(57)【要約】      （修正有）【課題】長期間にわたる気密な密閉性を有するバッテリーを得るためのフィードスルーの提供。【解決手段】殊に金属からなる、バッテリー又はキャパシタの、ハウジングのハウジング部材（３）を貫通するフィードスルー（１）であって、このハウジング部材（３）は、少なくとも１つの開口部を備え、この開口部をガラス材料又はガラスセラミック材料（２００）中で少なくとも１つの導体（２０）が貫通するように案内され、かつ、ここで、導体（２０）は軸方向で少なくとも２つの部分、つまり第１の材料、例えばアルミニウムからなる第１の部分（１００．１）、及び第２の材料、例えば銅からなる第２の部分（１００．２）、並びに第１の材料から第２の材料への移行部（１１０）を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
殊に、金属、殊に軽金属、好ましくはアルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、鋼、ステンレス鋼又は特殊鋼からなるハウジング、殊に貯蔵装置、好ましくはバッテリー又はキャパシタのハウジングのハウジング部材（３）を貫通するフィードスルー（１）であって、前記ハウジング部材（３）は少なくとも１つの開口部を備え、前記開口部をガラス材料又はガラスセラミック材料（２００）中で少なくとも１つの導体（２０）が貫通するように案内され、かつ前記導体（２０）は、軸方向で少なくとも２つの部分、つまり第１の材料からなる第１の部分（１００．１）及び第２の材料からなる第２の部分（１００．２）、並びに第１の材料から第２の材料への移行部（１１０）を備え、かつ前記第１の材料から第２の材料への移行部（１１０）は、前記ガラス材料又はガラスセラミック材料（２００）の領域内にあり、かつ前記第１の材料は、軽金属、殊にアルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム、マグネシウム合金又は他の金属である、フィードスルー（１）において、前記ガラス材料又はガラスセラミック材料は、圧縮ガラス封止を提供するように選択されていることを特徴とする、フィードスルー（１）。
【請求項２】
前記ガラス材料又はガラスセラミック材料は、１３・１０-6／Ｋ〜２５・１０-6／Ｋの範囲にある熱膨張係数αを示すことを特徴とする、請求項１に記載のフィードスルー。
【請求項３】
前記ガラス材料は、熱膨張係数が、１３・１０-6／Ｋ〜２３・１０-6／Ｋ、好ましくは１３・１０-6／Ｋ〜２０・１０-6／Ｋ、殊に１３・１０-6／Ｋ〜１９・１０-6／Ｋ、好ましくは１３・１０-6／Ｋ〜１８・１０-6／Ｋの範囲にあるように選択されることを特徴とする、請求項１から２までのいずれか１項に記載のフィードスルー。
【請求項４】
前記第２の材料は、金属、殊に銅又は銅合金であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載のフィードスルー。
【請求項５】
前記ガラス材料は、モル％で示して次の成分：
Ｐ2Ｏ5  ３５〜５０モル％、殊に３９〜４８モル％
Ａｌ2Ｏ3  ０〜１４モル％、殊に２〜１２モル％
Ｂ2Ｏ3  ２〜１０モル％、殊に４〜８モル％
Ｎａ2Ｏ  ０〜３０モル％、殊に０〜２０モル％
Ｍ2Ｏ  ０〜２０モル％、殊に１２〜２０モル％、ここで、Ｍは、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂであってよい
ＰｂＯ  ０〜１０モル％、殊に０〜９モル％
Ｌｉ2Ｏ  ０〜４５モル％、殊に０〜４０モル％、更に好ましくは１７〜４０モル％
ＢａＯ  ０〜２０モル％、殊に０〜２０モル％、更に好ましくは５〜２０モル％
Ｂｉ2Ｏ3  ０〜１０モル％、殊に１〜５モル％、更に好ましくは２〜５モル％
を含むことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載のフィードスルー。
【請求項６】
前記ガラス材料は、唯一の材料であり、前記材料は、好ましくは、前記導体の前記第１の部分（１００．１）の材料及び前記導体の前記第２の部分（１００．２）の材料に合わせた熱膨張係数を示すことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載のフィードスルー。
【請求項７】
前記ガラス材料又はガラスセラミック材料は、２つの材料、つまり第１のガラス材料又はガラスセラミック材料（２１０．１）、第２のガラス材料又はガラスセラミック材料（２１０．２）からなり、前記第１のガラス材料（２１０．１）は、前記第１の部分の熱膨張係数に合わせられていて、かつ前記第２のガラス材料（２１０．２）は、前記第２の部分の熱膨張係数に合わせられていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載のフィードスルー。
【請求項８】
前記ガラス材料（２００）は、少なくとも１つのカバー層（２２０）、好ましくはガラス層、殊にカバーガラス層、プラスチック層又はバリア被覆又は前記層の複数の組み合わせを備えることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載のフィードスルー。
【請求項９】
前記ハウジングは、ハウジングの厚みｄｗを示し、かつ開口部の領域で補強部材又は補強部分を、ハウジングの厚み及び補強部材の厚み又は補強部分の厚みが、前記ハウジング又は前記ハウジング部材中での前記ガラス材料又はガラスセラミック材料のガラス封止長さ（ＥＬ）を提供するように備えることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載のフィードスルー。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載のフィードスルーを備えたハウジング、殊に電気貯蔵装置用の、殊にバッテリー又はキャパシタ用のハウジング。
【請求項１１】
請求項１０に記載のハウジング又はハウジング部材を備えた、貯蔵装置、殊にバッテリー又はキャパシタ。
【請求項１２】
前記ハウジング又はハウジング部材は、外側及び内側を備え、かつ前記フィードスルーを貫通するように案内された導体は、第１の材料と第２の材料とに分けられていて、前記第１の材料は、殊にアルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム又はマグネシウム合金であり、かつ外側に向けられていて、かつ第２の材料は、殊に銅又は銅合金であり、かつ内側に向けられていることを特徴とする、請求項１１に記載の貯蔵装置。
【請求項１３】
請求項１１から１２までのいずれか１項に記載の少なくとも２つの貯蔵装置を備えた設備において、前記少なくとも２つの貯蔵装置が、接続ピース、殊に接続材料からなるプレートで、殊に電気的に接続されている及び／又は機械的に結合されていることを特徴とする、設備。
【請求項１４】
前記接続材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項１３に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、殊に、金属、殊に軽金属、好ましくはアルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金、鋼、ステンレス鋼又は特殊鋼からなるハウジングのハウジング部材、殊に貯蔵装置、好ましくはバッテリー又はキャパシタのハウジングのハウジング部材を貫通するフィードスルー、並びにこの種のフィードスルーを備えた電気貯蔵装置用の、殊にバッテリー又はキャパシタ用のハウジング、並びに本発明によるハウジングを備えた貯蔵装置、殊にバッテリー又はキャパシタに関する。
【０００２】
貯蔵装置、殊に本発明の意味範囲でバッテリーとは、放電後に廃棄することができる及び／又はリサイクルすることができるワンウェイバッテリー、並びに蓄電池であると解釈される。蓄電池、好ましくはリチウムイオンバッテリーは、例えばポータブル電子機器、携帯電話、電動工具、並びに殊に電気自動車のような多様な用途が予定されている。これらのバッテリーは、例えば鉛酸バッテリー、ニッケルカドミウムバッテリー又はニッケルメタルハイドライドバッテリーのような従来のエネルギー源を代替可能である。
【０００３】
リチウムイオンバッテリーは数年来公知である。これに関して、例えば「Handbook of Batteries」、David Linden編、第２版、McCrawhill、1995、第３６章及び第３９章が指摘される。
【０００４】
リチウムイオンバッテリーの多様な態様は、多くの特許に記載されている。
【０００５】
例えば次のものが挙げられる：
US 961,672、US 5,952,126、US 5,900,183、US 5,874,185、US 5,849,434、US 5,853,914並びにUS 5,773,959。
【０００６】
殊に自動車環境で使用するためのリチウムイオンバッテリーは、原則として、互いに直列接続される多数の個々のバッテリーセルを備える。互いに並列接続又は直列接続されたバッテリーセルは、いわゆるバッテリーパックにまとめられ、複数のバッテリーパックが、リチウムイオンバッテリーともいわれるバッテリーモジュールにまとめられる。各々の個々のバッテリーセルは、バッテリーセルのハウジングから引き出された電極を有する。
【０００７】
殊に、自動車環境中でリチウムイオンバッテリーを使用するために、耐腐食性、事故の際の耐久性又は耐振動性のような多くの問題を解決しなければならない。更なる問題は、長期間にわたる気密な密閉性である。
【０００８】
この密閉性は損なわれることがある、例えば、バッテリーセルの電極又はバッテリーセル内の電極フィードスルーの領域内での漏れである。この種の漏れは、例えば、温度交番負荷及び機械的交番負荷、例えば自動車内での振動又はプラスチックの老化により引き起こされることがある。
【０００９】
バッテリー又はバッテリーセルの短絡又は温度変化は、バッテリー又はバッテリーセルの寿命を短縮しかねない。
【００１０】
事故の際の改善された耐久性を保証するために、独国特許出願公開第１０１０５８７７号明細書（DE 101 05 877 A1）は、例えば、リチウムイオンバッテリー用のハウジングを提案していて、このハウジングは金属ジャケットを備え、この金属ジャケットは両側が空いていて、かつ密閉される。
【００１１】
電流接続部又は電極は、プラスチックにより絶縁されている。プラスチック絶縁の欠点は、限られた耐熱性、限られた機械強度、耐用年数にわたる老化及び不確かな密閉性である。
【００１２】
したがって、電流フィードスルーは、先行技術によるリチウムイオンバッテリーの場合に、例えばリチウムイオンバッテリーのカバーに、気密に密閉して取り付けられていない。例えば、先行技術の場合に、一般に、試験規定に依存して、１ｂａｒの圧力差で、最大１・１０-6ｍｂａｒ｜ｓ-1のヘリウム漏出速度が達成される。更に、電極は押し潰されていて、かつ付加的な絶縁体を備えたレーザー溶接された結合部材が、バッテリーの空間内に配置されている。
【００１３】
WO 2012/167921、WO 2012/1 10242、WO 2012/1 10246、WO 2012/1 10244からは、貯蔵装置用のハウジングのハウジング部材を貫通するように案内されるフィードスルーは公知である。このフィードスルー内には、横断面がガラス材料又はガラスセラミック材料中で開口部を貫通するように案内される。
【００１４】
貯蔵装置中で使用する場合に、一般に、導体を備えた２つのフィードスルー、つまりカソードとして利用される少なくとも１つの導体、電気化学セルのアノードとして利用される少なくとも１つの別の導体が予定されている。アノードの材料とカソードの材料は互いに異なり、例えば、電気化学セル又はバッテリーセルのカソードにピン状の導体が接続される場合に、ピン状の導体のために、銅又は銅合金が使用され、かつ、導体がアノードに接続される場合に、アルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウム合金が使用される。WO 2012/167921に記載されているように他の材料も可能であり、この開示内容は、本出願に完全に組み込まれる。
【００１５】
WO 2012/167921の電気化学セルの場合に、貯蔵装置又はバッテリーセルの外側接続部は、２つの異なる材料を備え、このことが殊に複数のバッテリーセルをまとめて接続する際に不利であるという問題がある。
【００１６】
したがって、本発明の課題は、先行技術の問題を回避するフィードスルーを提供することである。
【００１７】
欧州特許出願公開第２３７１４１９号明細書（EP 2 371 419 A2）は、医学的インプラント用のキャパシタの電気的フィードスルー並びにその製造方法及びその使用を示す。確かに、欧州特許出願公開第２３７１４１９号明細書（EP 2 371 419 A2）には、接続ピンが２つのピン部分、つまりＰｔ、Ｐｔ／Ｉｒ、ＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＣｏ、ＦｅＣｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、ＦｅＣｒ、Ｖ又はＦｉからなる第１のピン部分及びアルミニウムを含む第２のピン部分からなることは記載されている。ただし、第１のピン部分について、欧州特許出願公開第２３７１４１９号明細書（EP 2 371 419 A2）では材料としてＣｕは挙げられていない。更に、欧州特許出願公開第２３７１４１９号明細書（EP 2 371 419 A2）では、熱膨張係数αについての値は示されていない。更に、欧州特許出願公開第２３７１４１９号明細書（EP 2 371 419 A2）に挙げられたハウジングによって、気密に密閉されたフィードスルーは達成できない、というのもガラスの熱膨張は、これに対して小さすぎるためである。
【００１８】
DE 10 2013 006 463は、バッテリー、殊にリチウムイオンバッテリー用のフィードスルーを記載しているが、このピン状の導体は、唯一の材料からなる。
【００１９】
本発明の場合に、この課題は、殊に、金属、殊に、軽金属、好ましくはアルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金、鋼、ステンレス鋼又は特殊鋼からなるハウジング、殊に貯蔵装置、及び好ましくはバッテリー又はキャパシタのハウジングの部材を貫通するフィードスルーにおいて、ハウジング部材が少なくとも１つの開口部を備え、この開口部をガラス材料又はガラスセラミック材料中で少なくとも１つの導体が貫通するように案内され、ここで、この導体は、軸方向で少なくとも２つの部分、つまり第１の材料からなる第１の部分及び第２の材料からなる第２の部分、並びに第１の材料から第２の材料への移行部を備えるフィードスルーにより解決される。この種の実施態様は、ピン状の導体が、電気化学セル又はバッテリーセルのカソードに接続され、かつ銅からなり、外側で他の材料、例えばアルミニウムからなる場合に生じることがある問題を解決する。
【００２０】
これは、例えば、個々のセルの導体を互いに共通の部材、例えばアルミニウムプレートにより接続することにより、複数のバッテリーセルを極めて容易に相互接続することができるという利点を示す。更に、異なる導体材料の移行箇所を、ガラス材料又はガラスセラミック材料の領域に移すことにより、移行箇所がバッテリーセルの外側に存在するか又はバッテリーセルの内側に存在する場合に生じることがあるような接触腐食は避けられる。それにより、この接触腐食は、このフィードスルーがガラス又はガラスセラミックの領域で気密に密閉しているために殊に避けられる。気密に密閉したとは、ここでは、１ｂａｒの圧力差で、最大１・１０-8ｍｂａｒ｜ｓ-1のヘリウム漏出速度が存在すること、つまり、ヘリウム漏出速度が、可能な全ての試験条件で常に１・１０-8ｍｂａｒ｜ｓ-1より低いことを意味する。この気密な密閉性は、移行箇所を隔離し、かつ腐食から保護することを保証する。この気密な密閉性は、導体のガラス封止が、圧縮ガラス封止であることにより達成される。適合されたガラス封止とは反対に圧縮ガラス封止は、ハウジング材料並びに導体材料の熱膨張係数がガラス材料の熱膨張係数とは異なる場合に達成される。この場合、ガラス材料の熱膨張係数は、ハウジング材料の熱膨張係数よりも低いため、ハウジング材料からのガラス材料への圧力を作り出すことができる。
【００２１】
導体の、好ましくはセル内に導入される導体の外側に配置されている第１の材料は、上述されているように、軽金属、殊にアルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム、マグネシウム合金又は他の金属であってよい。第１の材料を、例えば軽金属、殊にアルミニウム又はアルミニウム合金として選択する利点は、好ましくは同様にアルミニウム又はアルミニウム合金である接合材料との容易な溶接性、並びに低い質量である。
【００２２】
第２の、内側に向いた材料、つまりバッテリーセル内へ突き出た導体部分又はピン部分の材料は、例えば導体がカソードに接続される場合に、銅、銅合金、又はバッテリーセル内でカソード材料に適した他の材料であることができる。ここでは、カソードは、バッテリーセルのプラス極である、というのも、バッテリーセルの場合に、電気エネルギーは、他のエネルギー、ここでは化学エネルギーを費やして変換されるためである。異なる材料に基づきピンが空気により腐食されることを回避するために、第１の材料から第２の材料への移行部は、ガラス材料又はガラスセラミック材料の領域内にあることが予定される。本発明の第１の実施態様の場合に、移行部を含めた２つに分けられたピンを取り囲むガラスセラミック材料は、唯一の材料であり、この材料は、第１の部分の材料にも、第２の部分の材料にもその熱膨張係数が合わせられているように選択されることが予定される。
【００２３】
開口部内に導体がガラス封止されるハウジングの材料は、好ましくは金属、殊に軽金属、好ましくはアルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、鋼、ステンレス鋼又は特殊鋼である。アルミニウム又はアルミニウム合金が、更に特に好ましい。好ましくは、ハウジング用のアルミニウム又はアルミニウム合金は、高い強度により特徴付けられるアルミニウム又はアルミニウム合金である。
【００２４】
別の実施態様の場合に、導体も、ガラス材料又はガラスセラミック材料も、同様に２つの材料からなり、かつ例えばガラス複合材料を生じ、この場合、第１のガラス材料は、導体の第１の部分の熱膨張係数に合わせられていて、かつ第２のガラス材料は、第２のガラス材料の熱膨張係数に合わせられている。
【００２５】
ガラス材料を合わせることは、ここでは、一方で、ガラス材料の圧縮圧力に基づいて確実な気密な密閉性を提供し、他方で、ガラス封止中の亀裂が回避されるように行われるべきである。
【００２６】
モル％で示す次の成分を含むガラス材料が特に好ましい：
Ｐ2Ｏ5  ３５〜５０モル％、殊に３９〜４８モル％
Ａｌ2Ｏ3  ０〜１４モル％、殊に２〜１２モル％
Ｂ2Ｏ3  ２〜１０モル％、殊に４〜８モル％
Ｎａ2Ｏ  ０〜３０モル％、殊に０〜２０モル％
Ｍ2Ｏ  ０〜２０モル％、殊に１２〜２０モル％、ここで、Ｍは、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂであってよい
ＰｂＯ  ０〜１０モル％、殊に０〜９モル％
Ｌｉ2Ｏ  ０〜４５モル％、殊に０〜４０モル％、特に好ましくは１７〜４０モル％
ＢａＯ  ０〜２０モル％、殊に０〜２０モル％、特に好ましくは５〜２０モル％
Ｂｉ2Ｏ3  ０〜１０モル％、殊に１〜５モル％、特に好ましくは２〜５モル％
【００２７】
好ましくは、ガラス材料は、２０℃〜３００℃の範囲内の膨張係数αが、≧１３・１０-6／Ｋ、好ましくは１３・１０-6／Ｋ〜２５・１０-6／Ｋの範囲、殊に１３・１０-6／Ｋ〜２３・１０-6／Ｋの範囲、好ましくは１３・１０-6／Ｋ〜２０・１０-6／Ｋの範囲、殊に１３・１０-6／Ｋ〜１９・１０-6／Ｋの範囲、殊に好ましくは１３・１０-6／Ｋ〜１８・１０-6／Ｋの範囲を示すように選択される。ガラス材料のための膨張係数のこのような選択は、ハウジング材料が、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金であり、かつ導体の第１の領域のピン材料、好ましくは導体の外側のピン材料がアルミニウムであり、かつ導体の内側の第２の領域の材料が銅である場合に、圧縮ガラス封止を得るために必要である。このような場合に、αは、１３・１０-6／Ｋと２０・１０-6／Ｋ未満の間に選択される。アルミニウムの膨張係数は、約２３・１０-6／Ｋであるため、アルミニウムは、殊にハウジングの側面から、この種のガラス材料に圧縮圧力を加え、それによりピンのガラス封止が行われる。Ｃｕの膨張係数は約１８・１０-6／Ｋであるため、α＜１８・１０-6／Ｋを示すガラス材料の使用は、ガラス封止の際に導体又はコンタクトピンが収縮して、導体又はコンタクトピンに対してガラス封止の気密な密閉性は生じないことが期待される。しかしながら、意外にも、ガラス組成がα＜１８・１０-6／Ｋ、好ましくは１５・１０-6／Ｋ〜１７・１０-6／Ｋを示す場合でも、気密に密閉したガラス封止が得られることが確認された。この気密に密閉したフィードスルーは、銅からなる導体の第２の部分に対してだけでなく、αが２３・１０-6／Ｋを示すアルミニウムからなる第１の部分に対しても得られる。アルミニウムに対して、ガラス材料の膨張係数の相違又はミスマッチは、銅に対するよりも明らかに大きい。
【００２８】
フィードスルーのガラス材料がカバー層で覆われている又はカバー層を備える場合が特に好ましい。このカバー層は、多様な形を示してよい。一方で、カバー層は、ガラス層の形で、殊にカバーガラス層の形でガラス材料を含んでよく、又はプラスチック層又はバリア被覆、又は上述の層の複数の組み合わせであってよい。導体をガラス封止しているガラス材料上にカバー層を施すことにより、ガラス封止のガラス材料は、電解質、例えばフッ酸により攻撃されず、腐食もされないことが保証され、これは例えば低い耐水性のリン酸塩ガラスの場合に重要である。
【００２９】
更に、特により好ましい実施形態の場合に、ハウジング部材は、できる限り薄く形成されていて、かつ必要な圧縮圧力を及ぼすために、フィードスルーの領域でだけ補強部材又は補強領域が形成されることが予定されていてよい。これにより、殊に材料コストを節約することができる。
【００３０】
好ましくは、本発明によるフィードスルーは、ハウジング内で、殊に、バッテリーであってもキャパシタであってもよい電気貯蔵装置用のハウジング内で使用される。したがって、本発明は、この種のハウジングを備えた貯蔵装置、殊にバッテリー又はキャパシタも提供する。
【００３１】
バッテリーセルの外側に向いた、アルミニウムからなる導体により、簡単な方法様式で、多数の個々のバッテリーセルを、複数のバッテリーセルを備えた１つのバッテリーブロックに接続することが可能である。したがって、本発明は、少なくとも２つの貯蔵装置が、接続ピース、特に接続材料からなるプレートにより、殊に電気的に接続されている及び／又は機械的に結合されている本発明による少なくとも２つの貯蔵装置を備えた設備、殊にバッテリーブロックも提供する。好ましくは、接続材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金が選択される。
【００３２】
本発明を、次に図面を用いて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】２つに分けられた導体並びに２つに分けられたガラス材料を備えたバッテリーハウジング中の、本発明によるフィードスルー。
【図２】本発明によるフィードスルー、２つに分けられた導体及び唯一のガラス材料を備えたバッテリーセルハウジングの別の実施態様。
【００３４】
図１では、ハウジング、殊に貯蔵セルハウジングの、殊にバッテリーセルハウジングのハウジングカバー３中に通されている本発明によるフィードスルー１が示されている。
【００３５】
ハウジングカバーの厚みは、ｄｗで表されている。図１から明白であるように、フィードスルー１の領域内で、バッテリーセルハウジング又はハウジングカバー３は補強されていて、つまり補強領域１２を備え、この厚みは、ハウジング部材の厚みｄｗよりも本質的に大きい。補強領域中の厚みはｄｖである。補強領域の厚みは、ここではガラス材料２００についてのガラス封止長さを提供する。
【００３６】
必要な圧縮圧力を加えるために、フィードスルーの領域で補強領域は、厚みｄｗよりも幅広に形成されている、つまり補強領域の幅Ｂｖは、カバーの厚みｄｗよりも大きい。
【００３７】
カソードに接続されているフィードスルー１では、ピン状の導体が２つに分けられていて、つまり第１の領域１００．１と第２の領域１００．２とを備えている。第１の領域は、好ましくはアルミニウムからなり、第２の領域は、銅からなるピン状の導体である。貯蔵装置又はバッテリーセル内に向けられた銅から形成されたピンは、好ましくはカソードに接続される。明らかに認識できるように、２つの領域１００．１、１００．２からなるピン状の導体２０の移行箇所は、ガラス封止２００の領域内に予定されている。ガラス封止２００は、図１に示された実施形態の場合には、２つの材料を備え、つまり、ピン状の導体の第１の領域１００．１の材料に合わせられている第１のガラス材料２１０．１と、ピン状の導体２０の第２の領域１００．２に合わせられている第２のガラス材料２１０．２とを備える。ガラス材料に合わせることは、一方では、ガラス材料の圧縮圧力に基づいて、確実な気密な密閉性が提供されるように、他方では、ガラス封止内での亀裂が避けられるように行われる。
【００３８】
好ましくは、ガラス材料は、２０℃〜３００℃の範囲内で≧１３・１０-6／Ｋ、好ましくは１３・１０-6／Ｋ〜２５・１０-6／Ｋの範囲の膨張係数αを示す。
【００３９】
次の表１中に、特に好ましくかつ１３・１０-6／Ｋ〜２０・１０-6／Ｋの範囲の熱膨張係数により特徴付けされるガラス組成についての実施例が示されている。実施例ＡＢ１及びＡＢ８について、この熱膨張係数は、銅の熱膨張係数α＝１８・１０-6／Ｋを明らかに上回り、それゆえこれらのガラスは、特に気密に密閉した圧縮ガラス封止のために特に適しているが、実施例ＡＢ２、ＡＢ３、ＡＢ４、ＡＢ５、ＡＢ６、ＡＢ７は、１８・１０-6／Ｋを下回る。αについてのこのような値は、収縮プロセスに基づいて、銅又はアルミニウムからなる導体に対して気密に密閉したフィードスルーを期待できないにもかかわらず、意外にも、これらの材料も、気密に密閉した圧縮ガラス封止のために適していることが確認された。
【００４０】
表１：
実施例：
【表１】
2020074296.tif 000003
【００４１】
僅かな浸出の他に、これらのガラスは、高い耐水性によっても特徴付けられる。
【００４２】
表１中の実施例１（ＡＢ１）は、殊にアルミニウム／アルミニウムガラス封止のために、つまり取り囲むアルミニウム基体中での導体としてアルミニウムピンのガラス封止のために適している。
【００４３】
表１中の実施例６は、殊にＣｕ／Ａｌガラス封止のために、つまり取り囲むアルミニウム基体中での導体としての銅ピンのガラス封止のために適している。
【００４４】
これらの実施例のいくつかは、Ｃｕとの接合にとって、傾向的に低すぎる膨張係数を示すにもかかわらず、この種のガラス組成を示すガラスは不安定になることなく、高いＬｉ割合を融液中に溶解することができることが明らかとなる。
【００４５】
実施例７及び８（ＡＢ７及びＡＢ８）は、実施例６（ＡＢ６）の場合のようなＰｂＯの代わりに、Ｂｉ2Ｏ3を含むことにより特徴付けられる。
【００４６】
意外にも、Ｂｉ2Ｏ3により耐水性を明らかに高めることができることが判明した。１モル％のＢｉ2Ｏ3の導入により、例えば実施例８（ＡＢ８）の場合に、実施例１（ＡＢ１）に対して、ほぼ同じアルカリ含有率で、１０倍高い耐水性を達成することができた。このことは、当業者にとって意外である。
【００４７】
Ｂｉ2Ｏ3は、殊に、実施例６（ＡＢ６）によるＰｂＯの代わりにも使用することができる。鉛は環境に有害であるため、不純物を除いてＰｂＯフリーである、つまり、ＰｂＯを０モル％で使用することができるガラス組成物は特に好ましい。不純物を除いてフリーであるとは、この出願において、ガラス中にその都度の物質、例えば鉛が１００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満、殊に１ｐｐｍ未満含まれていることを意味する。
【００４８】
フィードスルー１は、移行部を備えたピン状の導体を封止しているガラス材料又はガラスセラミック材料を囲むカバー層２２０を備えることも明らかに認識することができる。
【００４９】
このカバー層２２０は、被覆に関してガラス材料も、プラスチック材料も含んでいてよい。このカバー層は、例えばリン酸塩ガラスであってよい第１のガラス材料２１０．１のような腐食されやすいガラスを保護し、かつ例えば水により余り攻撃されないことを保証する。
【００５０】
任意でかつ図示されていないが、例えば第２のガラス材料２１０．２を、電解質、例えばＨＦの攻撃から保護するために、ガラスの、貯蔵装置の内側３００に向いた側にカバーガラスを配置することも可能である。
【００５１】
第１のガラス材料１００．１から第２のガラス材料１００．２への移行部１１０を、ガラス材料又はガラスセラミック材料２００内にずらし込むことにより、局部電池が形成されずかつ導体２０の金属の腐食が起こらないことが保証される。
【００５２】
図１に示された、ハウジングカバー３を貫通する第２のフィードスルー１０００（この導体はアノードに接続されている）は、異なる材料からなる本発明による２つに分けられた導体を備えておらず、好ましくはアノードに接続されている、唯一の材料、つまりアルミニウムからなる導体１０２０を備える。このガラス材料は、場合により、唯一の材料であり、かつ１０１０で示されている。この材料も、カバー層２２０を備えていてよい。
【００５３】
図２では、本発明の別の実施態様が示されていて、ここでもまた、図１の場合と同様に、２つに分けられたガラスピン２０が、フィードスルー内にはめ込まれていて、この場合、このフィードスルーは、唯一のガラス又はガラスセラミック材料だけを備える。２つに分けられたピン２０は、また、２つの領域１００．１、１００．２、つまり、好ましくはアルミニウムからなっていてよい第１の領域１００．１、及び銅からなっていてよく、かつカソードに接続されている第２の領域１００．２を備える。
【００５４】
ここでは、カソードは、バッテリーセルのプラス極である、というのも、バッテリーセルの場合に、電気エネルギーは、他のエネルギー、ここでは化学エネルギーを費やして変換されるためである。
【００５５】
図１の第１の実施例の場合と同様に、厚みｄｗを示すハウジングカバー３は、補強領域を提供するガラス封止の領域よりも薄く形成されている。
【００５６】
図１及び図２において同じ部材は、同じ符号で表されている。
【００５７】
本発明において、初めて、貯蔵装置のハウジングの外側で、同じ材料、例えばアルミニウムを備えるが、それに対して、導体のセル内に向いた材料では、異なる材料を使用することができるフィードスルーが提供される。これは、貯蔵装置のハウジングの外側で、常に同じ接続部を使用できるという利点を有する。これにより、例えばバッテリーセルの外側で、他の材料、好ましくはアルミニウムと極めて容易に溶接することができるアルミニウム接続部を使用することができる。バッテリーの外側で本発明によりアルミニウムを使用することができる場合、アルミニウムがアルミニウムに溶接され、このことは高いプロセス安全性の結果をもたらす。更に、それにより、堅固で安全な製造プロセスが保証される。更に、このように製造された接続は、特に長寿命でかつ疲労することがない。第１及び第２のピン材料又は導体材料の移行部をガラス材料中に導入することにより、異なる材料からなる導体の腐食、つまり接触腐食は避けられる。
【００５８】
本発明は、次の箇条書きに記されている態様を含み、この態様は明細書の部分であり、特許請求の範囲ではない。
【００５９】
箇条書き
１．  殊に、金属、殊に軽金属、好ましくはアルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、鋼、ステンレス鋼又は特殊鋼からなるハウジング、殊に貯蔵装置、好ましくはバッテリー又はキャパシタのハウジングのハウジング部材（３）を貫通するフィードスルー（１）であって、前記ハウジング部材（３）は、少なくとも１つの開口部を備え、前記開口部をガラス材料又はガラスセラミック材料（２００）中で少なくとも１つの導体（２０）が貫通するように案内されるフィードスルー（１）において、前記導体（２０）は軸方向で少なくとも２つの部分、つまり第１の材料からなる第１の部分（１００．１）及び第２の材料からなる第２の部分（１００．２）、並びに第１の材料から第２の材料への移行部（１１０）を備えることを特徴とする、フィードスルー（１）。
２．  前記第１の材料は、好ましくは軽金属、殊にアルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム、マグネシウム合金又は他の金属であることを特徴とする、１項に記載のフィードスルー。
３．  前記第２の材料は、好ましくは金属、殊に銅又は銅合金であることを特徴とする、１項又は２項に記載のフィードスルー。
４．  第１の材料から第２の材料への前記移行部（１１０）は、前記ガラス材料又はガラスセラミック材料（２００）の領域内にあることを特徴とする、１項から３項に記載のフィードスルー。
５．  前記ガラス材料又はガラスセラミック材料は、唯一の材料であり、前記唯一の材料は、好ましくは、前記導体の前記第１の部分（１００．１）の材料及び前記導体の前記第２の部分（１００．２）の材料に合わせられた熱膨張係数αを示し、前記熱膨張係数αは、好ましくは１３・１０-6／Ｋ〜２５・１０-6／Ｋの範囲にあることを特徴とする、１項から４項に記載のフィードスルー。
６．  前記ガラス材料又はガラスセラミック材料は、２つの材料、つまり第１のガラス材料又はガラスセラミック材料（２１０．１）と第２のガラス材料又はガラスセラミック材料（２１０．２）からなり、前記第１のガラス材料（２１０．１）は、前記第１の部分の熱膨張係数に合わせられていて、かつ前記第２のガラス材料（２１０．２）は、前記第２の部分の熱膨張係数に合わせられていることを特徴とする、１項から４項に記載のフィードスルー。
７．  前記ガラス材料（２００）は、少なくとも１つのカバー層（２２０）、好ましくはガラス層、殊にカバーガラス層、プラスチック層又はバリア被覆又は前記層の複数の組み合わせを備えることを特徴とする、１項から６項に記載のフィードスルー。
８．  前記ハウジングは、ハウジングの厚みｄｗを示し、かつ、前記開口部の領域で補強部材又は補強部分を、ハウジングの厚み及び補強部材の厚み又は補強部分の厚みが、前記ハウジング又はハウジング部材中の前記ガラス材料又はガラスセラミック材料のガラス封止長さ（ＥＬ）を提供するように備えることを特徴とする、１項から７項に記載のフィードスルー。
９．  １項から８項に記載のフィードスルーを備えたハウジング、殊に、電気貯蔵装置用の、殊にバッテリー又はキャパシタ用のハウジング。
１０．  ９項に記載のハウジング又はハウジング部材を備えた、貯蔵装置、殊にバッテリー又はキャパシタ。
【図１】
2020074296.tif 000004
【図２】
2020074296.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月18日(2019.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィードスルー（１）を備えたハウジング又はハウジング部材であって、前記フィードスルー（１）は、貯蔵装置のハウジング又はハウジングのハウジング部材（３）を貫通しており、前記ハウジング又はハウジング部材は、軽金属からなり、前記軽金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン又はチタン合金であり、前記ハウジング又はハウジング部材は、外側及び内側を有し、前記ハウジング又はハウジング部材（３）は少なくとも１つの開口部を備え、前記開口部をガラス材料又はガラスセラミック材料（２００）中で少なくとも１つの導体（２０）が貫通するように案内され、かつ前記導体（２０）は、軸方向で少なくとも２つの部分、つまり軽金属であって、前記軽金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム又はマグネシウム合金であるものとする軽金属からなる第１の部分（１００．１）及び銅又は銅合金からなる第２の部分（１００．２）、並びに前記軽金属から前記銅又は銅合金への移行部（１１０）を備え、かつ前記移行部（１１０）は、前記ガラス材料又はガラスセラミック材料（２００）の領域内にある、ハウジング又はハウジング部材において、前記ガラス材料又はガラスセラミック材料は、前記ガラス材料又はガラスセラミック材料の熱膨張係数αが前記ハウジング又はハウジング部材の材料の熱膨張係数αよりも小さくなるようにすることによって圧縮ガラス封止が提供されるように選択されており、ここで、前記フィードスルーは、前記ガラス材料又はガラスセラミック材料の領域内で気密に密閉されており、１ｂａｒの圧力差で１・１０-8ｍｂａｒ｜ｓ-1未満のヘリウム漏出速度を有し、前記フィードスルーを貫通する前記導体の前記第１の部分は、前記外側に向いており、かつ前記フィードスルーを貫通する前記導体の前記第２の部分は、前記内側に向いており、前記貫通する導体は、ピン状に形成されており、前記移行部（１１０）の領域における前記ガラス材料は、唯一の材料であり、前記唯一の材料は、前記導体の前記第１の部分（１００．１）の軽金属及び前記導体の前記第２の部分（１００．２）の銅又は銅合金に合わせられた熱膨張係数を有し、かつ前記熱膨張係数αは、１３・１０-6／Ｋ〜１８・１０-6／Ｋの範囲にあることを特徴とする、ハウジング又はハウジング部材。
【請求項２】
前記ガラス材料は、１５・１０-6／Ｋ〜１７・１０-6／Ｋの範囲にある熱膨張係数αを有することを特徴とする、請求項１に記載のハウジング又はハウジング部材。
【請求項３】
前記ガラス材料は、モル％で示して次の成分：
Ｐ2Ｏ5  ３５〜５０モル％、
Ａｌ2Ｏ3  ０〜１４モル％、
Ｂ2Ｏ3  ２〜１０モル％、
Ｎａ2Ｏ  ０〜３０モル％、
Ｍ2Ｏ  ０〜２０モル％、ここで、Ｍは、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂであってよい
ＰｂＯ  ０〜１０モル％、
Ｌｉ2Ｏ  ０〜４５モル％、
ＢａＯ  ０〜２０モル％、
Ｂｉ2Ｏ3  ０〜１０モル％
を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のハウジング又はハウジング部材。
【請求項４】
前記ガラス材料（２００）は、少なくとも１つのカバー層（２２０）として、ガラス層、プラスチック層若しくはバリア被覆又は前記層の複数の組み合わせを備えることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載のハウジング又はハウジング部材。
【請求項５】
前記ハウジングは、ハウジングの厚みｄｗを示し、かつ開口部の領域で補強部材又は補強部分を、ハウジングの厚み及び補強部材の厚み又は補強部分の厚みが、前記ハウジング又は前記ハウジング部材中での前記ガラス材料又はガラスセラミック材料のガラス封止長さ（ＥＬ）を提供するように備えることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載のハウジング又はハウジング部材。
【請求項６】
前記補強部材又は補強部分は、幅Ｂｖを有し、前記幅Ｂｖは、前記ハウジングの厚みｄｗよりも大きいことを特徴とする、請求項５に記載のハウジング又はハウジング部材。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載のハウジング又はハウジング部材を備えた、貯蔵装置。
【請求項８】
請求項７に記載の少なくとも２つの貯蔵装置を備えた設備において、前記少なくとも２つの貯蔵装置が、軽金属であって、前記軽金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム又はマグネシウム合金であるものとする軽金属からなる接続ピースとしてのプレートで、電気的に接続されている及び／又は機械的に結合されていることを特徴とする、設備。
【請求項９】
前記接続ピースとしてのプレートは、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項８に記載の設備。
【外国語明細書】
2020074296.tif 000006
2020074296.tif 000007
2020074296.tif 000008
2020074296.tif 000009
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