KR20220154593A - 하우징 부분, 특히 마이크로 배터리 및 하우징 부분을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

하우징 부분, 특히 마이크로 배터리 및 하우징 부분을 제조하기 위한 방법 Download PDF

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KR20220154593A
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헬무트 하르틀
뵈른 람도르
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쇼오트 아게
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Abstract

본 발명은 리드 스루(lead-through)를 갖는, 전기 장치, 특히 축전 장치 또는 센서 하우징, 바람직하게는 배터리, 특히 마이크로 배터리 또는 커패시터를 위한 하우징 부분으로서, 하우징 부분은 리드 스루를 포함하고, 리드 스루는 적어도 하나의 개구를 포함하고, 개구는 감소된 글레이징 길이(ELred)를 갖는 벽을 포함하고, 개구는 유리 또는 유리 세라믹 재료 내에 전도성 재료, 특히 전도체를 수용하는, 하우징 부분에 있어서, 글레이징 길이(ELred)는 0.05 ㎜ 내지 0.6 ㎜, 특히 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜, 바람직하게는 0.1 ㎜ 내지 0.4 ㎜, 특히 바람직하게는 0.15 ㎜ 내지 0.2 ㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 하우징 부분에 관한 것이다.

Description

하우징 부분, 특히 마이크로 배터리 및 하우징 부분을 제조하기 위한 방법
본 발명은 하우징 부분을 관통하는 리드 스루(lead-through)를 갖는, 전기 장치, 특히 축전 장치, 바람직하게는 배터리, 특히 마이크로 배터리 및/또는 커패시터의 하우징 부분에 관한 것으로서, 하우징 부분 및/또는 리드 스루는 적어도 하나의 개구를 포함하고, 여기서 개구는 유리 또는 유리 세라믹 재료 내에 전도체를 수용하고, 리드 스루의 개구는 내벽을 포함한다. 특히 전기 장치의 하우징 부분 외에도, 특히 전기 장치를 위한 바람직하게는 링 형상의 메인 몸체를 제조하기 위한 방법 및 마이크로 배터리가 또한 명시된다.
본 발명의 맥락에서 배터리라 함은, 방전 후 폐기될 수 있고 및/또는 리사이클될 수 있는 일회용 배터리뿐만 아니라 축전지로도 또한 이해된다. 축전지, 바람직하게는 리튬 이온 배터리는 예를 들어 휴대용 전자 장치, 모바일 전화, 전동 공구 및 특히 전기 자동차와 같은 다양한 적용 분야에 제공된다. 배터리는 예를 들어 납산 배터리, 니켈-카드뮴 배터리 또는 니켈-금속수소화물 배터리와 같은 기존 에너지원을 대체할 수 있다. 배터리의 사용은 센서 또는 사물 인터넷에서도 또한 가능하다.
본 발명의 맥락에서 저장 장치라 함은, 커패시터, 특히 또한 슈퍼 커패시터인 것으로도 또한 이해된다.
일반적으로 공지된 바와 같이, 슈퍼 캡(supercap)으로도 또한 언급되는 슈퍼 커패시터는 특히 높은 전력 밀도를 갖는 전기 화학적 에너지 저장 장치이다. 세라믹, 필름 및 전해 커패시터와는 상이하게, 슈퍼 커패시터는 통상적인 의미의 유전체를 갖지 않는다. 이들에서 특히, 이중 층 커패시턴스에서 전하 분리를 통한 전기 에너지의 정적 저장의 저장 원리 및 의사 커패시턴스에서 산화 환원 반응의 도움으로 전하 교환을 통한 전기 에너지의 전기 화학적 저장이 실현된다. 슈퍼 커패시터는 특히 하이브리드 커패시터, 여기서 특히 리튬 이온 커패시터를 포함한다. 그 전해질은 일반적으로 전도성 염, 일반적으로 리튬 염이 용해되는 용매를 포함한다. 슈퍼 커패시터는 많은 수의 충전/방전 사이클을 필요로 하는 적용 분야에서 사용되는 것이 바람직하다. 슈퍼 커패시터는 자동차 분야, 특히 제동 에너지 회수 분야에서 특히 유리하게 사용될 수 있다. 또한, 다른 적용 분야도 물론 가능하며, 본 발명에 의해 포함된다.
저장 장치로서 리튬-이온 배터리는 수년 전부터 공지되어 있다. 이와 관련하여, 예를 들어 "Handbook of Batteries, 데이비드 린덴, 발행인, 제2판, McGrawhill, 1995년, 36장 및 39장"이 참조된다.
리튬 이온 배터리의 다양한 양태가 다수의 특허에 설명되어 있다.
예를 들어 다음이 언급된다: US 961,672 A1호, US 5,952,126 A1호, US 5,900,183 A1호, US 5,874,185 A1호, US 5,849,434 A1호, US 5,853,914 A1호, 및 US 5,773,959 A1호.
특히 자동차 환경에서의 적용을 위한 리튬 이온 배터리는 일반적으로 서로 직렬로 접속된 다수의 개별 배터리 셀을 포함한다. 서로 직렬로 또는 연속적으로 접속된 배터리 셀들은 소위 배터리 팩으로 통합되고, 이 경우 복수의 배터리 팩은 리튬 이온 배터리로도 또한 지칭되는 배터리 모듈로 통합된다. 각각의 개별 배터리 셀은, 배터리 셀의 하우징 밖으로 가이드되는 전극을 갖는다. 슈퍼 커패시터의 하우징에도 동일하게 적용된다.
특히, 자동차 환경에서 리튬 이온 배터리의 사용을 위해, 내식성, 사고 발생 시 내구성 또는 내진동성과 같은 많은 문제들이 해결되어야 한다. 다른 문제는, 장기간에 걸친 기밀성, 특히 밀봉 기밀성이다.
기밀성은, 예를 들어 배터리 셀의 전극 또는 배터리 셀의 전극 리드 스루 및/또는 커패시터 및/또는 슈퍼 커패시터의 하우징의 영역에서의 누출로 인해 저하될 수 있다. 이러한 유형의 누출은 예를 들어 차량 내 진동 또는 플라스틱의 노후화와 같은 온도 변동 부하 또는 기계적 교번 부하에 인해 야기될 수 있다.
배터리 또는 배터리 셀의 단락 또는 온도 변화로 인해, 배터리 또는 배터리 셀의 수명이 단축되는 것이 야기될 수 있다. 마찬가지로, 사고 및/또는 비상 상황에서의 기밀성도 중요하다.
사고 발생 시 개선된 내구성을 보장하기 위해, DE 101 05 877 A1호는 예를 들어 리튬 이온 배터리용 하우징을 제안하고, 여기서 하우징은 양쪽 측면이 개방되어 있고 폐쇄되는 금속 케이스를 포함한다.
전원 연결부 또는 전극은 플라스틱을 통해 절연된다. 플라스틱 절연의 단점은, 제한된 내온성, 제한된 기계적 내구성, 수명에 걸친 노후화 및 불확실한 기밀성이다. 따라서, 종래 기술에 따른 리튬 이온 배터리 및 커패시터에서, 전류 리드 스루는 예를 들어 리튬 이온 배터리의 커버 부품에 밀폐된 방식으로 밀봉되어 설치되지 않는다. 따라서, 종래 기술에서 일반적으로 1 bar의 압력 차에서 검사 사양에 따라 최대 1·10-6 mbar l s-1의 헬륨 누출율이 달성된다. 또한, 전극이 압착되고, 레이저 용접된 연결 부품이 추가 절연체와 함께 배터리의 공간 내에 배치된다.
DE 27 33 948 A1호로부터, 예를 들어 유리 또는 세라믹과 같은 절연체가 용융 연결을 통해 금속 부품에 직접 연결되는 알칼리 배터리가 공지되어 있다.
금속 부품 중 하나는 알칼리 배터리의 애노드에 전기적으로 연결되고, 다른 하나는 알칼리 배터리의 캐소드에 전기적으로 연결된다. DE 27 33 948 A1호에서 사용되는 금속은 철 또는 강철이다. 알루미늄과 같은 경금속은 DE 27 33 948 A1호에 설명되어 있지 않다. 유리 또는 세라믹 재료의 용융 온도도 또한 DE 27 33 948 A1호에 명시되어 있지 않다. DE 27 33 948 A1호에 설명된 알칼리 배터리는 알칼리 전해질을 갖는 배터리이고, 이러한 알칼리 전해질은 DE 27 33 948 A1호에 따르면, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 함유한다. DE 27 33 948 A1호에는 리튬 이온 배터리에 대한 언급이 나타나지 않는다.
DE 698 04 378 T2호 또는 EP 0 885 874 B1호로부터, 알칼리 이온 배터리용 비대칭 유기 카본산 에스테르의 제조 및 무수 유기 전해질의 제조를 위한 방법이 공지되어 있다. 재충전 가능한 리튬 이온 셀을 위한 전해질도 또한 DE 698 04 378 T2호 또는 EP 0 885 874 B1호에 설명되어 있다.
비아(via)를 수용하는 셀 소켓을 위한 재료는 설명되지 않으며, 단지 티타늄, 알루미늄, 니켈 합금 또는 스테인리스강으로 이루어질 수 있는 연결 핀을 위한 재료만이 설명되어 있다.
DE 699 23 805 T2호 또는 EP 0 954 045 B1호는 개선된 전기적 효율성을 갖는 RF-리드 스루를 설명한다. EP 0 954 045 B1호로부터 공지된 리드 스루는 유리 금속 리드 스루가 아니다. EP 0 954 045 B1호에서 예를 들어 패키지의 금속 벽 내부에 직접 형성된 유리 금속 리드 스루는, 이러한 유형의 RF-리드 스루가 유리의 취성으로 인해 영구적이지 않기 때문에 불리한 것으로 설명되어 있다.
DE 690 230 71 T2호 또는 EP 0 412 655 B1호는 배터리 또는 다른 전기 화학적 셀을 위한 유리 금속 리드 스루를 설명하고, 여기서 유리로서 대략 45 중량%의 SiO2 함량을 갖는 유리가 사용되고, 금속으로서 특히 몰리브덴 및/또는 크롬 및/또는 니켈을 포함하는 합금이 사용된다. DE 690 230 71 T2호에서는, 사용되는 유리의 융해 온도 또는 용융 온도와 마찬가지로 경금속의 사용이 거의 설명되지 않는다. DE 690 230 71 T2호 또는 EP 0 412 655 B1호에 따르면, 핀 형상 전도체의 재료로서 몰리브덴, 니오븀 또는 탄탈과 같은 합금이 설명되어 있다.
리튬 이온 배터리용 유리 금속 리드 스루는 US 7,687,200 A1호로부터 공지되어 있다. US 7,687,200 A1호에 따르면, 하우징은 스테인리스강으로 이루어지며, 핀 형상 전도체는 백금/이리듐으로 이루어진다. 유리 재료로서 US 7,687,200 A1호에는 유리 TA23 및 CABAL-12가 명시되어 있다. 이 경우, US 5,015,530 A1호에 따르면, 유리 재료는 1025℃ 또는 800℃의 용융 온도를 갖는 CaO-MgO-Al2O3-B2O3 시스템이다. 또한, 리튬 배터리용 유리 금속 리드 스루를 위한 유리 조성물이 US 5,015,530 A1호로부터 공지되어 있고, 이러한 조성물은 CaO, Al2O3, B2O3, SrO 및 BaO를 포함하고, 그 용융 온도는 650℃ 내지 750℃ 범위에 있고, 따라서 경금속과 함께 사용하기에는 너무 높다.
공개 공보 US 10,910,609 B2호는 배터리 하우징, 특히 마이크로 배터리용 전기 리드 스루를 보여주고, 여기서 유리 재료로서 붕규산 유리가 사용된다. 특수 유리 재료로서 CaBAl 12 - 유리 또는 BaBAl-1 유리가 언급된다. 유리 재료, 메인 몸체 및 전도체의 팽창 계수에 대한 언급은 US 10,910,609 B2호에서는 제공되지 않았다.
US 4,841,101 A1호로부터, 실질적으로 핀 형상의 전도체가 금속 링 내에 유리 재료로 글레이징된 리드 스루가 공지되어 있다. 이 경우, 금속 링은 다시 하우징의 개구 또는 보어 내로 삽입되고, 예를 들어 납땜에 의해, 예를 들어 땜납 링의 점프 후에 특히 재료 결합 방식으로 내벽 또는 보어에 연결된다. 배터리 하우징의 알루미늄의 높은 열팽창 계수를 보상하기 위해, 금속 링은 유리 재료와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 열팽창 계수를 포함하는 금속으로 이루어진다. US 4,841,101 A1호에 설명된 실시예에서, 금속 링의 길이는 항상 하우징 내의 보어 또는 개구보다 더 짧다.
WO 2012/167921 A1호, WO 2012/110242 A1호, WO 2012/110246 A1호, WO 2012/110244 A1호로부터, 저장 장치용 하우징의 하우징 부분을 통해 통과되는 리드 스루가 공지되어 있다. 리드 스루에서 유리 또는 유리 세라믹 재료의 횡단면이 개구를 통해 통과된다.
DE 27 33 948 A1호에는 배터리의 하우징 부분을 통과하는 리드 스루가 도시되고, 여기서 하우징 부분은 적어도 하나의 개구를 포함하며, 개구는 전도성 재료 및 유리 또는 유리 세라믹 재료를 포함하고, 전도성 재료는 캡 형상 요소로서 형성된다. 그러나, DE 27 33 948 A1호에는 전도체가 어떠한 특정 재료로 이루어지는지에 대한 언급이 존재하지 않는다. 마찬가지로, DE 27 33 948 A1호에는 캡 형상 요소의 두께 또는 벽 두께도 거의 언급되지 않는다.
US 6,190,798 A1호로부터, 개구를 포함하는 리드 스루가 있는 배터리가 공지되어 있으며, 여기서 전도체로서 개구 내에서, 유리 또는 수지일 수 있는 절연 재료 내에 캡 형상 요소가 사용된다. US 6,190,798 B1호에서도 또한 캡 형상 요소의 벽 두께의 두께에 대한 언급이 제공되지 않는다.
US 2015/0364 735 A1호는 압력 과부하 시 안전 출구로서 두께가 감소된 영역을 포함하는 캡 형상 커버가 있는 배터리를 보여준다.
WO 2014/176 533 A1호로부터, 원추형으로 형성된 과압 안전 장치가 공지되어 있다. 배터리에서의 사용은 WO 2014/176 533 A1호에서는 설명되지 않는다.
DE 10 2007 063 188 A1호는 하나 이상의 미리 결정된 파단 지점 또는 하나 이상의 파열 디스크 형태의 하우징 유형의 과압 안전 장치 및 하우징으로 둘러싸인 적어도 하나의 개별 셀이 있는 배터리를 보여준다.
US 6,433,276 A1호는 금속 하우징 부분, 전도체 및 유리 재료가 실질적으로 동일한 팽창 계수를 포함하는 리드 스루를 보여준다.
DE 10 2014 016 601 A1호는 특히 리드 스루를 갖는 배터리 하우징 또는 커패시터 하우징의 하우징 부분을 보여주고, 여기서 리드 스루 개구를 통해 유리 재료 외부 치수 및 글레이징 길이를 갖는, 유리 또는 유리 세라믹 재료 내 전도체, 특히 실질적으로 핀 형상의 전도체가 통과되고, 여기서 부품은 리드 스루 개구의 영역에서 부품 관통 개구 두께를 갖는 보강재를 포함하고, 여기서 부품 관통 개구 두께는 부품 두께보다 더 크고, 보강재는 보강재 재료 외부 치수를 포함한다.
경금속으로 이루어진 적어도 2개의 몸체를 포함하는 하우징 부품은 EP 3588606 A1호로부터 공지되어 있다. EP 3588606 A1호에 따르면, 제1 몸체는 경금속이고, 제2 몸체는 특히 경금속의 합금 성분 형태인 용접 재료가 있는 경금속이다. 용접 조인트는 제1 및 제2 몸체 사이에 형성된다.
DE 10 2013 006 463 A1호는 바람직하게는 리튬 이온 배터리, 바람직하게는 리튬 이온 축전지를 위한, 적어도 하나의 개구를 포함하는 적어도 하나의 메인 몸체를 갖는 배터리 리드 스루를 보여주고, 이러한 개구를 통해 밀봉 유리를 포함하거나 또는 이로 이루어진 전기 전도성 재료에서 적어도 하나의 전도체, 특히 실질적으로 핀 형상 전도체가 통과되며, 여기서 메인 몸체는 바람직하게는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티타늄 합금 또는 AlSiC로 선택된 경금속 및/또는 경금속 합금을 포함하거나 또는 이로 이루어진다. DE 10 2013 006 463 A1호에 따른 밀봉 유리는 인산염 함량이 낮은 티타네이트 유리이다.
DE 10 2017 221 426 A1호는 특수한 유형의 리드 스루를 보여준다. DE 10 2017 221 426 A1호로부터 공지된 리드 스루는 개구에 글레이징된 복수의 전도체를 포함하며, 여기서 글레이징된 전도체의 일부는 편평한 전도체를 통해 연결된다.
공개 공보 WO 2020/104571 A1호는 리드 스루가 있는 축전 장치를 보여주며, 여기서 리드 스루는 칼라가 있는 배터리 커버 부품으로 매립된다. 또한, 공개 공보 WO 2020/104571 A1호로부터, 리드 스루 영역에 유연한 플랜지를 제공하는 것이 공지되어 있다.
DE 11 2012 000 900 B4호는 이하의 성분을 몰%로 포함하는 리드 스루용 유리, 특히 솔더 유리를 설명한다:
P2O5 37-50 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 12-19 몰%, 여기서 M=K, Cs, Rb일 수 있고,
Li2O 0-42 몰%, 특히 0-40 몰%, 바람직하게는 17-40 몰%
BaO 0-20 몰%, 특히 0-20 몰%, 바람직하게는 5-20 몰%
Bi2O3 적어도 1 몰%, 특히 1-5 몰%, 바람직하게는 2-5 몰%,
여기서 유리에는 불순물을 제외하고 납이 없다.
종래 기술의 모든 전기 장치, 특히 저장 장치의 단점은, 공지된 전기 장치, 특히 저장 장치의 크기가 매우 크고, 컴팩트한 하우징을 포함하지 않는다는 것이다. 이것은 큰 치수, 특히 큰 높이를 갖는 저장 장치로 이어졌다.
따라서, 종래 기술로부터 공지된 전기 장치, 특히 저장 장치는 그 크기로 인해 마이크로 배터리로서 사용될 수 없었다.
종래의 리드 스루가 있는 전기 장치의 다른 문제는, 전기 절연을 위해 플라스틱을 사용한다는 것이다. 예를 들어 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌은 DE 27 33 948 A1호에 절연 재료로서 설명되어 있다. 또 다른 단점은, 절연 재료 내로 도입된 금속 핀의 압출력이 매우 낮다는 것이다.
따라서, 본 발명의 과제는 종래 기술의 단점을 방지하고, 얇은 재료 두께 및 이에 따른 하우징의 치수를 특징으로 하는, 전기 장치, 특히 저장 장치를 위한 하우징 부분, 및 마이크로 배터리 및 전기 장치를 위한 하우징 부분 또는 메인 몸체를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 또한, 하우징에 의해 둘러싸인 전기 장치는 큰 활성 체적을 특징으로 해야 한다.
특히, 바람직하게는 < 0.6 ㎜의 작은 치수를 갖는 컴팩트한 밀봉 방식의 저장 장치가 제공되어야 하며, 이는 마이크로 배터리로서 사용될 수 있고, 바람직하게는 충분한 기밀성을 제공한다. 레이저 용접에 의해 재료가 가열될 때에도 또한 충분한 기밀성이 제공되어야 한다.
또한, 얇은 하우징 두께가 가능해져야 하며, 이는 컴팩트함 외에도 재료 절약으로도 또한 이어진다. 또한, 하우징의 관통 개구 내로 도입되는 전도체, 특히 금속 핀의 확실한 전기 절연이 제공되어야 한다. 이 경우, 하우징 내부에 가능한 한 많은 활성 체적이 제공되는 방식으로 자체적으로 컴팩트하게 구성되는 저장 장치를 제공하여, 이에 의해 배터리 및/또는 커패시터가 가능한 한 높은 커패시턴스를 포함할 수 있는 것이 목표이다. 따라서, 리드 스루가 있는 본 발명에 따른 저장 장치는 특히 마이크로 배터리이다.
따라서, 본 발명은 또한 특히 본 출원에 도시된 바와 같이, 예를 들어 본 출원에 설명되고 청구된 방법에 의해 제조되는, 리드 스루가 있는 밀폐된 방식으로 밀봉된 마이크로 배터리에 관한 것이다.
마이크로 배터리의 일반적인 적용 분야는 예를 들어 능동형 RFID 및/또는 예를 들어 보청기, 혈압 센서와 같은 의료 장치 및/또는 무선 헤드폰이다. 이러한 맥락에서, 상기 용어는 종종 사용되고, 이에 따라 일반적으로 알려져 있다. 또한, 마이크로 배터리는 "사물 인터넷"에도 또한 관련이 있다.
저장 장치, 특히 < 0.6 ㎜의 두께를 갖는 마이크로 배터리를 제공하고자 하는 경우, 이러한 유형의 얇은 부품의 특성 문제가 발생한다. 예를 들어 0.3 ㎜ 미만의 매우 작은 두께를 갖는 부품 또는 하우징 부분은 필요한 기계적 강도와 관련하여 임계적이다. 이러한 유형의 얇은 몸체의 다른 문제는, 글레이징된 전도체에 충분한 압출력이 제공되어야 하고, 압력 기밀성은 제공되지 않는다는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 문제는 리드 스루를 갖는 전기 장치를 위한 하우징 부분에 의해 해결되고, 이러한 리드 스루는 내벽 및 글레이징 길이(ELred)를 갖는 개구를 포함하고, 여기서 글레이징 길이(ELred)는 0.05 ㎜ 내지 0.6 ㎜의 범위에 있다. 또한, 개구 내 전도체의 글레이징의 경우 압력 글레이징인데, 즉 개구가 있는 리드 스루를 수용하는 하우징 부분의 팽창 계수(α3)는 글레이징이 수행되는 유리 또는 유리 세라믹 재료의 팽창 계수(α2)보다 항상 더 크다.
하우징 부분의 제3 팽창 계수(α3)는 10·10-6 1/K 내지 19·10-6 1/K의 범위에 있고, 유리 또는 유리 세라믹 재료의 제2 팽창 계수(α2)는 6·10-6 1/K 내지 12·10-6 1/K의 범위에 있는 경우가 특히 바람직하다.
다른 실시예에서, 전도체의 제1 팽창 계수(α1)는 6·10-6 1/K 내지 12·10-6 1/K의 범위에 있다.
하우징 부분 및/또는 전도체를 위한 재료로서, 바람직하게는 금속, 특히 철, 철-합금, 니켈, 철-니켈-합금, 철-니켈-코발트 합금, KOVAR, 강철, 불수강, 스테인리스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금, 구리, 구리 합금 또는 티타늄 또는 티타늄 합금이 사용된다.
특히, 하우징 부분은 두께(D2)를 갖는 배터리 커버 부분이고, 여기서 D2는 0.05 ㎜ 내지 1 ㎜, 바람직하게는 0.05 ㎜ 내지 0.6 ㎜의 범위에 있다. 하우징 부분이 이하의 재료들 중 하나로 이루어지는 경우에, 특히 양호한 압력 글레이징이 달성된다:
- 10 내지 12·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 페라이트계 스테인리스강,
- 12 내지 13·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 일반 강철,
- 13 내지 14·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 듀플렉스계 스테인리스강,
- 16 내지 18·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 오스테나이트계 스테인리스강.
바람직하게는, 하우징 부분의 재료는 유리를 통해 전도체 상에 또한 작용하고, 이에 따라 전도체의 압출력이 조정되는 유리 프리스트레스의 방식으로 선택된다. 전도체의 압출력이 조정됨으로써, 과압으로 인한 손상의 경우에 하우징 부분에서 저장 장치, 특히 배터리의 전도체의 안전 벤트(safety vent) 기능, 특히 개구가 조정될 수 있다.
전도체의 압출력은 또한 이하의 조치들 중 하나 이상에 의해 조정될 수 있다:
- 글레이징의 두께
- 상이한 유리 재료의 사용
- 유리 내의 상이한 주입 비율
- 글레이징 전 유리 성형 부분의 형상을 통해 구조화된 유리 표면
- 글레이징 중 유리 성형 부분의 형상을 통해 구조화된 유리 표면
- 글레이징 후 레이저 가공을 통해 구조화된 유리 표면
- 유리 재료 내에서 일 측면 또는 양 측면의 노치 또는 테이퍼
- 전도체 및/또는 하우징 또는 하우징 부분 또는 메인 몸체 내의 노치 또는 테이퍼
- 글레이징의 길이 및/또는 메니스커스(meniscus)의 형성.
하우징 부분 외에도, 본 발명은 리드 스루가 있는 하우징 부분을 갖는 마이크로 배터리를 또한 제공한다. 하우징 부분은 이전에 설명된 바와 같이, 금속, 바람직하게는 철, 철-합금, 철-니켈 합금, 철-니켈-코발트 합금, KOVAR, 강철, 불수강, 스테인리스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금 또는 티타늄 또는 티타늄 합금으로 이루어진다. 하우징 부분은 리드 스루의 부분으로서 적어도 하나의 개구를 포함하고, 여기서 개구는 글레이징 길이(ELred)를 갖는 내벽을 포함하고, 개구는 유리 또는 유리 세라믹 재료 내에 전도성 재료, 특히 전도체를 수용한다. 바람직하게는, 감소된 글레이징 길이(ELred)는 0.05 ㎜ 내지 0.6 ㎜, 특히 0.1 ㎜ 내지 0.4 ㎜, 바람직하게는 0.15 ㎜ 내지 0.2 ㎜의 범위에 있다. 전도성 재료는 제1 팽창 계수(α1)를 포함하고, 유리 또는 유리 세라믹 재료는 제2 팽창 계수(α2) 및 하우징 부분은 제3 팽창 계수(α3)를 포함한다. 압력 글레이징을 제공하기 위해, 하우징 부분의 제3 팽창 계수(α3)는 유리 또는 유리 세라믹 재료의 제2 팽창 계수(α2)보다 항상 크므로, 압력 글레이징이 생성된다.
이전에 설명된 하우징 부분의 모든 이점은, 또한 마이크로 배터리로서 설계된 하우징 부분의 특별한 실시예의 주제이다. 바람직하게는, 하우징 부분은 마이크로 배터리의 커버이다. 리드 스루에 의해 설계된 마이크로 배터리의 커버는 바람직하게는 용접에 의해 마이크로 배터리의 하우징에 연결되어, 마이크로 배터리가 생성된다.
본 발명에 따르면, 0.6 ㎜ 미만, 특히 0.3 ㎜ 미만, 바람직하게는 0.1 ㎜ 내지 0.3 ㎜ 범위의 하우징 두께가 구현될 수 있는 가능한 방법이 제공되고, 리드 스루의 압력 기밀성 및 기계적 강도 및 압출력이 보장된다. 두께 및 이와 함께 압력 글레이징 길이를 감소하기 위해 이하에서 설명되는 방법 대신, 0.6 ㎜ 미만의 매우 얇은 하우징 두께로의 직접 글레이징도 또한 가능하다.
가능한 방법은 우선 원하는 두께보다 명백히 더 긴 글레이징 길이(EL)를 갖는 개구 내 전도체의 글레이징 및 글레이징이 수행된 후 두께의 후속 감소를 제공하여, 감소된 글레이징 길이(ELred)가 이용된다. 예를 들어 0.6 ㎜의 글레이징 길이(EL)로의 글레이징을 통해, 압력 기밀 방식 글레이징이 보장된다. 압력 기밀 방식 글레이징은 전도체가 유리 재료 내로 삽입됨으로써 획득된다. 삽입된 전도체를 갖는 유리 재료는 이 경우 하우징 또는 하우징 부분의 개구 내로 도입된다. 대안적으로, 메인 몸체 내로 삽입되는 것도 또한 가능하다. 그런 다음, 하우징 또는 하우징 부분 또는 메인 몸체는 가열되고, 이어서 냉각되므로, 유리 또는 유리 세라믹 재료는 냉각 시 하우징 또는 하우징 부분의 형태로 주변 금속 위로 수축된다. 냉각 공정은 압력 기밀 방식 및 기계적으로 견고한 글레이징의 제조를 위해 결정적으로 중요하다. 냉각 시, 유리 재료와 주변 금속의 팽창 차이로 인해, 전도체의 압력 기밀 리드 스루가 형성된다. 본 출원에서 압력 기밀이라 함은, 1 bar의 압력 차에서 He-누출율이 1·10-8 mbar l/s 미만인 것을 의미하는 것으로 이해된다. 메인 몸체 내에 글레이징되면, 메인 몸체는 본 발명에 따르면 두께 감소 후에 예를 들어 0.2 ㎜의 두께를 갖는 얇은 금속 시트의 개구 내로 삽입될 수 있으며, 예를 들어 용접에 의해 금속 시트와 압력 기밀 방식으로 연결될 수 있다.
설명된 바와 같이, 본 발명은 전도체가 압력 글레이징의 범위에서 글레이징되는 것을 특징으로 한다. 압력 글레이징 시, 유리 재료와 주변 하우징 재료의 상이한 팽창 계수에 의해 압력이 제공된다. 하우징의 재료 및 하우징 내로 삽입된 메인 몸체의 팽창 계수(α3)가 유리 재료의 팽창 계수(α2)보다 더 큼으로써, 압력 글레이징을 위해 충분한 프리스트레스가 유리 또는 유리 세라믹 재료 상에 가해진다. 전도체 또는 금속 핀은 제1 팽창 계수(α1)를 포함한다.
전도성 재료, 특히 전도체는 바람직하게는 11·10-6 1/K까지의 제1 팽창 계수(α1)를 포함한다. 유리 또는 유리 세라믹 재료의 팽창 계수(α2)는 바람직하게는 9 내지 11·10-6 1/K 범위이고, 하우징 부분의 팽창 계수(α3)는 12 내지 19·10-6 1/K 범위에 있다.
하우징 재료 또는 메인 몸체의 팽창 계수(α3)가 유리의 팽창 계수보다 더 큼으로써, 하우징 또는 메인 몸체를 통해 유리 재료 상에 응력이 형성되고, 압력 글레이징이 제공된다.
팽창 계수(α2 , α1 , α3)가 실질적으로 동일한 적응된 리드 스루에 대해, 압력 글레이징은 적응된 리드 스루에서 레이저 용접 공정 후에 발생할 수 있는 누출이 신뢰성 있는 방식으로 방지된다는 이점을 갖는데, 왜냐하면 개구를 둘러싸는 하우징 부분 또는 메인 몸체를 통해 압력 글레이징 및 이에 따라 글레이징된 전도체 상에 프리스트레스가 항상 가해지기 때문이다. 압력 글레이징의 다른 이점은, 압축 응력으로 인해 향상된 기계적 강도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 글레이징된 전도체를 갖는 하우징 및 메인 몸체 및 유리 또는 유리 세라믹 재료의 연삭 및/또는 래핑을 통해 메인 몸체의 개구 내에 글레이징된 전도체의 두께의 감소가 수행되므로, 글레이징 길이가 감소된다. 명시된 제거 방법인 연삭 및/또는 래핑은, 제거 방법이 하우징/메인 몸체의 금속 재료와 유리 또는 유리 세라믹 모두에 적용될 수 있다는 것을 특징으로 한다. 두 재료에 대한 제거 방법의 적용 가능성이, 가능한 제거 방법의 선택 시의 핵심이다. 이러한 유형의 글레이징 길이의 감소가 가능한 방법이며, 다른 방법도 고려될 수 있다. 본 발명에 따르면, 글레이징 길이(ELred)는 0.1 ㎜ 내지 0.8 ㎜이다. 0.1 ㎜ 내지 0.6 ㎜의 매우 짧은 글레이징 길이(ELred)는 본 발명의 제1 실시예에서, 감소된 글레이징 길이(ELred)보다 명백히 더 긴 글레이징 길이(EL)가 제공됨으로써 달성될 수 있다. 예를 들어 하우징 개구에서 유리 재료 내로 삽입된 전도체의 글레이징 길이(EL)는 0.6 ㎜ 이상이다. 0.6 ㎜ 내지 0.8 ㎜의 범위가 바람직하다. 글레이징 길이(EL)를 갖는 하우징 또는 메인 몸체 내에 글레이징된 전도체의 이러한 두께는, 래핑 또는 연삭 공정에 의해 0.1 ㎜ 내지 0.3 ㎜, 바람직하게는 0.15 ㎜ 내지 0.3 ㎜의 두께로 감소된다. 이 경우, 압력 글레이징의 범위에서 감소된 글레이징 길이(ELred)는 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜, 바람직하게는 0.15 ㎜ 내지 0.3 ㎜이다.
바람직하게는, 글레이징된 전도체 및 메인 몸체의 두께가 감소된 글레이징 길이(ELred)로 감소되는 것은, 래핑 또는 연삭 공정에 의해 수행된다. 하우징 부분의 두께(D)는 래핑 및/또는 연삭 공정 후에 감소된 글레이징 길이(ELred)에 대응한다. 글레이징된 전도체의 두께의 감소는 일 측면 또는 양 측면에서 수행될 수 있다.
양 측면 가공의 경우, 글레이징된 전도체를 갖는 하우징 또는 메인 몸체의 상부면뿐만 아니라 하부면도 또한 가공되는데, 예를 들어 연삭되거나 또는 래핑된다. 연삭 및 래핑 공정에 의해, 감소된 글레이징 길이를 갖는 유리 재료에 표면 결함, 예를 들어 균일하거나 또는 균일하지 않을 수 있는 홈 또는 스크래치가 형성된다. 제거가 단지 일 측면에서만 수행되는 경우, 가공되지 않은 측면에는 예를 들어 다시 접촉될 수 있는 코팅이 도포될 수 있다. 예를 들어 코팅으로서 니켈 도금을 수행하는 것도 가능하다. 이 경우, 일 측면 상의 전도체 및/또는 유리 재료가 돌출되는 경우, 일 측면의 제거도 또한 유리하다.
글레이징이 도입되어야 하는 메인 몸체 또는 하우징 부분 내로 개구가 스탬핑되면, 스탬핑 공정으로 인해 단절 에지의 문제가 발생된다. 이는 단절 에지, 스탬핑 인입부, 스탬핑 인출부 및 스탬핑 버어(burr)의 영역에서 금속 링 또는 메인 몸체로부터 개구 내 유리 재료까지의 압력 방향이 90°가 아닌 것을 의미하고, 이에 의해 유리 재료 상의 프리스트레스가 감소된다. 따라서, 스탬핑된 개구에서 글레이징 전에 스탬핑으로 인한 모든 에지가 제거될 수 있고, 그런 다음 깨끗한 천공 표면이 존재하는 경우가 바람직하다.
두께가 감소된 하우징 부분 내 글레이징을 제조하기 위한 방법 외에도, 본 발명은 또한 0.15 ㎜ 내지 0.6 ㎜의 감소된 글레이징 길이를 갖는, 특히 전기 장치, 바람직하게는 축전 장치 또는 센서 하우징, 바람직하게는 배터리, 특히 마이크로 배터리 또는 커패시터의 하우징 부분 자체, 및 마이크로 배터리를 제공한다.
유리 또는 유리 세라믹 재료가 고체, 특히 고체 및 결정화된 유리 또는 유리 세라믹 재료를 포함하는 경우에 특히 바람직하다. 전도체가 글레이징되는 유리 또는 유리 세라믹 재료에서의 강도 증가를 달성하기 위해, 유리 또는 유리 세라믹 재료에 강도 증가를 위한 충전제가 제공되는 경우가 유리하다.
하우징 부분 및 리드 스루, 및 전도체를 위한 재료로서 스테인리스강이 고려된다. 스테인리스강의 사용은, 연삭 후 부식 방지 처리를 필요로 하지 않는다는 이점을 갖는다. 스테인리스강 전도체에 대해 대안적으로, 전도체가 글레이징되는 하우징 부분 또는 메인 몸체는 강철로 이루어지고, 전도체는 NiFe로 이루어지는 것이 제공될 수 있다. 이러한 유형의 재료 조합의 경우, 부식을 방지하기 위해 예를 들어 니켈 층의 형태로 부식 방지 처리를 적용하는 것을 필요로 한다.
개구 내에 글레이징된 전도체는 예를 들어 용접, 특히 레이저 용접, 저항 용접 또는 초음파 용접에 의해 접촉될 수 있다. 예를 들어 메인 몸체 형태의 외부 전도체는 마찬가지로 용접, 특히 레이저 용접, 저항 용접 또는 초음파 용접 및 크림핑(crimping)에 의해 배터리 하우징에 밀폐된 방식으로 밀봉되어 연결된다.
하우징 부분을 통과하는 리드 스루를 갖는 본 발명에 따른 전기 장치, 특히 축전 장치 또는 센서 하우징, 바람직하게는 배터리, 특히 마이크로 배터리 또는 커패시터는 바람직하게는 0.1 ㎜ 내지 1 ㎜, 바람직하게는 0.15 ㎜ 내지 0.8 ㎜, 특히 0.15 ㎜ 내지 0.6 ㎜ 범위의 두께 또는 재료 강도를 포함한다. 하우징 부분을 위한 재료로서는 금속, 특히 철, 철-합금, 철-니켈 합금, 철-니켈-코발트 합금, KOVAR, 강철, 스테인리스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금 또는 티타늄 또는 티타늄 합금이 사용된다. 하우징 부분은 리드 스루의 부분으로서 적어도 하나의 개구를 포함하며, 여기서 개구는 유리 또는 유리 세라믹 재료 내에 전도성 재료, 특히 전도성 재료로 된 전도체를 수용한다.
하우징 부분을 위한 특히 바람직한 재료로서는, 듀플렉스계 스테인리스강 또는 오스테나이트계 스테인리스강이 사용된다.
듀플렉스계 스테인리스강은 오스테나이트 섬이 있는 페라이트(α-철) 매트릭스로 이루어진 2상 구조의 강이다. 듀플렉스계 스테인리스강은 스테인리스 크롬강(페라이트계 또는 마르텐사이트계) 및 스테인리스 크롬-니켈 강(오스테나이트계)의 특성이 결합되어 있다. 이러한 듀플렉스계 스테인리스강은 스테인리스 크롬-니켈-강보다 높은 강성을 갖지만, 그러나 스테인리스 크롬 강보다 연성이 더 높다. 듀플렉스계 스테인리스강의 팽창 계수는 α3
Figure pct00001
15·10-6 1/K이고, 오스테나이트계 스테인리스강의 팽창 계수는 αG
Figure pct00002
18·10-6 1/K이다.
전도체는 바람직하게는 페라이트계 스테인리스강으로 이루어지며, α전도체
Figure pct00003
10 내지 11·10-6 1/K의 팽창 계수를 갖는 페라이트계 스테인리스강 핀이다. 유리 재료는 바람직하게는 9 내지 11·10-6 1/K 범위에서의 팽창 계수 α유리를 갖는 유리 재료이다.
저장 장치, 예를 들어 배터리 또는 커패시터의 금속 하우징을 갖는 외부 전도체에 대한 연결의 단락을 방지하기 위해, 유리 또는 유리 세라믹 재료 상에 특히 플라스틱 또는 유리 또는 유리 세라믹일 수 있는 절연 요소가 배치되는 것이 제공될 수 있다. 별도의 절연 요소에 대해 대안적으로, 가장자리를 넘어 돌출되는, 예를 들어 발포 유리로 이루어진 유리 재료도 또한 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전도체와의 접촉을 가능하게 하고 하우징 내부에 가능한 한 많은 구조 공간을 제공하는 리드 스루를 갖는 전기 장치, 특히 저장 장치가 명시된다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 밀폐된 방식으로 밀봉되도록 설계되고, 특히 접촉부와 밀봉 재료 사이의 영역에서 기계적 부하 및/또는 압력 부하의 경우에 취성 밀봉 재료와의 개선된 호환성을 포함한다. 구조 공간의 증가는 특히 저장 장치의 커패시턴스를 향상시키는데 기여할 수 있다.
글레이징된 전도체를 갖는 리드 스루 또는 메인 몸체를 포함하는 본 발명에 따른 하우징 부분, 예를 들어 커버의 하우징과의 연결은 용접, 특히 레이저 용접, 그러나 납땜에 의해서도 또한 수행될 수 있다. 예를 들어 용접에 의한 연결은, 1 bar의 압력 차에서 He-누출율이 1·10-8 mbar l/s 미만이 되는 방식으로 수행된다. 따라서, He-누출율은 글레이징된 전도체의 경우와 동일하며, 저장 장치, 특히 배터리를 위해 밀폐된 방식으로 밀봉된 하우징이 제공된다.
축전 장치가 마이크로 배터리의 경우와 같이 최대 5 ㎜, 특히 최대 4 ㎜, 바람직하게는 최대 3 ㎜, 특히 1 ㎜ 내지 5 ㎜, 바람직하게는 1 ㎜ 내지 3 ㎜ 범위의 전체 구조 높이를 포함하는 경우, 특히 컴팩트한 축전 장치가 제공된다.
유리 또는 유리 세라믹 재료는 특히 유리 또는 유리 세라믹 재료의 열팽창을 조정하는 역할을 하는 충전제를 포함할 수 있다.
유리 또는 유리 세라믹 재료로서 바람직하게는, 주요 성분이 Al2O3, B2O3, BaO 및 SiO2인 알루미노보레이트 유리가 사용된다. 바람직하게는, 이러한 유형의 유리 재료의 팽창 계수는 9.0 내지 9.5 ppm/K 또는 9.0 내지 9.5·10-6/K 범위, 및 이에 따라 하우징 및/또는 금속 핀을 형성하는 금속의 팽창 계수의 범위에 있다. 언급된 팽창 계수는 스테인리스강, 특히 페라이트계 또는 오스테나이트계 스테인리스강 또는 듀플렉스계 스테인리스강이 사용될 때 특히 유리하다. 이러한 경우, 스테인리스 강의 팽창 계수는 알루미노보레이트 유리의 팽창 계수와 유사하게 제공된다.
압력 글레이징을 위한 프리스트레스는 실질적으로 하우징 부분, 특히 금속 시트 부분의 재료의 상이한 팽창 계수에 의해 결정된다.
유리 또는 유리 세라믹 재료를 통해, 전도체는 밀폐된 방식으로 밀봉되어 관통 개구 내로 도입된다. 밀폐된 방식으로 밀봉이라 함은, 1 bar의 압력 차에서 He-누출율이 1·10-8 mbar l/s인 것으로 간주된다.
본 발명은 도면을 참조하여 이에 제한되지 않고 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 두께 감소 전, 전도체가 글레이징되는 개구를 갖는 하우징 부분, 특히 배터리 커버를 관통하는 횡단면도를 도시한다.
도 2는 두께 감소 후, 개구 내에 글레이징된 전도체를 갖는 도 1에 따른 하우징 부분을 관통하는 횡단면도를 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 하우징 부분의 평면도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4d는 천공의 제조 공정에 따른 유리 프리스트레스의 표현을 도시한다.
도 5는 도 2 및/또는 도 3에 따른 감소된 글레이징 길이를 갖는 본 발명에 따른 하우징 부분 또는 배터리 커버를 구비하는 마이크로 배터리를 도시한다.
도 6a는 글레이징된 전도체 및 연결 헤드가 있는 마이크로 배터리의 배터리 커버를 도시한다.
도 6b는 글레이징된 전도체 및 연결 헤드가 있는 배터리 커버의 도 6a에 따른 상세도를 도시한다.
도 6c는 연결 헤드가 있는 글레이징된 전도체의 평면도를 도시한다.
도 7a는 하우징 부분, 특히 메인 몸체에 대한 유리 또는 유리 세라믹 재료의 메니스커스가 없는 하우징 부분, 특히 메인 몸체의 개구 내에 글레이징된 전도체를 도시한다.
도 7b는 하우징 부분, 특히 메인 몸체에 대한 유리 또는 유리 세라믹 재료의 메니스커스를 갖는 하우징 부분, 특히 메인 몸체의 개구 내에 글레이징된 전도체를 도시한다.
도 1에는 하우징, 특히 저장 장치, 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같은 배터리의 하우징 부분으로서 본 발명에 따른 하우징 부분(1)이 도시되어 있다. 하우징 부분 또는 금속 시트 부분(1)은 유리 또는 유리 세라믹 재료(5) 내에 전도체(4)가 글레이징되는 개구(3)를 갖는 리드 스루를 구비하는 메인 몸체(10)를 포함한다. 유리 재료로서 바람직하게는 Al2O3, B2O3, BaO 및 SiO2의 주요 성분을 갖는 알루미노보레이트 유리가 사용될 수 있다. 글레이징은 우선 개구의 내벽 상에 충분한 글레이징 길이(EL)를 갖는 개구에서 수행된다. 이는, 유리 또는 유리 세라믹 재료(5) 내로의 전도체(4)의 글레이징을 위해, 충분한 벽 두께 및 이와 함께 예를 들어 0.6 ㎜의 글레이징 길이를 갖는 하우징 부분 또는 금속 시트가 우선 제공된다는 것을 의미한다. 이러한 길이는 압력 글레이징을 제공하기에 충분하다. 예를 들어 0.6 ㎜의 충분한 벽 두께를 갖는 하우징 부분(1) 또는 금속 시트 부분 내로, 우선 예를 들어 스탬핑 공정에 의해 개구(3)가 도입된다. 예를 들어 스탬핑 공정을 통해 하우징 부분 또는 금속 시트 부분(1) 내로 개구(3)가 도입된 후에, 글레이징 길이(EL) 또는 두께 또는 재료 강도를 갖는 하우징 부분 또는 메인 몸체(10) 내에 전도체(4)가 글레이징된다. 이는 전도체가 개구 내에서 유리 재료 내로 삽입됨으로써 수행된다. 그런 다음, 하우징 부분 또는 메인 몸체(10)가 가열되므로, 유리 재료가 하우징 부분 또는 메인 몸체(10) 상에 용융된다. 하우징 부분 또는 메인 몸체(10)와 유리 재료의 상이한 팽창 계수로 인해, 압력 글레이징이 형성된다. 그런 다음, 하우징 부분 또는 메인 몸체는 예를 들어 연삭 또는 래핑을 통해 글레이징된 전도체(4)와 함께 두께가 감소된다. 글레이징 길이(EL)는 초기에 0.6 ㎜이고; 글레이징된 전도체(4)를 갖는 전체 하우징 부분 또는 메인 몸체(10)의 연삭 또는 래핑에 의해 감소된 글레이징 길이(ELred)는 예를 들어 0.2 ㎜이다. 글레이징된 전도체(4)를 갖는 하우징 부분 또는 메인 몸체(10)는 두께가 감소될 수 있으며, 여기서 글레이징된 전도체(4)를 갖는 두께가 감소된 메인 몸체(10)는 두께 감소 후에 예를 들어 하우징 부분(1), 특히 하우징 부분의 개구 내로 삽입되고, 예를 들어 용접에 의해 이들과 연결될 수 있다. 전도체(4)가 메인 몸체(10) 내에 글레이징되는 것은, 우선 메인 몸체(10)의 글레이징 및 가열, 및 후속적인 두께 감소가 수행되고, 전도체(4)를 갖는 메인 몸체(10)의 가공이 수행된 후에만 계속 처리되는데, 예를 들어 용접에 의해 하우징 부분 또는 하우징에 연결된다는 이점을 갖는다. 메인 몸체(10)는 바람직하게는 링 형상의 금속 몸체, 특히 금속 링이다.
두께 감소는 본 발명에 따르면 글레이징 후에만 수행될 수 있기 때문에, 이는 두께가 감소되지 않은 부품 또는 메인 몸체의 글레이징 길이(EL)에 따른 재료 두께로 인해, 유리 또는 유리 세라믹 재료 상에는 금속 시트 부분 또는 하우징 부분 또는 메인 몸체와, 유리 또는 유리 세라믹 재료 또는 전도체의 상이한 팽창 계수로 인해 프리스트레스가 가해지므로, 전도체의 압력 글레이징이 제공된다는 이점을 갖는다. 압력 글레이징은 1 bar의 압력 차에서 헬륨 누출율이 1·10-8 mbar l/sec 미만이라는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 전도체의 팽창 계수(α1) 및 유리 재료의 팽창 계수(α2)는 하우징 재료 또는 메인 몸체의 팽창 계수(α3)와는 상이하다. 필요한 프리스트레스를 가하기 위해, 하우징 부분 또는 메인 몸체의 팽창 계수(α3)는 전도체의 팽창 계수(α1) 및/또는 유리 세라믹 재료의 팽창 계수(α2)보다 대략 2 내지 8·10-6 1/K 더 크다. 하우징 부분 또는 메인 몸체, 특히 금속 시트 부분의 팽창 계수(α3)는 예를 들어 12 내지 19·10-6 1/K 범위에 있고, 전도성 재료 및/또는 유리 또는 유리 세라믹 재료의 팽창 계수는 9 내지 11·10-6 1/K 범위에 있다. 하우징 부분 또는 메인 몸체의 팽창 계수(α3)는 유리 또는 유리 세라믹 재료의 팽창 계수(α2)보다 항상 더 크므로, 압력 글레이징이 제공된다.
글레이징이 수행되는 하우징 부분 또는 메인 몸체(10)는 바람직하게는 대략 15·10-6 1/K의 팽창 계수를 갖는 듀플렉스계 스테인리스강 또는 대략 18·10-6 1/K의 팽창 계수를 갖는 오스테나이트계 재료로 이루어진다. 메인 몸체(10)의 재료가 오스테나이트계 재료, 특히 오스테나이트계 스테인리스강인 경우에 특히 바람직하다. 특히 오스테나이트계 재료로 된 링 형상 몸체 또는 링 요소 형태인 메인 몸체(10)의 높은 팽창 계수로 인해, 더 높은 압출력 및 더 높은 기계적 강도가 제공된다. 글레이징된 링 형상 메인 몸체(10)는 또한 강철, 특히 10 내지 12·10-6 1/K의 팽창 계수를 갖는 페라이트계 강철일 수도 있다. 스테인리스강도 또한 가능하다.
하우징 부분 또는 메인 몸체의 도시된 실시예에 의해, 압력 글레이징은 예를 들어 0.8 ㎜ 미만, 특히 0.6 ㎜ 미만의 얇은 두께로 두께를 감소시킨 후에도 또한 제공된다. 두께가 0.2 ㎜ 또는 0.4 ㎜의 값으로 감소되는 경우에 특히 매우 바람직하다.
도 1에는 글레이징 길이(EL) 및 감소된 글레이징 길이(ELred)가 표시되어 있다. 또한, 도 1에는 래핑 또는 연삭에 의해 제거된 하우징 부분 또는 메인 몸체의 재료가 또한 도시되어 있다. 가공에 의해 제거된 재료는 하우징 부분 또는 메인 몸체(10)에 대해 40으로 표시되어 있다. 돌출된 유리 재료는 42로 표시되고, 돌출된 전도체는 44로 표시된다. 하우징 부분 또는 메인 몸체(10)의 가공은 도 1에서는 본 경우에는 하부면(50)으로부터 단지 일 측면으로만 수행된다. 하우징 부분의 상부면은 52로 표시되어 있다. 두께 감소 또는 EL에서 ELred로의 글레이징 길이의 감소를 위한 일 측면의 가공은, 전도체(4)가 하우징 부분의 유리 재료(5) 및 상부면(52)을 넘어 돌출될 수 있다는 이점을 갖는다. 유리 재료로서는 예를 들어 알루미노보레이트 유리 또는 규산염 유리가 사용된다.
도 2는 하부면(50)의 래핑 및/또는 연삭을 통한 가공 및 이를 통해 수행된 두께 감소 또는 글레이징 길이의 감소 후의 본 발명에 따른 하우징 부분을 도시한다. 도 1에서와 동일한 부품에는 동일한 참조 부호가 부여된다. 글레이징된 전도체를 갖는 하우징 재료 또는 메인 몸체(10)의 두께는, 예를 들어 도 1에서와 같은 시작 지점으로서의 0.6 ㎜로부터, 도 2에 도시된 바와 같은 단부 지점으로서의 0.4 ㎜로의 연삭 및/또는 래핑 공정의 가공에 의해 감소된다. 단부 지점으로서 또한 0.2 ㎜, 0.1 ㎜ 내지 0.05 ㎜의 최종 두께도 또한 가능하다. 연삭 또는 래핑 공정이 시작되는 가장 큰 두께는 1 ㎜, 바람직하게는 0.8 ㎜ 또는 0.6 ㎜일 수 있다. 원칙적으로, 연삭의 가공이 시작될 수 있는 두께는 가변적이므로, 이전에 제공된 정보는 이에 따라 단지 예시적으로만 이해되어야 한다. 연삭될 수 있는 최종 하한은 바람직하게는 0.05 ㎜이다. 더 큰 최종 두께도 또한 가능하다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 그라인딩은 하부면(50)으로부터 일 측면으로 수행된다. 따라서, 바람직하게는 핀 형상 전도체, 특히 핀인 전도체(4)는 이러한 실시예에서 글레이징 후에 상부면(52) 상에서 유리 재료(5)를 넘어 0.1 ㎜ 돌출된다. 양 측면 연삭 공정의 경우, 전도체(4)는 유리 재료와 동일한 높이로도 또한 제작 완료될 수 있다. 전도체(4)가 글레이징된 유리 재료는 5로 표시된다.
도 3은 도 2에 따른 부품의 평면도를 도시한다. 동일한 부품에는 동일한 참조 부호가 부여된다. 전도체(4), 전도체(4)를 둘러싸는 유리 재료(5) 및 메인 몸체(10)를 명확하게 볼 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 전도체가 글레이징된 메인 몸체 내로 개구를 도입하기 위한 상이한 방법들 및 글레이징된 전도체 상에 가해질 수 있는 프리스트레스에 대한 영향을 도시한다. 도 4a는 터닝 또는 밀링에 의해 개구(502)가 도입된 메인 몸체(500)를 도시한다. 개구(502)는 모서리가 뾰족한 코너(504)를 특징으로 한다. 도 4b는 터닝 또는 밀링에 의해 메인 몸체(500) 내로 도입된 개구(502)에 가해지는 유리 재료에 대한 압력 방향을 도시한다. 날카로운 에지로 인해, 개구가 밀링/터닝에 의해 도입된 메인 몸체(500)에서 최적의 프리스트레스가 달성되는데, 왜냐하면 압력 방향(550)은 메인 몸체로부터 실질적으로 수직으로, 즉 유리 재료(도시되지 않음) 상에 90°의 각도로 위치되기 때문이다. 터닝되거나 또는 밀링된 개구(502)의 경우, 압력은 전체 글레이징 길이(L)에 걸쳐 실질적으로 유리 재료 상에 90°로 가해지는데, 즉 L90° = L가 적용됨으로써, 유리 재료(도시되지 않음) 내 균열 형성이 대부분 배제된다.
도 4c 및 도 4d는 스탬핑에 의해 메인 몸체 또는 링 내로 도입된, 유리 재료 상에 대응하는 압력 방향이 있는 개구(602)를 도시한다(도 4d). 도 4c로부터 알 수 있는 바와 같이, 스탬핑에 의해 도입된 개구(602)는 개구의 중앙에 매끄러운 영역(660) 및 반경을 갖는 스탬핑 인입부(662) 및 마찬가지로 반경을 갖는 스탬핑 인출부(664)를 도시한다. 또한, 도 4c에서 스탬핑 버어(666)도 또한 볼 수 있다. 스탬핑 인입부(662) 및 스탬핑 인출부(664)의 가공 없이, 스탬핑에 의해 메인 몸체 내로 도입된 개구에서 글레이징이 수행되는 경우, 도 4d에 도시된 바와 같은 상황이 발생된다. 단지 개구의 중앙의 영역(660)에서만 압력 방향(650)이 수직인데, 즉 대략 90°의 각도를 포함한다. 스탬핑 인입부(662) 및 스탬핑 인출부(664)의 영역에서 압력 방향(650)은 메인 몸체를 통해 유리 재료 상에서 최적의 90°로부터 상당히 벗어나게 된다. 따라서, 도 4c 및 도 4d에 따른 실시예에서 유리 몸체 상에 가해지는 프리스트레스는 도 4a 및 도 4b에 따른 실시예에 비해 더 작다. 유리 재료 상에 수직으로 압력이 가해지는 길이(L90°)는 글레이징 길이(L)보다 더 작은데, 즉 이러한 경우 L90° < L이다. 길이(L90°)는 압력 방향이 90°인 개구의 중앙 영역의 길이이며, 도 4c 및 도 4d에서 660으로 표시된다. 스탬핑 인출부(664)가 최소화될 수 있는 경우에 특히 유리하다. 도 4c 및 도 4d에 도시된 실시예에서, 스탬핑 인출부(664)는 글레이징 길이(L)의 대략 60%이다. 스탬핑 인출부(664)가 글레이징 길이(L)의 단지 10%인 경우에 특히 바람직하다. 따라서 바람직하게는, 스탬핑 인출부(664)는 글레이징 길이(L)의 10% 내지 60% 범위에 있다. 따라서, 스탬핑 인출부는 압력 방향이 90° 미만인 매끄러운 또는 직선 영역(660)을 결정한다. 더 작은 스탬핑 인출부에 의해, 매끄러운 또는 직선 영역(660)은 이에 상응하게 더 길어진다. 영역(660) 또는 매끄러운 단면의 확대에 의해, 이에 따라 짧은 스탬핑 인출부가 요구되기 때문에 균열 형성의 가능성이 감소된다.
놀랍게도, 16 내지 18·10-6 K-1 범위의 열팽창 계수(α3)를 갖는 오스테나이트계 스테인리스강 재료 또는 13 내지 14·10-6 K-1 범위의 열팽창 계수(α3)를 갖는 듀플렉스계 스테인리스강 재료가 글레이징이 수행되는 하우징 부분 또는 메인 몸체에 사용될 때, 전체 글레이징 길이(L)에 걸쳐 90°의 압력이 가해지지 않고, 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이 단지 더 짧은 길이에 걸쳐서만 가해지는 경우에도 또한, 충분한 예비 장력에 의해 안전한 압력 글레이징을 제공할 수 있는 것이 확인되었다. 그러나, 압력 글레이징 영역 내 오스테나이트계 재료의 높은 압력을 통해, 유리 재료 내에 균열이 발생한다는 단점이 있다. 따라서 유리의 균열을 방지하기 위해, 듀플렉스계 스테인리스강을 사용하는 것이 유리하다. 듀플렉스계 재료에 의해, 유리 상의 프리스트레스는 오스테나이트계 스테인리스강에서보다 더 낮으므로, 이에 따라 프리스트레스와 외부에 위치되는 유리 영역 사이의 차압도 또한 낮아져 유리 균열 위험이 감소된다. 유리 및/또는 유리 세라믹 재료는 9 내지 11·10-6 1/K 범위의 팽창 계수(α2)를 갖는다. 팽창 계수(α2)는 항상 팽창 계수(α3)보다 더 작기 때문에, 압력 글레이징이 이용된다. 바람직하게는, Al2O3, B2O3, BaO 및 SiO2의 주요 성분을 갖는 알루미노보레이트 유리가 유리 재료로서 사용된다.
글레이징이 수행되는 메인 몸체 또는 하우징 부분에 대해 다양한 링 재료 또는 재료들을 선택하면, 유리를 통해 핀 또는 전도체 상에 또한 작용하는 상이한 유리 프리스트레스를 통해, 핀 또는 전도체의 압출력이 영향을 받을 수 있다. 이러한 영향에 의해, 배터리 과압으로 인한 손상의 경우에 핀 또는 전도체의 안전 벤트 기능, 즉 배터리의 개구가 조정될 수 있다.
글레이징된 핀 또는 전도체의 개방력에 영향을 줄 수 있는 추가 제어 옵션은, 글레이징의 두께, 상이한 유리 재료의 사용, 유리 내의 상이한 주입 비율을 갖는 유리 재료의 사용, 글레이징 전 유리 성형 부분의 형상을 통한 유리 표면의 구조화, 글레이징 중 유리 성형 부분의 형상을 통한 유리 표면의 구조화, 글레이징 후 레이저 가공을 통한 유리 표면의 구조화를 변경하는 것이 될 수 있다. 유리 표면의 구조화는 예를 들어 하나 이상의 노치 및/또는 테이퍼의 도입을 통해 수행될 수 있다.
이러한 유형의 안전 벤트 기능은 또한 글레이징된 핀 및/또는 메인 몸체의 노치 및/또는 테이퍼에 의해 달성될 수 있다. 이전에 언급된 조치들은 개별적으로 또는 조합된 방식으로 수행될 수 있다. 구조화, 특히 노치 및/또는 테이퍼의 유리, 하우징 부분 및/또는 전도체 내로의 도입은, 상부면 및 하부면을 갖는 하우징 부분 또는 메인 몸체의 일 측면 상에서 수행될 수 있거나, 또는 양 측면 상에서, 즉 상부면 상에서뿐만 아니라 하부면 상에서도 또한, 즉 양 측면으로도 수행될 수 있다.
안전 벤트 기능을 위한 유리 재료의 구조화의 이점은, 유리가 성형 몸체로서 정확하게 치수가 지정되어 안전 벤트 기능의 트리거 지점이 매우 정확하게 조정될 수 있다는 것이다. 안전 벤트 기능을 위해 레이저에 의해 유리 재료 내로 예를 들어 홈이 도입되는 경우에 특히 바람직하다. 이 경우, 유리 밀도 및/또는 메인 몸체의 두께, 즉 링 두께와 관계 없이, 전도체 및 이에 따라 트리거 지점에 대한 가압력을 의도적으로 조정하는 것이 가능하다.
도 5에는 개구를 갖는 본 발명에 따른 리드 스루 또는 하우징 부분을 구비하는 본 발명에 따른 전기 장치, 특히 마이크로 배터리가 도시되어 있다. 전기 장치 또는 마이크로 배터리는 10000으로 표시되어 있고, 개구를 갖는 리드 스루 또는 하우징 부분(1)은 도 2 및 도 3에서와 같이 형성된다. 도 2 및 도 3에서와 같은 리드 스루의 동일한 부품은 도 5에서 동일한 참조 부호로 표시된다. 본 발명에 따른 하우징 부분(10050) 형태의 배터리 커버(10020)는 메인 몸체(10), 및 유리 재료(5) 내에 글레이징된 전도체(4)를 갖는 리드 스루로서, 메인 몸체(10) 또는 배터리 커버(10020)의 가장자리 상의 용접에 의해, 특히 레이저 용접에 의해 전기 장치 또는 마이크로 배터리의 배터리 하우징(10010)에 밀봉되어 연결된다. 리드 스루 또는 하우징 부분 또는 메인 몸체(10)의 개구(3) 내에서 유리 재료(5) 내에 글레이징된 전도체(4) 상에는 연결 러그(1400)가 연결된다. 하우징(10010) 내에 형성된 배터리는 하우징(10010) 내로 돌출되는 연결 러그(1400)를 통해 전기적으로 연결된다. 리드 스루의 부분으로서 개구(3)를 포함하는 하우징 커버 또는 하우징 부분(1) 또는 메인 몸체(10)를, 원통형으로 설계되고 리드 스루에 직접 연결될 수 있는 마이크로 배터리의 나머지 하우징(10010)과 압력 기밀 방식으로 연결하는 것은 용접을 통해 수행될 수 있다. 용접은 바람직하게는 리드 스루의 부분으로서 개구(3)를 갖는 하우징 부분(1) 또는 메인 몸체(10)와, 배터리를 수용하는 바람직하게는 원통형 하우징(10010) 사이에서 수행된다. 용접은 압력 기밀 방식으로 수행된다. 압력 기밀이라 함은, 1 bar의 압력 차에서 He-누출율이 10-8 mbar l/sec 미만인 것을 의미한다. 위에서 언급된 바와 같이, 내부 전도체(4)로부터 메인 몸체(10) 형태의 외부 전도체를 절연하기 위한 리드 스루의 영역에서, 부품은 예를 들어 유리 재료, 유리 세라믹(5), 유리 세라믹 재료 또는 세라믹으로 된 절연 재료로서 절연 링(10030)을 포함한다. 글레이징된 전도체와 연결 러그가 접촉할 수 있도록, 연결 러그는 만곡된 방식으로 설계된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 도 5는 만곡된 연결 러그(1400)에 의한 마이크로 배터리에 위치된 전도체의 접촉을 도시하는 반면, 도 6a는 금속 재료로, 바람직하게는 전도체와 동일한 재료로 된, 전도체(4) 상에 배치된 헤드(20000)에 의한 외부 연결을 도시한다. 바람직하게는, 헤드는 8 내지 15 ㎜ 범위의 직경으로 둥글게 형성된다. 일반적으로 원형 전도체의 직경은 4 ㎜ 내지 8 ㎜ 범위에 있다. 예를 들어 스탬핑에 의해 얇은 금속 시트 또는 메인 몸체(10) 내로 도입된 개구의 직경은 6 ㎜ 내지 10 ㎜이다. 글레이징 길이(Lred)를 제공하는 금속 시트 또는 메인 몸체 또는 하우징 부분의 두께는 0.05 ㎜ 내지 0.6 ㎜ 범위에 있다. 전도체의 압력 글레이징을 수행하는 유리 재료는 5로 표시되고, 예를 들어 스탬핑에 의해 도 4a 내지 도 4d에 설명된 바와 같이 하우징 부분 내로 도입되는 개구는 3으로 표시된다. 하우징 부분, 특히 배터리 커버, 바람직하게는 원형 메인 몸체는 10으로 표시된다. 배터리 커버, 특히 마이크로 배터리의 배터리 커버는 실질적으로 원형 형상을 갖는다. 메인 몸체(10) 또는 배터리 커버에는 전도체(4)가 유리 또는 유리 세라믹 재료(5) 내에 압력 글레이징의 범위에서 글레이징된다. 글레이징된 전도체(4)를 도시되지 않은 전기 장치에 연결할 수 있도록, 전도체에는 금속 재료로 된 연결 헤드(20000)가 제공된다. 바람직하게는, 전도체와 연결 헤드(20000)는 일체형인데, 즉 연결 헤드는 스탬핑 시 신장을 통해 획득될 수 있다. 전도체(4)의 연결 헤드(20000)와, 마찬가지로 금속 재료로 이루어진 메인 몸체(10) 또는 배터리 커버 사이의 단락을 방지하기 위해, 바람직하게는 유리 또는 유리 세라믹 재료, 세라믹 또는 비-전도성 유기 재료로 된 절연 요소, 특히 절연 와셔(20010)가 제공된다. 바람직하게는, 절연 와셔(20010)는 하우징 부분(10)의 가장자리(20020)까지 도달된다. 하우징 부분의 가장자리(20020)는 예를 들어 배터리 하우징과의 용접이 여전히 가장자리 상에서 수행될 수 있도록 선택된다.
도 6b는 연결 헤드(20000) 및 절연 와셔(20010)를 갖는 글레이징된 전도체(4)를 갖는 본 발명에 따른 하우징 부분(10)을 한 번 더 도시한다. 절연 와셔(20010)가 전도체(4)까지 연장되고, 전체 연결 헤드(20000)를 메인 몸체(10)로부터 전기적으로 절연시킨다는 것을 명확히 알 수 있다. 도 6a에서와 동일한 부품은 동일한 참조 부호로 표시된다. 가장자리는 도 6b에서 또한 20020으로 표시된다.
도 6c는 연결 헤드(20000)를 갖는 글레이징된 전도체를 갖는 원형 하우징 부분(10)의 평면도이다. 도 6c로부터 알 수 있는 바와 같이, 연결 헤드(20000)는 원형 하우징 부분 또는 메인 몸체(10)의 면적의 60% 내지 90%, 바람직하게는 70% 내지 85%를 커버한다.
도 7a 내지 도 7b에는 하우징 부분, 특히 메인 몸체(10)의 개구(3) 내에 전도체(20)가 글레이징되는 것이 상세히 도시되어 있다. 도 7a에 따른 글레이징에서, 글레이징은 도 7b에서보다 더 긴 길이에 걸쳐 수행되므로, 유리 또는 유리 세라믹 재료로부터 하우징 부분, 특히 메인 몸체를 향해 메니스커스가 형성되지 않는다. 메니스커스 없는 글레이징의 설계는, 사실상 유리 재료 내에 파손이 발생하지 않는 결과를 가져온다. 또한, 글레이징된 전도체의 높은 인출력이 제공된다.
대조적으로, 도 7b에는 하우징 부분 또는 메인 몸체(10)에 대해 유리 재료에 메니스커스가 형성된 본 발명의 실시예가 도시되어 있다. 메니스커스는 참조 부호 30000으로 표시되고, 유리 또는 유리 세라믹 재료는 참조 부호 5로 표시되어 있다. 메니스커스는, 글레이징 길이가 도 7a에 비해 짧기 때문에 형성된다. 메니스커스가 있는 글레이징의 경우, 유리 재료에 메니스커스가 형성되지 않은 경우에 비해 파손의 횟수가 증가한다. 메니스커스의 형성을 통해, 글레이징된 금속 핀, 특히 전도체의 인출 강도는 메니스커스가 없는 글레이징에 비해 크게 감소된다. 요약하자면, 메니스커스의 형성이 방지되는 글레이징의 경우에 한편으로는 유리 파손의 형성에 대한 가능성이 방지되고, 다른 한편으로는 인출 강도가 증가되는 것이 확인될 수 있다. 일반적으로, 글레이징이 수행되는 메인 몸체가 더 얇을수록, 메니스커스의 효과는 더 큰 영향력을 갖게 된다. 일반적으로, 글레이징 길이가 더 길면, 이 경우 메니스커스가 형성되지 않기 때문에 인출력은 더 높아지는 것이 적용된다.
전도체가 글레이징된 컴팩트한 부품, 특히 하우징 부품으로 인해, 예를 들어 버튼 셀에 대한 전체 마이크로 배터리의 높이는 예를 들어 5 ㎜, 바람직하게는 3 ㎜이고, 특히 1 ㎜ 내지 5 ㎜의 범위에 있다.
축전 장치, 특히 배터리 또는 커패시터의 하우징을 위한 전도체를 갖는 본 발명에 따른 하우징 부품 또는 메인 몸체에 의해, 축전 장치가 최대 5 ㎜, 특히 1 내지 5 ㎜ 범위의 전체 구조 높이로 제공될 수 있는 것이 달성된다.
유리 재료 내 전도체의 압력 글레이징을 통해, 밀폐된 방식으로 밀봉된 리드 스루가 보장된다. 또한, 얇은 부품 또는 얇은 커버에서도 또한 높은 기계적 강도 및/또는 높은 인출력이 보장된다.

Claims (44)

  1. 리드 스루(lead-through)를 갖는, 전기 장치, 특히 축전 장치 또는 센서 하우징, 바람직하게는 배터리, 특히 마이크로 배터리 또는 커패시터를 위한 하우징 부분(1)으로서, 상기 하우징 부분 또는 상기 하우징 부분(1)의 메인 몸체(10)는 상기 리드 스루를 포함하고, 상기 리드 스루는 적어도 하나의 개구(3)를 포함하고, 상기 개구(3)는 감소된 글레이징 길이(ELred)를 갖는 벽을 포함하고, 상기 개구(3)는 유리 또는 유리 세라믹 재료(5) 내에 전도성 재료, 특히 전도체(4)를 수용하는, 상기 하우징 부분(1)에 있어서,
    상기 글레이징 길이(ELred)는 0.05 ㎜ 내지 0.6 ㎜, 특히 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜, 바람직하게는 0.1 ㎜ 내지 0.4 ㎜, 특히 바람직하게는 0.15 ㎜ 내지 0.2 ㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전도성 재료 또는 상기 전도체(4)는 제1 팽창 계수(α1)를 포함하고, 및 상기 유리 또는 유리 세라믹 재료(5)는 제2 팽창 계수(α2) 및 상기 하우징 부분은 제3 팽창 계수(α3)를 포함하고, 상기 제3 팽창 계수(α3)는 항상 상기 제2 팽창 계수(α2)보다 더 큰 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3 팽창 계수(α3)는 12·10-6 1/K 내지 19·10-6 1/K의 범위, 상기 제2 팽창 계수(α2)는 9·10-6 1/K 내지 11·10-6 1/K의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 팽창 계수(α1)는 6·10-6 1/K 내지 11·10-6 1/K의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 부분(1) 또는 메인 몸체(10) 및/또는 상기 전도체(4)의 금속은 이하의 재료들:
    철, 철-합금, 철-니켈 합금, 철-니켈-코발트 합금, KOVAR, 강철, 불수강, 스테인리스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금, 구리, 구리 합금 또는 티타늄 또는 티타늄 합금
    중 하나인 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 부분(1) 또는 메인 몸체(10)는 두께(D2)를 갖는 배터리 커버 부분이며, 상기 D2는 0.1 ㎜ 내지 1 ㎜, 바람직하게는 0.1 ㎜ 내지 0.6 ㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 부분(1) 또는 상기 메인 몸체(10)는 이하의 재료들:
    - 10 내지 12·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 페라이트계 스테인리스강,
    - 12 내지 13·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 일반 강철,
    - 13 내지 14·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 듀플렉스계 스테인리스강,
    - 16 내지 18·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 오스테나이트계 스테인리스강
    중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 부분(1) 또는 상기 메인 몸체(10)의 상기 재료에 의해 유리 프리스트레스가 조정되며, 상기 유리 프리스트레스는 유리를 통해 상기 전도체 상에 또한 작용하고, 상기 전도체의 압출력을 조정하는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전도체(4)의 상기 압출력이 조정됨으로써, 과압으로 인한 손상의 경우에 저장 장치, 특히 배터리의 상기 전도체(4)의 안전 벤트(safety vent) 기능, 특히 상기 개구(3)가 조정되는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 전도체(4)의 상기 압출력은 이하의 조치들:
    - 상기 글레이징의 두께
    - 상이한 유리 재료의 사용
    - 상기 유리 내의 상이한 주입 비율
    - 상기 글레이징 전 유리 성형 부분의 형상을 통해 구조화된 유리 표면
    - 상기 글레이징 중 유리 성형 부분의 형상을 통해 구조화된 유리 표면
    - 상기 글레이징 후 레이저 가공을 통해 구조화된 유리 표면
    - 상기 유리 재료 내에서 일 측면 또는 양 측면의 노치 또는 테이퍼
    - 상기 전도체 및/또는 하우징 또는 하우징 부분 또는 메인 몸체 내의 노치 또는 테이퍼
    중 하나 이상에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도체(4)는 헤드 부분(20000), 바람직하게는 연결 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도체의 상기 헤드 부분, 바람직하게는 연결 헤드 부분과 상기 하우징 부분 사이에는 절연 요소(20010), 특히 절연 와셔가 배치되는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  13. 제12항에 있어서, 상기 절연 요소(20010)는 유리 또는 유리 세라믹 요소 또는 세라믹인 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 재료는 알루미노보레이트 유리인 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  15. 제14항에 있어서, 상기 알루미노보레이트 유리는 Al2O3 및 B2O3를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  16. 하우징 부분(1), 바람직하게는 리드 스루가 있는 메인 몸체(10)를 갖는 하우징 부분을 갖는 마이크로 배터리(10000)로서, 상기 하우징 부분 또는 상기 메인 몸체는 금속, 바람직하게는 철, 철-합금, 철-니켈 합금, 철-니켈-코발트 합금, KOVAR, 강철, 불수강, 스테인리스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금 또는 티타늄 또는 티타늄 합금으로 이루어지고, 상기 하우징 부분은 상기 리드 스루의 부분으로서 적어도 하나의 개구(3)를 포함하고, 상기 개구는 감소된 글레이징 길이(ELred)를 갖는 내벽을 포함하고, 상기 개구는 유리 또는 유리 세라믹 재료(5) 내에 전도성 재료, 특히 전도체(4)를 수용하는, 상기 마이크로 배터리(10000)에 있어서,
    상기 글레이징 길이(ELred)는 0.05 ㎜ 내지 0.6 ㎜, 특히 0.1 ㎜ 내지 0.4 ㎜, 특히 바람직하게는 0.15 ㎜ 내지 0.2 ㎜의 범위에 있고, 상기 전도성 재료는 제1 팽창 계수(α1)를 포함하고, 및 상기 유리 또는 유리 세라믹 재료(5)는 제2 팽창 계수(α2), 및 상기 하우징 부분(1)은 제3 팽창 계수(α3)를 포함하고, 상기 제3 팽창 계수(α3)는 항상 상기 제2 팽창 계수(α2)보다 더 큰 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제3 팽창 계수(α3)는 12·10-6 1/K 내지 19·10-6 1/K의 범위, 상기 제2 팽창 계수(α2)는 9·10-6 1/K 내지 11·10-6 1/K의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제1 팽창 계수(α1)는 6·10-6 1/K 내지 11·10-6 1/K의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(10010) 또는 상기 메인 몸체(10) 및/또는 상기 전도체(4)의 상기 금속은 철, 철-합금, 철-니켈 합금, 철-니켈-코발트 합금, KOVAR, 강철, 불수강, 스테인리스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금, 구리, 구리 합금 또는 티타늄 또는 티타늄 합금인 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 배터리(10000)는 최대 40 ㎜, 바람직하게는 20 ㎜, 특히 바람직하게는 5 ㎜, 특히 최대 4 ㎜, 바람직하게는 최대 3 ㎜, 특히 1 ㎜ 내지 40 ㎜, 특히 바람직하게는 1 ㎜ 내지 5 ㎜, 바람직하게는 1 ㎜ 내지 3 ㎜ 범위의 전체 구조 높이를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 배터리(10000)는 하우징 부분(1)으로서 두께(D2)를 갖는 배터리 커버 부분을 포함하고, 상기 D2는 0.1 ㎜ 내지 1 ㎜, 바람직하게는 0.1 ㎜ 내지 0.6 ㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 부분(1) 또는 상기 메인 몸체는 이하의 재료들:
    - 10 내지 12·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 페라이트계 스테인리스강,
    - 12 내지 13·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 일반 강철,
    - 13 내지 14·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 듀플렉스계 스테인리스강,
    - 16 내지 18·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 오스테나이트계 스테인리스강
    중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 또는 유리 세라믹 재료(5)로부터의 상기 전도체(4)의 상기 압출력이 조정됨으로써, 과압으로 인한 손상의 경우에 저장 장치, 특히 배터리의 상기 전도체(4)의 안전 벤트 기능, 특히 상기 개구가 조정되는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도체(4)의 상기 압출력은 이하의 조치들:
    - 상기 글레이징의 두께
    - 상이한 유리 재료의 사용
    - 상기 유리 내의 상이한 주입 비율
    - 상기 글레이징 전 유리 성형 부분의 형상을 통해 구조화된 유리 표면
    - 상기 글레이징 중 유리 성형 부분의 형상을 통해 구조화된 유리 표면
    - 상기 글레이징 후 레이저 가공을 통해 구조화된 유리 표면
    - 상기 유리 재료 내에서 일 측면 또는 양 측면의 노치 또는 테이퍼
    - 상기 전도체 및/또는 하우징 또는 하우징 부분 또는 메인 몸체 내의 노치 또는 테이퍼
    중 하나 이상에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  25. 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도체(4)는 헤드 부분(20000), 바람직하게는 연결 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  26. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도체의 상기 헤드 부분(20000), 바람직하게는 연결 헤드 부분과 상기 하우징 부분 사이에는 절연 요소(20010), 특히 절연 와셔가 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  27. 제26항에 있어서, 상기 절연 재료(20010)는 유리 또는 유리 세라믹 재료 또는 세라믹인 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  28. 리드 스루를 갖는, 전기 장치, 특히 축전 장치 또는 센서 하우징, 바람직하게는 배터리, 특히 마이크로 배터리 또는 커패시터의 바람직하게는 하우징 부분(1)을 위한 바람직하게는 링 형상의 메인 몸체(500, 10)를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 메인 몸체는 상기 리드 스루를 포함하고, 상기 리드 스루는 적어도 하나의 개구를 포함하고, 상기 리드 스루의 상기 개구는 내벽을 포함하고, 상기 개구는 유리 또는 유리 세라믹 재료(5) 내에 전도성 재료, 특히 전도체(4)를 수용하는, 상기 방법에 있어서,
    - 상기 내벽을 따라 글레이징 길이(EL)를 포함하는 상기 개구(3)가 있는 상기 리드 스루를 갖는 상기 메인 몸체가 제공되는 단계,
    - 상기 전도체(4)는 바람직하게는 링 형상의 상기 메인 몸체의 상기 개구(3) 내에서 상기 유리 또는 유리 세라믹 재료(5) 내로 삽입되는 단계,
    - 바람직하게는 링 형상의 상기 메인 몸체의 상기 개구(3) 내로 삽입된 상기 전도체(4) 및 유리 또는 유리 세라믹 재료(5)는 상기 글레이징 길이(EL)에 걸쳐 가열된 후에 냉각되어, 압력 글레이징이 수행되는 단계,
    - 글레이징된 전도체(4)를 갖는, 상기 개구(3) 내로 삽입된 상기 유리 또는 유리 세라믹 재료(5)의 상기 글레이징 길이(EL)가 가공에 의해 감소되어, 감소된 글레이징 길이(ELred)가 생성되는 단계
    를 포함하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 가공은 연삭 및/또는 래핑 또는 상기 개구 내로 삽입된 상기 유리 또는 유리 세라믹 재료 및 상기 글레이징된 전도체의 금속 및 유리에 동시에 적용될 수 있는 기타 제거 방법인 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 메인 몸체(10)는 상기 감소된 글레이징 길이(ELred)에 대응하는 두께(D)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감소된 글레이징 길이는 0.05 ㎜ 내지 0.6 ㎜의 범위, 특히 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜, 바람직하게는 0.1 ㎜ 내지 0.4 ㎜, 특히 바람직하게는 0.15 ㎜ 내지 0.2 ㎜의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구(3) 내로 삽입된 상기 유리 또는 유리 세라믹 재료(5)는 상부면(52) 및 하부면(50)을 포함하며, 상기 가공은 상기 상부면 및/또는 상기 하부면 상에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 전기 장치, 특히 축전 장치 또는 센서 하우징, 바람직하게는 배터리, 특히 마이크로 배터리 또는 커패시터의 하우징 부분에 있어서,
    상기 하우징 부분(1)은 제28항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조되는 메인 몸체(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  34. 제33항에 있어서, 상기 메인 몸체의 상기 유리 또는 유리 세라믹 재료(5)는 고강도, 특히 고강도 결정화된 유리-유리 세라믹 재료, 특히 강도 증가를 위한 충전제를 갖는 유리 또는 유리 세라믹 재료인 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서, 상기 메인 몸체(10) 및/또는 상기 리드 스루 및/또는 상기 전도체는 상기 전도체의 재료 및/또는 상기 유리 재료, 특히 강철, 페라이트계 강철, 스테인리스강, 듀플렉스계 스테인리스강 또는 오스테나이트계 스테인리스강보다 더 높은 팽창 계수를 갖는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  36. 제33항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메인 몸체(10)는 상기 재료로서 강철을 포함하고, 상기 전도체는 NiFe 및 부식 방지 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 부분.
  37. 제33항 내지 제36항 중 어느 한 항에 따른 하우징 부분(1)을 갖는 전기 장치용 하우징에 있어서,
    상기 메인 몸체(10)는 특히 용접에 의해, 바람직하게는 레이저 용접, 저항 용접, 초음파 용접에 의해 상기 하우징(10010)과 밀폐된 방식으로 밀봉되어 연결되는 것을 특징으로 하는 하우징.
  38. 제33항 내지 제37항 중 어느 한 항에 따른 하우징 부분(1)을 갖는 마이크로 배터리.
  39. 제38항에 있어서, 상기 마이크로 배터리는 최대 40 ㎜, 바람직하게는 20 ㎜, 특히 바람직하게는 5 ㎜, 특히 최대 4 ㎜, 바람직하게는 최대 3 ㎜, 특히 1 ㎜ 내지 40 ㎜, 특히 바람직하게는 1 ㎜ 내지 5 ㎜, 매우 바람직하게는 1 ㎜ 내지 3 ㎜ 범위의 전체 높이를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  40. 제39항에 있어서, 상기 마이크로 배터리는 하우징 부분으로서 두께(D2)를 갖는 배터리 커버를 포함하고, 상기 D2는 0.1 ㎜ 내지 1 ㎜, 바람직하게는 0.1 ㎜ 내지 0.6 ㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  41. 제38항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 부분은 이하의 재료들:
    - 10 내지 12·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 페라이트계 스테인리스강,
    - 12 내지 13·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 일반 강철,
    - 13 내지 14·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 듀플렉스계 스테인리스강,
    - 16 내지 18·10-6 K-1 범위의 팽창 계수를 갖는 오스테나이트계 스테인리스강
    중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  42. 제38항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도체의 상기 압출력이 조정됨으로써, 과압으로 인한 손상의 경우에 저장 장치, 특히 배터리의 상기 전도체의 안전 벤트 기능, 특히 개구가 조정되는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  43. 제38항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도체(4)의 상기 압출력은 이하의 조치들:
    - 상기 글레이징의 두께
    - 상이한 유리 재료의 사용
    - 상기 유리 내의 상이한 주입 비율
    - 상기 글레이징 전의 유리 성형 부분의 형상을 통해 구조화된 유리 표면
    - 상기 글레이징 후의 레이저 가공을 통해 구조화된 유리 표면
    - 상기 유리 재료 내에서 일 측면 또는 양 측면의 노치 또는 테이퍼
    - 상기 전도체 및/또는 하우징 또는 하우징 부분 또는 메인 몸체 내의 노치 또는 테이퍼
    - 상기 글레이징의 길이 및 메니스커스(meniscus)의 형성
    중 하나 이상에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
  44. 제38항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 재료, 특히 상기 전도체와 상기 하우징 부분, 특히 상기 메인 몸체 사이에 도입된 상기 유리 또는 유리 세라믹 재료는 하우징 부분, 특히 메인 몸체에 대해 메니스커스를 형성하지 않는 것을 특징으로 하는 마이크로 배터리.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021123713A1 (de) 2021-09-14 2023-03-16 Schott Ag Gehäuseteil für einen Energiespeicher und Energiespeicher
DE102022101390A1 (de) 2022-01-21 2023-07-27 Schott Ag Elektrische Durchführung und Energiespeicher mit einer solchen Durchführung

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US961672A (en) 1910-01-21 1910-06-14 Henry Gregory Barnhurst Method of burning powdered fuel.
JPS5399426A (en) 1977-02-10 1978-08-30 Fuji Electrochemical Co Ltd Enclosed alkaline battery
US4158721A (en) * 1978-05-11 1979-06-19 Gte Sylvania Incorporated Glass-to-metal seal for electrochemical cells
DE2918376A1 (de) * 1978-05-11 1979-11-15 Gte Sylvania Inc Behaelter fuer ein elektrochemisches element
DE8032202U1 (de) * 1979-12-04 1981-04-02 Medtronic, Inc., Minneapolis, Minn. Durchfuehrung fuer elektrochemische elemente
US4841101A (en) 1987-12-21 1989-06-20 Pollock John A Hermetically sealed feedthroughs and methods of making same
US5015530A (en) 1988-01-21 1991-05-14 The Unites States Of America As Represetned By The United States Department Of Energy High expansion, lithium corrosion resistant sealing glasses
AU635043B2 (en) 1989-07-12 1993-03-11 Medtronic, Inc. Lithium thionyl chloride resistant feedthrough
CA2181860A1 (en) 1995-07-24 1997-01-25 Hitoshi Miura Non-aqueous electrolyte lithium secondary battery
JP3184071B2 (ja) 1995-09-06 2001-07-09 キヤノン株式会社 リチウム二次電池
US5773959A (en) 1996-01-11 1998-06-30 Lockheed Martin Corporation Lithium polymer battery charger methods and apparatus
DE69700162T2 (de) 1996-01-31 1999-09-02 Aea Technology Plc Gegraftetes Polyvinylidenfluorid als fester Polymerelektrolyt für eine elektrochemische Zelle, und elektrochemische Zelle, die diesen Elektrolyten enthält
KR100261252B1 (ko) 1996-07-30 2000-07-01 윤종용 고분자 고체 전해질 및 이를 채용하고 있는 리튬 2차전지
US5962720A (en) 1997-05-29 1999-10-05 Wilson Greatbatch Ltd. Method of synthesizing unsymmetric organic carbonates and preparing nonaqueous electrolytes for alkali ion electrochemical cells
US5874185A (en) 1997-07-24 1999-02-23 Industrial Technology Research Institute Polymer electrolyte material for use in lithium and lithium ion batteries
US6190798B1 (en) 1998-01-09 2001-02-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Sealed battery and method of manufacturing the same
US5994975A (en) 1998-04-28 1999-11-30 Trw Inc. Millimeter wave ceramic-metal feedthroughs
US6406815B1 (en) 2000-02-11 2002-06-18 Delphi Technologies, Inc. Compact lithium ion battery and method of manufacturing
US6433276B1 (en) 2001-03-14 2002-08-13 John Bellora Surface mount feedthrough
US20030096162A1 (en) * 2001-11-09 2003-05-22 Lasater Brian J. Lithium-ion battery seal
DE102006004036A1 (de) * 2006-01-27 2007-08-09 Schott Ag Metall-Fixiermaterial-Durchführung und Verwendung einer derartigen Durchführung sowie Airbag und Gurtspanner mit einer Zündeinrichtung
FR2908928B1 (fr) 2006-11-21 2009-11-27 Commissariat Energie Atomique Traversee etanche pour batterie au lithium, son procede de fabrication et son utilisation dans une batterie au lithium, et batterie au lithium mettant en oeuvre une telle traversee
DE102007063188A1 (de) 2007-12-20 2009-06-25 Daimler Ag Batterie und Verfahren zum Betreiben einer Batterie
DE102011009863B9 (de) * 2011-01-31 2020-08-13 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Keramikdurchführung mit Leitungselementen hoher Leitfähigkeit
US11462789B2 (en) * 2011-02-18 2022-10-04 Schott Ag Base body for feeding through of a conductor, and a housing component of a housing, in particular a battery housing comprising said base body
EP2675763B1 (de) * 2011-02-18 2017-12-13 Schott AG Durchführung
DE102011012430A1 (de) * 2011-02-25 2012-08-30 Schott Ag Durchführung
US9692173B2 (en) * 2011-06-03 2017-06-27 Greatbatch Ltd. Feedthrough wire connector for use in a medical device
KR101853160B1 (ko) 2011-06-10 2018-06-04 쇼오트 아게 피드스루
EP3366348B1 (en) * 2012-01-16 2023-08-23 Greatbatch Ltd. Emi filtered co-connected hermetic feedthrough, feedthrough capacitor and leadwire assembly for an active implantable medical device
JP6250567B2 (ja) 2013-01-31 2017-12-20 三洋電機株式会社 密閉型電池
DE102013006463B4 (de) 2013-04-15 2017-01-19 Schott Ag Durchführung
EP2989359B1 (en) 2013-04-25 2017-11-08 BS&B Innovation Limited Frustum-shaped rupture disk having line of weakness
JP6476871B2 (ja) * 2014-05-22 2019-03-06 株式会社村田製作所 回路基板、蓄電装置、電池パックおよび電子機器
DE102014016600A1 (de) * 2014-11-11 2016-05-12 Schott Ag Durchführung
DE102014016601A1 (de) 2014-11-11 2016-05-12 Schott Ag Bauteil mit Bauteilverstärkung und Durchführung
EP3081258A1 (en) * 2015-04-16 2016-10-19 Greatbatch Ltd. Rf filter for an active medical device (amd) for handling high rf power induced in an associated implanted lead from an external rf field
US10541391B2 (en) 2015-09-30 2020-01-21 Apple Inc. Electrical feedthroughs for battery housings
EP3588606A1 (de) 2016-12-20 2020-01-01 Schott AG Grundkörper zur durchführung eines leiters sowie gehäuseteil eines gehäuses, insbesondere eines batteriegehäuses mit einem derartigen grundkörper
DE102017221426A1 (de) 2017-11-29 2019-05-29 Schott Ag Durchführung mit Flachleiter
DE102018005733B4 (de) * 2018-07-20 2021-01-14 Schott Ag Glas-Metall-Durchführung
WO2020104571A1 (de) 2018-11-23 2020-05-28 Schott Ag Elektrische durchführung glass-metall elektroden
CN209691814U (zh) 2019-04-02 2019-11-26 常州微宙电子科技有限公司 用于储能装置的防爆外壳以及储能装置
CN109980155A (zh) * 2019-04-04 2019-07-05 常州微宙电子科技有限公司 用于锂离子电池的盖板组件以及储能装置

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