KR101876497B1 - 관통 접속구 구성부 - Google Patents

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하우케 에제만
디터 괴데케
울프 달만
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마르틴 란덴딘거
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Abstract

본 발명은, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료에 매입되어, 하우징, 특히 배터리 하우징의 하우징 부재를 통과하는 도체의 관통 접속구를 위한 관통 접속구 구성부에 관한 것이며, 상기 관통 접속구 구성부는 하나 이상의 도체, 특히 실질적으로 핀형인 도체와 두부를 포함한다. 본 발명은, 두부의 표면, 특히 횡단면 표면이 도체, 특히 실질적으로 핀형인 도체의 표면, 특히 횡단면 표면보다 더 크며, 두부는, 기계적으로 안정되고 분리할 수 없는 결합을 이용하여, 특히 구리, 구리 합금, CuSiC, 알루미늄 합금, AlSiC 또는 알루미늄으로 이루어진 전극 연결 구성부 또는 전극 연결부와 결합될 수 있는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

관통 접속구 구성부{FEED­THROUGH COMPONENT}
본 발명은, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료에 매입되어, 하우징, 특히 배터리 하우징의 하우징 부재를 통과하는 도체의 관통 접속구를 위한 관통 접속구 구성부에 관한 것이다. 관통 접속구 구성부는 실질적으로 핀형 도체와 두부를 포함한다.
축전지, 바람직하게는 리튬 이온 배터리는, 예컨대 휴대용 전자 장치, 이동 전화기, 전동 공구 및 특히 전기 자동차와 같은 다양한 적용 분야를 위해 제공된다. 배터리는 예컨대 납산 배터리, 니켈-카드뮴 배터리 또는 니켈-금속수소화물 배터리와 같은 전통적인 에너지원을 대체할 수 있다.
본 발명의 의미에서 배터리로서 고려되는 경우는 방전 후 폐기 처리되고, 그리고/또는 재활용되는 1차 전지뿐 아니라 축전지이다.
리튬 이온 배터리는 수년 전부터 공지되었다. 이와 관련하여서는, 예컨대 "배터리 편람(Handbook of Batteries), David Linden, 발행인, 제 2 판, McGrawhill, 1995년, 36장 및 39장"이 참조된다.
리튬 이온 배터리들의 다양한 관점들은 수많은 특허에 설명되어 있다. 그 예로는 US 961,672, US 5,952,126, US 5,900,183, US 5,874,185, US 5,849,434, US 5,853,914 및 US 5,773,959가 있다.
특히 자동차 환경에서의 적용을 위한 리튬 이온 배터리는 대개 복수의 개별 배터리 셀을 포함하며, 이들 배터리 셀은 서로 직렬로 연결된다. 서로 직렬로 연결되는 배터리 셀들은 이른바 배터리 팩으로 통합되며, 그 다음 복수의 배터리 팩은 리튬 이온 배터리로서도 지칭되는 배터리 모듈로 통합된다. 각각의 개별 배터리 셀은 배터리 셀의 하우징으로부터 인출되는 전극들을 포함한다.
특히 자동차 환경에서 배터리, 바람직하게는 리튬 이온 배터리의 적용을 위해서는, 내부식성, 사고 내구성 또는 내진동성과 같은 수많은 문제를 해결해야만 한다. 추가의 문제는 오랜 시간에 걸친 배터리 셀들의 밀봉 기밀성이다. 기밀성은 예컨대 배터리 셀의 전극들, 또는 배터리 셀의 전극 관통 접속구(electrode feedthrough)의 영역에서의 누출에 의해 저하될 수 있다. 상기 유형의 누출은 예컨대 온도 교번 하중과, 예컨대 차량 내 진동과 같은 기계적 교번 하중, 또는 플라스틱의 노후화를 통해 야기될 수 있다. 배터리 또는 배터리 셀의 단락 또는 온도 변화는 배터리 또는 배터리 셀의 수명을 감소시킬 수 있다.
더욱 나은 사고 내구성을 보장하기 위해, DE 101 05 877 A1은 예컨대 리튬 이온 배터리를 위한 하우징을 제안하고 있으며, 여기서 하우징은 양쪽 측면이 개방되어 있으면서 밀폐되는 금속 케이스를 포함한다. 전원 커넥터 또는 전극들은 플라스틱을 통해 절연된다. 플라스틱 절연의 단점은, 제한되는 내온성, 제한되는 기계적 내구성, 사용 수명에 걸친 노후화 및 불확실한 기밀성이다. 따라서, 전류 관통 접속구들은, 종래 기술에 따르는 리튬 이온 배터리의 경우, 예컨대 리튬 이온 배터리의 덮개 부재 내에 밀봉 기밀한 방식으로 장착되지 않는다. 또한, 전극들은 배터리의 내부 챔버 내 추가 절연체들을 구비하여 압착되고 레이저 용접된 연결 구성부이다.
종래 기술에서 리튬 이온 배터리의 추가 문제는, 배터리 셀들이 많은 장착 공간을 소요하고 저항 손실을 통한 높은 전류로 인해 가열과 그에 따른 온도 변화가 매우 빠르게 발생한다는 점이었다.
DE 27 33 948 A1로부터는 알칼리 배터리가 공지되었으며, 이 경우 예컨대 유리 또는 세라믹과 같은 절연체가 용융 결합을 통해 직접적으로 금속 부재와 결합된다.
금속 부재들 중 일측 금속 부재는 알칼리 배터리의 애노드와 전기 연결되고, 타측 금속 부재는 알칼리 배터리의 캐소드와 전기 연결된다. DE 27 33 948 A1에서 이용되는 금속들은 철 또는 강이다. 알루미늄과 같은 경금속들은 DE 27 33 948 A1에 기재되어 있지 않다. 유리 또는 세라믹 재료의 용융 온도도 DE 27 33 948 A1에 명시되어 있지 않다. DE 27 33 948 A1에서 설명되는 알칼리 배터리는 DE 27 33 948 A1에 따라 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 함유하는 알칼리 전해질을 포함하는 배터리이다. 리튬 이온 배터리의 가열은 DE 27 33 948 A1에서 확인되지 않는다.
DE 698 04 378 T2 또는 EP 0 885 874 B1로부터는, 비대칭성 유기 카르본산 에스테르를 제조하고 알칼리 이온 배터리를 위한 무수성 유기 전해질을 제조하기 위한 방법이 공지되었다. 재충전 가능한 리튬 이온 셀들을 위한 전해질도 DE 698 04 378 T2 또는 EP 0 885 874 B1에 설명되어 있다.
DE 699 23 805 T2 또는 EP 0 954 045 B1은 전기 효율성이 개선된 RF 관통 접속구를 설명하고 있다. EP 0 954 045 B1로부터 공지된 관통 접속구들은 유리-금속 관통 접속구가 아니다. EP 0 954 045 B1에는 예컨대 패키지의 금속 벽부 내부에 직접 형성되는 유리-금속 관통 접속구는 바람직하지 못한 것으로 기재되어 있는데, 그 이유는 상기 유형의 RF 관통 접속구가 유리의 취성으로 인해 내구성이 없다는 것이었다.
DE 690 230 71 T2 또는 EP 0 412 655 B1은 배터리 또는 여타의 전기 화학 셀을 위한 유리-금속 관통 접속구를 설명하고 있으며, 여기서 유리로서는 약 45중량 퍼센트의 SiO2 함량을 함유하는 유리들이 이용되고, 금속으로서는 특히 몰리브데늄 및/또는 크롬 및/또는 니켈을 함유하는 합금들이 이용된다. 경금속의 이용은, DE 690 23 071 T2에, 이용되는 유리에 대한 용융 온도 또는 융합 온도와 마찬가지로 기재되어 있지 않다. 핀형 도체를 위한 재료들도, DE 690230 71 T2 또는 EP 0 412 655 B1에 따라, 몰리브데늄, 니오븀, 또는 탄탈륨을 함유하는 합금이다.
US 7,687,200으로부터는, 리튬 이온 배터리를 위한 유리-금속 관통 접속구가 공지되었다. US 7,687,200에 따라서 하우징은 특수강으로 제조되었고 핀형 도체는 백금/이리듐으로 제조되었다. 유리 재료로서 US 7,687,200에는 유리 TA23과 CABAL-12가 명시되어 있다. US 5,015,530에 따라, 상기 유리는 1025℃ 또는 800℃의 용융 온도를 갖는 CaO-MgO-Al2O3-B2O3 계이다. 또한, US 5,015,530으로부터는, 리튬 배터리용 유리-금속 관통 접속구를 위한 유리 조성물들이 공지되었으며, 이들 유리 조성물은 CaO, Al2O3, B2O3, SrO 및 BaO를 함유하고, 그 용융 온도는 650℃ ~ 750℃의 범위이며, 그에 따라 경금속과 함께 이용하기에는 그 온도가 너무 높다. 그 밖에도, 수많은 적용 분야에서 바륨은 바람직하지 못한데, 그 이유는 바륨은 환경에 유해하고 건강에 해로운 것으로서 고려되기 때문이다. 마찬가지로 스트론튬도 논의되고 있지만, 향후에 스트론튬의 사용도 마찬가지로 배제해야 한다.
또한, US 7,687,200에 따르는 유리 조성물들은 20℃ 내지 350℃의 온도 범위에서 α
Figure 112013076263620-pct00001
9·10-6/K만의 팽창 계수(α)를 나타낸다.
그에 따라 본 발명의 과제는 종래 기술의 문제를 방지하는 관통 접속구를 명시하는 것에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료를 이용하는, 하우징, 특히 배터리 하우징의 하우징 부재를 통과하는 도체의 관통 접속구를 위한 관통 접속구 구성부로서, 실질적으로 핀형인 도체와 두부를 포함하는 상기 관통 접속구 구성부가 제공되며, 두부의 치수는 실질적으로 핀형인 도체의 치수보다 더 큰 것을 통해 해결된다. 이 경우, 실질적으로 원형 횡단면을 갖는 도체의 경우, 두부의 치수는 핀형 도체의 지름보다 더 크다. 이는, 두부의 상단 표면이 두부가 연결되는 핀형 도체의 상단 표면보다 더 크다는 것을 의미한다. 또한, 두부는 전극 연결 구성부와 연결될 수 있는 방식으로 형성될 수 있다. 전극 연결 구성부는 특히 캐소드를 위한 구리 또는 애노드를 위한 알루미늄으로 구성되는 구성부이다. 두부와 전극 연결 구성부의 결합은 기계적으로 안정되고 특히 분리할 수 없는 전기 연결부로 이루어진다. 상기와 같이 기계적으로 안정되고 분리할 수 없는 전기 연결부는, 두부와 전극 연결부가 용접, 특히 레이저 용접, 저항 용접, 전자 빔 용접, 마찰 용접, 초음파 용접, 접합, 접착, 납땜, 코킹(caulking), 수축, 압입, 클램핑(clamping), 및 압착을 통해 바람직하게는 재료 결합 방식으로 결합됨으로써 제공된다. 관통 접속구 구성부로 향하는 전극 연결 구성부와 두부의 결합은, 바람직하게는 두부와 핀형 도체가 배터리 셀의 하우징 내에 삽입되거나 유리 밀봉된 후에 이루어진다. 자명한 사실로서, 하우징 개구부 내로 삽입하거나 유리 밀봉하기 전에, 전극 연결 구성부와 관통 접속구 구성부를 결합할 수도 있지만, 처음에 말한 가능성이 바람직한 방법이다.
본 발명에 따르는 관통 접속구 구성부를 통해, 배터리 셀들을 위한 하우징 내에서 이용 시 작은 내부 장착 공간만을 필요로 하는 관통 접속구 구성부가 제공된다. 본 발명에 따르는 관통 접속구 구성부의 두부는 전극 연결 구성부를 연결하기 위한 매우 큰 지지면을 포함한다. 이를 통해, 연결 영역에서 높은 안정성이 달성된다. 특히, 핀형 도체들에 전극 연결 구성부들을 직접 결합하는 것에 비해, 훨씬 더 높은 휨 강도가 달성된다. 두부를 통한 전극 연결 구성부들의 결합 시 추가 장점은, 핀에 대한 직접적인 결합에 비해, 배터리 셀에서부터 배터리 셀의 하우징을 통과하는 관통 접속구까지 스트립 도체 내 횡단면 면적의 수축 또는 심한 변화가 방지된다는 점에서 확인된다. 횡단면 수축은, 자동차에서 에너지 캐리어로서의 리튬 이온 축전지들의 경우 발생할 수 있는 것과 같이 특히 20A에서 500A까지로 전류가 높을 때, 배터리 셀들 내에서 문제를 야기할 수 있는 높은 손실 열을 초래한다. 상기 유형의 손실 열은 관통 접속구 구성부의 두부를 통해 방지될 수 있다. 또한, 전극 연결 구성부와 별도로 관통 접속구 구성부를 제조할 수 있으며, 이는 전극 연결 구성부와 관통 접속구 구성부의 최적화된 독립된 제조를 가능하게 한다. 독립적으로 제조되는 전극 연결부와 독립적으로 제조된 관통 접속구 구성부는 각각의 제조에 이어서 비로소 서로 결합되며, 바람직하게는 관통 접속구 구성부가 하우징 부재 내 개구부 내로 삽입되거나 유리 밀봉된 후에 서로 결합된다. 전극 연결 구성부들과 관통 접속구 구성부들의 독립된 제조와 그에 이은 결합의 추가 장점은, 재료 선택이 여러 가지 구성부에 대해 고유의 방식으로 특히 각각의 제조 기술을 고려하여서도 실시될 수 있다는 점에 있다.
또한, 본 발명에 따르는 기술의 경우, 현재 이용되고 있는 전극 연결 구성부들에서 통상적인 것과 같은, 배터리들의 내부 챔버 내 추가 절연체들도 방지된다.
본 발명의 바람직한 개선 실시예에 따라서, 두부는 센터링부로서, 특히 실질적으로 핀형인 도체의 연장부이면서 두부 위쪽으로 돌출되는 상기 연장부의 형태로 형성된다. 관통 접속구 구성부의 두부 위쪽으로 돌출되는 연장부 또는 스터드(stud)는 실질적으로 전극 연결부를 센터링하고, 그리고/또는 두부와 연결되는 전극 연결부의 회전을 방지하기 위해 이용된다. 또한, 두부를 포함하는 관통 접속구 구성부는, 도체 횡단면이 관통 접속구에서부터 전극 연결 구성부의 전극 단자들까지에 이르는 모든 전류 경로에 걸쳐 실질적으로 동일하게 유지되는 방식으로 형성된다. 이를 통해, 도체 수축에서의 경우처럼 모든 라인 경로에 걸쳐 손실 열이 발생하지 않는 점이 보장된다. 관통 접속구 구성부와 연결되는 전극 연결 구성부는 바람직하게는 마찬가지로, 두께가 실질적으로 두께에 대해 수직인 구성부의 치수에 반해서 얇은 편편한 구성부이다. 예컨대, 구성부의 두께는 0.5㎜ 내지 5㎜이다. 이 경우, 예컨대 편편하고 실질적으로 원형인 구성부의 경우 두께에 대해 수직인 구성부의 치수는 5㎜ 내지 30㎜이다.
단일의 재료, 예컨대 캐소드를 위한 구리 또는 애노드를 위한 알루미늄으로 구성되지 않는 전극 연결부들도 이용할 수 있도록 하기 위해, 또 다른 재료들로 이루어진 전극 연결 구성부들을 제공하고 이어서 표면 처리를 실행할 수도 있다. 예컨대 표면 처리에서 전극 연결 구성부의 표면이 코팅될 수 있다. 따라서, 예컨대 전극 연결 구성부는 Cu, Al, Ni, Au, Pd, Zn, Ag, Au로 코팅할 수 있다. 또한, 또 다른 재료들도, 특히 예컨대 알루미늄 합금들, 구리 합금들, 은 합금들 또는 금 합금들과 같은 합금들도 가능하다.
관통 접속구 구성부와 전극 구성부의 확실한 결합은, 용접, 납땜, 압입, 코킹, 권축(crimping), 수축, 클램핑 또는 압착을 통해 달성된다. 특히 바람직하게는, 용접, 특히 레이저 용접, 저항 용접, 초음파 용접, 마찰 용접 또는 전자 빔 용접을 이용하여 결합부를 형성할 수 있다.
핀형 도체를 위한 재료로서는, 특히 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 이용된다. 그 밖에도, NiFe, 구리 코어, 다시 말해 구리 코어를 포함한 NiFe 피복 및 코발트-철 합금, 알루미늄 합금, 마그네슘 또는 마그네슘 합금 및 은, 은 합금, 금 또는 금 합금과 같은 또 다른 재료들도 핀형 도체를 위해 이용할 수 있다.
하우징 내에 장착 시 전극 연결 구성부의 휨 변형과 그로 인한 단락을 방지하기 위해, 전극 연결 구성부에 보강 프로파일을 구비할 수 있다.
두부의 치수, 즉 면적은, 본 발명의 제 1 실시예에 따라서, 삽입된 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료를 이용하여 하나 이상의 관통 개구부, 예컨대 배터리 하우징의 하우징 부재의 관통 개구부를 덮도록 선택된다. 또한, 선택에 따라서, 전극 연결 구성부들에 대해 다수의 결합 가능성을 제공하기 위해, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료 위쪽으로 돌출된 두상부(head shape)도 제공될 수 있다. 두상부들과 전극 연결 구성부들의 결합은 용접, 특히 레이저 용접, 저항 용접, 전자 빔 용접, 초음파 용접, 마찰 용접, 접합, 접착, 납땜, 코킹, 권축, 수축, 압입, 클램핑 또는 압착을 통해 이루어진다.
관통 접속구 구성부 외에도, 본 발명에는 상기 유형의 관통 접속구 구성부를 제조하기 위한 제조 방법도 명시된다. 상기 제조 방법의 경우, 우선 실질적으로 핀형인 도체와 상단 구성부(top component)를 포함하는 관통 접속구 구성부가 제공된다. 이 과정과 독립된 제조 공정에서 전극 연결 구성부가 제공되며, 그리고 관통 접속구 구성부와 전극 연결 구성부의 분리된 제조 후에, 전극 연결 구성부는 특히 상단 구성부의 영역에서 기계적으로 안정되고 분리할 수 없으면서 전기 전도성이 우수한 방식으로 관통 접속구 구성부와 결합된다. 상기 유형의 결합은 예컨대, 용접, 특히 레이저 용접, 저항 용접, 전자 빔 용접 또는 납땜, 그 밖에도 코킹, 권축, 수축, 압입, 클램핑 및 압착을 통해 실행될 수 있다.
전도성이 우수한 경우는, 예컨대 상단 구성부를 포함한 핀형 도체와 이 도체와 연결된 전극 연결 구성부로 이루어진 전체 구성부의 전도도가 10·106S/m보다 높을 때, 특히 15·106S/m보다 높을 때, 매우 바람직하게는 25·106S/m보다 높을 때, 또는 10·106S/m 내지 50·106S/m의 범위에 속할 때이다.
관통 접속구 구성부와 전극 연결 구성부의 최대한 최적의 결합을 형성하기 위해, 상기 유형의 결합을 위해 필요한 특정한 표면 처리, 예컨대 금속을 이용한 코팅을 실행할 수 있다. 예컨대, 전기 연결 구성부의 재료가 구리나 알루미늄이 아니라면, Cu, Al을 이용한 코팅을 실행할 수 있다. 관통 접속구 구성부의 도체 재료 또는 핀 재료 또는 전체 관통 접속구 구성부의 재료도 바람직하게는 마찬가지로, 구리, 알루미늄일 수 있고, 그 밖에도 구리 코어, 다시 말해 구리 코어를 포함한 NiFe 피복, 또는 CF25, 다시 말해 코발트-철 합금, 은, 은 합금, 금 또는 금 합금일 수 있다.
특히 바람직하게는, 관통 접속구 구성부 및 전극 연결 구성부의 재료는 동일한 재료, 예컨대 구리 또는 알루미늄을 포함한다. 이 경우, 캐소드를 위해 구리가 이용되고 애노드를 위해서는 알루미늄이 이용된다. 알루미늄 또는 구리 합금들도 생각해볼 수 있다.
도체를 위한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로서는 바람직하게는 하기 재료들이 이용된다.
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.
도체를 위한 구리 또는 구리 합금으로서는 하기 재료들이 이용된다.
Cu-PHC 2.0070
Cu-OF 2.0070,
Cu-ETP 2.0065,
Cu-HCP 2.0070,
Cu-DHP 2.0090.
관통 접속구 구성부와 전극 연결 구성부의 최대한 재현 가능한 결합은 예컨대, 전극 연결 구성부에 센터링 가능성, 예컨대 센터링 개구부 또는 회전 방지부가 구비되고 관통 접속구 구성부의 두부에는 예컨대 전극 연결 구성부의 센터링 개구부 내로 삽입 고정되는 연장부 또는 스터드가 구비되는 것을 통해 달성된다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라, 본체 내에서 유리 재료 및/또는 유리 세라믹 재료에 매입된 관통 접속구 구성부의 유리 밀봉이 이루어지며, 이어서 상기 본체가 하우징 구성부의 개구부 내로 삽입되고, 관통 접속구 구성부의 삽입 후에 전극 연결 구성부와 결합된다. 바람직하게는, 본체는 환형으로 이 본체에 의해 수용되는 핀의 각각의 형태에 따라 원형 개구부를 구비하지만, 그 밖에도 타원형 개구부도 구비한다. 특히 바람직하게는, 본체는 경금속, 예컨대 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘 또는 마그네슘 합금, 티타늄 또는 티타늄 합금으로 구성된다. 그 밖에도, 본체는 특수강, 강, 스테인리스강 또는 공구강도 포함할 수 있다.
대체되는 방식으로, 관통 접속구 구성부는 하우징 부재, 특히 배터리 하우징의 하우징 부재의 개구부 내로 직접 유리 밀봉될 수 있고, 이어서 전극 연결부와 결합될 수 있다. 하우징 부재, 예컨대 덮개 부재 내 직접적인 유리 밀봉 대신에 본체 내에서의 유리 밀봉을 이용한 실시예는 다수의 장점을 갖는다. 내부적으로 핀형 도체 재료가 유리 밀봉되는 추가의 본체를 이용하여 하우징 부재를 통과하는 관통 접속구를 형성할 경우, 관통 접속구를 사전 제조할 수 있으며, 다시 말하면 본체 내로 핀 재료를 유리 밀봉하고 이어서 하우징 부재, 특히 배터리 셀 내에 장착할 수 있다. 그 다음, 본체는, 관통 접속구의 각각의 제조 기술 및 형태뿐 아니라 하우징 부재의 제조 기술 및 형태에 대해 최적화되는 방식으로 마련할 수 있다. 특히 사전 제조를 통해, 하우징 부재 내에 직접 유리 밀봉하는 경우보다 훨씬 더 작은 가열 장치들을 이용할 수 있는데, 그 이유는 전체의 하우징 부재가 예컨대 노(furnace) 내에서 가열되어야 하는 것이 아니라, 훨씬 더 작은 치수를 갖는 본체만이 가열되기만 하면 되기 때문이다. 또한, 본체 또는 실질적으로 핀형인 도체로 이루어진 관통 접속구의 사전 제조가 가능한 상기 유형의 구성은, 예컨대 1단계 공정으로, 예컨대 하우징 부재의 저온 가공 경화 가능성을 활용하면서, 하우징 부재의 개구부 내로 관통 접속구의 경제적인 삽입을 가능하게 한다. 이는 구체적으로, 우선 하우징 부재 내에, 예컨대 덮개 내에 개구부가 예컨대 천공 공정을 통해 구성되는 것을 의미한다. 하우징은 저온 가공 경화되는데, 그 이유는 하우징이 가열되지 않기 때문이다. 이와 반대로, 본체는 연질인데, 그 이유는 본체가 핀형 도체의 유리 밀봉 시 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료와 함께 가열되기 때문이다. 이와 같은 유형 및 방식으로, 특히 관통 접속구의 영역에서 안정된 구조의 배터리 셀 하우징을 제조할 수 있는데, 그 이유는, 예컨대 하우징 부재 내 직접적인 유리 밀봉과는 반대로, 하우징 부재, 특히 덮개 부재의 저온 가공 경화의 손실이 발생하지 않기 때문이다. 추가 장점은, 하우징 부재의 재료 두께가 내부적으로 유리 밀봉이 이루어지는 본체에 비해 분명히 더 얇게 선택될 수 있다는 점이다. 예컨대, 하우징 부재의 재료 두께는 1.5㎜ 및 그 미만일 수 있으며, 그와 반대로 본체는 강도를 이유로 2.0㎜, 특히 3.0㎜ 및 그 이상의 두께를 보유한다. 하우징 또는 하우징 부재의 재료 두께는 바람직하게는 1㎜와 3㎜ 사이, 바람직하게는 1.5㎜와 3㎜ 사이이다. 본체의 두께는 2㎜와 6㎜ 사이, 바람직하게는 2.5㎜와 5㎜ 사이이다. 이 경우, 본체의 두께는 항상 하우징 또는 하우징 부재의 재료 두께, 특히 내부로 관통 접속구가 삽입되는 배터리 덮개의 재료 두께에 적합하게 선택된다. 그와 반대로, 직접적인 유리 밀봉의 경우, 불필요하게 두꺼운 재료 두께가 요구될 수도 있다. 하우징 구성부의 재료는 바람직하게는 금속, 예컨대 특수강, 강, 보통 강 또는 공구강이며, 특히 예컨대 알루미늄, AlSiC, 알루미늄 합금, 마그네슘 또는 마그네슘 합금과 같은 경금속이다. 배터리 하우징뿐 아니라 본체를 위해서도 Ti6246 및/또는 Ti6242와 같은 티타늄 및/또는 티타늄 합금들이 이용될 수 있다. 티타늄은 피부 및 인체 친화성 재료이며, 그럼으로써 티타늄은 의료 적용 분야를 위해, 특히 보철학에서 이용된다. 마찬가지로, 티타늄은, 특별한 강도, 내구성 및 적은 중량으로 인해, 특별한 적용 분야에서, 예컨대 속도 경기에서, 그 밖에도 항공 및 우주 비행 적용 분야를 위해서도 즐겨 이용된다.
본체 및/또는 하우징을 위한 보통 강으로서, 특히 St35, St37 또는 St38이 이용될 수 있다. 특히 바람직한 특수강은 예컨대 X1CrMoS17, X5CrNi1810, XCrNiS189, X2CrNi1911, X12CrNi177, X5CrNiMo17-12-2, X6CrNiMoTi17-12-2, X6CrNiTi1810 및 X15CrNiSi25-20, X10C4Ni1808, X2CrNiMo17-12-2, X6CrNiMoTi17-12-2이며, 특히 유럽 표준(EN)에 준하는 재료 번호(WNr.) 1.4301, 1.4302, 1.4303, 1.4304, 1.4305, 1.4306 및 1.4307을 특수강이다. 상기 특수강들은 특히 레이저 용접 또는 저항 용접 시 우수한 용접성뿐 아니라 우수한 딥드로잉 가공성을 특징으로 한다.
재료로서는 예컨대 적합한 팽창 계수를 보유하면서 선삭을 통해 가공될 수 있는 재료 번호(WNr.) 1.0718을 갖는 쾌삭강(free-cutting steel), 또는 예컨대 천공을 통해 가공될 수 있는 재료 번호(WNr.) 1.0338을 갖는 구조강도 하우징 및/또는 본체를 위해 이용할 수 있다.
관통 접속구 구성부 및 이 관통구 접속구 구성부의 제조 방법 외에도, 본 발명은, 바람직하게는 리튬 이온 배터리 또는 리튬 이온 배터리의 배터리 셀을 위한 하우징, 특히 배터리 하우징에 있어서, 실질적으로 핀형인 도체와 두부를 구비한 관통 접속구 구성부를 포함하는 상기 하우징도 제공한다. 관통 접속구 구성부는 하우징, 특히 배터리 하우징 또는 배터리 셀 하우징의 하나 이상의 개구부 내에서 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료에 매입되어 유리 밀봉된다. 적합한 유리들에 대해서는, 일반적으로, 유리는 충분한 절연성, 인장 및 압력에 대한 충분한 기계적 강도, 높은 회전 및 휨 모멘트, 높은 내온성 및 화학적 내구성을 보유해야 하는 요건이 설정된다.
관통 접속구 구성부 외에, 특히 본 발명에 따르는 관통 접속구 구성부를 구비한 배터리 셀 하우징을 포함하는 전기 저장 장치, 특히 배터리, 바람직하게는 배터리 셀도 제공된다. 배터리 셀 하우징은 바람직하게는 본체와 동일한 재료, 특히 경금속으로 구성된다. 바람직하게는, 배터리는 리튬 이온 배터리이다. 리튬 이온 배터리는 바람직하게는 카보네이트를 기반으로 하는 무수성 전해질, 바람직하게는 카보네이트 혼합물을 포함한다. 카보네이트 혼합물은 전도염, 예컨대 LiPF6을 함유한 디메틸 카보네이트의 혼합물에 에틸렌 카보네이트를 함유할 수 있다.
또한, 배터리 하우징 또는 배터리 셀 하우징의 일부분의 개구부 내에서 직접적으로 이루어지는 유리 밀봉에 대체되는 방식으로, 우선 본체 내에 관통 접속구 구성부를 유리 밀봉하고 그 다음 하우징 구성부 내 개구부 내로 상기 본체를 삽입할 수도 있다. 본체는 특히 알루미늄으로 이루어지는 바람직하게는 환형 본체이다. 본체와 함께, 특히 핀형 도체의 영역에서 관통 접속구 구성부를 용융하는 점은, 우선 본체와 함께 핀형 도체의 유리 밀봉이 실행될 수 있고, 이어서 관통 접속구 구성부가 본체와 함께, 예컨대 1단계 공정으로, 예컨대 하우징 부재의 저온 가공 경화를 활용하는 조건에서, 하우징 부재의 개구부 내로 삽입된다는 장점을 제공한다. 이는 구체적으로, 우선 하우징 부재 내에, 예컨대 덮개 내에 개구부가 예컨대 천공 공정을 통해 구성되는 방법을 의미한다. 하우징은 가열되지 않기 때문에 저온 가공 경화된다. 이와 반대로, 본체는 연질인데, 그 이유는 본체가 핀형 도체의 유리 밀봉 시 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료와 함께 가열되기 때문이다. 이와 같은 유형 및 방식으로, 특히 관통 접속구의 영역에서 안정된 구조의 배터리 하우징 또는 배터리 셀 하우징을 제조할 수 있다. 추가 장점은, 본체 및 하우징 부재 또는 하우징 구성부를 위한 재료들이 재료 품질과 합금 선택과 관련하여, 서로 상이하게 선택될 수 있다는 점이다. 관통 접속구는, 용접, 납땜, 압입 끼워 맞춤, 압착(clinching) 또는 수축을 통해, 하우징 부재 내 본체와 밀봉 기밀한 방식으로 결합될 수 있다. 예컨대 용접을 통해 하우징 구성부와 관통 접속구를 결합할 때에는, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료의 손상을 방지하기 위해, 온도 공급이 최대한 낮게 유지되도록 유념해야 한다. 밀봉 기밀한 방식은, 본 출원에서, 헬륨 누출률이 1·10-8mbar l/sec. 미만인 것을 의미한다. 다단계 공정으로 관통 접속구를 위한 플라스틱 실링이 제공되어야 했던 종래 기술에 비해서, 하우징 부재와 본 발명에 따르는 관통 접속구 구성부의 밀봉 기밀식 결합은 단일의 간단한 공정 단계로 형성될 수 있다.
또한, 본체의 선택은, 테두리 디자인뿐 아니라 재료 경도와 관련하고, 특히 하우징을 밀폐하기 위한 방법과도 관련하여, 하우징 부재의 재료를 고려하여 실시할 수 있다. 배터리 셀의 하우징이 예컨대 알루미늄으로 구성된다면, 본체를 위한 재료로서 마찬가지로 알루미늄을 선택할 수 있다.
또한, 관통 접속구들에 추가로, 배터리 셀의 하우징의 하우징 부재 내에 또 다른 기능들, 예컨대 안전 밸브 및/또는 배터리 충전 구멍도 구성할 수 있다.
특히 바람직하게는, 본 발명의 제1 실시예에 따라, 도체, 특히 실질적으로 핀형인 도체는 재료로서 금속, 특히 경금속, 특히 알루미늄, AlSiC, 알루미늄 합금들, 마그네슘, 마그네슘 합금들, 구리, 구리 합금들, 은, 금, 은 합금 또는 금 합금을 포함한다. 핀형 도체를 위해서는, 핀형 도체가 전기 화학 셀 또는 배터리 셀의 캐소드에 연결된다면 특히 구리(Cu) 또는 구리 합금이 이용되며, 핀형 도체가 애노드에 연결된다면 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금이 이용된다. 핀형 도체를 위한 또 다른 재료들은 CuSiC, AlSiC, NiFe, 구리 코어, 다시 말하면 구리 코어를 포함한 NiFe 피복, 은, 은 합금, 금, 금 합금 및 코발트-철 합금일 수 있다.
본체를 위한 재료들은 바람직하게는 마찬가지로 강, 스테인리스강, 특수강, 바람직하게는 경금속, 특히 티타늄, 티타늄 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금들, 마그네슘 또는 마그네슘 합금들이지만, 이들 재료로만 국한되지 않는다.
본 출원에서, 경금속은, 5.0㎏/d㎥ 미만의 비중량을 보유하는 금속을 의미한다. 특히 경금속의 비중량은 1.0㎏/d㎥ 내지 3.0㎏/d㎥의 범위이다.
그 외에, 경금속이 도체, 예컨대 핀형 도체, 또는 전극 연결 구성부를 위한 재료로서 이용된다면, 경금속은 추가로 5·106S/m 내지 50·106S/m 범위의 전기 비전도도(electric specific conductivity)를 특징으로 한다. 그 외에, 압축 유리 관통 접속구에서 이용할 경우, 20℃ 내지 300℃ 범위에 대한 팽창 계수(α)는 18·10-6/K 내지 30·10-6/K의 범위이다.
일반적으로 경금속의 용융 온도는 350℃ 내지 800℃의 범위이다.
본 출원에서, 관통 접속구 구성부는, 하우징을 통과하는 도체의 전기 관통 접속구의 부분인 구성부이다. 관통 접속구 구성부는 도체와 두부를 포함할 수 있다. 특별한 실시예에 따라, 관통 접속구는 관통 접속구 구성부 외에도 추가로 본체를 포함하며, 이 본체 내에는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료에 매입된 적어도 관통 접속구 구성부의 핀형 도체가 유리 밀봉된다. 유리 밀봉된 관통 접속구 구성부를 포함하는 본체는 전체로서 배터리 셀의 하우징 부재 내 개구부 내로 삽입될 수 있고, 그 다음 관통 개구부를 나타낸다. 대체되는 방식으로, 관통 접속구 구성부는 하우징 부재의 개구부 내에 직접적으로 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료에 매입되어 유리 밀봉될 수 있다. 이 경우는, 관통 접속구 구성부와 둘러싸는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료가 관통 접속구를 나타낸다.
바람직하게는 본체는, 환형 본체로서, 바람직하게는 원형 형태로, 그 밖에도 타원형 형태로 형성된다. 타원형 형태는 특히, 하우징 부재가, 특히 자체의 개구부(들) 내로 관통 접속구 구성부 자체, 및/또는 관통 접속구 구성부 및 본체로 구성되는 관통 접속구가 삽입되어 있는 배터리 덮개가 길이가 긴 협폭의 형태를 보유하고, 핀형 도체가 개구부 내에서 하우징 부재를 통해 안내되게끔 하는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료가 본체와 핀형 도체 사이, 또는 하우징 부재 또는 하우징 구성부와 본체와 핀형 도체 사이에 완전하게 삽입될 때 바람직하다. 본체를 포함하는 실시예는, 실질적으로 핀형인 도체와 실질적으로 환형인 본체를 포함하는 관통 접속구 구성부로 구성되는 관통 접속구를 사전 제조하는 것을 허용한다.
바람직하게는, 실질적으로 핀형인 도체의 유리 밀봉을 위한 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료로서는, 하우징 부재 또는 본체 및/또는 실질적으로 핀형인 도체의 용융 온도보다 더 낮은 용융 온도를 보유하는 재료들이 선택된다. 특히 바람직하게는, 여기서 낮은 용융 온도를 갖는 유리 또는 유리 세라믹 관통 접속구들은 바람직하게는 하기 성분들을 함유하는 조성물이다.
P2O5 35 ~ 50몰 퍼센트, 특히 39 ~ 48몰 퍼센트,
Al2O3 0 ~ 14몰 퍼센트, 특히 2 ~ 12몰 퍼센트,
B2O3 2 ~ 10몰 퍼센트, 특히 4 ~ 8몰 퍼센트,
Na2O 0 ~ 30몰 퍼센트, 특히 0 ~ 20몰 퍼센트,
M2O 0 ~ 20몰 퍼센트, 특히 12 ~ 19몰 퍼센트(여기서 M = K, Cs, Rb일 수 있다.),
PbO 0 ~ 10몰 퍼센트, 특히 0 ~ 9몰 퍼센트,
Li2O 0 ~ 45몰 퍼센트, 특히 0 ~ 40몰 퍼센트, 매우 바람직하게는 17 ~ 40몰 퍼센트,
BaO 0 ~ 20몰 퍼센트, 특히 0 ~ 20몰 퍼센트, 매우 바람직하게는 5 ~ 20몰 퍼센트,
Bi2O3 0 ~ 10몰 퍼센트, 특히 1 ~ 5몰 퍼센트, 매우 바람직하게는 2 ~ 5몰 퍼센트.
특히 바람직한 경우는 하기 성분들을 함유하는 조성물이다.
P2O5 38 ~ 50몰 퍼센트, 특히 39 ~ 48몰 퍼센트,
Al2O3 3 ~ 14몰 퍼센트, 특히 4 ~ 12몰 퍼센트,
B2O3 4 ~ 10몰 퍼센트, 특히 4 ~ 8몰 퍼센트,
Na2O 10 ~ 30몰 퍼센트, 특히 14 ~ 20몰 퍼센트,
K2O 10 ~ 20몰 퍼센트, 특히 12 ~ 19몰 퍼센트,
PbO 0 ~ 10몰 퍼센트, 특히 0 ~ 9몰 퍼센트.
앞서 명시된 유리 조성물들은, 낮은 용융 온도 및 낮은 Tg을 특징으로 할 뿐 아니라, 상기 유리 조성물들이 배터리 전해질에 대해 충분히 높은 내구성을 보유하고 이런 점에 있어서 요구되는 장시간 내구성을 보장하는 점도 특징으로 한다.
바람직한 것으로서 명시된 유리 재료는, 공지된 알칼리-인산염 유리보다 분명히 더 낮은 총 알칼리 함량을 함유하는 안정된 인산염 유리이다.
인산염 유리들의 대개 높은 결정화 안정성을 통해, 유리들의 용융은 대개 600℃ 미만의 온도(< 600℃)에서도 방해받지 않는 점이 보장된다. 이는, 명시된 유리 조성물들이 유리 솔더(glass solder)로서 이용될 수 있는 것을 가능하게 하는데, 그 이유는 유리 조성물들의 용융이 대개 600℃ 미만의 온도(< 600℃)에서도 방해받지 않기 때문이다.
앞서 언급한 유리 조성물들은 유리 구조 내에 내포되는 Li를 함유한다. 이를 통해, 유리 조성물들은, 특히 에틸렌 카보네이트 및 디메틸 카보네이트로 이루어진 1:1 혼합물을 함유하는 예컨대 1M의 LiPF6 용액의 Li 기반 전해질을 포함하는 리튬 이온 저장 장치를 위해 적합하다.
특히 바람직한 경우는 저나트륨 또는 무나트륨 유리 조성물들인데, 그 이유는 알칼리 이온들의 확산이 Na+ > K+ > Cs+의 순서로 이루어지고 그에 따라 저나트륨 또는 무나트륨 유리들은 특히 전해질에 대해, 특히 리튬 이온 저장 장치에서 이용되는 것과 같은 전해질에 대해 내구성이 있기 때문이다.
배터리 전해질에 대한 조성물의 내구성은, 유리 조성물이 d50 = 10㎛의 결정 입자를 갖는 유리 분말 형태로 분쇄되고 전해질 내에서 사전 결정된 시간 동안 예컨대 1주일 동안 보관되도록 하는 것을 통해 검사할 수 있다. d50은, 유리 분말의 모든 입자 또는 결정 입자 중 50%가 10㎛의 지름보다 더 작거나 그와 동일한 것을 의미한다. 무수성 전해질로서는 예컨대 전도염으로서 1M의 LiPF6을 함유하고 1:1 비율로 에틸렌 카보네이트와 디메틸 카보네이트로 이루어진 카보네이트 혼합물이 이용된다. 유리 분말을 전해질에 노출한 후에, 유리 분말을 여과하고, 전해질에서 유리로부터 침출된 유리 성분에 대해 분석할 수 있다. 여기서 확인된 점에 따르면, 인산염 유리들의 경우, 앞서 설명한 조성 범위에서 놀랍게도 상기 유형의 침출량은 20질량 퍼센트 미만의 적은 정도로만 존재하며, 특별한 경우에는 5질량 퍼센트 미만의 침출량도 달성될 수 있다. 또한, 상기 유형의 유리 조성물들은 20℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 14·10-6/K를 초과하는, 특히 15·10-6/K와 25·10-6/K 사이의 열 팽창(α)을 나타낸다. 특히 앞서 명시된 유리 조성물의 추가 장점은, 특히 금속 핀 형태의 도체의 금속 또는 둘러싸는 경금속과 함께 유리의 용융이 보호 가스 분위기가 아닌 가스 분위기 조건에서도 가능하다는 점에서 확인된다. 진공도 Al 용융을 위해 지금까지의 방법에 비해 필요하지 않다. 오히려 상기 유형의 용융은 공기 조건에서도 실시할 수 있다. 2가지 유형의 용융을 위해, 보호 가스로서는 N2 또는 Ar을 이용할 수 있다. 용융하기 위한 전처리로서, 금속은, 목표한 바대로 산화되거나 코팅되어야 할 때, 세척되고, 그리고/또는 에칭된다. 공정 동안 0.1 내지 30K/min의 가열 속도 및 1 내지 60min의 유지 시간 조건에서 300℃와 600℃ 사이의 온도가 이용된다.
용융 온도는 예컨대 대응하는 공개 내용이 전체 범위에서 본 출원에 함께 수용되는 R. Goerke, K.-J. Leers: Keram. Z. 48(1996) 300-305, 또는 DIN 51730, ISO 540 또는 CEN/TS 15404 및 15370-1에 설명되는 것과 같은 반구 온도(hemisphere temperature)를 통해 결정될 수 있다. 반구 온도의 측정은 DE 10 2009 011 182 A1에 상세하게 설명되어 있으며, 이 독일 공보의 공개 내용도 전체 범위에서 본 출원에 함께 수용된다. DE 10 2009 011 182 A1에 따라서, 반구 온도는 고온 현미경을 이용한 현미경법으로 측정될 수 있다. 상기 반구 온도는, 원래 원통형인 시험편이 반구형 덩어리로 용융되는 그런 온도를 특징짓는다. 반구 온도에는, 대응하는 전문 문헌에서 발췌할 수 있는 것처럼, 대략 log η = 4.6dPas의 점도(viscosity)가 할당된다. 무결정화 유리가 예컨대 유리 분말의 형태로 용융되고 다시 냉각됨으로써, 응고된다면, 보통, 유리는 동일한 용융 온도에서 다시 용융될 수 있다. 이는, 무결정화 유리와의 이음 결합부의 경우, 이음 결합부가 지속적으로 노출될 수 있는 작동 온도가 용융 온도보다 더 높지 않아야 하는 것을 의미한다. 본원에서 이용되는 것과 같은 유리 조성물들은 일반적으로 흔히 유리 분말로 제조되며, 유리 분말은 용융되어 열 작용 조건에서 결합될 구성부들과 함께 이음 결합부를 형성한다. 용융 온도는 대개 대략 유리의 이른바 반구 온도의 레벨에 상응한다. 낮은 용융 온도를 갖는 유리들은 유리 솔더로서도 지칭된다. 용융 온도 대신에, 상기의 경우, 솔더 온도 또는 납땜 온도가 논의 대상이 된다. 용융 온도 또는 솔더 온도는 반구 온도로부터 ±20K만큼 차이를 나타낸다.
특히 바람직하게는, 배터리 셀의 하우징 부재 또는 하우징 구성부는 외측면과 내측면을 포함하며, 관통 접속구 구성부, 또는 관통 접속구 구성부 및 본체를 포함하는 관통 접속구는, 특히 예컨대 플랜지 결합, 용접, 압입 끼워 맞춤, 납땜 또는 수축을 통해, 하우징 부재의 내측면 또는 외측면과 결합된다.
관통 접속구의 대체되는 실시예에 따라, 도체, 특히 두부를 포함하는 핀형 도체가 하우징, 특히 배터리 셀 하우징의 개구부 내로 유리 밀봉되며, 이는 더욱 정확하게 말하면 두부가 배터리 하우징의 외측면과 결합되는 방식으로 이루어진다. 외측면에 두부를 배치하는 점은, 특히 배터리 하우징의 벽이 얇은 경우, 보강 및 강도 증대를 제공한다. 배터리 하우징의 내측면에서는, 유리 밀봉 후 추가 공정 단계에서 장착 구성부(mounting component)가 실질적으로 핀형인 도체와 결합된다. 안정화를 위해, 장착 구성부와 배터리 하우징의 내측면 사이에 안정화를 위한 지지 디스크가 제공될 수 있다. 장착 구성부는 안쪽으로 돌출된 실질적으로 핀형인 도체와 예컨대 용접되거나 납땜될 수 있다. 장착 구성부는 배터리 셀의 전극들과의 연결을 위해 이용되며, 그 밖에도 배터리 셀들의 상호 간 접촉을 위해서도 이용될 수 있다.
배터리 하우징을 보강하는 추가 가능성은, 배터리 하우징의 외측면과 예컨대 용접을 통해 결합되는 외부 링을 제공하는 것에 있다. 이 경우, 배터리 하우징 또는 배터리 덮개의 외측면에 외부 링을 장착한 후에, 실질적으로 핀형인 도체가 유리 밀봉된다. 이와 같은 접근법은, 배터리 하우징 또는 덮개 내에 실질적으로 핀형인 도체를 용융 밀봉할 때, 누출이 방지된다는 장점을 제공한다. 대체되는 방식으로, 배터리 하우징은, 이 배터리 하우징의 두께가 유리 밀봉이 실행되는 영역에서 배터리 하우징의 재료가 예컨대 천공 공정 후에 변형되는 것을 통해 증가하는 일체형 부품일 수도 있다.
매우 바람직하게는, 배터리 하우징이 제공되는 배터리 셀은 리튬 이온 배터리의 배터리 셀이다. 바람직하게는, 배터리 셀의 하우징 구성부는 저용융성 경금속, 바람직하게는 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘 또는 마그네슘 합금, 티타늄 또는 티타늄 합금, 또는 강, 특수강, 특히 스테인리스강, 또는 AlSiC로 구성된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라서 본 발명에 따른 관통 접속구 구성부와 결합되는 전극 연결 구성부를 포함하는 상기 본 발명에 따른 관통 접속구 구성부의 제1 실시예를 도시한 도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따라서 전극 연결 구성부를 포함하는 관통 접속구 구성부를 도시한 도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본체를 포함하는 제 1 실시예에 따라서 전극 연결 구성부를 미포함한 관통 접속구 구성부를 도시한 도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에서 본체를 포함하고 전극 연결 구성부를 미포함한 관통 접속구 구성부를 도시한 도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제3 실시예에 따라서 연결 구성부를 미포함한 관통 접속구 구성부를 도시한 도이다.
도 6a 및 도 6b는, 전극 연결 구성부를 포함하고 두부를 미포함한 관통 접속구 구성부를 구비한 관통 접속구와 배터리 셀 하우징을 포함하는 배터리 셀을 도시한 도이다.
도 7a 및 도 7b는 전극 연결 구성부를 포함하는 본 발명에 따라서 두부를 포함한 관통 접속구 구성부를 구비하는 관통 접속구와 배터리 셀 하우징을 포함하는 배터리 셀을 도시한 도이다.
도 8a 내지 도 8d는 전극 연결 구성부를 포함하거나 미포함하고 외부 도체 링을 포함하거나 미포함한 관통 접속구 구성부를 도시한 도이다.
본 발명은 하기에서 실시예들과 도면에 따라 설명된다. 그러나 본 발명은 상기 실시예들과 도면으로만 제한되지 않는다.
도 1에는 관통 접속구 구성부(1)와 결합되는 전극 연결 구성부(10)를 포함하는 관통 접속구 구성부(1)의 제1 실시예가 도시되어 있다. 전극 연결 구성부(10)는 다시 전기 화학 셀 또는 배터리 셀의 캐소드 또는 애노드를 형성하는 전극(20)과 연결된다. 관통 접속구 구성부는 실질적으로 핀형인 도체(3)뿐 아니라 두부(5)를 포함한다. 관통 접속구 구성부의 두부(5)는 두께(D)와 실질적으로 두께(D)에 대해 수직인 치수(A1)를 보유한다. 도 1에서 알 수 있듯이, 구성부(5)의 두께(D)에 대해 수직인 치수(A1)가 훨씬 더 크며, 다시 말해 상단 구성부(5) 또는 두부(5)는 실질적으로 편편한 대상이다. 두부와 연결되는 실질적으로 핀형인 도체의 치수(A2)는 두부의 치수(A1)보다 더 작다. 바람직하게는, 치수(A2)는 실질적으로 원형으로 형성되는 핀형 도체(3)의 지름이다. 실질적으로 핀형인 도체의 치수(A2)보다 더 큰 치수(A1)를 바탕으로 두부(5)는 핀형 도체(3)를 넘어서 돌출된다. 두부(5)도 실질적으로 원형이라면, 본 발명에 따라서 두부(5)의 표면은 핀형 도체(3)의 표면보다 더 크다. 두부(5)는, 전극 연결 구성부(10)와 결합되어 기계적으로 안정되고 분리할 수 없는 결합부를 형성할 수 있는 방식으로 형성된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 전극 연결부는 보강 스탬핑(12)(stiffening stamping)을 구비하여 형성된다. 그와 반대로, 전극 연결부의 영역(14)은 두부에 안착된다. 영역(14)에서, 전극 연결 구성부는 기계적으로 안정되고 분리할 수 없으면서 전기 전도성이 우수한 방식으로 관통 접속구 구성부의 두부와 결합된다. 도 1에 도시된 실시예의 경우, 관통 접속구 구성부의 두부(5)와 전극 연결부(10)의 기계적으로 안정되고 분리할 수 없는 전기 전도성 결합은 레이저 용접, 플랜지 결합 또는 코킹을 통해 이루어진다. 관통 접속구 구성부의 두부(5)와 사전 결정된 방식으로 전극 연결부(10)를 결합하기 위해, 관통 접속구 구성부(1)는 두부와 실질적으로 핀형인 도체 외에도 두부(5) 위쪽으로 돌출된 연장부(30)를 포함하며, 이 연장부는 전극 연결 구성부(20)의 예컨대 센터링 개구부(32) 내로 삽입 고정되며, 그럼으로써 센터링 개구부(32)와 연장부(30)를 통해 전극 연결부를 위한 센터링 가능성이 존재하게 된다. 이를 위해, 연장부는 원형뿐 아니라 비원형 형태로도 형성될 수 있다. 센터링 가능성 외에도, 연장부의 구성은 회전 방지를 가능하게 한다. 이는, 연장부와 센터링 개구부가 원형이 아니라, 예컨대 타원형으로 형성될 때의 경우에 해당한다.
도 1로부터 알 수 있듯이, 전극 연결 구성부는 실질적으로 전극 연결부(20)의 폭에 상응하는 치수(A3)를 보유한다. 이와 같은 유형 및 방식으로, 배터리 셀에서부터 전극 단자들까지에 이르는 모든 전류 경로에 대해, 실질적으로 동일한 라인 횡단면이 보장되며, 그럼으로써 모든 라인 경로에서 손실 열은 발생하지 않게 된다.
전극 연결부(20)의 보강 스탬핑(12)은 하우징 부재 내로 관통 접속구의 삽입 시 휨 변형과 그에 따른 단락을 방지한다.
두부(5)와 전극 연결부(10)의 보다 나은 결합을 위해, 전극 연결부는 예컨대 구리나 알루미늄으로 이루어진 표면 코팅층을 포함할 수 있다. 예컨대 Ag, Ni, Au, Pd 및 Zn과 같은 또 다른 코팅 재료들도 가능할 수 있다. 은 또는 금 합금도 가능할 수 있다. 전극 자체는 임의의 재료, 특히 금속, 바람직하게는 예컨대 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금과 같은 경금속으로 구성될 수 있다.
특히 바람직하게는, 전극 연결 구성부(10)뿐 아니라 관통 접속구 구성부는 독립된 공정에서 제조된다. 이는 재료 선택 및 제조 방법에서 최적화된 공정 관리를 가능하게 한다. 그 다음, 차후에 비로소, 전극 연결 구성부와 관통 접속구 구성부의 두부 사이에 예컨대 레이저 용접, 초음파 용접, 접합, 마찰 용접, 코킹, 플랜지 결합, 저항 용접 또는 납땜을 통해 결합부가 형성된다.
도 1에서부터 알 수 있듯이, 전극 연결 구성부를 포함하는 도시된 관통 접속구 구성부는 배터리 셀 내에서 적은 내부 장착 공간만을 필요로 하는 매우 편편한 구조를 특징으로 한다. 이는 도 7a 및 도 7b에 상세하게 도시되어 있다. 배터리 내부 챔버 또는 배터리 셀 내부 챔버 내 절연 구성부들은 본 발명에 따르는 실시예로 달성될 수 있다.
도 2에는, 전극 연결부(110)가 개별 구성을 포함하고 예컨대 영역(140)에서 배터리의 전기 화학 셀로 향하는 개별 애노드 또는 캐소드 연결부를 제공하는, 본 발명의 일 실시예가 도시되어 있다. 개별 애노드 또는 캐소드 연결부(140)의 영역에서, 표면들(142.1, 142.2)은 선택에 따라, 예컨대 금속, 특히 Cu 또는 Al의 도포를 통해 처리될 수 있다. 일반적으로, 영역(140)이 전기 화학 셀의 캐소드에 연결된다면 Cu가 이용되고, 영역(140)이 애노드에 연결된다면 Al이 이용된다. 코팅되지 않은 전극 연결 구성부(110)를 위한 기본 재료로서는 알루미늄이나 전도성이 우수한 다른 재료들이 이용될 수 있다. 분명하게 확인되는 점에 따라서, 도 2에 따른 실시예의 경우 전극 연결 구성부(110)는 자체의 치수(A3)로 관통 접속구 구성부(100)의 두부(105)의 치수(A1)를 넘어서 돌출되어 있다. 도 2에 따르는 실시예에서, 도 1에서와 동일한 구성부들은 100만큼 증가된 도면 부호로 지시되어 있다. 관통 접속구 구성부(100)는 여기서도 실질적으로 핀형인 도체(103)뿐 아니라 두부(105)를 포함하며, 두부는 여기서도 두께(D)를 보유한다. 또한, 도 2에 따르는 실시예의 경우, 전극 연결 구성부 내에 실질적으로 원형인 센터링 보어(132)가 제공되고, 관통 접속구 구성부는 전극 연결부의 실질적으로 원형인 센터링 보어 내로 삽입 고정되는 연장부(130)를 포함한다. 전극 연결 구성부(110)에 대한 재료로서는 예컨대 구리나 알루미늄을 이용할 수 있다. 전도성이 우수한 또 다른 재료들도 가능하다. 구리 또는 알루미늄 재료들은 도체를 위해서도, 특히 실질적으로 핀형인 도체(103)뿐 아니라 두부(105) 및 연장부(130)를 위해서도 이용될 수 있다. 또 다른 가능한 재료들은 CuSiC, AlSiC, NiFe, 구리 코어, 다시 말해 구리 코어를 포함한 NiFe 피복, 알루미늄 합금들, 마그네슘, 마그네슘 합금들, 구리 합금들, 은, 은 합금, 금, 금 합금, 및 코발트-철 합금이다. 바람직하게는, 두부(105)는 실질적으로 원형 구성부이며, 연장부(130)도 마찬가지로 원형 구성부이다. 그와 반대로, 전극 연결 구성부(110)는 바람직하게는 직사각형 형태로 형성되고, 각각의 개별 애노드/캐소드 연결부들은 테두리들에 제공된다. 전극 연결 구성부는 보강 스탬핑을 포함할 수 있다. 연장부는 원형으로 형성되지 않을 수 있으며, 이 경우 회전 방지부를 나타낸다.
특히 바람직하게는, 관통 접속구 구성부는 하우징 개구부 내에 직접 유리 밀봉되는 것이 아니라, 개구부 내로 삽입되기 전에 본체 내에서 유리 밀봉된다. 이 경우, 관통 접속구는 관통 접속구 구성부와, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료와, 본체에 의해 형성된다.
도 3a 내지 도 5b에는, 하우징 구성부(도 6a 내지 도 7b 참조) 또는 배터리 하우징 또는 배터리 셀 하우징 내 개구부(도 6a 내지 도 7b 참조) 내에 삽입될 수 있는 관통 접속구(1000)를 형성하는 본체(200, 300) 내 관통 접속구 구성부(201, 301)의 유리 밀봉이 도시되어 있다. 도 3a 내지 도 5b에 도시된 것과 같은 본체 내 유리 밀봉은, 개구부 내 직접적인 유리 밀봉에 비해서, 사전 조립이 가능하다는 장점이 있으며, 다시 말하면 본체 내 관통 접속구 구성부의 유리 밀봉은 하우징 부재, 특히 배터리 셀 하우징 내 개구부 내로 관통 접속구를 삽입하기 전에 이루어질 수 있다. 도 6a 내지 도 7b에 도시된 배터리 셀 하우징은 특히 리튬 이온 배터리의 배터리 셀을 위한 하우징이다.
관통 접속구 구성부(201)의 실질적으로 핀형인 도체(203)를 수용하는 본체(200)는 바람직하게는 실질적으로 환형이다. 본체(200)의 재료는 바람직하게는 금속, 특히 경금속, 예컨대 알루미늄, AlSiC이며, 그 밖에도 강, 스테인리스강, 예컨대 특수강이다. 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 티타늄 합금 또는 티타늄도 가능하다. 본체(200)를 통과하고, 그에 따라 하우징 부재 내 개구부를 통과하는 도체, 특히 실질적으로 핀형인 도체(203)의 밀봉형 관통 접속구를 제공하기 위해, 도체, 특히 실질적으로 핀형인 도체(203)는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료로 이루어진 유리 마개 내에서 용융 밀봉되며, 다시 말하면 본체(200)와 실질적으로 핀형인 도체(203)는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(280)와 함께 용융된다. 바람직하게는, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료의 용융 온도는 본체(200), 또는 내부에 개구부가 구성되는(미도시) 하우징 부재, 및/또는 핀형 도체의 재료의 용융 온도를 하회하는 20K 내지 100K이다. 본체(200)가 저용융성 금속, 특히 경금속, 바람직하게는 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 티타늄, 티타늄 합금 또는 AlSiC로 구성된다면, 바람직하게는 몰 퍼센트 단위로 하기 성분들을 함유하는 유리 재료가 이용되며, 이 유리 재료를 통해서 도체가 안내된다.
P2O5 35 ~ 50몰 퍼센트, 특히 39 ~ 48몰 퍼센트,
Al2O3 0 ~ 14몰 퍼센트, 특히 2 ~ 12몰 퍼센트,
B2O3 2 ~ 10몰 퍼센트, 특히 4 ~ 8몰 퍼센트,
Na2O 0 ~ 30몰 퍼센트, 특히 0 ~ 20몰 퍼센트,
M2O 0 ~ 20몰 퍼센트, 특히 12 ~ 20몰 퍼센트(여기서 M = K, Cs, Rb일 수 있다.),
PbO 0 ~ 10몰 퍼센트, 특히 0 ~ 9몰 퍼센트,
Li2O 0 ~ 45몰 퍼센트, 특히 0 ~ 40몰 퍼센트, 바람직하게는 17 ~ 40몰 퍼센트,
BaO 0 ~ 20몰 퍼센트, 특히 0 ~ 20몰 퍼센트, 매우 바람직하게는 5 ~ 20몰 퍼센트,
Bi2O3 0 ~ 10몰 퍼센트, 특히 1 ~ 5몰 퍼센트, 매우 바람직하게는 2 ~ 5몰 퍼센트.
특히 바람직한 실시예에 따라, 유리 조성물은 몰 퍼센트 단위로 하기 성분들을 함유한다.
P2O5 38 ~ 50몰 퍼센트, 특히 39 ~ 48몰 퍼센트,
Al2O3 3 ~ 14몰 퍼센트, 특히 4 ~ 12몰 퍼센트,
B2O3 4 ~ 10몰 퍼센트, 특히 4 ~ 8몰 퍼센트,
Na2O 10 ~ 30몰 퍼센트, 특히 14 ~ 20몰 퍼센트,
K2O 10 ~ 20몰 퍼센트, 특히 12 ~ 19몰 퍼센트,
PbO 0 ~ 10몰 퍼센트, 특히 0 ~ 9몰 퍼센트.
하기에는 앞서 언급한 유리 조성물들에 대한 8개의 실시예가 표 1에 명시된다(표 1: 실시예).
Figure 112013076263620-pct00002
Figure 112013076263620-pct00003
위에 명시된 특정한 유리 조성물은, 유리 재료들이 15 x 10-6K-1을 초과하는 범위, 바람직하게는 15 x 10-6K-1 내지 25 x 10-6K-1 범위에 속하고 그에 따라 알루미늄과 같은 경금속, 그 밖에도 유리 재료를 통해 안내되는 실질적으로 핀형인 도체(203)를 위한 유사한 금속, 구체적으로는 예컨대 구리의 열 팽창 범위에 속하는 매우 높은 열 팽창[α(20℃ ~ 300℃)]을 나타내는 것을 특징으로 한다. 따라서 알루미늄은 실온(room temperature)에서 열 팽창 α = 23 x 10-6/K을 나타내며, 구리는 16.5 x 10-6/K을 나타낸다. 유리 밀봉 시 본체의 경금속과 경우에 따라서는 금속 핀의 경금속이 용융되거나 변형되는 점을 방지하기 위해, 유리 재료의 용융 온도는 본체 및/또는 도체의 재료의 용융 온도를 하회한다. 이 경우, 명시된 유리 조성물의 용융 온도는 250℃ 내지 650℃의 범위에 속한다. 개구부(미도시) 내로 관통 접속구를 삽입하기 전에 본체(200) 내로 실질적으로 핀형인 도체(203)를 유리 밀봉하는 점은, 유리가 도체, 특히 핀형 도체와 함께 유리의 용융 온도로 가열됨으로써 유리 재료가 연화되어 도체, 특히 핀형 도체를 에워싸면서 본체(200)에 안착되는 것을 통해 달성된다. 앞서 설명한 것처럼, 예컨대 본체(200)를 위해 용융점(T용융 = 660.32℃)을 갖는 경금속으로서 알루미늄이 이용된다면, 유리 재료의 용융 온도는, 앞서 명시된 것처럼, 바람직하게는 350℃ 내지 640℃의 범위에 속한다. 바람직하게는, 핀형 도체(203)의 재료는 본체의 재료와 동일하며, 이는, 본체 및 금속 핀을 위한 팽창 계수가 동일하다는 장점이 있다. 20℃ 내지 300℃의 범위에서 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료의 팽창 계수(α)가 재료에 적합하게 설정될 수 있으며, 그에 따라 압축 유리 관통 접속구가 존재하지 않거나, 또는 본체 또는 핀형 도체처럼 또 다른 팽창 계수(α)를 나타낼 수 있으며, 그에 따라 압축 유리 관통 접속구가 존재하게 된다. 압축 유리 관통 접속구의 장점은 관통 접속구 구성부에 대한 더욱 높은 인장력이다. 대체되는 방식으로 핀형 도체는 구리, CuSiC 합금 또는 NiFe 합금을 포함할 수 있다.
유리 또는 유리 세라믹의 용융 온도 또는 융합 온도는, 유리 재료가 연화되고 그에 따라 유리 재료와 함께 용융되는 금속에 기밀하게 안착됨으로써 유리 또는 유리 세라믹과 금속 사이에 이음 결합이 확보되는, 유리 또는 유리 세라믹의 온도를 의미한다.
용융 온도는, 예컨대 해당하는 공개 내용이 전체 범위에서 본 출원에 함께 수용되는 R. Goerke, K.-J. Leers: Keram. Z. 48(1996) 300-305, 또는 DIN 51730, ISO 540 또는 CEN/TS 15404 및 15370-1에 설명되는 것과 같은 반구 온도를 통해 결정될 수 있다. 반구 온도의 측정은 DE 10 2009 011 182 A1에 상세하게 설명되어 있으며, 이 독일 공보의 공개 내용도 전체 범위에서 본 출원에 함께 수용된다.
DE 10 2009 011 182 A1로부터 공지되고 유리 솔더로서 이용될 수 있는 유리 조성물은 예컨대 연료 전지에서 고온 적용 분야에 관계한다.
앞서 명시된 인산염 유리 조성물들은 최대 45몰 퍼센트, 특히 최대 35몰 퍼센트의 Li 성분을 함유한다. 놀랍게도, 상기 유리 조성물은 결정화 안정 상태를 나타내며, 다시 말하면, 후속하는 소결 단계에서 상기 유리 조성물은 간섭하거나 실질적인 결정화를 나타내지 않는다.
앞서 언급한 유리 조성물들은 유리 구조 내에 내포되는 Li를 함유한다. 이를 통해, 유리 조성물들은, 특히 예컨대 에틸렌 카보네이트 및 디메틸 카보네이트로 이루어진 1:1 혼합물을 함유하는 1M의 LiPF6 용액의 Li 기반 전해질을 포함하는 리튬 이온 저장 장치를 위해 적합하다.
특히 바람직한 경우는 저나트륨 또는 무나트륨 유리 조성물인데, 그 이유는 알칼리 이온들의 확산이 Na+ > K+ > Cs+의 순서로 이루어지고 그에 따라 최대 20몰 퍼센트의 Na2O를 함유하는 저나트륨 유리들 또는 무나트륨 유리들은 특히 전해질에 대해, 특히 리튬 이온 저장 장치에서 이용되는 것과 같은 전해질에 대해 내구성이 있기 때문이다. 특히 바람직한 경우는 오염될 때까지 납을 포함하지 않은 무연 유리들이며, 다시 말하면 납 함량은 100ppm 미만, 바람직하게는 10ppm 미만, 특히 1ppm 미만이다.
앞서 명시된 유리 조성물들은 20℃ 내지 300℃의 범위에서 14·10-6/K를 초과하는, 특히 15·10-6/K와 25·10-6/K 사이의 열 팽창(α)을 나타낸다. 앞서 명시된 유리 조성물의 추가 장점은, 특히 금속 핀 형태의 도체의 금속 또는 둘러싸는 경금속과 함께 유리의 용융이 보호 가스 분위기가 아닌 가스 분위기 조건에서도 가능하다는 점에서 확인된다. 진공도 Al 용융을 위해 지금까지의 방법에 비해 필요하지 않다. 오히려 상기 유형의 용융은 공기 조건에서도 이루어질 수 있다. 2가지 유형의 용융을 위해, 보호 가스로서는 N2 또는 Ar을 이용할 수 있다. 용융하기 위한 전처리로서 금속, 특히 경금속은, 목표한 바대로 산화되거나 코팅되어야 할 때, 세척되고, 그리고/또는 에칭된다. 공정 동안 0.1 내지 30K/min의 가열 속도 및 1 내지 60min의 유지 시간 조건에서 300℃와 600℃ 사이의 온도가 이용된다.
내부로 전술한 도들에서 도시된 관통 접속구 또는 관통 접속구 구성부가 삽입되는 하우징 부재는 마찬가지로 알루미늄으로서 제조된다. 하우징 부재는 외측면과 내측면을 포함한다. 외측면은 배터리 셀로부터 외부 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하고, 내측면은 예컨대 리튬 이온 축전지의 경우, 배터리 셀의 전해질 쪽으로 연장되는 것을 특징으로 한다. 이는 도 6a 내지 도 7b에 도시되어 있다.
리튬 이온 배터리의 경우, 전해질로서, 전형적으로 카보네이트, 특히 카보네이트 혼합물, 예컨대 에틸렌 카보네이트와 디메틸 카보네이트로 이루어진 혼합물로 구성되는 무수성 전해질이 전형적으로 이용되며, 공격적인 무수성 배터리 전해질은 전도염, 예컨대 1몰 용액 형태의 전도염 LiPF6을 함유한다.
도 3a 내지 도 5b에 도시된 관통 접속구 구성부들(201, 301)은 도 1a 내지 도 2b에 따르는 실질적으로 핀형인 도체(203)뿐 아니라 두부(205)를 포함하며, 두부(205)의 치수(A1)는 실질적으로 핀형인 도체(203)의 치수(A2)보다 더 크다. 두부(205)는, 도 1a 내지 도 2b에 도시된 것처럼 전극 연결부와 연결될 수 있는 방식으로 형성되며, 특히 두부는 전극 연결부를 위한 센터링부로서 이용될 수 있는 연장부(230)를 포함한다. 두부(205)에 장착될 수 있는 전극 연결부(도 1a 내지 도 2b에 도시됨)는 하우징 부재의 개구부 내로 장착된 후에 배터리 셀의 내측면을 향해, 다시 말하면 배터리 셀의 전해질 쪽을 향해 위치한다. 이는 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다. 유리 밀봉은, 도 3a 내지 도 5b에 따르는 실시예의 경우 이후 다시 하우징 부재 내로 삽입될 수 있는 환형 본체(200)를 통과하는 핀형 도체(203)와 본체(200) 사이에서 이루어질 뿐 아니라, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(280)는 본체(200)와 두부(205) 사이에도 삽입될 수 있다. 이는, 전극 연결 구성부가 분리되지 않기 때문에, 전극 연결 구성부를 안정화시키는 장점이 있다.
두부(205) 위쪽으로 연장부(230)가 돌출되며, 예컨대 (도 7a 및 도 7b에 도시된 것처럼) 배터리 셀의 내부 안쪽으로 돌출되며, 연장부(230)는 (도 1a 내지 도 2b에 도시된) 전극 연결 구성부를 위한 센터링부로 이용될 수 있다. 도체의 연장부(230)는 바람직하게는, 예컨대 타원형 또는 원형일 수 있는 실질적으로 핀형인 도체(203)의 형태와 무관하게, 항상 원형으로 형성된다.
환형 본체(200)도 상이한 형태들을 취할 수 있으며, 예컨대 도 3a 내지 도 3c에 도시된 것처럼 타원형 외부 형태(290)를 취할 수 있으며, 이 경우 바람직하게는 도체도 이 도체가 타원형 본체를 통해 안내되는 영역에서, 다시 말해 영역(211)에서 마찬가지로 타원형으로 형성될 수 있다. 그러나 도 3c에 도시된 것처럼 연장부(230)는 전극 연결부의 연결을 위해 상면도에서 볼 때 원형으로 형성된다.
특히 배터리 덮개가 협폭인 경우 바람직한 사항인 타원형 실시예 및 환형 본체에 대해 대체되는 방식으로, 핀형 도체뿐 아니라 연장부 및 본체를 환형으로 형성할 수도 있다.
환형의 핀형 도체를 포함하는 환형 본체는 도 4a 및 도 4b에 지시되어 있다. 도 3a 내지 도 3c에서와 동일한 구성부들은 100만큼 증가된 도면 부호들로 표시되어 있으며, 다시 말해 도 4a 및 도 4b에는, 예컨대 핀형 도체는 도면 부호 303으로, 두부는 305로, 그리고 환형 본체는 300으로 표시되어 있다. 환형 외부 형태는 390으로, 그리고 내부적으로 도체가 본체를 통해 안내되는 영역은 311로 표시되어 있다.
전극들에 추가의 연결부들 또는 연결 구성부를 장착하기 위해, 도 5a 및 5b에 따르는 실시예에서는, 두부(405)의 상단 표면(FKOPFTEIL)을 돌출시키는 점, 다시 말하면 개구부의 지름보다 더 크게 제공하는 점이 제공된다. 두부(405)의 돌출은 앞서 설명한 결합 방법에 추가로 2개의 측면으로부터의 접근성을 바탕으로 완전 관통 용접(full penetration welding), 저항 용접 또는 리벳팅을 이용한 연결 구성부의 결합을 실행할 수 있도록 허용한다. 도 5a에서는, 특히 관통 접속구 구성부의 본 발명에 따르는 특징, 즉 두부(405)의 표면(FKOPFTEIL)이 핀형 도체(403)의 표면(FLEITER)보다 더 크다는 특징을 잘 확인할 수 있다. 도 5a에 따르는 실시예의 경우, 연장부(430)의 치수 및 형태가 핀형 도체(403)에 상응하기 때문에, 상면도에 도시된 연장부(430)의 횡단면 표면은 핀형 도체의 표면과 동일하다. 도 3a 내지 도 3c에서와 동일한 구성부들은 200만큼 증가된 도면 부호들로 지시되며, 다시 말하면 핀형 도체의 도면 부호는 403이고 환형 본체의 도면 부호는 400이다. 두부의 돌출부 상에는 예컨대 도 2a 및 도 2b에 도시된 것처럼, 바람직하게는 앞서 설명한 것처럼 돌출부의 2개의 측면으로부터의 접근성을 바탕으로, 저항 용접 또는 리벳팅을 통해 전극 연결부들이 장착될 수 있다.
간단한 링으로서 도 3a 내지 도 5b에 도시된 본체(200, 300, 400)의 실시예에 대체되는 방식으로, 상기 본체는 하우징 부재 내에 원추형으로 연장되는 개구부 내에 삽입되는 원추형 링(미도시)으로서도 형성될 수 있다. 관통 접속구 사이의 결합은 여기서도 원추형 개구부의 측벽부들과 원추형 본체 사이에서, 예컨대 용접, 납땜, 압착, 수축을 통해 이루어진다. 그 밖에도, 하우징 부재 내 원추형 개구부 내로 실질적으로 원추형으로 연장되는 환형 본체를 압입 끼워 맞춤으로 끼울 수 있다. 개구부뿐 아니라 본체의 원추형 형성을 통해, 하우징 부재의 외측면 방향으로 관통 접속구의 상대 이동은 방지되는데, 그 이유는 원추형 보어 및 원추형으로 형성된 본체가 거의 역 갈고리로서 기능하고, 외측면 방향의 상대 이동이 관통 접속구의 본체와 개구부의 측벽부들 사이에 형태 결합을 달성하기 때문이다.
원추형 본체를 포함하는 실시예의 장점은, 관통 접속구의 하중이 증가한 조건에서도, 예컨대 압력 하중 조건에서도, 관통 개구부로부터 금속 핀과 함께 관통 접속구가 밀려 빠지는 점이 확실하게 방지된다는 점에 있다. 특히 바람직하게는, 개구부들은 간단한 제조 방법을 통해, 예컨대 천공 공정을 통해 하우징 부재 내에 구성된다.
도 6a 내지 도 7b에는, 관통 접속구들이 삽입되어 있는 완전한 배터리 셀들이 도시되어 있다.
이 경우, 도 6a 및 도 6b에는, 관통 접속구 구성부에 두부가 구비되어 있는 본 발명의 실시예가 도시되어 있고, 이와 다르게 도 7a 및 도 7b에는 하우징과 이 하우징 내에 장착된 관통 접속구들을 포함하는 배터리 또는 배터리 셀이 도시되어 있으며, 관통 접속구 구성부는 본 발명에 따르는 두부를 포함한다.
도 6a에는 배터리 셀(1000)의 기본적인 구성이 도시되어 있다.
배터리 셀(1000)은 측벽부들(1110)과 덮개 부재(1120)를 구비한 하우징(1100)을 포함한다. 하우징(1100)의 덮개 부재(1120) 내에는 예컨대 천공 공정을 통해 개구부들(1130.1, 1130.2)이 구성된다. 두 개구부(1130.1, 1130.2) 내로는 다시 관통 접속구들(1140.1, 1140.2)이 삽입된다.
도 6b에는, 개구부(1130.1)와 이 개구부 내에 삽입된 관통 접속구(1140.1)를 포함하는 배터리 덮개(1120)의 섹션이 상세하게 도시되어 있다.
관통 접속구(1140.1)는 핀형 도체(2003)뿐 아니라 본체(2200)를 포함한다. 두부를 미포함한 핀형 도체(2003)는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(2280)를 포함한 본체(2200) 내에 유리 밀봉된다. 핀형 도체(2003)는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(2280)를 포함한 본체(2200) 내에서의 유리 밀봉 후에 전체 구성부로서 개구부(1130.1) 내로 삽입되며, 예컨대 상기 전체 구성부 내에서는 바람직하게는 알루미늄으로 구성된 관통 접속구의 본체(2200)가 예컨대 용접을 통해 알루미늄으로 구성되는 저온 가공 경화된 덮개 부재(1120)와 결합된다. 유리 밀봉을 바탕으로 본체(2200)는 바람직하게는 연화된다.
핀형 도체에는, 내부로 전극 연결부(2020)가 삽입되는 리세스부(2002)가 제공된다. 전극 연결부는 여기서도 배터리(1000)의 전기 화학 셀(2004)의 캐소드로서, 또는 그의 애노드로서 이용된다. 또한, 리튬 이온 배터리의 전기 화학 셀은 배터리 셀(2004)로서도 지칭된다. 배터리 셀(2004)을 둘러싸는 하우징(1100)은 배터리 셀 하우징으로서 지칭된다.
도 6a로부터 알 수 있듯이, 핀형 도체와, 전기 화학 셀(2004)과 연결되어 상기 핀형 도체의 리세스부(2002) 내에 삽입되는 전극 연결 구성부를 포함하는 관통 접속구(1140.1, 1140.2)의 구조를 바탕으로, 대형 장착 공간(2006)이 전기 화학 셀(2004)과 덮개(1120) 사이에 형성된다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 것처럼, 관통 접속구 구성부(3200)의 본 발명에 따르는 편편한 구조를 통해, 배터리 셀 하우징 내에서 활용되지 않은 장착 공간을 최소화할 수 있다. 이는 도 7a 및 도 7b에서 분명하게 알 수 있다.
도 6a 및 도 6b에서 동일한 구성부들은 2000만큼 증가된 도면 부호들로 표시되어 있다.
여기서도 배터리 셀 하우징(3100)의 덮개(3120)의 개구부(3130.1, 3130.2) 내로 관통 접속구들(3140.1, 3140.2)이 삽입된다. 도 6a 및 도 6b에 따르는 관통 접속구들의 관통 접속구 구성부와 다르게, 이제부터는 관통 접속구 구성부에 핀형 도체(3003) 및 두부(3005)가 구비된다. 두부는, 연장부(3030)를 포함할 뿐 아니라, 용접, 납땜 또는 앞서 설명한 방법들 중 여타의 방법을 통해 두부(3005) 상에 고정 장착되는 전극 연결 구성부(3010)도 포함한다. 전극 연결 구성부는 섹션(3140)을 포함하고, 이 섹션(3140)은 전기 화학 셀, 여기서는 배터리 셀을 위한 캐소드 또는 애노드로서 이용된다. 도 7a 및 도 7b로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따르는 관통 접속구 구성부의 장점, 즉 도 7a 및 도 7b에 도시된 관통 접속구의 구조 유형이, 배터리 셀 하우징 내부에 최대한 적은 장착 공간이 이용되지 않은 상태로 유지되게끔 하는 점이 확인된다.
실질적으로, 도 7a 및 도 7b의 관통 접속구들의 실시예는 도 2와 도 5a 및 도 5b의 관통 접속구의 실시예와 일치한다. 따라서, 도 2에 대한 설명은 전체 범위에서 배터리 셀의 본 설명으로 전용된다.
도 8a 내지 도 8d에 도시된 관통 접속구의 대체되는 실시예에 따라서, 두부(10005)를 포함하는 핀형 도체(10003)가 하우징(10110), 특히 배터리 셀 하우징의 개구부(10130) 내에 유리 밀봉되며, 이는 더욱 정확하게 말하면, 핀형 도체(10003)의 두부(10005)가 배터리 하우징의 외측면(10110)과 결합되는 방식으로 이루어진다. 배터리 하우징(10110)의 외측면(15000)은 본 실시예에서 배터리 셀의 내부로 향하는 것이 아니라, 외부 방향으로 향하는 배터리 하우징의 측면을 의미한다. 외측면(15000)에 두부(10005)를 배치하는 점은, 특히 배터리 하우징의 벽이 얇은 경우, 보강 및 강도 증대를 제공한다. 실질적으로 핀형인 도체는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(10080)에 매입되어 유리 밀봉된다. 도시된 실시예에 따라서, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(10080)는 실질적으로 핀형인 도체(10003)와 개구부(10130)의 내벽부(10210) 사이에 삽입될 뿐 아니라, 두부(10005)와 배터리 하우징의 외측면(15000) 사이에도 삽입된다. 배터리 하우징의 내측면(15050)에서는 유리 밀봉 후 추가 공정 단계로 장착 구성부(20000)가 자체의 내측면(20100)에서 실질적으로 핀형인 도체(10003)와 결합된다. 안정화를 위해, 장착 구성부(20000)와 배터리 하우징(10110)의 내측면(15050) 사이에 안정화를 위한 지지 디스크(20200)가 제공될 수 있다. 장착 구성부(20000)는 내측면(20100)에서 안쪽으로 돌출된 실질적으로 핀형인 도체(10003)와 예컨대 용접되거나 납땜될 수 있다. 장착 구성부(20000)는 배터리 셀의 전극들(미도시)과의 연결을 위해 이용되며, 그 밖에도 배터리 셀들의 상호 간 접촉을 위해서도 이용될 수 있다. 이와 같은 점에 한해서, 장착 구성부(20000)는 본 발명의 의미에서 전극 연결 구성부이다. 도 8a에 따르는 실시예의 경우, 배터리 하우징의 두께는 개구부 또는 관통 개구부(10130)의 영역에서 성형 공정을 통해 증가되었으며, 그에 따라 유리 밀봉 길이도 증가되었다.
배터리 하우징(10110)을 보강하는 추가 가능성은, 배터리 하우징(10110)의 외측면(15000)과 예컨대 용접을 통해 결합되는 외부 링(20300)을 제공하는 것에 있다. 이를 통해서도, 길이가 더욱 긴 유리 밀봉 길이가 제공될 수 있다. 이 경우, 배터리 하우징 또는 배터리 덮개의 외측면(15000)에, 도 8b와 도 8c에서 도시된 것처럼, 외부 링(20300)을 장착한 후에, 실질적으로 핀형인 도체(10003)가 유리 밀봉된다. 이와 같은 접근법은, 도 8a에 따르는 접근법에 비해서, 배터리 하우징 내에 실질적으로 핀형인 도체를 용융 밀봉할 때, 다시 말해 유리 밀봉할 때 누출이 방지된다는 장점을 제공한다. 도 8a에서와 동일한 도 8b 및 도 8c의 구성부들은 동일한 도면 부호들로 표시되어 있다. 도 8b에 따르는 외부 링(20300)을 포함하는 실시예의 경우, 두부를 미포함한 간단한 핀형 도체가 이용된다. 도 8c에는 도 8a와 유사하게 두부(10005)를 포함하는 실시예가 도시되어 있다. 핀(10003)의 두부(10005)는 보강 및 강도 증대를 위해 이용된다. 도 8a에서처럼, 도 8c에 따르는 관통 접속구는 장착 구성부(20000)뿐 아니라 지지부(20100)를 포함한다. 유리 밀봉(10080)은 배터리 하우징의 개구부(10130) 내에서, 그리고 두부(10005)와 외부 링(20300) 사이에서 이루어진다. 여기서는, 도 8a에서의 실시예에 비해서, 배터리 하우징 내에 핀형 도체의 용융 밀봉 시 누출이 방지된다는 장점이 제공된다. 추가 장점은, 외부 링(20300)이 배터리 하우징과는 다른 재료일 수 있다는 점에 있다. 개구부의 영역 내 하우징이 성형되지 않아도 되기 때문에, 제조는 단순화된다. 성형의 단점은 성형할 위치에 재료가 필요하다는 점이며, 또는 관통 접속구의 영역에서는 구조가 내벽부(10210) 및 전환부의 영역에서 국소적으로 약화되고, 이는 균열 형성을 초래할 수 있다는 점이다. 그와 반대로, 외부 링(2030)은 별도로 장착되며, 그 결과 형성할 구멍이 더욱 간단하게 제조된다. 관통 접속구 내 구조는 성형된 재료를 방지하기 때문에 더욱 안정화된다. 그 외에도, 앞서 설명한 것처럼, 외부 링은 또 다른 재료로 제조될 수 있다. 그럼으로써, 더욱 나은 유리 밀봉이 보장될 수 있다. 그 밖에도, 외부 링은 주위의 하우징보다 더 높은 비열용량을 보유할 수 있으며, 그럼으로써 작동 시 온도 피크가 더욱 잘 방지되고 유리 관통 접속구의 하중도 완화된다.
도 8d에는 도 8a에 대해 변형된 실시예가 도시되어 있다. 도 8a에서처럼, 도 8d에서 하우징은 관통 개구부(10130)의 영역에서 일체로 형성되고, 유리 밀봉의 길이는 성형을 통해 연장된다. 도 8a에서와 동일한 구성부들은 동일한 도면 부호들로 표시되어 있다. 그러나 도 8a와 반대로, 두부(10005) 위쪽으로 돌출된 핀형 도체가 제공되지 않는다. 또한, 장착 구성부(20000) 위쪽으로 돌출되는 핀형 도체도 없다.
두부와, 이 두부와 결합되는 전극 연결 구성부들을 포함하는 핀형 도체의 실시예로는, 특히 진동과 같은 기계적 하중에 대해서도, 매우 높은 안정성이 달성된다.
본 발명에 의해서는, 최초로, 바람직하게는 리튬 이온 배터리를 위한 하우징, 특히 배터리 셀 하우징을 위한 관통 접속구에 있어서, 사전 제조될 수 있고 특히 경금속, 특히 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 구성되는 배터리 셀 하우징들의 하우징 부재들 내로 삽입되기에 적합한 상기 관통 접속구가 명시된다. 그러나 배터리 셀 하우징을 위한 재료로서 강 또는 특수강, 특히 스테인리스 특수강도 가능하다. 상기 경우에, 두부를 포함한 핀형 도체의 재료들과 경우에 따른 본체의 재료들도 그에 상응하게 선택되고 형성된다.
또한, 본 발명에 따르는 해결 방법은, 경제적인 제조 방법 및 출발 재료들을 이용하는 것을 가능하게 한다. 그 밖에도, 전체 관통 접속구는, 내부적으로 금속 핀이 고정 재료, 다시 말해 예컨대 유리 마개에 의해, 본체가 하우징 부재 내에 삽입되기 전에 상기 본체 내에 용융 밀봉되는, 사전 제조된 부품으로서 형성될 수 있다. 이를 통해, 하우징 구성부의 저온 가공 경화의 손실은 발생하지 않는 점이 보장된다. 또한, 하우징 구성부 및 본체의 재료 두께 및 재료들은 서로 무관하게 선택될 수 있다. 하중 완화 장치를 포함하는 특별한 실시예들을 통해, 관통 접속구는 기계적 하중 및 열적 하중으로부터 완화될 수 있다.
본 발명에 따르는 관통 접속구 구성부에 의해서는, 균열을 형성하는 경향을 나타내는 플라스틱 관통 접속구에 비해, 배터리 하우징의 변형 시에도 밀봉 기밀성을 나타내는 배터리 하우징이 제공될 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따르는 관통 접속구를 포함하는 배터리 하우징을 구비한 배터리의 경우, 특히 차량 사고 시 높은 내화성이 제공된다. 이는 특히 자동차 분야에서 배터리, 바람직하게는 리튬 이온 배터리를 이용할 때 중요한 사항이다.

Claims (28)

  1. 관통 접속구 구성부(1, 101, 201, 301)를 하우징의 하우징 부재에 통과시키기 위한 관통 접속구로서, 상기 관통 접속구는,
    유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(280, 380) 및
    하나 이상의 핀형인 도체(3, 103, 203, 303, 403, 10003)와 두부(5, 105, 205, 305, 405, 10005)를 포함하는 관통 접속구 구성부(1, 101, 201, 301)를 포함하고,
    상기 두부(5, 105, 205, 305, 405, 10005)의 표면(FKOPFTEIL)은 핀형인 도체(3, 103, 203, 303, 403, 10003)의 횡단면 표면(FLEITER)보다 더 크고, 상기 두부는, 구리, 구리 합금 CuSiC, 알루미늄 합금 AlSiC 또는 알루미늄으로 이루어진 전극 연결 구성부 또는 각각의 전극 연결부(10, 110, 20000)와 기계적으로 안정되고 분리할 수 없으면서 전기 전도성이 우수한 전기적 결합으로 표면 상에서 결합될 수 있도록 형성되고,
    상기 관통 접속구 구성부(1, 101, 201, 301)의 하나 이상의 핀형인 도체(3, 103, 203, 303, 403, 10003)는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(280, 380) 내에 매립되고 또한 상기 두부(5, 105, 205, 305, 405, 10005)는 다른 표면 상에서 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(280, 380)를 구비하는 것인, 관통 접속구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 두부(5, 105, 205, 305, 405, 10005)는, 상기 핀형인 도체(3, 103, 203, 303, 403, 10003)의 상기 두부 위로 돌출하는 연장부(30, 130, 230, 330, 430)의 형태로 센터링부를 포함하며, 상기 연장부는 원형 또는 비원형으로 형성될 수 있고, 센터링 가능성을 제공하거나, 또는 비원형으로 형성되면서 회전 방지부를 제공하는 것을 특징으로 하는 관통 접속구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극 연결 구성부(10, 110, 20000)는 상기 두부(5, 105, 205, 305, 405, 10005)의 연장부를 수용하기 위한 센터링 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 관통 접속구.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극 연결 구성부(10, 110, 20000)는, 두께에 대해 수직인 구성부의 치수에 비해 두께가 얇은 편편한 구성부인 것을 특징으로 하는 관통 접속구.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극 연결부(10, 110, 20000)는 보강 스탬핑의 형태로 보강부들(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 관통 접속구.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극 연결 구성부(10, 110, 20000)는 용접, 납땜, 압입, 코킹, 권축, 수축, 클램핑 또는 압착을 통해 상기 두부(5, 105, 205, 305, 405, 10005)와 결합되는 것을 특징으로 하는 관통 접속구.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극 연결 구성부(10, 110)는 Cu, Al, Ni, Au, Pd, Zn, Ag 재료들 중에서 하나 이상의 재료를 함유하는 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 관통 접속구.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 두부(405)는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 관통 접속구.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 핀형인 도체는 알루미늄 합금, 알루미늄, 구리 합금, 구리, 은 합금, 은, 금 합금, 금, 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 관통 접속구.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료는 몰 퍼센트 단위로 하기 성분들, 즉
    P2O5 35 ~ 50몰 퍼센트,
    Al2O3 0 ~ 14몰 퍼센트,
    B2O3 2 ~ 10몰 퍼센트,
    Na2O 0 ~ 30몰 퍼센트,
    M2O 0 ~ 20몰 퍼센트(여기서 M = K, Cs, Rb일 수 있다.),
    PbO 0 ~ 10몰 퍼센트,
    Li2O 0 ~ 45몰 퍼센트,
    BaO 0 ~ 20몰 퍼센트,
    Bi2O3 0 ~ 10몰 퍼센트를
    함유하는 것을 특징으로 하는 관통 접속구.
  11. 제10항에 있어서, 상기 유리 또는 유리 세라믹 재료는 하기 성분들, 즉
    P2O5 38 ~ 50몰 퍼센트,
    Al2O3 3 ~ 14몰 퍼센트,
    B2O3 4 ~ 10몰 퍼센트,
    Na2O 10 ~ 30몰 퍼센트,
    K2O 10 ~ 20몰 퍼센트,
    PbO 0 ~ 10몰 퍼센트를
    함유하는 것을 특징으로 하는 관통 접속구.
  12. 하나 이상의 핀형인 도체(3, 103, 203, 303, 403, 10003)를 포함하는 관통 접속구 구성부(1, 101, 201, 301)를 하우징의 하우징 부재에 통과시키는 방법으로서, 상기 방법은,
    - 하나 이상의 핀형인 도체(3, 103, 203, 303, 403, 10003)와 두부(5, 105, 205, 305, 405, 10005)를 포함하는 관통 접속구 구성부(1, 101, 201, 301)가 제공되는 단계;
    - 상기 관통 접속구 구성부로부터 분리된 전극 연결 구성부(10, 110) 또는 각각의 전극 연결부(10, 110, 20000)가 제공되는 단계;
    - 상기 두부(5, 105, 205, 305, 405, 10005)의 영역에서, 기계적으로 안정되고 분리할 수 없는 결합을 통해, 상기 관통 접속구 구성부(1, 101, 201, 301)가 표면 상에서 상기 전극 연결 구성부(10, 110, 20000)와 결합되는 단계를 포함하고,
    상기 관통 접속구 구성부(1, 101, 201, 301)는, 하나 이상의 핀형인 도체(3, 103, 203, 303, 403, 10003)가 매립된 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(280, 380)에 의해 본체(200, 300, 400) 또는 하우징 부재의 개구부 내로 밀봉되고 또한 다른 표면 상에서 상기 두부(5, 105, 205, 305, 405, 10005)에 존재하는 것인 방법.
  13. [청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제12항에 있어서, 상기 관통 접속구 구성부(1, 101, 201, 301)와 상기 전극 연결부(10, 110, 20000)의 결합 전에, 상기 전극 연결부(10, 110, 20000)의 표면이 Cu, Al, Ag, Ni, Au, Pd, Zn 원소들 중 하나의 원소로 코팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 두부의 영역에서,
    - 용접;
    - 납땜;
    - 코킹;
    - 권축;
    - 수축;
    - 압입;
    - 클램핑;
    - 압착
    의 방법들 중에서 한가지 방법을 통해, 상기 관통 접속구 구성부(1, 101, 201, 301)가 상기 전극 연결부(10, 110, 20000)와 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. [청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 전극 연결 구성부(10, 110, 20000)에는 보강 스탬핑(12)이 구비되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. [청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 전극 연결 구성부(10, 110, 20000)에, 원형 또는 비원형으로 형성될 수 있고, 센터링 가능성 및/또는 회전 방지부를 나타내는 센터링 개구부가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제12항 또는 제13항에 있어서, 전극 연결 구성부(10, 110, 20000)와 결합하기 전에 관통 접속구를 제조하기 위해, 본체(200, 300, 400) 또는 하우징 부재의 개구부 내로 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(280, 380)로 관통 접속구 구성부의 밀봉이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료는 몰 퍼센트 단위로 하기 성분들, 즉
    P2O5 35 ~ 50몰 퍼센트,
    Al2O3 0 ~ 14몰 퍼센트,
    B2O3 2 ~ 10몰 퍼센트,
    Na2O 0 ~ 30몰 퍼센트,
    M2O 0 ~ 20몰 퍼센트(여기서 M = K, Cs, Rb일 수 있다.),
    PbO 0 ~ 10몰 퍼센트,
    Li2O 0 ~ 45몰 퍼센트,
    BaO 0 ~ 20몰 퍼센트,
    Bi2O3 0 ~ 10몰 퍼센트를
    함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료는 하기 성분들, 즉
    P2O5 38 ~ 50몰 퍼센트,
    Al2O3 3 ~ 14몰 퍼센트,
    B2O3 4 ~ 10몰 퍼센트,
    Na2O 10 ~ 30몰 퍼센트,
    K2O 10 ~ 20몰 퍼센트,
    PbO 0 ~ 10몰 퍼센트를
    함유하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  20. 제1항 또는 제2항에 따른 하나 이상의 관통 접속구뿐 아니라, 관통 접속구 구성부와 결합되는 하나 이상의 전극 연결 구성부(10, 110)를 포함하는 하우징.
  21. 제20항에 있어서, 상기 하우징은 경금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징.
  22. 제21항에 있어서, 상기 경금속은 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 티타늄 또는 티타늄 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 하우징.
  23. 제20항에 있어서, 상기 하우징은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징.
  24. 제23항에 있어서, 상기 금속은 강, 특수강, 스테인리스강, 공구강으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 하우징.
  25. 제20항에 있어서, 상기 전극 연결 구성부는 장착 구성부(20000)인 것을 특징으로 하는 하우징.
  26. 제20항에 있어서, 상기 하우징은 배터리 하우징인 것을 특징으로 하는 하우징.
  27. 제26항에 있어서, 상기 배터리 하우징은 외부 링(20300)을 포함하는 것을 특징으로 하우징.
  28. 저장 장치로서, 제1항 또는 제2항에 따른 관통 접속구를 포함하는 것을 특징으로 하는 저장 장치.
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