分。
2. 前記ハウジングが、金属からなる側壁とカバー部を有し、該カバー部が少なくとも１つの前記開口部を含むことを特徴とする、請求項１に記載のハウジング部分。
3. 前記支持体が、リング形の支持体であることを特徴とする、請求項１または２に記載のハウジング部分。
4. 前記支持体が、金属を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のハウジング部分。
5. 前記金属が、軽金属であることを特徴とする、請求項４に記載のハウジング部分。
6. 前記支持体に含まれる軽金属が、アルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、およびチタン合金からなるグループから選ばれることを特徴とする、請求項５に記載のハウジング部分。
7. 前記支持体に含まれる金属が、鋼、工具鋼、特殊鋼、ステンレス鋼、および標準鋼からなるグループから選ばれることを特徴とする、請求項４に記載のハウジング部分。
8. 前記支持体が、ノッチおよび／または張り出し部を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のハウジング部分。
9. 前記ハウジング部分の材料厚さは、１．５ｍｍ以下であり、前記支持体の材料厚さは、３．０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載のハウジング部分。
10. 前記ガラス材料または前記ガラスセラミック材料が、前記支持体と前記導体との間に導入されており、該ガラス材料または該ガラスセラミック材料が、前記支持体および／または前記導体の溶融温度よりも低い融解温度を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載のハウジング部分。
11. 前記ガラス材料または前記ガラスセラミック材料が以下の成分を以下のｍｏｌ％で含むことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載のハウジング部分：
    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％。
12. 前記導体が、ピン形の導体であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載のハウジング部分。
13. 前記導体が、軽金属を含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載のハウジング部分。
14. 前記導体に含まれる金属が、銅、ＣｕＳｉＣ、銅合金、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、ＮｉＦｅ、銅内部を有するＮｉＦｅ−ジャケット、銀、銀合金、金、金合金、またはコバルト−鉄合金を含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載のハウジング部分。
15. 前記軽金属が、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、請求項１３に記載のハウジング部分。
16. 前記軽金属が、２０℃〜３００℃で１８×１０^−６／Ｋ〜３０×１０^−６／Ｋの範囲の熱膨張率αを有することを特徴とする、請求項１３または１５に記載のハウジング部分。
17. 前記軽金属が、３５０℃〜８００℃の範囲の溶融温度を有することを特徴とする、請求項１３、１５、１６のいずれか１項に記載のハウジング部分。
18. 前記ガラス材料または前記ガラスセラミック材料が、２０℃〜３００℃で１５×１０^−６／Ｋ〜２５×１０^−６／Ｋの範囲の熱膨張率αを有することを特徴とする、請求項１から１７のいずれか１項に記載のハウジング部分。
19. 前記貫通部が、加圧ガラス貫通部であることを特徴とする、請求項１から１８のいずれか１項に記載のハウジング部分。
20. 前記導体がヘッド部分を含み、該ヘッド部分が、前記導体の面積（Ｆ_導体）よりも大きなヘッド面積（Ｆ_{ヘッド部分}）を有することを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のハウジング部分。
21. 請求項１から２０のいずれか１項に記載の、少なくとも１つの前記導体を備えた前記ハウジング部分を製造する方法であって、
    前記導体および前記支持体を用意するステップと、
    前記導体を、前記ガラス材料または前記ガラスセラミック材料中で前記支持体にガラス付けして、前記ハウジングの前記ハウジング部分のための前記貫通部を生じさせるステップと、
    前記貫通部を前記ハウジングと、レーザービーム溶接、電子ビーム溶接、超音波溶接、または抵抗溶接によって、および別法でははんだ付け、収縮、押し込み、またはフランジ付けによって、１×１０^８ｍｂａｒ ｌ／秒未満のヘリウム漏出速度となるように気密に接合させるステップとを含む方法。
22. 前記ガラス材料または前記ガラスセラミック材料が以下の成分を以下のｍｏｌ％で含むことを特徴とする、請求項２１に記載の方法：
    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％。

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