KR102222976B1 - 피드스루 - Google Patents

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프랭크 크롤
빌헬름 사비네 피클러
사브리나 웜머
조에르그 비트
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쇼오트 아게
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Abstract

본 발명은 피드스루, 특히 바람직하게는 리튬 이온 배터리, 더 바람직하게는 리튬 이온 축전지용 배터리 피드스루에 관한 것으로, 적어도 하나의 베이스 바디를 포함하고, 상기 베이스 바디는 적어도 하나의 개구를 갖고, 봉착 유리가 포함하거나 그것으로 이루어지는 전기 절연 재료 내에서 적어도 하나의 도체, 특히 실질적으로 핀 형상의 도체가 밀봉 상기 개구를 통과하고, 여기서 베이스 바디는, 유리와 베이스 바디 및/또는 도체 사이의 재료 접합 결합의 형성 하에, 바람직하게는 알루미늄, 마그네슘, 티탄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티탄 합금 또는 AlSiC에서 선택된 경금속 및/또는 경금속 합금을 포함하거나 이것으로 이루어지고, 봉착 유리는 티탄산염 유리를 포함하거나 이것으로 이루어지고, 소량의 인산을 포함한다.

Description

피드스루{FEED-THROUGH}
본 발명은 저장 장치용 피드스루, 특히 바람직하게는 배터리, 특히 리튬 이온 배터리, 리튬 이온 축전지 또는 콘덴서용 배터리 피드스루 및 저장 장치의 하우징 내로 금속 도체를 인도하기 위한 봉착 유리(sealing glass)의 용도에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리 및- 축전지는 예를 들어 휴대용 전자 기기, 이동 전화, 전동 공구 및 특히 전기 자동차와 같은 여러 다양한 용도를 위해 제공된다. 특히 자동차 분야에서 응용을 위한 리튬 이온 배터리는 일반적으로 직렬 또는 병렬로 접속된 다수의 개별 배터리 셀을 포함한다. 직렬로 접속된 배터리 셀들은 소위 배터리 팩을 구성하고, 다수의 배터리 팩은 리튬 이온 배터리라고도 하는 배터리 모듈을 형성한다. 각각의 개별 배터리 셀들은 전극을 갖고, 상기 전극은 배터리 셀의 하우징으로부터 밖으로 안내된다. 이러한 배터리는 예를 들어 납산 배터리, 니켈 카드뮴 배터리 또는 니켈 금속 하이브리드 배터리와 같은 전통적인 에너지원을 대체할 수 있다.
특히 자동차 산업 분야에서는 물론 차량에서 특정한 응용을 위해, 배터리, 특히 리튬 이온 배터리 및- 축전지의 경우에 주로 경금속 또는 경금속 합금, 예를 들어 알루미늄 합금이 배터리의 하우징 재료로 또는 전기 도체로서 이용된다. 자동차 산업 분야에서 이러한 응용은 내부식성, 사고 시 내구성 또는 내진동성과 같은 여러가지 문제들을 제기한다. 또 다른 문제는 장기간에 걸친 배터리, 특히 리튬 이온 배터리의 밀봉력이다. 예를 들어 배터리의 전극 또는 배터리의 전극 피드스루 영역에서 밀봉 누수, 배터리 단락 또는 온도 변동은 밀봉력을 저하시킬 수 있고, 이로 인해 배터리 수명이 감소할 수 있다. 배터리 피드스루의 추가 문제점은 공격적인 배터리 전해질, 특히 예를 들어 리튬 이온 축전지에서 사용되는 비수성 전해질에 대한 불안정성이다.
사고 시 개선된 내구성을 보장하기 위해, DE 101 05 877 A1호에 예를 들어 리튬 이온 배터리를 위한 하우징이 제안되고, 이 경우 하우징은 금속 쉘을 포함하고, 상기 금속 쉘의 2개의 측면은 개방되어 있고 폐쇄된다. 전원 단자는 플라스틱에 의해 절연된다. 플라스틱 절연부의 단점은 수명 동안 불확실한 밀봉력과 제한된 내온성이다.
또한 도체의 전기 절연 외에도 밀봉력을 가져야 하는 금속 전기 피드스루를 위해 소위 용융 유리 또는 유리 솔더를 사용하는 것이 공개되어 있다. 선행기술에 이를 위해 가능한 다수의 실시예들이 기술되어 있다.
즉 US 6,037,539 A호와 US 5,965,469 A호에 고주파 피드스루(HF-피드스루)가 공개되어 있고, 상기 피드스루의 경우에 인산알루미늄 유리- 또는 알칼리-인산알루미늄 유리 조성의, 철을 함유한 또는 철을 함유하지 않은 도체가 알루미늄을 포함하는 하우징부를 통과한다. 그러나 배터리 피드스루는 설명되어 있지 않다.
또한 WO 03/061034 A1(EP 1 464 089 A1)호는 리튬 이온 전해질과 함께 사용하기 위한 유리 대 금속 밀봉부를 포함하는 배치에 관한 것으로, 내화학성을 갖는 금속을 포함하는 금속 바디, 내화학성을 갖는 도전성 금속 핀 및 유리 재료를 포함하고, 상기 유리 재료는 금속 바디와 핀 사이에 상기 2개를 전기 절연하면서 배치되고, 이 경우 유리 물질은 인산이 풍부한 조성, 예를 들어 ALSG-32-유리를 포함한다.
DE 10 2011 012 430 A1호 및 WO 2012/110244 A1호는 특히 바람직하게는 디스크형 금속부 형태의 베이스 바디를 가진 피드스루를 기술하고, 이 경우 베이스 바디는 적어도 하나의 개구를 갖고, 유리- 또는 유리 세라믹 재료 내에서, 실질적으로 핀 형상의 적어도 하나의 도체가 상기 개구를 통과하고, 이 경우 베이스 바디는 저융점 재료, 특히 경금속, 바람직하게는 알루미늄 또는 AlSiC를 포함하고, 유리- 또는 유리 세라믹 재료는, 저융점 재료를 포함하는 유리- 또는 유리 세라믹 재료의 용융 온도가 저융점 베이스 바디의 용융 온도보다 낮도록 선택된다. 유리- 또는 유리 세라믹 재료는 예를 들어 유리족 실리케이트티타네이트, 술포포스페이트, 텔루라이드, 보레이트, 바나데이트, 플루오라이드, 포스페이트 또는 실리케이트에서 선택된다.
WO 2012/110242 A1호 및 DE 10 2009 030 951호에 특히 리튬 이온 배터리를 위한 피드스루가 각각 기술되어 있고, 이 경우 실질적으로 핀 형상의 도체가 유리 또는 유리 세라믹 재료 내에서 베이스 바디 내의 개구를 통과한다. 유리- 또는 유리 세라믹 재료로서 바람직하게는 높은 인산염 함량을 갖는 재료가 사용된다.
DE 1049063 B호에 직접 용융을 위한, 고 열팽창성 금속 및 합금을 포함하는 유리가 공개되어 있고, 상기 유리는 4 내지 30 중량% 함량의 TiO2를 포함하고, 이 경우 DE 1049063 B호에 공개된 유리는 불가피하게 2 내지 8 중량%의 SrO를 포함한다. SrO는 용융 온도와 유리 전이 온도를 낮추기 위해 사용된다. 또한 SrO의 더 높은 함량은 열팽창계수의 증가를 야기할 수 있다. 그러나 SrO는 고가의 원료이고, 발명자가 알고 있는 바와 같이 더 높은 함량의 SrO의 사용은 유리의 내화학성, 특히 내산성과 관련해서 부정적인 특성을 제공할 수 있다.
전술한 응용예에 적합한 유리 솔더로서 선행기술에 주로 비교적 높은 인산염 함량, 예를 들어 > 30 중량%의 인산염 함량을 갖는 유리 시스템이 기술되어 있다. 이러한 인산염 함유 유리 솔더는 예를 들어, 15 내지 25 x 10-6 1/K 이내의 알루미늄 합금과 유사한 높이의 CTE(coefficient of thermal expansion; 열패창 계수)를 갖는 것을 특징으로 한다. 알루미늄 합금은 그 조성으로 인해 예를 들어 20 내지 26 x 10-5 1/K의 CTE를 갖는다. 이는 즉 실질적으로 예를 들어 Si, Mg, Cu, Mn, Zn등과 같은 주요 합금 성분들을 가리킨다.
동시에 상기 유리 시스템은 주로 비교적 낮은 변태 온도(Tg)를 나타내고, 상기 온도는 알루미늄 합금의 용융점 또는 용융 간격보다 훨씬 낮다. 이는 상기 유리 시스템을 특히 제공된 응용예를 위해 이용 가능하게 만든다. 일반적으로 유리 솔더의 변태 온도(Tg)는 이 경우 300 내지 450℃이다.
인산염 함유 유리들은 선행기술에서 유리 솔더로서 사용되는데, 그 이유는 상 기 유리들은 비수계 배터리 전해질에 대해 매우 양호한 내구성을 갖기 때문이다. 전해질은 예를 들어 실질적으로 LiPF6과 유기 카보네이트의 혼합물로 이루어진다. 전해질에 대한 유리 솔더의 내구성, 즉 전해질에 의해 유리 솔더로부터 얼마나 많은 물질이 용해되는지 결정하기 위한 테스트는 소위 침출(leaching)이다. 일반적인 침출 값들은 예를 들어 WO 2012/110242 A1호의 19페이지 표 1에 제시되어 있다.
이러한 많은 양의 인을 함유한 유리의 제조는 그러나 상당한 어려움을 수반한다. 인- 및/또는 인산염 성분은 예를 들어 사용된 도가니- 및/또는 트러프 재료에 작용할 수 있고, 이로써 용융된 유리는 한편으로는 오염될 수 있고, 다른 한편으로는 유리 용융 장치의 수명도 현저하게 감소한다. 인- 및/또는 인산염 성분은 또한 유리 용융물로부터 쉽게 증발할 수 있으므로, 이러한 성분들이 환경에 도달하지 않도록 하기 위해 복잡한 공기 필터 시스템이 필요하다. 이는 제조 비용을 상당히 높인다. 또한 필터 잔류물은 환경 친화적으로 폐기되어야 한다.
본 발명의 과제는, 선행기술의 단점으로부터, 감소한 제조 비용으로 환경 친화적으로 생산될 수 있는 봉착 유리로 제조 가능한 전술한 방식의 피드스루를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 상기 과제는 독립 청구항의 교시에 의해 해결된다.
본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항의 대상이다.
본 발명의 제 1 양상에 따라 전기 에너지 발생- 및/또는 에너지 저장 장치와 같은 저장 장치를 위한 피드스루, 특히 바람직하게는 리튬 이온 배터리, 리튬 이온 축전지 또는 콘덴서를 위한 배터리 피드스루가 제안되고, 상기 피드스루는 베이스 바디를 포함하고, 이 경우 상기 베이스 바디는 적어도 하나의 개구를 갖고, 봉착 유리를 포함하거나 이것으로 이루어지는 전기 절연 재료 내에서 도체, 특히 실질적으로 핀 형상의 도체가 상기 개구를 통과하고, 이 경우 베이스 바디는 봉착 유리와 베이스 바디 및/또는 도체 사이의 재료 접합 결합의 형성 하에 바람직하게는 알루미늄, 마그네슘, 티탄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 예컨대 Ti6246, Ti6242, Ti6Al4V 및/또는 Ti6Al7Nb와 같은 티탄 합금, 또는 AlSiC에서 선택된 경금속 및/또는 경금속 합금을 포함하거나 이것으로 이루어지고, 이 경우 봉착 유리는 티탄산염 유리를 포함하거나 이것으로 이루어진다.
전기 피드스루는 본 발명에 따라 전기 에너지 발생- 및/또는 전기 에너지 저장 장치에서, 바람직하게는 리튬 이온 배터리에서 사용된다. 배터리는 본 발명과 관련해서 이 경우 방전 후에 폐기되는 및/또는 재생되는 일회용 배터리 및 축전지로서 파악된다.
티탄산염 유리는 본 발명에 따라 바람직하게는 5 중량% 이상의 산화티탄, 특히 바람직하게는 13 내지 28 중량%의 산화티탄 함량을 포함하는 유리이다. 특히 바람직하게는 알칼리-규산염-티탄산염-유리이다. 본 발명에 따라 13 내지 28 중량%의 산화티탄, 22-52 중량%의 알칼리 함량 및 24-44 중량%의 SiO2를 포함하는 알칼리-규산염-티탄산염-유리가 특히 매우 바람직하다.
본 발명에 따라 바람직하게는 도체가 통과하는 티탄산염 유리 형태의 봉착 유리는 중량%로 하기 성분들을 포함하거나 이것으로 이루어진다:
B2O3 0 - < 3 중량%
Li2O 0 - 3 중량%, 특히 1 - 3 중량%
Al2O3 0 - 2 중량%, 특히 0 - < 2 중량%
BaO 0 - < 11 중량%
CaO 0 - 1 중량%
CuO O - < 7 중량%
Fe2O3 0 - < 5 중량%
K2O 10 - 27 중량%
MgO 0 - < 0.5 중량%
Na2O 12 - 22 중량%
Nb2O3 0 - < 0.5 중량%
P2O5 0 - 3 중량%, 특히 1 - 3 중량%
PbO 0 - < 0.5 중량%
SO3 0 - < 0.5 중량%
Sb2O3 0 - < 7 중량%
SiO2 24 - 44 중량%
SnO2 0 - < 4 중량%
SrO 0 - < 2.5 중량%, 특히 0 - < 2 중량%, 특히 0 - 0.5 중량%
TiO2 5 - 28 중량%
V205 0 - 13 중량%, 특히 1 - 13 중량%, 특히 > 5 -13 중량%
ZnO 0 - < 0.5 중량%
ZrO2 0 - 1 중량%
Bi2O3 0 - 19 중량%, 특히 0 - 18 중량%, 특히 0 - < 10 중량%.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라 티탄산염 유리 내 BaO의 함량은 0-4 중량%이고, 더 바람직하게는 0 - < 0.5 중량%이다. BaO의 바람직한 상한치는 (각각 산화물 기준의 중량%로) 예를 들어 3.5%, 3%, 2.5%, 2.0%, 1.5%, 1.0% 및/또는 0.5%이다. 이것은 물론 0 중량%의 하한치와 조합 가능하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라 티탄산염 유리 내 CuO의 함량은 0 - < 6 중량%이고, 더 바람직하게는 0 - < 0.5 중량%이다. CuO의 바람직한 상한치는 (각각 산화물 기준의 중량%로) 예를 들어 5.5%, 5.0%, 4.5%, 4.0%, 3.5%, 3.0%, 2.5%, 2.0%, 1.5%, 1.0% 및/또는 0.5%이다. 이것은 물론 0 중량%의 하한치와 조합 가능하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라 티탄산염 유리 내 Fe2O3의 함량은 0 - < 0.5 중량%이다. Fe2O3의 바람직한 상한치는 (각각 산화물 기준의 중량%로) 예를 들어 0.4%, 0.3%, 0.2% 및/또는 0.1%이다. 이것은 물론 0 중량%의 하한치와 조합 가능하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라 티탄산염 유리 내 K2O의 함량은 10 - 20 중량%이고, 더 바람직하게는 10 - 14 중량%이다. K2O의 바람직한 상한치는 (각각 산화물 기준의 중량%로) 예를 들어 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12% 및/또는 11%이다. 이것은 물론 0 중량%의 하한치와 조합 가능하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라 티탄산염 유리 내 Na2O의 함량은 12 - 20 중량%이고, 특히 바람직하게는 12 - 18 중량%이다. Na2O의 바람직한 상한치는 (각각 산화물 기준의 중량%로) 예를 들어 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14% 및/또는 13%이다. 이것은 물론 12 중량%의 하한치와 조합 가능하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라 티탄산염 유리 내 Sb2O3의 함량은 0 - < 0.5 중량%이고, 특히 바람직하게는 0 중량%이다. Sb2O3의 바람직한 상한치는 (각각 산화물 기준의 중량%로) 예를 들어 0.4%, 0.3%, 0.2% 및/또는 0.1%이다. 이것은 물론 0 중량%의 하한치와 조합 가능하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라 티탄산염 유리 내 SnO2의 함량은 0 - < 0.5 중량%이고, 특히 바람직하게는 0 중량%이다. SnO2의 바람직한 상한치는 (각각 산화물 기준의 중량%로) 예를 들어 0.4%, 0.3%, 0.2% 및/또는 0.1%이다. 이것은 물론 0 중량%의 하한치와 조합 가능하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라 티탄산염 유리 내 SiO2의 함량은 28-37 중량%이고, 바람직하게는 29-34 중량%이다. SiO2의 바람직한 상한치는 (각각 산화물 기준의 중량%로) 예를 들어 36%, 35%, 34%, 33%, 32%, 31%, 30% 및/또는 29%이다. 이것은 물론 28 중량%의 하한치와 조합 가능하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라 티탄산염 유리 내 TiO2의 함량은 13-28 중량%이고, 더 바람직하게는 20-25 중량%이다. TiO2의 바람직한 상한치는 (각각 산화물 기준의 중량%로) 예를 들어 27%, 26%, 25%, 24%, 23%, 22%, 21%, 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15% 및/또는 14%이다. 이것은 물론 13 중량%의 하한치와 조합 가능할 뿐만 아니라, > 20 중량%의 상한치에 대해 20 중량%의 하한치와 조합도 가능하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라 티탄산염 유리 내 V2O5의 함량은 2-12 중량%이고, 더 바람직하게는 2-10 중량%이다. 특히 바람직하게는 티탄산염 유리 내 V2O5의 함량은 > 5 내지 13 중량%이다. V2O5의 바람직한 상한치는 (각각 산화물 기준의 중량%로) 예를 들어 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4% 및/또는 3%이다. 이것은 물론 2 중량%의 하한치와 조합 가능할 뿐만 아니라, > 5 중량%의 상한치에 대해 > 5 중량%의 하한치와 조합도 가능하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라 티탄산염 유리 내 ZrO2의 함량은 0 - < 0.5 중량%이고, 특히 바람직하게는 0 중량%이다. ZrO2의 바람직한 상한치는 (각각 산화물 기준의 중량%로) 예를 들어 0.4%, 0.3%, 0.2% 및/또는 0.1%이다. 이것은 물론 0 중량%의 하한치와 조합 가능하다.
본 발명의 특히 바람직한 다른 실시예에 따라 티탄산염 유리 형태의 본 발명에 따른 봉착 유리는 PbO 및/또는 SO3 및/또는 BaO 및/또는 CuO 및/또는 ZnO는 물론 불순물도 포함하지 않는다.
이러한 특히 바람직한 및/또는 "특히"로 특징되는 모든 실시예들은 임의로 서로 조합 가능하고, 일반적인 본 발명에 따른 범위의 성분들과 이러한 실시예들 중 하나의, 다수의 또는 모든 실시예의 임의의 조합도 가능하다. 따라서 예를 들어 각각의 해당 실시예에서, 하기 성분들의 함량은 서로 무관하게 또는 임의의 조합으로 다음과 같이 선택되는 것이 가능하며 본 발명과 관련해서 바람직하다: 0 - < 2 중량%의 Al2O3, O - < 2 중량%의 SrO, 5 - 13 중량%의 V2O5, 0 - 18 중량%의 Bi2O3.
Al2O3의 바람직한 상한치는 (각각 산화물 기준의 중량%로) 예를 들어 또한 1.9%, 1.8%, 1.7%, 1.6%, 1.5%, 1,4%, 1.3%, 1.2%, 1.1%, 1.0%, 0.9%, 0.8%, 0.7%, 0.6%, 0.5%, 0.4%, 0.3%, 0.2% 및/또는 0.1%이다. 이것은 물론 0 중량%의 하한치와 조합 가능하다.
SrO의 바람직한 상한치는 (각각 산화물 기준의 중량%로) 예를 들어 또한 1.9%, 1.8%, 1.7%, 1.6%, 1.5%, 1,4%, 1.3%, 1.2%, 1.1%, 1.0%, 0.9%, 0.8%, 0.7%, 0.6%, 0.5%, 0.4%, 0.3% 및/또는 0.2%이다. 이것은 물론 0 중량%의 하한치와 조합 가능하다.
SrO 함량의 감소에도 불구하고 본 발명은 웅용예에 적합한 봉착 유리를 제공할 수 있다. 또한 특히, SrO가 특히 예를 들어 알루미늄과 같은 경금속과의 결합에 바람직한, 유리의 용융성 및 유동을 개선하고 열팽창계수를 증가시키는 한편, 내화학성, 특히 내산성을 감소시키는 목표의 상충이 해결되었다. 티탄산염 유리의 본 발명에 따른 조성 범위에 의해, 상기 장점들의 포기에도 불구하고 예를 들어 배터리- 또는 콘덴서 용도와 같은 에너지 저장 장치의 응용예에서 이루어지는 것과 같이 전해질에 대해 더 안정적인 장점을 갖는 적절한 유리를 제공하는 것이 가능하다.
바람직하게, 본 발명에 따른 티탄산염 유리는 SrO를 포함하지 않는다. 그러나 때로는 소정의 성분 내에 상기 물질의 자연적인 분포에 의해 또는 유리 제조 시 가공으로 인한 상기 성분들과 조합으로 인해 완전히 방지하는 것은 불가피할 수 있거나 비용과 관련해서 감수할 수 밖에 없다. 따라서 이 실시예에서도 이러한 불순물로 인해 본 발명에 따른 결합 재료 내 소량의 SrO가 존재하는 것도 가능할 수 있다. 특히 바람직하게는 SrO의 전체 함량은 0.2 중량%를 초과하지 않는다.
다른 바람직한 실시예에 따라 도체가 통과하는, 티탄산염 유리 형태의 봉착 유리는 중량%로 하기 성분들을 포함하거나 이것으로 이루어진다:
B2O3 0 - < 3
Li2O 1 - 3
Al2O3 0 - 2
BaO 0 - 4
CaO 0 - 1
CuO 0 - < 6
Fe2O3 0 - < 0.5
K2O 10 - 20
MgO 0 - < 0.5
Na2O 12 - 20
Nb2O3 0 - < 0.5
P2O5 1 - 3
PbO 0 - < 0.5
SO3 0 - < 0.5
Sb2O3 0 - < 0.5
SiO2 28 - 37
SnO2 0 - < 0.5
SrO 0 - < 2.5
TiO2 13 - 28
V2O5 > 5 - 10
ZnO 0 - < 0.5
ZrO2 0 - < 0.5
Bi2O3 0 - 18.
제시된 봉착 유리들은 안정적인 알칼리-티탄산염-규산염-조성이고, 이것은 선행기술에 공개된 알칼리-인산염 유리보다 훨씬 낮은 인산염 함량을 포함한다.
놀랍게도 본 발명에 따라 사용된 봉착 유리는 공개된 인산염 유리에 대한 대안인 것이 밝혀졌고, 이 경우 상기 봉착 유리는 몇몇의 인산염 유리들에 비해 훨씬 더 높은 내화학성을 갖는다.
본 발명에 따라 베이스 바디를 위해 바람직하게는 경금속 또는 경금속 합금이 이용된다. 경금속은 5.0 kg/dm3의 비중을 갖는 금속이다. 바람직하게는 경금속의 비중은 1.0 kg/dm3 내지 3.0 kg/dm3이다. 일반적으로 경금속은 저용융 금속이고, 350℃ 내지 800℃의 용융 온도를 나타낸다. 이 경우 예를 들어 알루미늄, 마그네슘 또는 티탄이고, 경금속 합금은 예를 들어 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 또는 예컨대 Ti6246, Ti6242, Ti6Al4V 및/또는 Ti6Al7Nb와 같은 티탄 합금이다. AlSiC가 사용될 수도 있다. AlSiC는 Al이 침투되고 확산된 SiC-매트릭스이다. Al의 성분에 의해 특성, 특히 열팽창계수가 조절될 수 있다. 특히 AlSiC는 순수 알루미늄보다 낮은 열팽창을 갖는다. 명료함을 위해 이 경우 AlSiC를 경금속 합금으로 들 수 있다.
경금속 또는 경금속 합금의 앞에서 제시된 규정에 따라 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 350 ℃ 내지 700 ℃의 용융점 또는 용융 온도, 10 ·106 S/m 내지 40·106 S/m의 전기 전도도, 18 x 10-6/K 내지 26 x 10-6/K의 열팽창계수 및 2.5 kg/dm3 내지 2.9 kg/dm3의 비중을 갖는 것으로 파악될 수 있다.
적어도 하나의 도체, 특히 실질적으로 핀 형상의 도체는 본 발명에 따라 바람직하게는 마찬가지로 경금속 또는 경금속 합금이다. 도체에 이용되는 경금속 또는 경금속 합금은 5·106 S/m-1 내지 50·106 S/m-1의 전기 전도도를 특징으로 한다.
이에 대한 대안으로서 도체, 실질적으로 핀 형상의 도체는 구리 또는 CuSiC 또는 구리 합금, 금 또는 금 합금, 은 또는 은 합금, NiFe, 구리 코어를 가진 NiFe-쉘 및 코발트-철 합금을 포함하거나 이것으로 이루어질 수 있다.
도체를 위한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로서 바람직하게는 사용된다:
EN AW-1050 A
EN AW-1350
EN AW-2014
EN AW-3003
EN AW-3005
EN AW-4302
EN AW-5019
EN AW-5056
EN AW-5083
EN AW-5556A
EN AW-6060
EN AW-6061
EN AW-6082
EN AW-7020.
도체를 위한 구리 또는 구리 합금으로서 바람직하게는 사용된다:
Cu-PHC 2.0070
Cu-OF 2.0070
Cu-ETP 2.0065
Cu-HCP 2.0070
Cu-DHP 2.0090.
특히 바람직하게는 베이스 바디 및 전기 도체를 위해 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 이용된다.
도체, 특히 핀 형상의 도체의 재료는 베이스 바디의 재료와 동일할 수 있고, 특히 예컨대 알루미늄과 같은 경금속, 또는 알루미늄 합금과 같은 경금속 합금일 수 있다. 이는, 베이스 바디와 금속 핀의 열팽창계수가 동일한 장점을 제공한다. 사용된 봉착 유리의 선형 열팽창계수 α는 하나의 재료에 대해서만 조정되면 된다. 이러한 경우에 α봉착 유리는 대략 α베이스 바디 및/또는 α금속 핀이고, 소위 조정된 피드스루가 관련된다. 조정된 피드스루에서 재료들의 실질적으로 동일한 열팽창계수로 인해 온도 변동 시 절연체, 특히 봉착 유리와 베이스 바디 또는 금속 핀 사이에 응력이 발생하지 않는다. 이러한 특성은 바람직할 수 있다. 항상 본 발명에 따라 봉착 유리와 베이스 바디 및/또는 금속 핀 사이의 재료 접합 결합이 이루어진다.
봉착 유리 피드스루가 제공되는 경우에, α봉착 유리는 α베이스 바디 및/또는 α금속 핀과 상이하고, 즉 일반적으로 α베이스 바디 보다 작고, α금속 핀과 거의 정확히 같은 크기이다. 베이스 바디와 금속 핀이 상이한 재료들을 포함하는 경우에, 예를 들어α베이스 바디 ≥ α봉착 유리
Figure 112015105978099-pct00001
α금속 핀이 성립한다. 재료들의 상이한 열팽창계수는 유리/금속 밀봉을 가능하게 하고, 이러한 유리/금속 밀봉 시 또한 봉착 유리와 주변 재료들, 바람직하게는 경금속 사이의 재료 접합 결합이 제공된다.
"재료 접합" 결합이란, 본 발명과 관련해서 봉착 유리와 결합 파트너, 이 경우 베이스 바디 또는 금속 핀 또는 이 두 가지가 원자 또는 분자력에 기초하는 연결에 의해 결합되는 연결이다. 이는 다시 분리할 수 없는 연결이고, 상기 연결은 연결 수단의 파괴에 의해서만 분리될 수 있다.
따라서 본 발명에 따라 금속, 바람직하게는 경금속, 예컨대 알루미늄, 특히 순알루미늄, 마그네슘 또는 티탄 또는 경금속 합금, 예컨대 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 또는 티탄 합금에서 선택된 적절한 재료들과 재료 접합 결합을 이루는데 적합한 봉착 유리들이 제공된다. 이와 관련해서, 물론 모든 임의의 유리 조성이, 예를 들어 리튬-이온 배터리에서 사용을 위한 본 발명에 따른 요구를 충족하기 위해 적합하지 않은 것에 주의해야 한다.
본 발명에 따라 사용된 봉착 유리에서 경금속의 용융 온도 및/또는 변형과 양립할 수 있는 가능한 한 낮은 용융 온도를 달성하기 위해, 예를 들어 많은 양의 납 산화물이 이용될 수 있다. 그러나 독성으로 인해 오늘날은 무연 시스템을 이용하고자 하므로, 다른 첨가물을 추가함으로써 낮은 용융 온도가 달성되어야 한다. 예를 들어 소정의 낮은 용융 온도는 LiO2 및/또는 BaO 및/또는 V2O5 및/또는 Bi2O3의 첨가에 의해 얻어질 수 있다. > 5 내지 13 중량%의 V2O5 함량 및/또는 0 내지 18 중량%, 특히 0 내지 19 중량%, 바람직하게는 0 내지 < 10 중량%의 Bi2O3 함량을 갖는 티탄산염 유리가 특히 바람직하다.
일반적으로 봉착 유리와 순 알루미늄(적어도 99% 알루미늄) 또는 저합금 알루미늄보다 더 높게 합금화된 알루미늄 합금의 재료 접합 결합이 더 어려운 것으로 간주된다. 마그네슘은 알루미늄에서 주로 사용되는 합금 원소인데, 그 이유는 이것은 합금의 강도에 긍정적인 영향을 미치기 때문이다. > 0.5 중량%의 마그네슘 함량은 바람직하지 않은 것으로 입증되었고, 이는 봉착 유리의 점착과 관련된다. 주로 다른 합금 원소들도 봉착 유리의 표면에서 점착과 관련해서 방해가 된다.
공개되어 있는 바와 같이 알루미늄의 경우에 예컨대 마그네슘, 실리콘, 구리, 아연, 니켈, 철, 크롬, 망간 및 이와 같은 합금 원소의 소량의 첨가에 의해 특히 순 알루미늄과 달리 기계적 특성이 매우 심하게 변경된다.
유리/금속 밀봉을 구현할 수 있기 위해, 따라서 일반적으로 480℃ 내지 600℃의 온도에서 실시되는 글레이징 공정 후에 더 적절한 높은 강도를 갖는 알루미늄 합금을 이용하는 것이 바람직하다.
특히 바람직하게는 하기 알루미늄 합금들이 이용된다:
EN AW-1050 A
EN AW-1350
EN AW-3003
EN AW-3004
EN AW-3005
EN AW-4032
EN AW-5083
EN AW-6060
EN AW-6061
EN AW-6082
EN AW-7020.
봉착 유리와 이러한 알루미늄 합금의 재료 접합 결합의 제조 시 본 발명에서 특히 양호한 점착 결합이 이루어진다. 이러한 제조 공정은 또한 간단하고 안전하게 실행될 수 있다.
봉착 유리와 알루미늄 합금 사이의 다양한 점착 메카니즘이 가정되고, 이는 재료 접합 결합을 실시한다. 문헌에는 일반적으로 인정된 메카니즘이 명시되어 있지 않다. 특히 봉착 유리와 알루미늄 사이의 상이한 열팽창으로 인한 기계적 응력차는 냉각 중에 알루미늄의 소성 유동에 의해 보상되고, 봉착 유리의 칩핑(chipping)이 저지되는 것을 전제로 한다.
경금속 및/또는 경금속 합금, 바람직하게는 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금과 봉착 유리의 연결을 개선하기 위해, 하나 이상의 전처리 공정 및/또는 코팅(부식 방지층)이 실시될 수 있다. 본 발명에 따라 바람직하게는 경금속 또는 경금속 합금, 특히 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금의 표면 처리, 특히 바람직하게는 크롬화가 실시되고, 이는 마그네슘 함유 표면층의 형성을 저지한다. 또한 산화티탄, 규산염, 산화지르코늄 또는 인산염 베이스의 부식 방지층은 알루미늄과 봉착 유리 사이의 점착을 확실히 개선할 수 있다.
본 발명에 따라 특히 경금속 또는 경금속 합금, 예컨대 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 사용 시, 특히 경우에 따라 실행된 표면의 전처리 후에, 사용된 봉착 유리와 경금속, 예컨대 알루미늄 및/또는 경금속 합금, 예컨대 알루미늄 합금 사이의 재료 접합 결합이 얻어진다. 이러한 재료 접합 결합은 예를 들어 베이스 바디 내의 개구로부터 빠져 나가는 것에 대한 기계적 부하 수용 능력 외에 피드스루의 밀봉력을 지원한다.
제시된 봉착 유리는 20℃ 내지 350℃에서 높은 열팽창계수α(CTE)를 특징으로 하고, 상기 열팽창계수는 25·10-6 /K에 이르고, 따라서 경금속 및 경금속 합금, 예컨대 알루미늄과 알루미늄 합금의 열팽창계수의 범위로 감소한다. 알루미늄은 실온에서 23·10-6 /K의 열팽창계수 α를 갖는다.
본 발명에 따른 봉착 유리들은 전술한 특성으로 인해 온도 감응성 재료들 및/또는 전기 피드스루 형태의 부품들과의 연결에 적합하다. 본 발명에 따라 사용된 봉착 유리들의 연화점(Tg)은 이 경우 일반적으로 300 내지 500℃이다.
베이스 바디의 경금속/경금속 합금의 연결의 제조 시, 그리고 경금속/경금속 합금이 금속 핀을 위해서도 사용되는 경우에, 금속 핀의 경금속/경금속 합금이 용융되거나 변형되는 것을 저지하기 위해, 베이스 바디 및/또는 도체의 재료와 재료 접합 결합의 제조 시 봉착 유리의 처리 온도는 베이스 바디 또는 도체의 재료의 용융 온도보다 낮다. 이러한 처리 온도의 지표는 변태 온도(Tg)이다.
이 경우에 사용되는 봉착 유리들은 일반적으로 분말로부터 제조되고, 상기 분말은 용융되고 압축되어 성형체를 형성하고, 결합할 부품들과의 열작용 하에 재료 접합 결합을 형성한다.
또한 본 발명은 실질적으로 핀 형상의 적어도 하나의 도체를 포함하는 피드스루를 제조하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다:
- 도체, 특히 실질적으로 핀 형상의 도체 및 경금속 및/또는 경금속 합금, 바람직하게는 알루미늄, 마그네슘, 티탄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티탄 합금, 예컨대 Ti6246, Ti6242, Ti6Al4V 및/또는 Ti6Al7Nb, 또는 AlSiC를 포함하거나 이것으로 이루어지는 베이스 바디를 제공하는 단계;
- 티탄산염 유리를 포함하거나 이것으로 이루어지는 봉착 유리를 제공하고, 봉착 유리를 그라인딩 및 과립화하고, 이것으로 도체를 위한 적절한 개구를 포함하는 성형체를 제조하는 단계;
- 얻어진 성형체를 경우에 따라서 결합제를 첨가하면서 선택적으로 열처리 하는 단계;
- 부분들을 결합하여 피드스루를 형성하는 단계 및;
- 베이스 바디 및/또는 도체, 실질적으로 핀 형상의 도체와 봉착 유리 사이의 재료 접합 결합의 형성 하에 열처리 하는 단계.
예를 들어 리튬 이온 배터리를 위한 본 발명에 따른 전기 피드스루의 제조 시 세부적으로는 하기와 같이 이루어진다:
먼저 소정의 재료의 베이스 바디와 도체, 특히 실질적으로 핀 형상의 도체가 제공된다. 베이스 바디는 경금속 및/또는 경금속 합금, 바람직하게는 알루미늄, 마그네슘, 티탄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티탄 합금, 예컨대 Ti6246, Ti6242, Ti6Al4V 및/또는 Ti6Al7Nb, 또는 AlSiC를 포함하거나, 이것으로 이루어진다. 도체, 특히 실질적으로 핀 형상의 도체는 바람직하게는 알루미늄, 마그네슘, 티탄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티탄 합금 또는 AlSiC에서 선택된 경금속 및/또는 경금속 합금을 포함하거나 이것으로 이루어질 수 있다. 대안으로서 도체, 특히 실질적으로 핀 형상의 도체는 구리 또는 CuSiC 또는 구리 합금, 금 또는 금 합금, 은 또는 은 합금, NiFe, 구리 코어를 가진 NiFe-쉘 및 코발트-철 합금을 포함하거나 이것으로 이루어질 수 있다.
베이스 바디와 도체는 전술한 바와 같이 동일한 재료로 구성될 수 있거나 다양한 재료들에서 선택될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 방법에서 티탄산염 유리를 포함하거나 이것으로 이루어지는 봉착 유리가 제공되고, 특히 제조 또는 조달된다. 제공된 봉착 유리는 그라인딩되고 과립화된 후에 기계적으로 또는 유압으로(등방 및 단축으로) 압축되어 성형체를 형성한다. 성형체를 적절하게 열처리 하는(소결) 것이 바람직할 수 있고, 이로써 압분체의 습태 강도(green strengh)가 증가한다. 온도는 대략 300℃ 내지 450℃이다. 또한 분말은 성형성을 개선하기 위해 가압 전에 유기 결합제와 혼합하는 것이 바람직할 수 있다. 유기 결합제로서 예를 들어 알콜이 사용될 수 있다.
압분체는 실시예에 따라 실린더형 형태를 가질 수 있다. 이 실시예에서 축방향으로 압분체 내에 콘택을 위해 실린더형 개구가 포함된다.
베이스 바디 및/또는 바람직하게는 핀 형상의 도체의 적절한 선택적인 전처리, 특히 표면 처리, 예를 들어 표면에 부착된 산화물층의 (화학적 및/또는 기계적으로) 제거 후에, 전기 피드스루를 위한 부품들의 결합이 이루어진다. 계속해서 열처리가 실시되고, 이 경우 봉착 유리와 금속 부분들 사이의 재료 접합 결합이 이루어진다. 열처리 시 바람직하게는 400℃ 내지 600℃의 온도가 이용된다. 알루미늄- 또는 알루미늄 합금에서 650℃의 상한치가 초과되어서는 안 된다.
본 발명에 따라, 피드스루를 예비 제조하는 것이 가능하고, 즉 재료 접합 결합을 형성하면서 봉착 유리-성형체를 이용하여 베이스 바디 내에 핀 재료를 매립한 후에, 하우징부 내에, 특히 배터리 셀 내에 삽입하는 것이 가능하다. 이는 제조 방법의 간단함과 경제성의 향상을 의미할 수 있고, 이 경우 하우징부의 개구 내로 피드스루의 저렴한 설치가 이루어질 수 있다.
대안으로서 도체는 재료 접합 결합을 형성하면서 봉착 유리-성형체와 함께 직접 배터리의 하우징부의 개구 내에 매립될 수도 있다.
바람직하게는 베이스 바디는 링형 베이스 바디로서 형성되고, 바람직하게는 원형 및 타원형 형태로 형성된다. 타원형 형태는, 하우징부, 특히 피드스루가 설치된 개구(들)을 갖는 배터리 셀의 커버부가 좁고 긴 형태를 갖고 하우징부의 개구를 통해 핀 형상의 도체와 함께 통과하는 봉착 유리 재료가 베이스 바디와 핀 형상의 도체 사이에 완전히 삽입되는 경우에 특히 바람직하다. 이러한 실시예는, 실질적으로 핀 형상의 도체와 실질적으로 링형 베이스 바디로 이루어진 피드스루를 예비 제조하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 배터리 피드스루는, 밀봉 및 저용융 베이스 바디와 재료 접합 결합이 가능할 뿐만 아니라, 배터리 전해질 및 외부 환경 영향에 대해 충분한 내구성이 제공되는 것을 특징으로 한다.
특히 본 발명에 의해 비수성, 일반적으로 공격성 배터리 전해질에 대해 충분한 화학적 안정성이 제공된다. 비수성 배터리 전해질은 일반적으로 카보네이트, 특히 카보네이트 혼합물, 예컨대 에틸렌카보네이트 또는 디메틸카보네이트의 혼합물로 이루어지고, 이 경우 공격성 비수성 배터리 전해질은 도전성 염을 포함하고, 예를 들어 1몰 용액 형태의 도전성 염 LiPF6을 포함한다. 본 발명에 따라 제시된 봉착 유리들은 α 내지 (20℃ - 350℃) 25 ·10-6/K의 높은 열팽창계수와 저용융- 또는 반구형 변화 온도 외에도 전술한 고체 배터리 전해질에 대해 충분한 내구성을 갖는다. 용융 온도는 R.Goerke, K.-J.Leers:Keram.Z.48(1996) 300-305 또는 DIN 51730, ISO 540 또는 CEN/TS 15404 및 15370-1에 기술된 바와 같이, 예를 들어 반구형 변화 온도에 의해 결정되고, 상기 간행물의 공개 내용은 전체적으로 본 명세서에 포함된다. 반구형 변화 온도의 측정은 예를 들어 DE 10 2009 011 182 A1호에 상세히 설명되며, 상기 간행물의 공개 내용은 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
배터리 피드스루를 위한 봉착 유리는 바람직한 실시예에서 봉착 유리 구조에 삽입된 Li를 포함한다. Li-이온 저장 장치를 위해 사용되는 전해질 내에도 Li가 포함되어 있기 때문에, 이러한 조치에 의해 배터리 성능은 저하되지 않는다.
티탄산염 유리 형태의 본 발명에 따른 봉착 유리들은 따라서 특히 내화학성을 특징으로 하므로, CTE의 조절 외에 동시에 또한 배터리 전해질에 대한 내구성 및 대기 습도에 대한 수성 내구성이 높아진다.
내화학성을 결정하기 위해 실질적으로 2개의 테스트가 이용된다. 제 1 테스트에서 전해질과 봉착 유리 사이의 반응으로서 가능한 가스 발생이 평가된다. 제 2 테스트는 전해질에 의해 봉착 유리로부터 얼마나 많은 재료가 용해되는지 조사된다(소위 침출).
배터리 전해질에 대한 본 발명에 따른 조성물의 내구성은, 조성물이 d50 = 10 ㎛ 입자를 갖는 분말 형태로 그라인딩되고 예정된 시간 동안, 예를 들어 1주 동안 전해질 내에서 침출됨으로써 검사된다. 비수성 전해질로서 예를 들어 에틸렌카보네이트와 디메틸카보네이트(질량비 1:1)로 이루어지고 도전성 염으로서 LiPF6가 첨가된 카보네이트 혼합물이 사용된다(1몰 용액). 분말이 전해질에 노출된 후에, 분말은 필터링되고, 봉착 유리로부터 침출된 전해질의 성분들에 대해 조사된다(소위 침출).
본 발명에 따라 사용된 봉착 유리의 조사 시, 상기 봉착 유리에서 가스 발생이 관찰되지 않는 것이 밝혀졌다. 또한, 본 발명에 따른 조성 범위의 봉착 유리에서 매우 약간의 침출물만이 얻어지는 것이 밝혀졌다. 용융 유리의 11 중량%보다 작은 질량 손실이 이루어지고, 특수한 경우에 용융 유리의 1.5 중량%의 침출도 달성된다.
또한 Li- 및 F 함유 전해질에 대한 본 발명에 따른 봉착 유리들의 내구성은 인산염 유리의 경우보다 높은 것이 밝혀졌다. 또한, 수성 전해질 내에서 본 발명에 따른 봉착 유리들의 내구성도 충분히 높은 것이 확인되었다.
하나 이상의 핀, 특히 경금속 및/또는 경금속 합금, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 베이스 바디를 포함는 배터리 피드스루에서 사용되는 본 발명에 따른 봉착 유리의 다른 장점은, 베이스 바디의 경금속/경금속 합금 및/또는 특히 금속 핀 형상의 도체의 금속을 포함하는 봉착 유리의 용융이 기체 분위기에서도 가능한 것이다. 따라서 진공은 불필요하다. 오히려 이러한 용융은 공기 중에서도 이루어질 수 있다. 선택적으로 불활성 기체가 사용될 수 있다. 용융을 위한 전처리로서 금속이 세정되고 및/또는 에칭되고(피클링), 필요한 경우에 의도대로 산화되거나 코팅될 수 있다.
제시된 봉착 유리 조성은 동시에 바람직하게는 비수성 전해질에 대한 높은 화학적 안정성과 높은 열팽창계수를 나타낸다. 이것은, 특히 열팽창계수가 높을수록 기본 재료가 일반적으로 더 불안정해지는 것이 가정되기 때문에 놀랍다. 또한 놀라운 것은, 높은 열팽창계수 및 낮은 처리 온도에도 불구하고 제시된 봉착 유리들은 충분한 화학적 안정성을 갖는 점이다.
따라서 본 발명에 의해 선행기술의 피드스루, 예를 들어 밀봉 재료로서 플라스틱을 포함하는 피드스루에 비해 높은 내열성을, 특히 내열 충격성을 특징으로 하는 피드스루, 바람직하게는 배터리 피드스루가 제공된다. 또한 온도 변동 시 또는 온도의 변화 시에도 밀봉력이 제공되고, 상기 밀봉력은 유체, 특히 배터리 유체가 배출될 수 있고 및/또는 습기가 하우징 내로 침투하는 것을 저지한다. 또한 습기에 대한 높은 안정성에 의해서도 연결의 높은 밀봉력과 내구성이 유지된다. 그러한 이유로 본 발명에 따른 피드스루는, 예를 들어 적절한 응용예에서 배터리가 손상 또는 오작동에 의해 과도하게 과열되는 경우에도 장애에 대해 안정적이다.
밀봉이란 본 발명과 관련해서, 압력차가 1bar일 때 헬륨 누설율이 < 1·10-8 mbar L s-1, 바람직하게는 < 1·10-9 mbar L s-1 인 것을 의미한다.
도체, 바람직하게는 실질적으로 핀 형상의 도체가 통과하는 전기 절연 재료는 본 발명에 따른 봉착 유리로 이루어지거나 이것을 포함한다. 상기 재료가 봉착 유리로 이루어지면, 다른 재료는 제공되지 않고, 본 발명에 따른 티탄산염 유리로 이루어진 하나의 층만이 제공된다. 전기 절연 재료가 봉착 유리를 포함하면, 봉착 유리 조성 외에도 바람직하게는 유리- 또는 유리 세라믹 조성에서 선택된 적어도 하나의 다른 재료가 제공된다. 특히 바람직하게는 전기 절연 재료는 완전히 유리 재료로 이루어지고, 상기 유리 재료는 본 발명에 따른 봉착 유리 외에 다른 유리 재료 또는 다른 유리 재료들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 도체가 안내되는 전기 절연 재료는 다수의 층, 예를 들어 2개의 층 또는 3개 이상의 층으로 이루어진 층 구조를 포함하거나 이것으로 이루어지고, 이 경우 바람직하게는 저장 장치, 예컨대 배터리의 외측면을 향해 배치된 적어도 최상층 또는 커버층은 티탄산염 유리 형태의 본 발명에 따른 봉착 유리를 포함하거나 이것으로 이루어진다.
적어도 3개의 층으로 이루어진 층 구조가 제공될 수도 있고, 이러한 층 구조에서 최상층 및/또는 최하층은 본 발명에 따라 사용된 봉착 유리를 포함하거나 그것으로 이루어진다. 특히 바람직하게는 샌드위치 구조가 제공될 수 있고, 상기 구조에서 최상층과 최하층은 전술한 조성 범위에서 선택된 봉착 유리를 포함하거나 이것으로 이루어진다. 2개의 층(최상층과 최하층) 내의 봉착 유리는 동일하거나 상이한 조성일 수 있다. 층 형상의 구조 내의 다른 층들은, 바람직하지 않은 영향을 미치지 않는 경우에, 더 제한되지 않는다. 예를 들어 층 구조 내에 인산염 유리로 이루어진 다른 층이 제공될 수도 있다. 인산염 유리는 예를 들어 하기 성분들을 몰%로 포함하거나 이것으로 이루어질 수 있다:
P2O5 35-50 몰%, 특히 39-48 몰%
Al2O3 0-14 몰%, 특히 2-12 몰%
B2O3 2-10 몰%, 특히 4-8 몰%
Na2O 0-30 몰%, 특히 0-20 몰%
M2O 0-20 몰%, 특히 12-20 몰%, 이 경우 M=K, Cs, Rb일 수 있다
PbO 0-10 몰%, 특히 0-9 몰%
Li2O 0-45 몰%, 특히 0-40 몰%, 특히 바람직하게는 17-40 몰%
BaO 0-20 몰%, 특히 0-20 몰%, 특히 바람직하게는 5-20 몰%
Bi2O3 0-10 몰%, 특히 1-5 몰%, 특히 바람직하게는 2-5 몰%.
따라서 3개의 층으로 이루어진 층 구조("샌드위치")가 특히 바람직하고, 이 경우 최상 및/또는 최하층은 각각 봉착 유리를 포함하거나 이것으로 이루어지고, 내부층은 인산염 유리를, 바람직하게는 전술한 인산염 유리를 포함하거나 이것으로 이루어진다. 봉착 유리의 재료 접합 결합은 이러한 3층 시스템에서 본 발명에 따라 특히 베이스 바디와 도체, 실질적으로 핀 형상의 도체 사이에 형성된다.
저장 장치 내 피드스루의 방향 설정을 고려하지 않으면, 본 발명과 관련해서 층 구조 내에서 "최상층"이란 외부 주변에 대해 접촉하고 그 아래의 층들을 외부에 대해 보호하는 층이다. 층 구조 내에서 "최하층"은 따라서 최상층과 가장 멀리 떨어져 있는 층이고, 상기 층은 그 아래의 층들을 저장 장치의 내부의 재료들로부터 보호한다.
티탄산염 유리 외에 추가 유리 또는 유리 세라믹 재료를 포함하는 층 구조가 제공되는 경우에, 유리- 또는 유리 세라믹 재료의 열팽창계수는 바람직하게는 거의 봉착 유리의 열팽창계수에 매칭된다.
특히 바람직하게는 봉착 유리층은 1 내지 10 mm, 바람직하게는 4 내지 9 mm, 특히 5 내지 7 mm의 두께를 갖고, 20 mm까지의 바람직한 직경을 갖는다. 층 구조에서 유리 또는 유리 세라믹과 같은 다른 재료들의 가변 두께를 갖는 추가 층들이 추가된다.
본 발명의 다른 실시예에서 전술한 층 구조에 대한 대안으로서, 베이스 바디와 금속 핀이 상이한 재료들을 포함하는 경우에, 제 1 열팽창계수 α1를 갖는 제 1 유리- 또는 유리 세라믹 재료와 제 2 열팽창계수 α2를 갖는 제 2 유리- 또는 유리 세라믹 재료가 제공되는 구조도 가능하고, 이 경우 제 1 유리- 또는 유리 세라믹 재료의 열팽창계수 α1는 베이스 바디의 재료의 열팽창계수에 매칭되고, 열팽창계수 α2는 도체, 실질적으로 핀 형상의 도체의 재료의 열팽창계수에 매칭된다. 다수의 상이한 유리들로 이루어진 유리 부분들은 예를 들어 다수의 유리 재료로 이루어진 유리 성형부들로서 제조될 수 있다. 이는 본 발명에 따라 다성분 유리라고도 한다. 본 발명에 따라 이 경우 또한 최하층(바람직하게는 다성분 유리 바로 아래에 배치됨) 및/또는 최상층 또는 커버층(바람직하게는 위쪽에 또는 다성분 유리 바로 위에 배치됨)이 제공되고, 상기 층들은 봉착 유리를 포함하거나 이것으로 이루어진다. 특히 바람직하게는 사이에 다성분 유리가 배치된 최하층 및/또는 최상층은 본 발명에 따른 봉착 유리를 포함하거나 이것으로 이루어진다.
제 1 금속이 경금속, 예를 들어 알루미늄이고, 제 1 유리 재료는, 열팽창계수 α1가 경금속, 예컨대 알루미늄의 열팽창계수(20℃에서 대략 α= 23 x 10-6K-1)에 대해 조정되는 경우에, 특히 바람직하다. 바람직하게는 열팽창계수 α1의 값은 따라서 20℃ 내지 300℃에서 대략 (16 내지 25) x 10-6K-1이다.
논의되고 있는 열팽창계수 α1를 갖는 유리 재료들은 특히 유리족 실리케이트티타네이트, 술포포스페이트, 텔루라이드, 보레이트, 바나데이트, 플루오라이드, 포스페이트 또는 실리케이트에서 선택된다. 이러한 유리 재료들은 열팽창 조정을 위해, 즉 열팽창계수의 조정을 위해 또한 충전제를 포함할 수 있다. 열팽창계수의 조정을 위해 유리에 알칼리 또는 알칼리 토류의 첨가도 가능하다.
전술한 바와 같이 본 발명의 개선된 실시예에서 핀 형상의 도체가 20 ℃에서 대략 α= 16 x 10-6K-1의 열팽창계수를 갖는 구리 또는 구리 합금인 경우에, 제 2 유리 재료는 바람직하게, 열팽창계수 α2가 바람직하게, 예를 들어 20℃에서 대략 12 내지 18 x 10-6K-1인 금속 핀의 열팽창계수의 범위에 있도록 선택된다.
이러한 열팽창계수를 갖는 유리- 또는 유리 세라믹 재료들은 예를 들어 유리족 실리케이트티타네이트, 술포포스페이트, 텔루라이드, 보레이트, 바나데이트, 플루오라이드, 포스페이트 및 실리케이트이다. 열팽창 조정을 위해 이러한 유리에서도 특히 알칼리 또는 알칼리 토류와 같은 첨가물이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 적어도 하나의 도체, 특히 실질적으로 핀 형상의 도체가 통과하는 전기 절연 재료는 다성분 유리, 특히 유리 펠릿이고, 상기 절연 재료는 적어도 하나의 제 1 유리- 또는 유리 세라믹 재료와 제 2 유리- 또는 유리 세라믹 재료 및 봉착 유리를 포함하거나 이것으로 이루어진 최상층 및/또는 최하층을 포함한다.
본 발명의 대상은 또한 본 발명에 따른 피드스루를 포함하는 전기 저장 장치, 특히 배터리, 바람직하게는 리튬 이온 배터리 또는 리튬 이온 축전지 또는 콘덴서이다.
배터리의 하우징은 바람직하게는 베이스 바디와 동일한 재료, 특히 경금속 및/또는 경금속 합금으로 이루어진다. 베이스 바디는 배터리 셀의 경우에 바람직하게는 배터리 하우징의 부분이다. 바람직하게는 배터리는 리튬 이온 배터리이다.
실시예에서 핀 형상의 도체는 추가로 헤드부 또는 고정부를 포함한다. 헤드부는 헤드부를 지나 돌출하는 연장부를 포함할 수 있다. 연장부는 전극 또는 전극 접속들을 위한 센터링을 제공하는데 이용될 수 있다. 헤드부를 포함하는 실시예에서, 배터리 셀 하우징의 내측으로 연장되는 헤드부에 전극 접속부 또는 배터리 전극이 접속될 수 있고, 이는 WO 2012/110242 A2호 및 WO 2012/110246호에 기술되어 있고, 상기 간행물의 공개 내용은 참조에 의해 본 상세한 설명의 공개 내용에 포함된다.
배터리는 바람직하게, 특히 카보네이트 기재의 비수성 전해질, 바람직하게는 카보네이트 혼합물을 포함한다. 카보네이트 혼합물은 도전성 염, 예를 들어 LiPF6를 포함하고 디메틸카보네이트와 혼합되는 에틸렌카보네이트를 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 피드스루가 사용되는 콘덴서에 관한 것이다.
또한 본 발명은 다른 양상에 따라 피드스루의 밀봉과 전기 절연 하에 그리고 베이스 바디 및/또는 봉착 유리를 포함하는 도체 사이의 재료 접합 결합의 형성 하에 저장 장치, 바람직하게는 배터리, 특히 리튬 이온 배터리, 리튬 이온 축전지 또는 콘덴서의 하우징 내로 도체의 피드스루를 위한 티탄산염 유리 형태의 봉착 유리의 용도를 제공한다.
본 발명에 따라 사용된, 티탄산염 유리 형태의 봉착 유리는 하기 중량%로 하기 성분들을 포함하거나 이것으로 이루어진다:
B2O3 0 - < 3 중량%
Li2O 0 - 3 중량%, 특히 1 - 3 중량%
Al2O3 0 - < 2 중량%, 특히 - < 2 중량%
BaO 0 - < 11 중량%
CaO 0 - 1 중량%
CuO 0 - < 7 중량%
Fe2O3 0 - < 5 중량%
K2O 10 - 27 중량%
MgO 0 - < 0.5 중량%
Na2O 12 - 22 중량%
Nb2O3 0 - < 0.5 중량%
P2O5 0 - 3 중량%, 특히 1-3 중량%
PbO 0 - < 0.5 중량%
SO3 0 - < 0.5 중량%
Sb2O3 0 - < 7 중량%
SiO2 24 - 44 중량%
SnO2 0 - < 4 중량%
SrO 0 - < 2.5 중량%, 특히 0 - < 2 중량%, 바람직하게는 0 - 0.5 중량%
TiO2 5 - 28 중량%
V2O5 0 - 13 중량%, 특히 1-13 중량%, 특히 > 5-13 중량%
Zn0 0 - < 0.5 중량%
ZrO2 0 - 1 중량%
Bi2O3 0 - 19 중량%, 특히 0-18 중량%, 특히 0 - < 10 중량%
중량%로 하기 성분들을 포함하거나 이것으로 이루어지는 봉착 유리의 용도가 특히 바람직하다:
B2O3 0 - < 3
Li2O 1 - 3
Al2O3 0 - < 2
BaO 0 - 4
CaO 0 - < 1
CuO 0 - < 6
Fe2O3 0 - < 0.5
K2O 10 - 20
MgO 0 - < 0.5
Na2O 12 -20
Nb2O3 0 - < 0.5
P2O5 1- 3
PbO 0 - < 0.5
SO3 0 - < 0.5
Sb2O3 0 - < 0.5
SiO2 28 - 37
SnO2 0 - < 0.5
SrO 0 - < 2.5
TiO2 13- 28
V2O5 > 5 - 10
Zn0 0 - < 0.5
ZrO2 0 - < 0.5
Bi2O3 0 - 18
바람직한 실시예에서 저장 장치의 주로 핀 형상의 내부 금속 도체는 경금속 및/또는 경금속 합금, 바람직하게는 알루미늄, 마그네슘, 티탄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티탄 합금 또는 AlSiC를 포함하거나, 예컨대 구리 또는 CuSiC 또는 구리 합금, 금 또는 금 합금, 은 또는 은 합금, NiFe, 구리 코어를 가진 NiFe 쉘 및 코발트-철 합금을 포함하거나, 이것으로 이루어진다. 베이스 바디 및 하우징은 바람직하게는 경금속 및/또는 경금속 합금으로, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 특히 바람직하게는 저장 장치의 모든 부분들은 경금속 및/또는 경금속 합금, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된다.
봉착 유리는 적어도 하나의 도체, 특히 실질적으로 핀 형상의 도체가 통과하는 전기 절연 재료의 부분이거나, 전기 절연 재료이다. 전기 절연 재료의 바람직한 층 구조에서 최상층 및/또는 최하층은 봉착 유리를 포함하거나 이것으로 이루어진다. 다성분 유리가 포함된 전기 절연 재료의 구조가 제공될 수도 있고, 상기 다성분 유리는 한편으로 베이스 바디의 재료와 다른 한편으로 도체의 재료를 위한 매칭된 열팽창계수들을 갖는 적어도 2개의 유리를 포함하고, 이 경우 다성분 유리는 최상층과 최하층 사이에 배치되고, 상기 층들은 각각 봉착 유리를 포함하거나 이것으로 이루어진다.
본 발명은 하기에서 도면 및 실시예를 참고로 이에 제한하지 않으면서 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 피스스루의 실시예를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 피드스루의 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 피드스루의 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 1에 본 발명에 따른 피드스루(1)가 도시된다. 피드스루(1)는 도체, 특히 핀 형상의 도체로서 금속 핀(3)과 베이스 바디(5)로서 금속부를 포함하고, 상기 금속 핀은 바람직하게는 예를 들어 알루미늄과 같은 경금속 및/또는 예를 들어 알루미늄 합금과 같은 경금속 합금, 또는 예컨대 구리 또는 구리 합금과 같은 다른 금속 합금으로 이루어지고, 상기 금속부는 본 발명에 따라 바람직하게는 경금속, 특히 알루미늄, 마그네슘, 티탄 및/또는 경금속 합금, 특히 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 또는 티탄 합금, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다. 금속 핀(3)은 개구(7)를 통과하고, 상기 개구는 금속부(5)를 관통한다. 하나의 금속 핀이 개구를 통과하는 것만이 도시되더라도, 다수의 금속 핀들이 개구를 통과할 수도 있고, 이 경우 본 발명을 벗어나지 않는다.
개구(7)의 외부 윤곽은 바람직하게는 원형으로 형성될 수 있고 또는 타원형으로도 형성될 수 있다. 개구(7)는 베이스 바디 또는 금속 핀(5)의 전체 두께(D)를 관통한다. 금속 핀(1)은 본 발명에 따른 봉착 유리(10)에 의해 둘러싸이고, 본 발명에 따른 봉착 유리(10) 내에서 개구(7)를 통해 베이스 바디(5)를 통과한다. 개구(7)는 예를 들어 분리 과정에 의해, 바람직하게는 펀칭에 의해 베이스 바디(5) 내로 삽입된다. 개구(7)를 통과하는 금속 핀(3)의 밀봉 피드스루를 제공하기 위해, 금속 핀(3)은 본 발명에 따른 봉착 유리 재료로 이루어진 봉착 유리 접합부(10; 유리 펠릿 또는 유리 솔더링) 내에 용융된다. 이로 인해 한편으로 금속 핀(3)과 봉착 유리 접합부(10) 사이 및 다른 한편으로 베이스 바디(5)와 봉착 유리 접합부(10) 사이이 재료 접합 결합이 이루어진다. 이러한 제조 방식의 주요 장점은, 봉착 유리 접합부(10)에 대한 부하가 증가한 상태에서도, 예를 들어 가압 시 개구(7)로부터 금속 핀(3)과 함께 접합부가 밀려 나오는 것이 불가능한 것이다. 베이스 바디(5)를 포함하는 본 발명에 따른 봉착 유리의 처리 온도는 베이스 바디(5) 및/또는 도체, 특히 핀 형상의 도체(3)의 재료의 용융 온도보다 낮은 바람직하게는 20 K 내지 100 K이다.
도시된 실시예에서, 이에 제한되지 않으면서 봉착 유리 접합부(10)는 하나의 재료, 즉 제시된 바와 같이 티탄산염 유리 형태의 선택된 봉착 유리 조성으로 이루어진다. 특히 바람직하게는 도시된 실시예에서 베이스 바디(5)와 도체, 특히 실질적으로 핀 형상의 도체(3)의 재료는 동일한 재료로 이루어진다. 특히 바람직하게는 이를 위해 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용된다.
본 발명에 따른 봉착 유리(10)와 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 부분들(3, 5) 사이의 재료 접합 결합이 얻어진다.
도 2에 다시 접합부(10)가 상세히 도시된다. 접합부(10)는 이 실시예에 따라 층 구조를 갖고, 이 경우 3개의 층으로 이루어진 구조가 도시된다. 더 많거나 적은 층으로 형성도 가능하다.
도시된 층 구조에서 외부 층들(10.1, 10.2)은 본 발명에 따라 사용되는 티탄산염 유리 형태의 봉착 유리로 구성된다. 2개의 층들(10.1, 10.2)은 예를 들어 동일하거나 상이한 봉착 유리 조성으로 이루어질 수 있다. 이로써 외부 층들은 그 사이에 위치한 층(들)을 보호한다.
내부 층(20)은 적절한 재료에서 선택될 수 있다. 특히 바람직하게는 유리- 또는 유리 세라믹 재료이다. 바람직한 실시예에 따라 중간 층(20)은 인산염 유리로 형성된다. 특히 바람직한 인산염 유리는 이미 기술되었다.
따라서 전체적으로 3개의 층을 포함하는 팰릿이 제조되고, 이 경우 외부 층들(최상층 및 최하층; 10.1, 10.2)은 본 발명에 따른 봉착 유리에서 선택된다. 개별 층들의 열팽창계수들은 상응하게 선택된다.
봉착 유리층(10.1 또는 10.2)은 각각 1 내지 10 mm, 바람직하게는 4 내지 9 mm, 특히 5 내지 7 mm의 두께를 갖고, 25 mm에 이르는 바람직한 직경을 갖는다.
도 2의 도시된 층 구조는 샌드위치 구조이고, 상기 구조에서 본 발명에 따른 봉착 유리로 이루어진 외부 층들(10.1, 10.2)은 인산염 유리로 이루어진 내부 구조를 둘러싼다. 제 1 외부(최상) 층(10.1)은 (도면에서 층 구조의 상부에 배치됨) 외측면에 대한, 특히 주변에 대한, 예를 들어 습기 유입에 대한 전기 에너지 발생- 및/또는 에너지 저장 장치의, 특히 배터리의 커버부 및 보호부로서 이용된다. 제 2 외부(최저) 층(10.2)은 (도면에서 층 구조의 하부에 배치됨) 내측면에 대해, 특히 배터리 내부에 포함된 전해질에 대한 커버부 및 보호부로서 이용된다. 이러한 실시예에서 봉착 유리와 베이스 바디 및 금속 핀 사이의 재료 접합 결합이 이루어진다.
도 3에 본 발명에 따른 피드스루(1)의 다른 실시예가 도시된다. 피드스루(1)는 도시된 실시예에서 핀 형상의 도체로서 금속 핀(3)을 포함하고, 상기 금속 핀은 구리로 이루어진다. 베이스 바디(5)는 도시된 예에서 경금속, 특히 알루미늄, 마그네슘 및/또는 티탄, 및/또는 경금속 합금, 특히 알루미늄 합금, 티탄 합금 및/또는 마그네슘 합금으로 이루어진다. 경금속의 열팽창계수 α(20℃ - 300℃)는 18 x 10-6 내지 30 x 10-6 /K이다.
금속 핀(3)은 금속부(5)가 관통하는 개구(7)를 통과하고, 다수의 금속 핀들이 개구를 통과할 수도 있으며, 이 경우 본 발명에서 벗어나지 않는다.
개구(7)의 외부 윤곽은 바람직하게는 원형으로 형성될 수 있고 또는 타원형으로도 형성될 수 있다. 개구(7)는 베이스 바디 또는 금속 핀(5)의 두께(D) 전체를 통과한다. 금속 핀(1)은 유리- 또는 유리 세라믹 재료로 이루어진 전기 절연 재료 내로 글레이징되고, 유리- 또는 유리 세라믹 재료 내에서 예를 들어 펀칭에 의해 형성된 개구(7)를 통해 베이스 바디(5)를 통과한다. 개구(7)를 통과하는 금속 핀(3)의 밀봉 피드스루를 제공하기 위해, 금속 핀(3)은 유리- 또는 유리 세라믹 재료로 이루어진 유리 접합부(유리 팰릿 또는 유리 솔더링)에서 용융된다.
도시된 실시예에서, 이에 제한되지 않으면서 유리 접합부는 하나의 재료로 이루어지는 것이 아니라, 다수의 재료로 이루어지고, 따라서 다성분 유리이다.
도시된 실시예에서 구리로 이루어진 금속 핀(3)의 열팽창계수(αcu)는 20℃에서 16 x 10-6 /K-1 내에 있고, 여기에서 알루미늄으로 제조된 베이스 바디 또는 금속 핀의 열팽창계수(αAl)는 23 x 10-6 /K-1 내에 있기 때문에, 유리 접합부는 베이스 바디 또는 금속 핀(5)을 향한 유리 접합부의 측에서 제 1 유리 재료(20.1)를 포함하고, 상기 유리 재료의 열팽창계수(α1)는 금속부(5)의 열팽창계수 범위 내에 있다. 금속부(5)가 알루미늄으로 제조되는 경우에, 열팽창계수(α1)는 따라서 16 x 25-6 /K-1이다.
금속 핀(3)을 향해 정렬된 다성분 유리의 제 2 유리 재료(20.2)는 실질적으로 금속 핀(3)의 열팽창계수(α2)를 갖는다. 금속 핀(3)이 구리 핀인 경우에, 제 2 유리 재료(20.2)의 열팽창계수(α2)는 12 내지 18 x 10-6 /K-1이다.
도시된 실시예에서 층들(10.1, 10.2)은 본 발명에 따라 사용된 봉착 유리로 구성된다. 층(10.1)은 커버 유리의 형태로 제공된다. 2개의 층들(10.1, 10.2)은 이 실시예에서 동일하거나 상이한 본 발명에 따른 봉착 유리-조성으로 이루어질 수 있다. 이로써 본 발명에 따른 봉착 유리들로 이루어진 상기 층들은 그 사이에 위치한 다성분 유리를 보호한다.
유리(20.1)의 제 1 유리 재료는 바람직하게는 실리케이트티타네이트, 술포포스페이트, 텔루라이드, 보레이트, 바나데이트, 플루오라이드, 포스페이트 또는 실리케이트에서 선택될 수 있고, 이 경우 유리들은 추가로 팽창 조정을 위한 충전제 또는 알칼리 또는 알칼리 토류를 포함할 수 있다. 금속 핀(3)에 인접하게 제공되는 제 2 유리(20.2)를 위해 또한 실리케이트티타네이트, 술포포스페이트, 텔루라이드, 보레이트, 바나데이트, 플루오라이드, 포스페이트 또는 실리케이트가 고려되고, 이 경우에도 팽창 조정을 위한 충전제 및 알칼리 또는 알칼리 토류를 포함할 수 있다. 다성분 유리는 도시된 실시예에서 따라서 상이한 열팽창계수(α1,α2)를 갖는 2개의 유리로 이루어지고, 상기 유리들은 티탄산염 유리로 이루어진 층들(10.1, 10.2)에 의해 보호된다. 2개 이상의 유리를 포함하는 다른 형성도 가능하다.
제 1 외부 층(10.1)(도면에서 상부에 배치됨)은 외측면에 대한, 특히 주변에 대한, 예를 들어 습기 유입에 대한 전기 에너지 발생- 및/또는 에너지 저장 장치, 특히 배터리의 커버부 및 보호부로서 이용된다. 제 2 외부 층(10.2)(도면에서 상부에 배치됨)은 내측면에 대한, 특히 배터리 내에 포함된 전해질에 대한 전기 에너지 발생- 및/또는 에너지 저장 장치, 특히 배터리의 커버부 및 보호부로서 이용된다. 다른 변형예들이 고려될 수 있다.
전기 절연 재료는 따라서 전체적으로, 본 발명에 따른 봉착 유리로 이루어진 상부 및 하부 층에 의해 둘러싸이고 각각 조정된 열팽창계수를 갖는 2개의 유리로 이루어진 다성분 유리이다.
이 실시예에서 봉착 유리와 베이스 바디 및 금속 핀 사이의 재료 접합 결합이 제공된다.
계속해서 본 발명에 따라 사용된 봉착 유리 조성들의 실시예들이 제시되고, 이것은 비교 실시예와 비교된다.
실시예 1:
하기 표 1 및 2에 예시적은 본 발명에 따른 유리 조성들이 제시된다.
Figure 112015105978099-pct00002
Figure 112015105978099-pct00003
표 2에 명시된 몇 개의 봉착 유리 조성들의 내구성은 이미 상세히 설명된 소위 침출에 의한 중량 손실과 관련해서 평가된다. 결과는 표 3에 요약되어 있다.
Figure 112015105978099-pct00004
LP30의 조성은 다음과 같다:
LiPF6: 11.8 중량%
EC(에틸렌카보네이트): 44.1 중량%
DC(디메틸카보네이트): 44.1 중량%
결과는, 본 발명에 따라 선택된 봉착 유리 조성 A1, C1 및 B1이 선행기술을 능가하는 것, 즉 이것보다 LP30 전해질에서 훨씬 더 내구성을 갖는 것을 증명한다.
Figure 112015105978099-pct00005
* T-범위에 대해 α: RT-Tg(x 10-6K-1)
** T-범위에 대해 α: RT-300℃(x 10-6K-1)
*** T-범위에 대해 α: RT-350℃(x 10-6K-1)
표 4에 표 2의 봉착 유리 조성의 변태 온도 Tg가 명시된다. 변태 온도 Tg는 예를 들어 "Schott Guide to Glass, second edition, 1996, Chapman&Hall, 18-21 페이지에서 정의된다. 열팽창계수 α는 20℃ 내지 관련 Tg와 300℃의 온도 범위에서 10-6K-1로 명시된다.
기재된 모든 유리 조성은 비교적 낮은 Tg와 비교적 높은 열팽창계수α를 갖는다. 이는 경금속 및/또는 경금속 합금과 관련해서 본 발명에 따른 봉착 유리의 특히 양호한 적합성을 증명한다. 본 발명에 따라 봉착 유리들은 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 적합하고, 즉 둘러싸는 알루미늄 베이스 바디 내의 도체로서 알루미늄 핀에 적합하고, 이 경우 알루미늄은 도체 및/또는 베이스 바디의 경우에도 알루미늄 합금으로 대체될 수 있다. 봉착 유리 조성 C3과 D10은, 20℃ 내지 350℃의 온도 및 예를 들어 알루미늄과 같은 경금속의 열팽창의 범위에서 24.5 x 10-6K-1에 이르는 매우 높은 열팽창을 갖는 것을 특징으로 한다. 따라서 알루미늄은 실온에서 열팽창계수α= 23 x 10-6K를 갖는다. 글레이징 시 베이스 바디의 경금속/경급속 합금 및 가능한 경우에 또한 금속 핀도 용융되거나 변형되는 것을 저지하기 위해, 유리 재료의 용융 온도는 베이스 바디 및/또는 도체의 재료의 용융 온도보다 낮다. 동시에 상기 유리 조성은(C3, D10)은 최저 Tg를 갖고, 이는 처리에 바람직한데, 그 이유는 처리를 위해 더 낮은 온도들이 이용될 수 있기 때문이다. 명시된 봉착 유리 조성의 용융 온도는 이 경우 250℃ 내지 650℃이다. 실질적으로 핀 형상의 도체 및 베이스 바디의 글레이징은 바람직하게는 개구 내로 피드스루의 삽입 후에, 봉착 유리 재료 또는 봉착 유리를 포함하는 다성분 유리 재료로 예비 제조된 성형체가 도체, 특히 핀 형상의 도체 및 베이스 바디와 함께 열처리됨으로써 달성된다. 이로 인해 봉착 유리와 베이스 바디 및/또는 도체 사이의 재료 접합 결합이 이루어진다.
본 발명에 의해 최초로 하우징, 특히 배터리 셀 하우징, 바람직하게는 리튬 이온 배터리를 위한 피드스루가 제시되고, 상기 피드스루는 봉착 유리의 사용 하에 경금속, 특히 알루미늄 마그네슘 및/또는 티탄 및/또는 경금속 합금, 예컨대 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 및/또는 티탄 합금으로 이루어진 배터리 셀 하우징의 하우징부에서 이용하는데 적합하다.
균열이 형성되는 경향이 있는 플라스틱 피드스루와 달리, 본 발명에 따른 피드스루에 의해 기계적 및/또는 열 부하 시 배터리 하우징이 변형되는 경우에도 밀봉되는 배터리 하우징이 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 피드스루에서 사용되는 봉착 유리들은 특히 Li- 및 F-함유 전해질과 관련해서도 내화학성을 갖는다. 이로 인해 본 발명에 따른 피드스루를 포함하는 배터리 하우징을 가진 배터리에서 특히 정상 작동 상태에서는 물론 차량 사고 시 및/또는 오작동의 경우에도 높은 지속 내열성이 제공된다. 이는 특히, 자동차 분야에서 또는 차량에서 배터리, 바람직하게는 Li-이온 배터리의 사용 시 중요하다.
본 발명에 따른 해결 방법은 특히 또한 인산염 함량이 감소함에 따라 저렴한 제조 비용과 출발 재료를 이용하는 것을 가능하게 한다. 또한 피드스루 전체는 예지 제조된 부품으로서 형성될 수 있고, 상기 부품에서 금속 핀은 하우징부 내로 삽입되기 전에, 고정 재료에 의해, 즉 예를 들어 봉착 유리 접합부에 의해 베이스 바디 내로 용융된다.

Claims (19)

  1. 저장 장치용 피드스루로서, 적어도 하나의 베이스 바디를 포함하고, 상기 베이스 바디는 적어도 하나의 개구를 갖고, 봉착 유리(sealing glass)를 포함하거나 이것으로 이루어지는 전기 절연 재료 내에서 적어도 하나의 도체가 상기 개구를 통과하고, 상기 베이스 바디는, 봉착 유리와 베이스 바디 및 도체 중 하나 이상의 재료 접합 결합의 형성 하에, 알루미늄, 마그네슘, 티탄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티탄 합금 또는 AlSiC에서 선택된 경금속 및 경금속 합금 중 하나 이상을 포함하거나 이것으로 이루어지고, 봉착 유리는 티탄산염 유리를 포함하거나 이것으로 이루어지며, 상기 티탄산염 유리 형태의 봉착 유리가 산화물 기준의 중량%로 하기 성분들을 포함하거나 이것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피드스루:
    B2O3 0 - < 3
    Li2O 0 - 3
    Al2O3 0 - 2
    BaO 0 - < 11
    CaO 0 - 1
    CuO 0 - < 7
    Fe2O3 0 - < 5
    K2O 10 - 27
    MgO 0 - < 0.5
    Na2O 12 - 22
    Nb2O3 0 - < 0.5
    P2O5 0 - 3
    PbO 0 - < 0.5
    SO3 0 - < 0.5
    Sb2O3 0 - < 7
    SiO2 24 - 44
    SnO2 0 - < 4
    SrO 0 - < 2.5
    TiO2 5 - 28
    V2O5 0 - 13
    ZnO 0 - < 0.5
    ZrO2 0 - 1
    Bi2O3 0 - 19.
  2. 제1항에 있어서, 티탄산염 유리 형태의 봉착 유리에 있어서 산화물 기준의 중량%로 하기 성분들의 함량이 개별적으로 또는 모든 임의의 조합으로 적용되는 것을 특징으로 하는 피드스루:
    Al2O3 0 - < 2
    SrO O - < 2
    V2O5 > 5 - 13
    Bi2O3 0 - 18.
  3. 제1항에 있어서, 티탄산염 유리 형태의 봉착 유리는 산화물 기준의 중량%로 하기 성분들을 포함하거나 이것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피드스루:
    B2O3 0 - < 3
    Li2O 1 - 3
    Al2O3 0 - < 2
    BaO 0 - 4
    CaO 0 - 1
    CuO 0 - < 6
    Fe2O3 0 - < 0.5
    K2O 10 - 20
    MgO 0 - < 0.5
    Na2O 12 - 20
    Nb2O3 0 - < 0.5
    P2O5 1 - 3
    PbO 0 - < 0.5
    SO3 0 - < 0.5
    Sb2O3 0 - < 0.5
    SiO2 28 - 37
    SnO2 0 - < 0.5
    SrO 0 - < 0.5
    TiO2 13 - 28
    V2O5 > 5 - 10
    ZnO 0 - < 0.5
    ZrO2 0 - < 0.5
    Bi2O3 0 - 18.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 도체가 경금속 및 경금속 합금 중 하나 이상을 포함하거나 이것으로 이루어지거나
    또는
    구리, CuSiC, 구리 합금, 금, 금 합금, 은, 은 합금, NiFe, 구리 코어를 가진 NiFe-쉘 또는 코발트-철-합금을 포함하거나 이것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 봉착 유리는 20℃ 내지 300℃ 범위에서 17·10-6/K 내지 25·10-6/K 범위의 팽창계수 α를 갖고, 300 내지 500℃의 범위에 있는 변태 온도 Tg를 갖는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 경금속 및 경금속 합금 중 하나 이상은, 재료 접합 결합을 형성하기 전에, 하나 이상의 전처리 공정 및 코팅 중 하나 이상을 거치는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 도체가 통과하는 전기 절연 재료는 다층 구조를 갖고, 상기 다층 구조에서 최상층 및 최하층 중 하나 이상은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서 정의된 것과 같은 봉착 유리를 포함하거나 이것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 도체가 통과하는 전기 절연 재료는 다층 구조를 갖고, 상기 다층 구조는 적어도 3개의 층을 갖고 존재하며, 최상층 및 최하층 중 하나 이상은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서 정의된 것과 같은 봉착 유리를 포함하거나 이것으로 이루어지고, 중간 층은 인산염 유리를 포함하거나 이것으로 이루어지며, 인산염 유리는 몰%로 하기 성분들을 포함하거나 이것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피드스루:
    P2O5 35-50 몰%
    Al2O3 0-14 몰%
    B2O3 2-10 몰%
    Na2O 0-30 몰%
    M2O 0-20 몰%, 이 경우 M = K, Cs, Rb일 수 있음
    PbO 0-10 몰%
    Li2O 0-45 몰%
    BaO 0-20 몰%
    Bi2O3 0-10 몰%.
  9. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 도체가 통과하는 전기 절연 재료는 적어도 2개의 유리- 또는 유리 세라믹 재료, 즉 상이한 팽창계수 α(20℃- 300℃)를 갖는 제 1 유리- 또는 유리 세라믹 재료 및 제 2 유리- 또는 유리 세라믹 재료를 포함하며,
    제 1 유리- 또는 유리 세라믹 재료는, 제 1 유리- 또는 유리 세라믹 재료의 팽창계수 α1이 베이스 바디의 재료의 팽창계수에 적응되도록 선택되고,
    제 2 유리- 또는 유리 세라믹 재료는, 제 2 유리- 또는 유리 세라믹 재료의 팽창계수 α2(20℃-300℃)가 도체의 재료의 팽창계수에 적응되도록 선택되며,
    제1항에서 정의된 것과 같은 봉착 유리를 포함하거나 이것으로 이루어진 최상층 및 최하층 중 하나 이상이 제공되는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  10. 제9항에 있어서,
    제 1 유리- 또는 유리 세라믹 재료의 팽창계수 α1은 20℃-300℃의 범위에서 (16 내지 25) x 10-6K-1 범위이고,
    제 1 유리- 또는 유리 세라믹 재료는
    실리케이트티타네이트,
    술포포스페이트,
    텔루라이드,
    보레이트,
    바나데이트,
    플루오라이드,
    포스페이트,
    실리케이트에서 선택된 유리 재료인 것을 특징으로 하는 피드스루.
  11. 제10항에 있어서, 모든 유리 재료는 팽창 조정을 위한 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  12. 제11항에 있어서, 모든 유리 재료는 하기 성분들 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 피드스루:
    - 알칼리, 알칼리 토류
    - 적외선의 최대 방출에 있는 도펀트.
  13. 제12항에 있어서, 상기 도펀트는 Fe, Cr, Co 또는 V을 포함하는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  14. 제13항에 있어서, 제 2 유리- 또는 유리 세라믹 재료는 20℃-300℃ 범위에서 (12 내지 18) x 10-6K-1 범위의 팽창계수 α2를 갖는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  15. 제14항에 있어서, 적어도 하나의 도체가 통과하는 전기 절연 재료는 적어도 하나의 제 1 유리- 또는 유리 세라믹 재료 및 제 2 유리- 또는 유리 세라믹 재료와, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서 정의된 것과 같은 봉착 유리를 포함하거나 이것으로 이루어지는 최상층 및 최하층 중 하나 이상을 포함하고, 다성분 유리인 것을 특징으로 하는 피드스루.
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 피드스루를 포함하는 저장 장치.
  17. 피드스루에서 봉착 유리로서 제1항에 따른 티탄산염 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 저장 장치.
  18. 제17항에 있어서, 티탄산염 유리 형태의 봉착 유리는 산화물 기준의 중량%로 하기 성분들을 포함하거나 이것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저장 장치:
    B2O3 0 - < 3
    Li2O 0 - 3
    Al2O3 0 - < 2
    BaO 0 - < 11
    CaO 0 - 1
    CuO 0 - < 7
    Fe2O3 0 - < 5
    K2O 10 - 27
    MgO 0 - < 0.5
    Na2O 12 - 22
    Nb2O3 0 - < 0.5
    P2O5 0 - 3
    PbO 0 - < 0.5
    SO3 0 - < 0.5
    Sb2O3 0 - < 7
    SiO2 24 - 44
    SnO2 0 - < 4
    SrO 0 - < 2.5
    TiO2 5 - 28
    V2O5 0 - 13
    ZnO 0 - < 0.5
    ZrO2 0 - 1
    Bi2O3 0 - 13.
  19. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 피드스루의 제조 방법으로서,
    - 도체와, 알루미늄, 마그네슘, 티탄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티탄 합금, 또는 AlSiC에서 선택된 경금속 및 경금속 합금 중 하나 이상을 포함하거나 이것으로 이루어지는 베이스 바디를 제공하는 단계;
    - 티탄산염 유리를 포함하거나 이것으로 이루어지는 봉착 유리를 제공하고, 봉착 유리를 그라인딩 및 과립화하고, 이로부터 도체를 위한 적절한 개구를 갖는 성형체를 제조하는 단계;
    - 부분들을 결합하여 피드스루를 형성하는 단계 및;
    - 베이스 바디 및 도체 중 하나 이상과 봉착 유리 사이의 재료 접합 결합의 형성 하에 열처리하는 단계
    를 포함하는 제조 방법.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013006463B4 (de) * 2013-04-15 2017-01-19 Schott Ag Durchführung
ITUB20152903A1 (it) * 2014-08-14 2017-02-05 Schott Ag Passaggio elettrico e suo utilizzo
DE102014016600A1 (de) * 2014-11-11 2016-05-12 Schott Ag Durchführung
DE102015221555A1 (de) * 2015-11-03 2017-05-04 VW-VM Forschungsgesellschaft mbH & Co. KG Dichtsystem für Poldurchführung
FR3044659B1 (fr) * 2015-12-07 2020-02-28 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Traversee etanche de type verre-metal, utilisation en tant que borne pour accumulateur electrochimique au lithium, procede de realisation associe
JP6766515B2 (ja) * 2016-08-09 2020-10-14 株式会社村田製作所 セラミック電子部品および誘電体磁器組成物
DE102017216422B3 (de) * 2017-09-15 2019-01-03 Schott Ag Hochdehnendes Fügeglas mit verbesserter Wasserbeständigkeit und seine Anwendungen
CN108511641B (zh) * 2018-03-13 2020-11-10 中澳科创（深圳）新材料有限公司 一种铝壳动力锂离子电池的密封垫圈与复合玻璃封接方法
DE102018214319A1 (de) * 2018-08-24 2020-02-27 Schott Ag Körper, insbesondere Lampenkörper, sowie Verfahren zur Herstellung einer hermetischen Dichtung
CN109256499B (zh) * 2018-11-01 2023-08-11 深圳中傲新瓷科技有限公司 铝壳动力电池电极极柱玻璃封接的密封组件及其封接方法
EP3664121A1 (en) * 2018-12-05 2020-06-10 ASML Netherlands B.V. High voltage vacuum feedthrough
DE102019115204A1 (de) * 2019-06-05 2020-12-10 Schott Ag Verfahren zur Herstellung eines Verbundelements und Verbundelement
FR3107994B1 (fr) * 2020-03-03 2022-03-25 Axon Cable Sa Connecteur circulaire hermetique
DE102020107224A1 (de) 2020-03-17 2021-09-23 Schott Ag Elektrische Einrichtung
DE102020108867A1 (de) 2020-03-31 2021-09-30 Schott Ag Einschmelzglas und dessen Verwendung
DE102021102037A1 (de) 2021-01-29 2022-08-04 Schott Ag Elektrische Durchführung
DE202021103495U1 (de) 2021-06-30 2022-10-07 Schott Ag Elektrische Einrichtung, insbesondere Mikrobatterie

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100986298B1 (ko) 2008-03-25 2010-10-08 국방과학연구소 발열체, 열 스위치 및 전지 모듈을 구비하는 전지
WO2012110244A1 (de) * 2011-02-18 2012-08-23 Schott Ag Durchführung
WO2012119750A1 (de) 2011-03-07 2012-09-13 Schott Ag Glassystem zum hermetischen verbund von cu bauteilen sowie gehäuse für elektronische bauteile

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL97018C (ko) * 1956-05-14
US3240661A (en) * 1962-05-17 1966-03-15 Owens Illinois Glass Co High expansion glass, and seals
JPH07282843A (ja) * 1994-03-31 1995-10-27 Haibaru:Kk 非水電解液二次電池
JPH11126586A (ja) * 1997-10-24 1999-05-11 Bl Engineering:Kk 電池用アルミニウム製封口蓋
US6037539A (en) * 1998-03-20 2000-03-14 Sandia Corporation Hermetic aluminum radio frequency interconnection and method for making
US5965469A (en) * 1998-03-20 1999-10-12 Sandia Corporation High thermal expansion sealing glass for use in radio frequency applications
US6406815B1 (en) * 2000-02-11 2002-06-18 Delphi Technologies, Inc. Compact lithium ion battery and method of manufacturing
EP1464089B1 (en) 2002-01-09 2012-05-02 Alfred E. Mann Foundation for Scientific Research Hermetic seals for lithium-ion batteries
JP5325518B2 (ja) 2008-07-22 2013-10-23 ショット アクチエンゲゼルシャフト 透明セラミック及びその製造方法ならびにその透明セラミックスを用いた光学素子
DE102009011182B4 (de) 2009-03-04 2017-03-23 Schott Ag Kristallisierendes Glaslot, Komposite und dessen Verwendung
DE102011012430A1 (de) * 2011-02-25 2012-08-30 Schott Ag Durchführung
DE102013006463B4 (de) * 2013-04-15 2017-01-19 Schott Ag Durchführung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100986298B1 (ko) 2008-03-25 2010-10-08 국방과학연구소 발열체, 열 스위치 및 전지 모듈을 구비하는 전지
WO2012110244A1 (de) * 2011-02-18 2012-08-23 Schott Ag Durchführung
WO2012119750A1 (de) 2011-03-07 2012-09-13 Schott Ag Glassystem zum hermetischen verbund von cu bauteilen sowie gehäuse für elektronische bauteile

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Publication number Publication date
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JP6469653B2 (ja) 2019-02-13
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