KR20170081652A - 피드 스루 - Google Patents

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KR20170081652A
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헬무트 하르틀
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쇼오트 아게
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Abstract

본 발명은 특히 금속으로 제조된 배터리 또는 커패시터의 하우징의 하우징 부분(3)을 관통하는 피드 스루(1)에 관한 것으로, 여기서 하우징 부분(3)이 적어도 하나의 개구를 가지며, 이를 통해 적어도 하나의 컨덕터(20)가 유리 또는 유리 세라믹 재료(200)에 제공되고, 컨덕터(20)가 축 방향으로 적어도 2개의 섹션, 제1 재료, 예를 들면 알루미늄으로 제조된 제1 섹션(100.1), 및 제2 재료, 예를 들면 구리로 제조된 제2 섹션(100.2), 및 제1 재료에서 제2 재료로의 전이부(110)를 가지며, 제1 재료에서 제2 재료로의 전이부(110)가 유리 또는 유리 세라믹 재료(200)의 영역에 위치하며, 상기 유리 또는 유리 세라믹 재료가 압축 유리 대 금속 밀봉이 형성되도록 하는 방식으로 하우징의 금속에 적합화된다.

Description

피드 스루 {FEED-THROUGH}
본 발명은 특히, 금속, 특히 경금속, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 강철, 스테인레스강 또는 고급강으로 제조된 특히 저장 장치, 바람직하게는 배터리 또는 커패시터의 하우징의 하우징 부분을 관통하는 피드 스루, 및 이러한 피드 스루를 갖는 축전 장치, 특히 배터리 또는 커패시터용 하우징, 및 본 발명에 따른 하우징을 갖는 저장 장치 특히 커패시터에 관한 것이다.
본 발명의 의미에서, 저장 장치, 특히 배터리는 축전지뿐만 아니라 방전 후에 폐기 및/또는 리사이클되는 일회용 배터리로 이해된다. 축전지, 바람직하게는 리튬-이온 배터리는 휴대용 전자 장비, 휴대폰, 전동 공구 및 특히 전기 자동차와 같은 다양한 용도로 사용된다. 이러한 배터리는 전통적인 에너지원, 예를 들면 납산 배터리, 니켈-카드뮴 배터리 또는 니켈-금속 수소화물 배터리를 대체할 수 있다.
리튬-이온 배터리는 수년 동안 알려져 왔다. 이와 관련하여, 문헌["Handbook of Batteries, published by David Linden, 2nd issue, McGrawhill, 1995, chapter 36 and 39"]이 참조된다.
리튬-이온 배터리의 다양한 측면은 다수의 특허, 예를 들면 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 5,773,959에 설명되어 있다.
리튬-이온 배터리, 특히 자동차 산업에 적용을 위한 리튬-이온 배터리는, 일반적으로 직렬로 연결된 다수의 개별 배터리 셀을 일반적으로 특징으로 한다. 직렬로 연결된 배터리 셀은 소위 배터리 팩으로 결합되고 다수의 배터리 팩이 이후 리튬-이온 배터리로도 지칭되는 배터리 모듈로 결합된다. 각각의 개별 배터리 셀은 배터리 셀의 하우징 밖으로 도출되는 전극을 갖는다.
특히, 자동차 산업에서 리튬-이온 배터리의 사용에 있어, 내식성, 사고 안정성 또는 내진동성과 같은 많은 문제를 해결해야 한다. 추가적인 문제는 오랜 기간에 걸친 기밀성(hermeticity)이다.
기밀성은 예를 들면 배터리 셀의 전극 영역 또는 배터리 셀 내의 전극 피드 스루에 있어서의 누설에 의해 손상될 수 있다. 이러한 누설은 예를 들면 온도 변화 및 교번 기계적 스트레스, 예를 들면 자동차에서의 진동 또는 합성 재료의 에이징에 의해 야기될 수 있다.
배터리 또는 배터리 셀에서의 단락 또는 온도 변화로 인해 배터리 또는 배터리 셀의 수명이 단축될 수 있다.
사고 안정성 향상을 위해, 리튬-이온 배터리용 하우징이 예를 들면 DE 101 05 877 A1에서 제안되었으며, 이에 따르면, 하우징은 양측이 개방되고 밀봉되어지는 금속 재킷을 포함한다.
전원 연결(접속) 또는 전극은 플라스틱으로 절연되어 있다. 플라스틱 절연의 단점은 제한된 내열성, 제한된 기계적 안정성, 에이징 및 사용 기간 동안 불확실한 기밀성이다.
따라서 현재의 기술 수준에 따른 리튬-이온 배터리에서의 피드 스루는 리튬-이온 배터리의 커버부 내에 기밀 밀봉되어 통합되지 않는다. 1 bar의 압력 차에서, 검사 사양에 따라 최대 1·10-6 mbar 1s-1의 헬륨 누설률이 통상적으로 당해 기술 수준에서 달성된다. 게다가, 전극이 크림프되고 레이저 용접된 연결 부재가 추가 절연체와 함께 배터리의 내부에 배치된다.
저장 장치용 하우징의 하우징 부분을 관통하는 피드 스루가 WO 2012/167921, WO 2012/110242, WO 2012/110246, WO 2012/110244에 공지되어 있다. 피드 스루에서, 유리 또는 유리 세라믹 재료의 단면이 개구를 통해 가이드된다.
저장 장치에서 사용되는 경우, 컨덕터가 있는 2개의 피드 스루, 즉 전기 화학 셀의 캐소드 역할을 하는 적어도 하나의 컨덕터와, 애노드 역할을 하는 적어도 하나의 부가적인 컨덕터가 일반적으로 제공된다. 애노드 또는 캐소드의 각각의 재료는 서로 상이하다. 핀 타입 컨덕터가 전기화학 셀 또는 배터리 셀의 캐소드에 연결된다면 구리 또는 구리 합금이 핀 타입 컨덕터를 위해 사용되고, 컨덕터가 애노드에 연결된다면 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금이 사용된다. WO 2012/167921에 기재된 바와 같은 다른 재료가 또한 가능하며, 이의 개시 내용은 그 전문이 본 출원에 포함된다.
WO 2012/167921의 전기화학 셀의 경우, 저장 장치 또는 배터리 셀의 외부 연결이 특히 여러 배터리 셀을 서로 연결할 때 치명적인 2종의 상이한 재료를 포함하는 문제점이 존재한다. 따라서 본 발명의 목적은 현재 기술의 문제점을 회피하는 피드 스루를 도출하는데 있다.
EP 2 371 419 A2는 의료용 임플란트용 커패시터의 전기 피드 스루 및 이를 제조 및 사용하는 방법을 기술한다. EP 2 371 419 A2에서는 연결 핀이 2개의 핀 섹션; Pt, Pt/lr, FeNi, FeNiCo, FeCr, Nb, Ta, Mo, W, Cr, FeCr, V 또는 Fi로 이루어진 제1 핀 섹션과 알루미늄을 포함하는 제2 핀 섹션으로 이루어진다고 기재되어 있다. 그러나, Cu는 제1 핀 섹션을 위한 재료로서 EP 2 371 419 A2에서 언급되고 있지 않다. 나아가, 열팽창 계수 α에 대한 값은 EP 2 371 419 A2에 기재되어 있지 않다. 게다가, EP 2 371 419 A2에 명시된 유리를 사용하여 기밀 밀봉된 피드 스루를 달성할 수 없으며, 그 이유는 유리의 열 팽창이 이를 위해서는 너무 작기 때문이다.
DE 10 2013 006 463은 배터리, 특히 리튬-이온 배터리용 피드 스루를 기재한다. 그러나, 핀 형상의 컨덕터는 하나의 단일 재료로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 그 목적은 특히, 금속, 특히 경금속, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 강철, 스테인레스강 또는 고급강으로 제조된 특히 저장 장치, 바람직하게는 배터리 또는 커패시터의 하우징의 부재(component)를 관통하는 피드 스루에 의해 충족되며, 여기서 하우징 부분은 유리 또는 유리 세라믹 재료에서 적어도 하나의 컨덕터가 통과하는 적어도 하나의 개구를 가지며, 컨덕터는 축 방향으로 적어도 2개의 섹션: 제1 재료로 이루어진 제1 섹션과 제2 재료로 이루어진 제2 섹션, 및 제1 재료에서 제2 재료로의 전이부(transition)를 갖는다. 이러한 배열은, 핀 형상의 컨덕터가 전기화학 셀 또는 배터리 셀에 연결되고 구리로 이루어지는 경우, 알루미늄과 같이 외부에 다른 재료로 이루어질 수 있는 문제점을 해결한다.
이는 예를 들어 개별 셀의 컨덕터가 알루미늄 플레이트와 같은 공통 부재를 통해 서로 연결된다는 점에서 여러 배터리 셀이 매우 쉽게 상호 연결될 수 있다는 장점이 있다. 유리 또는 유리 세라믹 재료의 영역에서 상이한 전도성 재료의 전이부를 재배치함으로써, 전이부가 배터리 셀 외부 또는 심지어 배터리 셀 내부에 위치하는 경우 발생할 수 있는 접촉 부식이 또한 방지된다. 특히 피드 스루가 유리 또는 유리 세라믹 영역에 기밀 밀봉되기 때문에 접촉 부식이 피해진다. 현재의 예에서, 기밀로 밀봉된다는 것은 1 bar의 압력 차에서 최대 1·10-8 mbar ls-1의 헬륨 누출률이 존재함을 의미한다. 이는 모든 가능한 시험 조건 하에서 헬륨 누출률이 항상 1·10-8 mbar ls-1 미만임을 의미한다. 기밀성은 전이부가 절연되고 부식으로부터 보호되는 것을 보장한다. 기밀성은 컨덕터의 밀봉이 압축 유리 대 금속 밀봉인 점에서 달성된다. 압축 유리 대 금속 밀봉은 적합화된 밀봉(adapted seal)과는 대조적으로 하우징 재료의 열팽창 계수뿐만 아니라 전도성 재료의 열팽창 계수가 유리 재료의 열팽창 계수와 다른 경우에 달성된다. 본원에서 유리 재료의 열팽창 계수는 하우징 재료의 것보다 더 낮아서, 하우징 재료에 의해 유리 재료 상에 압력이 형성될 수 있다.
앞서 기재한 바와 같이, 셀 내부로 가이드되는 컨덕터의 외부 상에 바람직하게 위치하는 컨덕터의 제1 재료는 경량 재료, 특히 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC뿐만 아니라, 마그네슘, 마그네슘 합금 또는 다른 재료일 수 있다. 제1 재료를 예를 들면 경금속, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로서 선택함에 있어 이점은 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금뿐만 아니라 저중량인 연결 재료와의 용이한 용접성이다.
배터리 내로 돌출하는 컨덕터 또는 핀 섹션의 재료인 제2의 내향성 재료는 - 예를 들어 컨덕터가 캐소드에 연결된다면 - 배터리 셀 내의 캐소드 재료에 맞게 조정된 구리, 구리 합금 또는 다른 재료일 수 있다. 현재의 예에서, 캐소드는 배터리의 양극 단자이며, 이는 배터리에서 전기 에너지가 다른 에너지 - 이 경우 화학 에너지 - 를 희생시키면서 변환되기 때문이다. 상이한 재료로 인해 공기에 노출될 때 핀이 부식되는 것을 피하기 위해, 제1 재료로부터 제2 재료로의 전이부가 유리 또는 유리 세라믹 재료의 영역에 위치되어진다. 본 발명의 제1 구성에 따르면 전이 지점을 포함하는 2-파트(part)의 핀을 둘러싸는 유리 세라믹 재료가 하나의 단일 재료이고, 이에 따라 상기 재료가 열팽창 계수와 관련하여 제1 섹션의 재료뿐만 아니라 제2 섹션의 재료에 적합화되도록 선택된다.
컨덕터가 밀봉되는 개구에서의 하우징의 재료는 바람직하게는 금속, 특히 경금속, 바람직하게는 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금, 티타늄, 강철, 스테인레스강 또는 고급강이다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 특히 바람직하다. 하우징에 사용되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 바람직하게는 고강도를 통해 서로 구분된다.
하나의 대안적인 구성에 따르면 컨덕터뿐만 아니라 유리 또는 유리 세라믹 재료도 또한 두 재료로 이루어지며, 따라서 예를 들어 유리 복합체를 생성하며, 이에 의해 제1 유리 재료는 컨덕터의 제1 섹션의 열팽창 계수에 적합화되고 제2 유리 재료는 제2 유리 재료의 열팽창 계수에 적합화된다.
현재의 예에서, 한편으로는 유리 재료의 압축 압력으로 인해 신뢰성 있는 기밀성이 제공되고 다른 한편으로는 밀봉 영역에서의 균열이 회피되는 방식으로 유리 재료의 적합이 일어날 수 있다.
하기 성분들(몰%)을 포함하는 유리 재료가 특히 바람직하다:
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%, 여기서 M은 K, Cs, Rb일 수 있음
PbO 0-19 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%.
유리 재료는 바람직하게는 20℃ 내지 300℃의 범위에서 팽창 계수 α가 ≥ 13·10-6/K, 바람직하게는 13·10-6/K 내지 25·10-6/K의 범위, 특히 13·10-6/K 내지 23·10-6/K의 범위, 바람직하게는 13·10-6/K 내지 20·10-6/K의 범위, 특히 13·10-6/K 내지 19·10-6/K의 범위, 특히 바람직하게는 13·10-6/K 내지 18·10-6/K의 범위이도록 선택된다. 유리 재료에 대한 이러한 팽창 계수의 선택은 하우징이 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 경우 또는 핀의 - 바람직하게는 이의 외부 상의 - 제1 섹션의 핀 재료가 알루미늄이고 이의 내부 상의 제2 섹션의 재료가 구리인 경우에 압축 유리 대 금속 밀봉을 얻기위해 필수적이다. 이러한 경우에 α는 13·10-6/K 내지 20·10-6/K 미만에서 선택된다. 알루미늄의 팽창 계수가 대략 20·10-6/K이기 때문에 하우징의 알루미늄은 이러한 유형의 유리 재료에 압축 압력을 가하고 따라서 핀의 밀봉시에 압축 압력을 가한다. Cu의 팽창 계수가 대략 18·10-6/K이기 때문에, α < 18·10-6/K를 갖는 유리 재료의 사용은 컨덕터 또는 접촉 핀이 유리 대 금속 밀봉 중에 수축하게 되고 컨덕터 또는 접촉 핀에 대해 유리 대 금속 밀봉의 기밀성이 제공되지 않도록 할 것으로 예상된다. 놀랍게도 유리 조성물이 α < 18·10-6/K, 바람직하게는 15·10-6/K 내지 17·10-6/K일 때 기밀성 압축 유리 대 금속 밀봉이 또한 달성된다는 점이 주목되었다. 기밀 밀봉된 피드 스루는 구리 컨덕터의 제2 섹션에뿐만 아니라, α 23·10-6/K의 α를 갖는 제1 알루미늄 섹션에도 달성된다. 알루미늄에 대한 유리 재료의 팽창 계수의 차이 또는 불일치는 구리에 대한 것보다 훨씬 더 크다.
피드 스루의 유리 재료는 커버 층을 구비하는 것이 특히 바람직하다. 커버층은 상이한 형태를 취할 수 있다. 커버층은 유리층의 실시양태에서 유리 재료, 특히 커버 유리층을 포함할 수 있거나 플라스틱층 또는 장벽 코팅, 또는 전술한 층들 중 몇몇의 조합일 수 있다. 컨덕터가 밀봉된 유리 재료상에 커버층을 적용함으로써, 밀봉 유리가 플루오르화수소산과 같은 전해질에 의해 공격받지 않고, 예를 들어, 내수성이 약한 인산염 유리에서 중요한 부식을 일으키지 않도록 보장한다.
특히 바람직한 실시양태에서는, 예를 들어, 하우징 부분이 가능한 한 얇게 설계되고 보강 부분 또는 보강 영역이 필요한 압축 압력을 가하기 위해 피드 스루의 영역에서만 설계되도록 제공될 수 있다. 이에 재료비를 절약할 수 있다.
본 발명에 따른 피드 스루는 바람직하게는 하우징에서, 특히 배터리 또는 커패시터일 수 있는 축전 장치용 하우징에서 사용된다. 따라서 본 발명은 또한 이러한 하우징을 갖는 저장 장치, 특히 배터리 또는 커패시터를 제공한다.
배터리 셀의 외부를 향하는 알루미늄 컨덕터를 통해 간단한 방법으로 다수의 개별 배터리 셀을 다수의 배터리 셀을 포함하는 하나의 단일 배터리 블록으로 연결할 수 있다. 따라서 본 발명은 또한 본 발명에 따른 적어도 2개의 저장 장치를 포함하는 장치(arrangement), 특히 배터리 블록을 제공하며, 여기서 적어도 2개의 저장 장치는 전기적으로 및/또는 기계적으로 커넥터, 특히 연결 재료로 이루어진 플레이트에 연결된다. 바람직한 연결 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다:
도 1: 2-파트 컨덕터 및 2-파트 유리 재료를 갖는 배터리 하우징에서 본 발명에 따른 피드 스루;
도 2: 본 발명에 따른 피드 스루, 2-파트 컨덕터 및 단일 유리 재료를 갖는 배터리 셀 하우징의 대안적인 구성.
도 1은 하우징 내에, 특히 저장 셀 하우징, 특히 배터리 셀 하우징의 하우징 커버(3) 내에 도입되는, 본 발명에 따른 피드 스루(1)를 도시한다.
하우징 커버의 두께는 dw로 식별된다. 도 1에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 배터리 셀 하우징 또는 하우징 커버(3)는 피드 스루(1)의 영역에서 보강된다. 다시 말해, 이는 하우징 부분의 두께(dw)보다 상당히 더 큰 보강 영역(12)을 특징으로 한다. 보강 영역에서의 두께는 dv이다. 현재 예에서 보강 영역의 두께는 유리 재료(200)에 유리창 길이를 제공한다.
필요한 압축력을 제공하기 위해, 보강 영역은 두께(dw)보다 피드 스루의 영역에서 더 넓다. 이는 보강 영역의 폭(Bv)이 커버의 두께(dw)보다 더 큰 것을 의미한다.
캐소드에 연결되는 피드 스루(1)에서, 핀 형상의 컨덕터는 2-파트이며, 즉 제1 섹션(100.1) 및 제2 섹션(100.2)을 갖는다. 핀 형상의 컨덕터의 제1 섹션은 바람직하게는 알루미늄으로 이루어지고, 제2 섹션은 구리로 이루어진다. 저장 장치 또는 배터리 셀에서 지향하는 구리 핀은 바람직하게는 캐소드에 연결된다. 분명히 알 수 있는 바와 같이, 두 섹션(100.1, 100.2)으로 이루어진 핀 형상의 컨덕터(20)의 전이 지점(110)이 유리 대 금속 밀봉(200)의 영역에 제공된다. 도 1에 도시된 실시양태에서, 유리 대 금속 밀봉(200)은 2개 재료로 이루어진다. 즉, 제1 유리 재료(210.1)가 핀 형상의 컨덕터의 제1 섹션(100.1)의 재료에 적합화되고, 제2 유리 재료(210.2)가 핀 형상의 컨덕터(20)의 제2 섹션(100.2)에 적합화된다. 유리 재료의 적합은 한편으로는 유리 재료의 압축 압력으로 인해 신뢰성있는 기밀성이 제공되고 다른 한편으로는 글레이징에서의 균열이 회피되는 방식으로 발생한다.
유리 재료는 바람직하게는 20℃ 내지 300℃의 범위에서 ≥ 13·10-6/K, 바람직하게는 13·10-6/K 내지 25·10-6/K 범위의 팽창 계수 α를 갖는다.
하기 표는 특히 바람직하고 13·10-6/K 내지 20·10-6/K 범위의 열팽창 계수를 특징으로 하는 유리 조성에 대한 설계 예들을 나타낸다. 설계 예 AB1 및 AB8에 대한 열팽창 계수가 α = 18·10-6/K인 구리보다 명백히 더 큰 반면에 - 그 이유는 유리가 기밀 압축 유리 대 금속 밀봉에 특히 적합하기 때문임 - 설계 예 AB2, AB3, AB4, AB5, AB6, AB7은 18·10-6/K 미만이다. α에 대한 이러한 값은 구리로 이루어진 컨덕터의 수축 과정 때문에 기밀로 밀봉된 피드 스루에 대한 기대를 장려하지 않지만, 놀랍게도 이러한 재료조차도 기밀 압축 유리 대 금속 밀봉에 적합하다는 점이 주목되었다.
Figure pct00001
저침출 이외에도, 유리는 또한 높은 내수성을 특징으로 한다.
표 1의 설계 예 1(AB1)은 주변 알루미늄 베이스 바디 내에 컨덕터로서 알루미늄 핀을 밀봉하기 위한 알루미늄/알루미늄-유리 밀봉에 특히 적합하다.
표 1의 설계 예 6은 주변 알루미늄 베이스 바디 내에 컨덕터로서 구리 핀을 밀봉하기 위한 Cu/Al-유리 밀봉에 특히 적합하다.
일부 설계 예가 Cu와 결합하기에는 너무 낮은 경향의 팽창 계수를 가지지만 유리가 그러한 유리 조성으로 불안정해짐이 없이 높은 Li 함량이 용융물에 용해 될 수 있음이 분명해졌다.
놀랍게도 Bi2O3에 의해 내수성이 뚜렷이 증가할 수 있는 것으로 나타났다. 1 몰%의 Bi2O3을 도입함으로써, 본질적으로 동일한 알칼리 함량에서 설계 예 1(AB1)과 비교하여 설계 예 8(AB8)에서 10배 더 높은 내수성을 달성할 수 있었다. 이것은 전문가에게 놀라운 일이다.
Bi2O3은 특히 설계 예 6(AB6)에 따라 PbO 대신에 사용될 수도 있다. 납은 환경적으로 유해하기 때문에 오염 물질을 제외하고 PbO가 없는, 즉 PbO가 0 몰%로 설정될 수 있는 유리 조성이 특히 바람직하다. 본 출원에서 "오염 물질을 제외한 PbO가 없는 경우"는 유리 내에 각각의 물질 - 예를 들어 납 - 이 100ppm 미만, 바람직하게는 10ppm 미만, 특히 1ppm 미만으로 함유되는 것을 의미한다.
피드 스루(1)는 핀 형상의 컨덕터가 전이부로 글레이징되는 유리 또는 유리 재료를 포함하는 커버층(220)을 갖는다는 것을 명확하게 알 수 있다.
커버층(220)은 코팅 위에 유리 재료 또는 플라스틱 재료를 포함할 수 있다. 커버층은, 예를 들어 인산 유리일 수 있는 제1 유리 재료(210.1)와 같은 부식되기 쉬운 유리가 보호되고, 예를 들어 물에 의해 덜 공격받도록 보장한다.
도시되지 않은 옵션은 예컨대 HF와 같은 전해질의 공격으로부터 제2 유리 재료(210.2)를 보호하기 위해 저장 장치의 내부(300)를 향하는 유리의 측면 상에 커버 유리를 배치하는 것이다.
제1 유리 재료(100.1)로부터 제2 유리 재료(100.2)로의 전이부(110)를 유리 또는 유리 세라믹 재료(200)내로 이동시킴으로써, 국소적인 요소가 형성되지 않고 컨덕터(20)의 금속에 부식이 발생하지 않도록 한다.
컨덕터가 애노드에 연결된 하우징 커버를 관통하는 도 1에 도시된 제2 피드 스루(1000)는 상이한 재료로 이루어진 본 발명의 2-파트 컨덕터를 포함하지 않고, 대신에, 바람직하게는 애노드에 연결되는 하나의 단일 재료, 즉 알루미늄으로 이루어진 하나의 컨덕터(1020)를 포함한다. 유리 재료는 또한 하나의 단일 재료이고 1010으로 식별된다. 이 재료에는 또한 커버층(220)이 제공될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 2-파트 유리 핀(20)이 피드 스루에 삽입되고, 피드 스루가 단 하나의 유리 또는 유리 세라믹 재료를 포함하는, 본 발명의 대안적인 구성을 도시한다. 2-파트 핀(20)은 2개 영역(100.1, 100.2) - 바람직하게는 알루미늄으로 이루어질 수 있는 제1 영역(100.1) 및 구리로 이루어질 수 있는 제2 영역(100.2) - 을 포함하고 캐소드에 연결된다.
현재의 예에서, 캐소드는 배터리 셀의 양극 단자이며, 그 이유는 배터리 셀에서 전기 에너지가 또 다른 에너지 - 이 경우에 화학 에너지 - 를 희생하여 변환되기 때문이다. 도 1의 제1 설계 예에서와 같이, 하우징 커버(3)는 보강 영역이 제공되는 유리 대 금속 밀봉의 영역에서보다 더 얇은 두께(dw)를 갖는다.
도 1 및 도 2의 동일한 구성 요소는 동일한 참조 번호로 식별된다.
본 발명은 최초로 저장 장치의 하우징 외부에 동일한 재료, 예를 들어 알루미늄을 포함하는 피드 스루를 제공하는 반면, 셀내로 향하는 컨덕터의 재료에 대해 상이한 재료가 사용될 수 있다. 이것은 저장 장치의 하우징 외부에서 항상 동일한 연결이 사용될 수 있는 장점이 있다. 이에 따라, 예를 들어, 알루미늄 접속이 다른 재료, 바람직하게는 알루미늄과 함께 쉽게 용접될 수 있는 배터리 셀의 외부에 제공될 수 있다. 본 발명에 따라 알루미늄이 배터리의 외부에서 사용되는 경우, 알루미늄은 알루미늄에 용접되어 높은 공정 신뢰도를 초래한다. 나아가, 강력하고 안정적인 제조 공정이 보장된다. 이러한 방식으로 생성된 연결은 특히 내구성이 있으며 피로가 없다. 제1 및 제2 핀 재료 또는 컨덕터 재료의 전이부를 유리 재료내에 둠으로써, 상이한 재료로 이루어진 컨덕터의 부식 - 즉 접촉 부식 - 이 방지된다.
본 발명은 이하의 절에 기록되고 상세한 설명의 일부인 양태를 포함하지만, 청구 범위는 아니다.
절
1. 특히, 금속, 특히 경금속, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금, 티타늄, 강철, 스테인레스강 또는 고급강으로 제조된 특히 저장 장치, 바람직하게는 배터리 또는 커패시터의 하우징의 하우징 부분(3)을 관통하는 피드 스루(1)로서, 하우징 부분(3)은 유리 또는 유리 세라믹 재료(200)에서 적어도 하나의 컨덕터(20)가 통과하는 적어도 하나의 개구를 가지며, 컨덕터(20)가 축 방향으로 적어도 2개의 섹션: 제1 재료로 이루어진 제1 섹션(100.1)과 제2 재료로 이루어진 제2 섹션(100.2), 및 제1 재료에서 제2 재료로의 전이부(110)를 갖는 것을 특징으로 하는 피드 스루.
2. 제1절에 있어서, 제1 재료가 바람직하게는 경량 재료, 특히 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금 또는 다른 재료인 것을 특징으로 하는 피드 스루.
3. 제1절 또는 제2절에 있어서, 제2 재료가 바람직하게는 금속, 특히 구리 또는 구리 합금인 것을 특징으로 하는 피드 스루.
4. 제1절 내지 제3절 중 어느 한 절에 있어서, 제1 재료에서 제2 재료로의 전이부(110)가 유리 또는 유리 세라믹 재료(200)의 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 피드 스루.
5. 제1절 내지 제4절 중 어느 한 절에 있어서, 유리 또는 유리 세라믹 재료가 바람직하게는 컨덕터의 제1 섹션(100.1)의 재료에 적합화되고 컨덕터의 제2 섹션(100.2)의 재료에 적합화되며 바람직하게는 13·10-6/K 내지 25·10-6/K 범위인 열팽창 계수 α를 갖는 단일 재료인 것을 특징으로 하는 피드 스루.
6. 제1절 내지 제4절 중 어느 한 절에 있어서, 유리 또는 유리 세라믹 재료가 2개 재료, 제1 유리 또는 유리 세라믹 재료(210.1) 및 제2 유리 또는 유리 세라믹 재료(210.2)로 이루어지며, 여기서 제1 유리 재료(210.1)는 제1 섹션의 열팽창 계수에 적합화되고 제2 유리 재료(210.2)는 제2 섹션의 열팽창 계수에 적합화되는 것을 특징으로 하는 피드 스루.
7. 제1절 내지 제6절 중 어느 한 절에 있어서, 유리 재료(200)가 적어도 하나의 커버층(220), 바람직하게는 유리층, 특히 커버 유리층, 플라스틱층 또는 장벽 코팅, 또는 전술한 층들의 몇몇의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 피드 스루.
8. 제1절 내지 제7절 중 어느 한 절에 있어서, 하우징 두께 및 보강 부재 두께 또는 보강 섹션 두께가 하우징 또는 하우징 부재 내로 유리 또는 유리 세라믹 재료의 유리-밀봉 길이(EL)를 제공하도록 하우징이 하우징 두께(dw)를 가지고 개구의 영역에 보강 부재 또는 보강 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 피드 스루.
9. 제1절 내지 제8절 중 어느 한 절에 따른 피드 스루를 갖는 하우징, 특히축전 장치, 특히 배터리 또는 커패시터용 하우징.
10. 제9절에 따른 하우징 또는 하우징 부분을 갖는 저장 장치, 특히 배터리 또는 커패시터.

Claims (14)

  1. 특히, 금속, 특히 경금속, 바람직하게는 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금, 티타늄, 강철, 스테인레스강 또는 고급강으로 제조된 특히 저장 장치의, 바람직하게는 배터리 또는 커패시터의 하우징의 하우징 부분(3)을 관통하는 피드 스루(1)로서, 하우징 부분(3)은 유리 또는 유리 세라믹 재료(200)에서 적어도 하나의 컨덕터(20)가 통과하는 적어도 하나의 개구를 가지고,
    컨덕터(20)는 축 방향으로 적어도 2개의 섹션; 제1 재료로 이루어진 제1 섹션(100.1)과 제2 재료로 이루어진 제2 섹션(100.2), 및 제1 재료에서 제2 재료로의 전이부(110)를 가지며,
    제1 재료에서 제2 재료로의 전이부(110)는 유리 또는 유리 세라믹 재료(200)의 영역에 위치하고, 제1 재료는 경량 재료, 특히 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금 또는 다른 재료이며,
    유리 또는 유리 세라믹 재료가 압축 유리 대 금속 밀봉이 제공되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 피드 스루.
  2. 제1항에 있어서, 유리 또는 유리 세라믹 재료가 13·10-6/K 내지 25·10-6/K 범위의 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 피드 스루.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열팽창 계수가 13·10-6/K 내지 23·10-6/K, 바람직하게는 13·10-6/K 내지 20·10-6/K, 특히 13·10-6/K 내지 19·10-6/K, 특히 바람직하게는 13·10-6/K 내지 18·10-6/K의 범위이도록 유리 재료가 선택되는 것을 특징으로 하는 피드 스루.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 재료가 금속, 특히 구리 또는 구리 합금인 것을 특징으로 하는 피드 스루.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 재료가 하기 성분(몰%)을 포함하는 것을 특징으로 하는 피드 스루:
    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%, 여기서 M은 K, Cs, Rb일 수 있음
    PbO 0-19 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%.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 및 유리 세라믹 재료가, 바람직하게는 컨덕터의 제1 섹션(100.1)의 재료 및 컨덕터의 제2 섹션(100.2)의 재료에 적합화된 열팽창 계수를 갖는 단일 재료인 것을 특징으로 하는 피드 스루.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 또는 유리 세라믹 재료가 2종의 재료, 제1 유리 또는 유리 세라믹 재료(210.1) 및 제2 유리 또는 유리 세라믹 재료(210.2)로 이루어지고, 제1 유리 재료(210.1)가 제1 섹션의 열팽창 계수에 적합화되고 제2 유리 재료(210.2)가 제2 섹션의 열팽창 계수에 적합화되는 것을 특징으로 하는 피드 스루.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 재료(200)가 적어도 하나의 커버층(220), 바람직하게는 유리층, 특히 커버 유리층, 플라스틱층 또는 장벽 코팅, 또는 전술한 층들의 몇몇의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 피드 스루.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징 두께 및 보강 부재 두께 또는 보강 섹션 두께가 하우징 또는 하우징 부재 내로 유리 또는 유리 세라믹 재료의 유리-밀봉 길이(EL)를 제공하도록 하우징이 하우징 두께(dw)를 가지고 개구의 영역에서 보강 부재 또는 보강 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 피드 스루.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 피드 스루를 갖는 하우징, 특히 축전 장치, 특히 배터리 또는 커패시터용 하우징.
  11. 제10항에 따른 하우징 또는 하우징 부분을 갖는 저장 장치, 특히 배터리 또는 커패시터.
  12. 제11항에 있어서, 하우징 또는 하우징 부분이 외부 및 내부를 가지고 피드 스루를 통해 도입되는 컨덕터가 제1 재료 및 제2 재료를 포함하며, 제1 재료가 특히 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘 또는 마그네슘 합금이고 외부를 향하며 제2 재료가 특히 구리 또는 구리 합금이고 내부를 향하는 것을 특징으로 하는 저장 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 따른 적어도 2개의 저장 장치를 포함하는 장치로서, 적어도 2개의 저장 장치가 연결편, 특히 연결 재료로 이루어진 플레이트와 특히 전기적으로 또는 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 연결 재료가 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 장치.
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