(57)【要約】  本発明は、好ましくは金属、特に軽金属、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、ステンレス鋼または特殊鋼からなるハウジング、特にバッテリーハウジングのハウジング部分を特に通る貫通部であって、ハウジング部分が、ガラス材料またはガラスセラミック材料中の、ある種の断面を有する少なくとも１つの導体が貫通している少なくとも１つの開口部を有する貫通部において、導体が少なくとも２つの断片、即ち、ガラス材料またはガラスセラミック材料を通る貫通部の範囲内での直径ＩＤを有する第１の本質的に丸形、特に円形の断面を有する第１の断片と、第２の本質的に丸形ではない、特に本質的に長方形の断面を有する第２の断片とを有し、導体が一体であることを特徴とする貫通部に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
好ましくは金属、特に軽金属、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、ステンレス鋼または特殊鋼からなるハウジング、特にバッテリーハウジング（８１２０、９１２０）のハウジング部分を特に通る貫通部であって、ハウジング部分が、ガラス材料またはガラスセラミック材料（７２８０）中の、断面（ＩＤ）を有する少なくとも１つの導体が貫通している少なくとも１つの開口部（９００７．１、９００７．２、１０００７．１、１０００７．２）を有する貫通部において、導体（７００３．１、７００３．２、７００３．２、９００３．１、９００３．２、１０００３．１、１０００３．２）が少なくとも２つの断片、即ち、ガラス材料またはガラスセラミック材料（７２８０）を通る貫通部の範囲内での直径ＩＤを有する第１の本質的に丸形、特に円形の断面を有する第１の断片（９００５．１、９００５．２、１０００５．１、１０００５．２）と、第２の本質的に丸形ではない、特に本質的に長方形の断面（９１００）を有する第２の断片（９００９．１、９００９．２、１０００９．１、１００９．２）とを有し、導体が一体であることを特徴とする貫通部。
【請求項２】
第２の断片（９００９．１、９００９．２、１０００９．１、１０００９．２）が少なくとも２つの屈曲部（７２００、７３００）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の貫通部。
【請求項３】
第２の断片が、アノードおよび／またはカソードと接合可能である範囲（９０２２．１、９０２２．２、１００２２．１、１００２２．２）を含むことを特徴とする、請求項１乃至２のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項４】
第２の断片（９００９．１、９００９．２、１０００９．１、１０００９．２）が、本質的に水平に延びていて、第１の断片に対して、かつ／またはアノードおよび／またはカソードと接合可能である範囲に対しては垂直であるさらなる範囲（９０２０．１、９０２０．２、１００２０．１、１００２０．２）を含むことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項５】
第１の断面が、第２の断面と本質的に同じ大きさであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項６】
第２の断片が、補強部、特にＵ型異形材を、好ましくはさらなる範囲（９０２０．１、９０２０．２、１００２０．１、１００２０．２）に含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項７】
導体が材料として、特に金属、好ましくは銅、ＣｕＳｉＣ、銅合金、アルミニウム、ＡｌＳｉＣまたはアルミニウム合金、マグネシウムまたはマグネシウム合金、ＮｉＦｅ、銅内部を有するＮｉＦｅ−ジャケット、銀、銀合金、金、金合金およびコバルト−鉄合金を含むことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項８】
導体、特にピン形の導体が、開口部（９００７．１、９００７．２、１０００７．１、１０００７．２）の範囲内で、ガラス材料またはガラスセラミック材料に導入されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項９】
貫通部が支持体を含み、支持体がハウジングの開口部に収容され、支持体と導体との間にガラス材料またはガラスセラミック材料が導入されていることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項１０】
ガラス材料またはガラスセラミック材料が好ましくは、支持体（９）および／または導体および／またはハウジングの材料、特にピン（１１）の溶融温度よりも低い融解温度を有することを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項１１】
ガラス材料またはガラスセラミック材料が以下の成分を以下のｍｏｌ％で含むことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の貫通部：
Ｐ２Ｏ５      ３５〜５０ｍｏｌ％、特に３９〜４８ｍｏｌ％、
Ａｌ２Ｏ３    ０〜１４ｍｏｌ％、特に２〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ２Ｏ３      ２〜１０ｍｏｌ％、特に４〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ２Ｏ      ０〜３０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、
Ｍ２Ｏ        ０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜２０ｍｏｌ％（ここで、Ｍ＝Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂであってよい）、
ＰｂＯ        ０〜１０ｍｏｌ％、特に０〜９ｍｏｌ％、さらに特に好ましくはＰｂＯ０ｍｏｌ％
Ｌｉ２Ｏ      ０〜４５ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、特に好ましくは１７〜４０ｍｏｌ％、
ＢａＯ        ０〜２０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、特に好ましくは５〜２０ｍｏｌ％、
Ｂｉ２Ｏ３    ０〜１０ｍｏｌ％、特に１〜５ｍｏｌ％、好ましくは２〜５ｍｏｌ％。
【請求項１２】
組成物が、以下の成分を以下のｍｏｌ％で含むことを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の貫通部：
Ｐ２Ｏ５      ３８〜５０ｍｏｌ％、特に３９〜４８ｍｏｌ％、
Ａｌ２Ｏ３    ３〜１４ｍｏｌ％、特に４〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ２Ｏ３      ４〜１０ｍｏｌ％、特に４〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ２Ｏ      １０〜３０ｍｏｌ％、特に１４〜２０ｍｏｌ％、
Ｋ２Ｏ        １０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜１９ｍｏｌ％、
ＰｂＯ        ０〜１０ｍｏｌ％、特に０〜９ｍｏｌ％、さらに特に好ましくはＰｂＯ０ｍｏｌ％。
【請求項１３】
ハウジング部分が外側および内側を有し、支持体がハウジング部分の内側および／または外側と、特に溶接接合またははんだ接合の形態で、または押し込みによって接合されている、
ことを特徴とする、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項１４】
ハウジング部分、特にハウジング、好ましくはバッテリーハウジングのカバーが外側および内側を有し、第２の断片のさらなる範囲が、本質的に水平に、バッテリーハウジング、特にバッテリーハウジングのカバーの内側に対しては平行に延びていて、第２の断片が、断片外側および断片内側を含み、バッテリーハウジングの内側までの断片内側の距離（Ｈ）が、０．７×ＩＤ〜１．５×ＩＤの範囲内であるか（ここで、ＩＤは、第１の本質的に円形の断面の直径である）、または３ｍｍ〜５ｍｍ、特に３．５ｍｍ〜４．５ｍｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項１５】
ハウジング部分の内側と断片外側との間に、絶縁材料、特にプラスチック絶縁材料が配置されていることを特徴とする、請求項１３乃至１４のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項１６】
少なくとも１つの、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の貫通部を含む特にバッテリーセル（１０００）用のハウジング。
【請求項１７】
好ましくは特に請求項１６に記載のバッテリーハウジングを備えた蓄電池装置、特にバッテリー、好ましくはＬｉイオンバッテリー、特にＬｉイオン蓄電池において、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の貫通部を含むことを特徴とする蓄電池装置。
【請求項１８】
少なくとも１つの導体、特に本質的にピン形の導体を備えた特に請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の貫通部を製造する方法であって、
導体が２つの断片、即ち、本質的に丸形、特に円形の断面を有する第１の断片と、本質的に丸形ではない、特に長方形の断面を有する第２の断片とを有するように、導体、特に本質的にピン形の導体を変形させるステップと、
導体、特に本質的にピン形の導体を、ガラス材料またはガラスセラミック材料の第１の断片にガラス付けして、ハウジング、特にバッテリーセルハウジングのハウジング部分のための貫通部を生じさせるステップとを含む方法。
【請求項１９】
導体を支持体にガラス付けし、支持体を、ガラス付けされた導体と共に、ハウジング部分の開口部に導入することを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
導体の第２の断片が２つの屈曲部を有することを特徴とする、請求項１８乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
電気化学的セルのアノードおよび／またはカソードとして役立ち得るか、またはアノードおよび／またはカソードと接合可能である範囲と、本質的に水平に延びていて、第１の断片に対して、かつ／または電気化学的セルのアノードおよび／またはカソードとして役立ち得るか、またはアノードおよび／またはカソードと接合可能である範囲に対しては垂直に延びているさらなる範囲とを含むように、導体の第２の断片を変形させることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ガラス材料またはガラスセラミック材料が以下の成分を以下のｍｏｌ％で含むことを特徴とする、請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の方法：
Ｐ２Ｏ５      ３５〜５０ｍｏｌ％、特に３９〜４８ｍｏｌ％、
Ａｌ２Ｏ３    ０〜１４ｍｏｌ％、特に２〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ２Ｏ３      ２〜１０ｍｏｌ％、特に４〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ２Ｏ      ０〜３０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、
Ｍ２Ｏ        ０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜２０ｍｏｌ％（ここで、Ｍ＝Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂであってよい）、
ＰｂＯ        ０〜１０ｍｏｌ％、特に０〜９ｍｏｌ％、好ましくはＯ０ｍｏｌ％、
Ｌｉ２Ｏ      ０〜４５ｍｏｌ％、特に０〜４０ｍｏｌ％、好ましくは１７〜４０ｍｏｌ％、
ＢａＯ        ０〜２０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、好ましくは５〜２０ｍｏｌ％、
Ｂｉ２Ｏ３    ０〜１０ｍｏｌ％、特に１〜５ｍｏｌ％、好ましくは２〜５ｍｏｌ％。
【請求項２３】
ガラス材料またはガラスセラミック材料が以下の成分を以下のｍｏｌ％で含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法：
Ｐ２Ｏ５      ３８〜５０ｍｏｌ％、特に３９〜４８ｍｏｌ％、
Ａｌ２Ｏ３    ３〜１４ｍｏｌ％、特に４〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ２Ｏ３      ４〜１０ｍｏｌ％、特に４〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ２Ｏ      １０〜３０ｍｏｌ％、特に１４〜２０ｍｏｌ％、
Ｋ２Ｏ        １０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜１９ｍｏｌ％、
ＰｂＯ        ０〜１０ｍｏｌ％、特に０〜９ｍｏｌ％、好ましくはＯ０ｍｏｌ％。
【請求項２４】
特に請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の貫通部を備えているバッテリーセル（１０００）を用意する方法であって、
貫通部を用意するステップと、
導体が２つの断片、即ち、本質的に丸形、特に円形の断面を有する特に第１の断片と、本質的に丸形ではない、特に角のある断面を有する第２の断片を含むように、導体を変形させるステップと、
導体、特に本質的にピン形の導体をガラス材料またはガラスセラミック材料中で、支持体にガラス付けするステップと、
支持体を、ガラス付けされた本質的にピン形の導体と共に、ハウジングと、特に溶接、好ましくはレーザービーム溶接、電子ビーム溶接、超音波溶接、抵抗溶接によって、および別法でははんだ付け、収縮、押し込み、フランジ付けによって接合させるステップとを含む方法。
【請求項２５】
導体の第２の断片が２つの屈曲部を有するように、導体を変形させることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
電気化学的セルのアノードおよび／またはカソードとして役立ち得るか、またはアノードおよび／またはカソードと接合可能である範囲と、本質的に水平に延びていて、第１の断片に対して、かつ／または電気化学的セルのアノードおよび／またはカソードとして役立ち得るか、またはアノードおよび／またはカソードと接合可能である範囲に対しては垂直に延びているさらなる範囲とを含むように、導体の第２の断片を変形させることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジング、特にバッテリーセルハウジングのハウジング部分を特に通る貫通部であって、そのハウジング部分が、ガラス材料またはガラスセラミック材料中の少なくとも１つの導体が貫通する少なくとも１つの開口部を有する貫通部に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の意味におけるバッテリーとは、放電し終わったら廃棄され、かつ／またはリサイクルされる使い捨てバッテリーとも、蓄電池とも理解される。
【０００３】
蓄電池、好ましくはリチウムイオンバッテリーは、種々の用途、例えば、ポータブル型電子機器、携帯電話、工作機械および特に電気自動車などのために設計されている。そのバッテリーは、従来のエネルギー源、例えば鉛酸バッテリー、ニッケルカドミウムバッテリーまたはニッケル水素バッテリーの代わりとなり得る。
【０００４】
リチウムイオンバッテリーは多年にわたって知られている。このことに関しては例えば、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、Ｄａｖｉｄ  Ｌｉｎｄｅｎ編、第２版、ＭｃＧｒａｗｈｉｌｌ、１９９５年、第３６および３９章を参照されたい。
【０００５】
リチウムイオンバッテリーの種々の態様が、多数の特許文献に記載されている。例えば米国特許第９６１，６７２号、米国特許第５，９５２，１２６号、米国特許第５，９００，１８３号、米国特許第５，８７４，１８５号、米国特許第５，８４９，４３４号、米国特許第５，８５３，９１４号および米国特許第５，７７３，９５９号を挙げることができる。
【０００６】
特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通常、多数の個別のバッテリーセルを有し、それらのバッテリーセルは互いに一列に接続されている。互いに直列または一列に接続されているバッテリーセルは、いわゆるバッテリーパックにまとめられ、さらにいくつかのバッテリーパックが、リチウムイオンバッテリーとも称されるバッテリーモジュールにまとめられる。それぞれ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導出されている電極を有する。
【０００７】
リチウムイオンバッテリーを自動車環境で使用するためには特に、耐食性、耐事故性（Ｂｅｓｔａｅｎｄｉｇｋｅｉｔ  ｂｅｉ  Ｕｎｆａｌｌ）または振動強度などの多数の問題を解決しなければならない。さらなる問題の１つは、長期間にわたるバッテリーセルの気密性である。バッテリーセルの電極またはバッテリーセルの電極貫通部の範囲での緩みによって、気密性は損なわれ得る。その種の緩みは例えば、温度変化の負荷および例えば車両の振動などの機械的応力変化またはプラスチックの老化によって惹起され得る。バッテリーまたはバッテリーセルのショートまたは温度変化は、バッテリーまたはバッテリーセルの寿命を短くし得る。
【０００８】
より良好な耐事故性を保証するために、ドイツ特許第１０１  ０５  ８７７（Ａ１）号は例えば、リチウムイオンバッテリーのためのハウジングを提案しており、その場合、そのハウジングは、両側が開いていて、閉じられるようになっている金属製ジャケットを含んでいる。電流接続または電極は、プラスチックによって絶縁されている。そのプラスチック絶縁の欠点は、耐熱性が限られること、機械抵抗が限られること、老化、寿命を通じて気密性が不確実であることである。したがって、電流貫通部は、従来技術によるリチウムイオンバッテリーでは、例えばＬｉイオンバッテリーのカバー部分に非気密性に組み込まれている。さらに電極は、バッテリーの内部空間内にある、追加の絶縁体を備えたクリンピングされて（ｖｅｒｑｕｅｔｓｃｈｔｅ）レーザー溶接されている接合部品である。
【０００９】
従来技術によるリチウムイオンバッテリーでのさらなる問題は、バッテリーセルが大きな構造空間を有することと、大電流に基づき、抵抗損によって非常に迅速に加熱が、したがって温度変化が生じることである。
【００１０】
ドイツ特許第２７  ３３  ９４８（Ａ１）号から、例えばガラスまたはセラミックなどの絶縁体が直接、溶融接合によって金属部分に接合されているアルカリバッテリーが公知となっている。
【００１１】
金属部分のうちの一方は、アルカリバッテリーのアノードと電気的に接合されており、他方は、アルカリバッテリーのカソードと電気的に接合されている。ドイツ特許第２７  ３３  ９４８（Ａ１）号で使用されている金属は、鉄または鋼である。アルミニウムなどの軽金属は、ドイツ特許第２７  ３３  ９４８（Ａ１）号には記載されていない。ガラス材料またはセラミック材料の溶融温度も、ドイツ特許第２７  ３３  ９４８（Ａ１）号には示されていない。ドイツ特許第２７  ３３  ９４８（Ａ１）号に記載されているアルカリバッテリーは、アルカリ性電解質を含むバッテリーであり、その電解質はドイツ特許第２７  ３３  ９４８（Ａ１）号によると、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムである。Ｌｉイオンバッテリーについての言及は、ドイツ特許第２７  ３３  ９４８（Ａ１）号には見いだせない。
【００１２】
ドイツ特許第６９８  ０４  ３７８（Ｔ２）号または欧州特許第０  ８８５  ８７４（Ｂ１）号から、不斉有機カルボン酸エステルを製造する方法およびアルカリイオンバッテリー用の水不含の有機電解質を製造する方法が公知となっている。充電式リチウムイオンセルのための電解質も、ドイツ特許第６９８  ０４  ３７８（Ｔ２）号または欧州特許第０  ８８５  ８７４（Ｂ１）号には記載されている。
【００１３】
貫通接触部を収容するためのセルソケットのための材料は、記載されてなく、単に接続ピンのための材料が記載されており、それは、チタン、アルミニウム、ニッケル合金またはステンレス鋼からなってよい。
【００１４】
ドイツ特許第６９９  ２３  ８０５（Ｔ２）号または欧州特許第０  ９５４  ０４５（Ｂ１）は、電気的有効性が改善されているＲＦ−貫通部を記載している。欧州特許第０  ９５４  ０４５（Ｂ１）号から公知の貫通部は、ガラス−金属貫通部ではない。欧州特許第０  ９５４  ０４５（Ｂ１）には、例えばパッケージングの金属壁の中に直接形成されているガラス−金属貫通部は不利である。それというのも、その種のＲＦ−貫通部はガラスの脆弱化に基づき堅牢でないためであると記載されている。
【００１５】
ドイツ特許第６９０  ２３０  ７１（Ｔ２）号または欧州特許第０  ４１２  ６５５（Ｂ１）号は、バッテリーまたは他の電気化学的セル用のガラス−金属貫通部を記載しており、その際、ガラスとして、約４５重量％のＳｉＯ２含有率を有するガラスが使用され、金属として特に、モリブデンおよび／またはクロムおよび／またはニッケルを含む合金が使用されている。軽金属の使用は、使用されるガラスの融解温度と同様にドイツ特許第６９０  ２３  ０７１（Ｔ２）号にはほとんど記載されていない。ドイツ特許第６９０２３０  ７１（Ｔ２）または欧州特許第０  ４１２  ６５５（Ｂ１）では、ピン形の導体のための材料も、モリブデン、ニオブまたはタンタルを含む合金である。
【００１６】
米国特許第７，６８７，２００号から、リチウムイオンバッテリー用のガラス−金属貫通部が公知になっている。米国特許第７，６８７，２００号では、ハウジングは特殊鋼製であり、ピン形の導体は白金／イリジウム製であった。米国特許第７，６８７，２００号では、ガラス材料として、ガラスＴＡ２３およびＣＡＢＡＬ−１２が述べられている。米国特許第５，０１５，５３０号ではその場合、融解温度１０２５℃または８００℃を有するＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系である。さらに、米国特許第５，０１５，５３０号から、リチウムバッテリー用のガラス−金属貫通部のためのガラス組成物が公知になっており、そのガラス組成物は、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＳｒＯおよびＢａＯを含み、その融解温度は６５０℃〜７５０℃の範囲であり、したがって、軽金属と共に使用するには高すぎる。
【００１７】
米国特許第４，８４１，１０１号から、本質的にピン形の導体がガラス材料で金属リングにガラス付けされている貫通部が公知となっている。次いで金属リングは改めて、ハウジングの開口部または穿孔部に取り付けられて、はんだ付けによって、例えばはんだリングが締まった後に、内壁または穿孔部と特に固く接合される。金属リングは、バッテリーハウジングのアルミニウムの高い熱膨張係数を補償するために、ガラス材料と本質的に同じか、または同様の熱膨張係数を有する金属からなる。米国特許第４，８４１，１０１号に記載されている実施形態では、金属リングの長さは常に、ハウジングの穿孔部または開口部よりも短い。米国特許第４，８４１，１０１号には、ガラス組成物についての記載はなく、例えばバッテリー、特にＬｉイオン蓄電池のための貫通部の特殊な使用も記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第９６１，６７２号
【特許文献２】米国特許第５，９５２，１２６号
【特許文献３】米国特許第５，９００，１８３号
【特許文献４】米国特許第５，８７４，１８５号
【特許文献５】米国特許第５，８４９，４３４号
【特許文献６】米国特許第５，８５３，９１４号
【特許文献７】米国特許第５，７７３，９５９号
【特許文献８】ドイツ特許第１０１  ０５  ８７７（Ａ１）号
【特許文献９】ドイツ特許第２７  ３３  ９４８（Ａ１）号
【特許文献１０】ドイツ特許第６９８  ０４  ３７８（Ｔ２）号
【特許文献１１】欧州特許第０  ８８５  ８７４（Ｂ１）号
【特許文献１２】ドイツ特許第６９９  ２３  ８０５（Ｔ２）号
【特許文献１３】欧州特許第０  ９５４  ０４５（Ｂ１）号
【特許文献１４】ドイツ特許第６９０  ２３０  ７１（Ｔ２）号
【特許文献１５】欧州特許第０  ４１２  ６５５（Ｂ１）号
【特許文献１６】米国特許第７，６８７，２００号
【特許文献１７】米国特許第５，０１５，５３０号
【特許文献１８】米国特許第４，８４１，１０１号
【特許文献１９】ドイツ特許第１０  ２００９  ０１１  １８２（Ａ１）号
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、Ｄａｖｉｄ  Ｌｉｎｄｅｎ編、第２版、ＭｃＧｒａｗｈｉｌｌ、１９９５年、第３６および３９章
【非特許文献２】Ｒ．Ｇｏｅｒｋｅ、Ｋ．−Ｊ．Ｌｅｅｒｓ：Ｋｅｒａｍ．Ｚ．４８（１９９６年）３００〜３０５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
したがって本発明の課題は、従来技術の問題を回避する貫通部を提供することであり、特に、抵抗損が低く維持され、バッテリーセル内に貫通部を組み込んだ後に、僅かな構造空間のみが必要とされるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明では、この課題を、好ましくは低温で溶融する軽金属、好ましくはアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金から、または金属、特に鋼、特殊鋼、特にステンレス鋼またはＡｌＳｉＣからなる特にバッテリーセル用のハウジングのハウジング部分内の開口部を特に通る貫通部の場合に、ガラス材料またはガラスセラミック材料中の導体、特に本質的にピン形の導体を貫通させることによって解決する。
【００２２】
本発明は、導体が少なくとも２つの断片、即ち、ガラス材料またはガラスセラミック材料を通る貫通部の範囲内での第１の本質的に丸形、特に円形の断面を有する特に第１の断片と、第２の本質的に丸形ではない、特に本質的に長方形の断面を有する第２の断片とを有し、導体が一体で形成されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明による形態では、導体はそのバッテリーセル側の終端に既に、電気化学的セルのためのカソードまたはアノードとして役立つか、またはアノードまたはカソードと接合可能である断片を形成している。導体に、別の電極接合部品が例えば溶接によって装着される実施形態とは異なり、２個の部品を接合する必要がないので、作成の手間を最小化することができる。
【００２４】
第２の断片における本質的に長方形の断面によって、電気化学的セルを非常に簡単に、第２の断片の平坦部分に接続させることができる。ガラス付け範囲内での第１の断片の本質的に丸形の断面は、簡単で確実なガラス付け性をもたらし、このことによって、作成がかなり簡単になる。
【００２５】
好ましい一形態では、第２の断片は、少なくとも２つの屈曲部と、それに伴って２つの範囲を含む。このことによって、電極間の距離を、様々なバッテリーセルのために容易に調節することができる。特に第２の断片は、電気化学的セルのアノードおよび／またはカソードと接合可能である範囲と、さらなる範囲とを含む。さらなる範囲を用いることで、バッテリーセル内での電極間の距離を、それぞれのバッテリーセルに容易に適合させることができる。
【００２６】
バッテリーセルの内部空間において場所を節約するために、本発明の進化した実施形態では、第２の断片のさらなる範囲は本質的に水平に延びていて、第１の断片に対して、かつ／または電気化学的セルのアノードおよび／またはカソードと接合可能である範囲に対しては垂直に延びていることが企図されている。
【００２７】
電流伝導の際の抵抗損と、それに伴うバッテリーセルの高すぎる熱負荷を回避するために、第１の断片の第１の断面が、第２の断片の第２の断面と本質的に同じ大きさであることが企図されている。
【００２８】
導体のねじれを、特に第２の断片の範囲で回避するために、第２の断片が、補強部、特にＵ型異形材（Ｕ−Ｐｒｏｆｉｌ）を好ましくは第２の断片のさらなる範囲内に含むことが企図されている。
【００２９】
貫通部の一実施形態では、導体がその中にガラス付けされる追加の支持体によって、導体をハウジング部分に貫通させる。その種の形態によって、貫通部を予め作成すること、即ち、導体を支持体中にガラス付けし、続いて、ハウジング部分に、特にバッテリーセルに組み込むことが可能である。その場合、支持体を貫通部のそれぞれの製造技術および形態ならびにハウジング部分の製造技術および形態に最適に適合させることができる。特に、予め作成することによって、ハウジング部分に直接ガラス付けする場合よりもかなり小さい加熱装置を使用することができる。それというのも、ハウジング部分全体を例えばオーブン内で加熱しなくてすみ、かなり小さい寸法の支持体のみを加熱すればすむためである。さらに、支持体および導体、特に本質的にピン形の導体からなる貫通部を予め作成することが可能であるその種の形態、によって、ハウジング部分の開口部に貫通部を経費的に有利に導入することが、例えばワンステッププロセスで、例えばハウジング部分の冷間固定可能性を利用しながら可能となる。このことは具体的には、先ずハウジング部分に、例えばカバーに、開口部を例えば穴開けによって導入することを意味している。加熱されないので、そのハウジングは冷間固定されている。これに対して、ピン形の導体をガラス付けする際にガラス材料またはガラスセラミック材料と共に加熱されるので、支持体は軟らかい。この方法では、構造的に固定されているバッテリーセルハウジングを、特に貫通部の領域で生じさせ得ることが可能である。それというのも、例えばハウジング部分への直接ガラス付けとは異なり、ハウジング部分、特にカバー部分の冷間固定の損失が生じないためである。さらなる利点は、ハウジング部分の材料強度を、ガラス付けを行う支持体よりもかなり低く選択することができることである。例えば、ハウジング部分の材料厚さは１．５ｍｍ以下であってよく、これに対して、支持体は強度の理由から、２．０ｍｍ、特に３．０ｍｍ以上の厚さを含む。ハウジングまたはハウジング部分の材料厚は好ましくは、１ｍｍから３ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍから３ｍｍである。支持体の厚さは、２ｍｍから６ｍｍ、好ましくは２．５ｍｍから５ｍｍである。その場合、支持体の厚さは常に、貫通部が取り付けられるハウジングまたはハウジング部分、特にバッテリーカバーの材料厚に合わせて選択する。支持体中にガラス付けし、続いて、支持体をハウジング部分の開口部に取り付ける代わりに、直接ガラス付けも可能であろう。これは、構造空間の損失が最小化されるべき場合に有利である。その場合にはもちろん、ハウジングおよび／またはガラス材料についての材料選択は限られる。支持体を使用する場合には有利に、支持体およびハウジング部分のための材料を、特に材料品質および合金の選択について別々に選択することができる。貫通部を支持体と共にハウジング部分に気密に、溶接、はんだ付け、押し込み、フランジ付け（Ｅｉｎｂｏｅｒｄｅｌｎ）または収縮によって接合することができる。貫通部をハウジング部品に例えば溶接によって接合する場合には、ガラス材料またはガラスセラミック材料の損傷を回避するために、温度供給を可能な限り低くするように注意する。本出願において、直接ガラス付けについても、支持体中へのガラス付けについても、気密とは、１×１０８ｍｂａｒ  ｌ／秒未満のヘリウム漏出速度を意味する。多段階プロセスで、貫通部のためにプラスチック密閉を用意しなければならない従来技術とは異なり、本発明による貫通部品とハウジング部分との気密接合は唯一の簡単な方法ステップで生じさせることができる。
【００３０】
さらに、支持体の選択は、辺縁形成部に関すること、さらに材料硬度に関すること、特にはハウジングの密閉方法に関することでも、ハウジング部分の材料も考慮して行うことができる。バッテリーセルのハウジングが例えばアルミニウムからなる場合、支持体のための材料として同様に、アルミニウムを選択することができる。
【００３１】
さらに、ハウジングのハウジング部分への貫通に加えて、バッテリーセルにさらに他の機能、例えば安全弁および／またはバッテリー装入口を導入することが可能である。
【００３２】
本発明の第１の形態では、ハウジング部分および／または支持体、好ましくは本質的にリング形の支持体は、材料として金属、特にチタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金、アルミニウム合金、アルミニウム、ＡｌＳｉＣなどの軽金属、しかし他にも鋼、ステンレス鋼または特殊鋼を含むと、特に好ましい。チタン合金として例えば、Ｔｉ６２４６および／またはＴｉ６２４２を使用することができる。チタンは、身体相容性な材料であるので、医学的用途のために、例えばプロテーゼで使用されている。同様に、特殊な強度、耐久性および僅かな重量に基づき、レースなどの特殊な用途で、しかし他にも航空および宇宙での用途のために好んで使用されている。
【００３３】
支持体および／またはハウジング部分のために、後で熱処理が企図されている高合金工具鋼を使用することもできる。特殊鋼として使用可能であるのは、例えばＸ１２ＣｒＭｏＳ１７、Ｘ５ＣｒＮｉ１８１０、ＸＣｒＮｉＳ１８９、Ｘ２ＣｒＮｉ１９１１、Ｘ１２ＣｒＮｉ１７７、Ｘ５ＣｒＮｉＭｏ１７−１２−２、Ｘ６ＣｒＮｉＭｏＴｉ１７−１２−２、Ｘ６ＣｒＮｉＴｉ１８１０およびＸ１５ＣｒＮｉＳｉ２５−２０、Ｘ１０ＣｒＮｉ１８０８、Ｘ２ＣｒＮｉＭｏ１７−１２−２、Ｘ６ＣｒＮｉＭｏＴｉ１７−１２−２である。特に良好な溶接性をレーザー溶接の際にも抵抗溶接の際にも提供することができるように、支持体および／またはハウジング部分、特にバッテリーセルハウジングのための材料として、特に特殊鋼、特にＥｕｒｏ−Ｎｏｒｍ（ＥＮ）による材料番号（ＷＮｒ．）１．４３０１、１．４３０２、１．４３０３、１．４３０４、１．４３０５、１．４３０６、１．４３０７を有するＣｒ−Ｎｉ鋼を使用する。標準鋼として、Ｓｔ３５、Ｓｔ３７またはＳｔ３８を使用することができる。
【００３４】
ピン形の導体のために、ピン形の導体が電気化学的セルまたはバッテリーセルのカソードに接続される場合には、特に銅（Ｃｕ）または銅合金が使用され、導体、特にピン形の導体がアノードに接続される場合には、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金が使用される。ピン形の導体のための他の材料は、マグネシウム、マグネシウム合金、銅合金、ＣｕＳｉＣ、ＡｌＳｉＣ、ＮｉＦｅ、銅芯、即ち、銅内部を有するＮｉＦｅジャケット、銀、銀合金、金、金合金およびコバルト−鉄−合金であり得る。
【００３５】
特に導体のためのアルミニウムまたはアルミニウム合金として、以下が該当する：
ＥＮ  ＡＷ−１０５０  Ａ
ＥＮ  ＡＷ−１３５０
ＥＮ  ＡＷ−２０１４
ＥＮ  ＡＷ−３００３
ＥＮ  ＡＷ−４０３２
ＥＮ  ＡＷ−５０１９
ＥＮ  ＡＷ−５０５６
ＥＮ  ＡＷ−５０８３
ＥＮ  ＡＷ−５５５６Ａ
ＥＮ  ＡＷ−６０６０
ＥＮ  ＡＷ−６０６１
【００３６】
特に導体のための銅として、以下が該当する：
Ｃｕ−ＰＨＣ  ２．００７０
Ｃｕ−ＯＦ    ２．００７０
Ｃｕ−ＥＴＰ  ２．００６５
Ｃｕ−ＨＣＰ  ２．００７０
Ｃｕ−ＤＨＰ  ２．００９０
【００３７】
本出願では、軽金属とは、５．０ｋｇ／ｄｍ３未満の比重量を有する金属と理解される。特に軽金属の比重量は、１．０ｋｇ／ｄｍ３から３．０ｋｇ／ｄｍ３の範囲である。
【００３８】
加えて、軽金属が導体、例えばピン形の導体または電極接合部品のための材料として使用される場合、その軽金属はさらになお、５×１０−６Ｓ／ｍ〜５０×１０−６Ｓ／ｍの範囲の比導電率を特徴とする。加圧ガラス貫通部（Ｄｒｕｃｋｇｌａｓｄｕｒｃｈｆｕｅｈｒｕｎｇ）で使用される場合にはさらに加えて、２０℃〜３００℃の範囲での膨張係数αは、１８×１０−６／Ｋ〜３０×１０−６／Ｋの範囲である。
【００３９】
一般に、軽金属は、３５０℃〜８００℃の範囲の溶融温度を有する。
【００４０】
好ましくは、支持体はリング形の支持体として、好ましくは円形形態で、しかし他にも楕円形態で構成されている。貫通部品がその開口部に導入されているハウジング部分、特にバッテリーセルのカバーが狭く長い形態を有し、かつ導体と一緒にハウジング部分を開口部で貫通しているガラス材料またはガラスセラミック材料が、支持体と導体との間に完全に導入されている場合に、楕円形態は特に好ましい。そのような形態は、本質的にピン形の導体および本質的にリング形の支持体からなる貫通部を予め作成することを可能にする。
【００４１】
好ましくは、一形態では、ガラス材料またはガラスセラミック材料として、支持体および／または本質的に導体の溶融温度よりも低い融解温度を有するような材料を選択する。特に好ましいのはこの場合、低い融解温度を有するガラス組成物またはガラスセラミック組成物、好ましくは以下の成分を含む組成物である：
Ｐ２Ｏ５      ３５〜５０ｍｏｌ％、特に３９〜４８ｍｏｌ％、
Ａｌ２Ｏ３    ０〜１４ｍｏｌ％、特に２〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ２Ｏ３      ２から１０ｍｏｌ％、特に４〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ２Ｏ      ０〜３０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、
Ｍ２Ｏ        ０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜２０ｍｏｌ％（ここで、Ｍ＝Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂであってよい）、
ＰｂＯ        ０〜１０ｍｏｌ％、特に０〜９ｍｏｌ％、
Ｌｉ２Ｏ      ０〜４５ｍｏｌ％、特に０〜４０ｍｏｌ％、好ましくは１７〜４０ｍｏｌ％、
ＢａＯ        ０〜２０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、好ましくは５〜２０ｍｏｌ％、
Ｂｉ２Ｏ３    ０〜１０ｍｏｌ％、特に１〜５ｍｏｌ％、好ましくは２〜５ｍｏｌ％。
【００４２】
特に好ましいのは、以下の成分を含む組成物である：
Ｐ２Ｏ５      ３８〜５０ｍｏｌ％、特に３９〜４８ｍｏｌ％、
Ａｌ２Ｏ３    ３〜１４ｍｏｌ％、特に２〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ２Ｏ３      ４〜１０ｍｏｌ％、特に４〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ２Ｏ      １０〜３０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、
Ｋ２Ｏ        １０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜１９ｍｏｌ％、
ＰｂＯ        ０〜１０ｍｏｌ％、特に０〜９ｍｏｌ％。
【００４３】
前述のガラス組成物は、低い溶融温度および低いＴｇにおいて優れているだけでなく、バッテリー電解質に対して、十分に高い耐久性を有し、かつその点において、必要な長期耐久性を保証することにおいて優れている。
【００４４】
好ましいものとして示されているガラス材料は、公知のアルカリリン酸塩ガラスよりもかなり低い全アルカリ含有率を有する安定なリン酸塩ガラスである。
【００４５】
リン酸塩ガラスの通常は高い結晶安定性によって、通常＜６００℃の温度でもガラスの溶融は妨げられないことが保証されている。このことによって、ガラス組成物の溶融が通常＜６００℃の温度でも妨げられないので、示されているガラス組成物をガラスはんだとして使用することができるようになる。
【００４６】
前記のガラス組成物は、ガラス構造に組み込まれているＬｉを有する。このことによって、そのガラス組成物は特に、炭酸エチレンおよび炭酸ジメチルからなる１：１混合物を含むＬｉ、例えば１ＭのＬｉＰＦ６溶液をベースとする電解質を含むＬｉイオン蓄電池装置に適している。
【００４７】
特に好ましいのは、ナトリウムが少ないか、またはナトリウム不含のガラス組成である。それというのも、アルカリイオンの拡散はＮａ＋＞Ｋ＋＞Ｃｓ＋の順番で生じ、したがって、ナトリウムが少ないか、ナトリウム不含のガラスは、電解質、特にＬｉイオン蓄電池装置で使用されるようなものに対して特に耐久性があるためである。
【００４８】
さらに、その種のガラス組成物は、２０℃〜３００℃の範囲で＞１４×１０−６／Ｋ、特に１５×１０−６／Ｋ〜２５×１０−６／Ｋの範囲の熱膨張率αを示す。前記で示されているガラス組成物のさらなる利点は、囲んでいる、特にはピンの形態の導体の軽金属または金属と共に、ガラスを保護ガス雰囲気ではないガス雰囲気下でも融解させることができることにある。従来の方法とは異なり、Ａｌ融解のために真空も必要ない。むしろ、その種の融解を空気下でも行うことができる。両方の種類の融解のために、保護ガスとしてＮ２またはＡｒを利用することができる。融解のための前処理として、所定に酸化またはコーティングが必要な場合には金属、特に軽金属を清浄化し、かつ／またはエッチングする。プロセスの間、３００℃〜６００℃の間の温度を０．１〜３０Ｃ／分の加熱速度および１〜６０分の保持時間で使用する。
【００４９】
融解温度は例えば、半球温度（Ｈａｌｂｋｕｇｅｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ）を介して、その開示全体が本出願に組み込まれるＲ．Ｇｏｅｒｋｅ、Ｋ．−Ｊ．Ｌｅｅｒｓ：Ｋｅｒａｍ．Ｚ．４８（１９９６年）３００〜３０５に、またはＤＩＮ  ５１７３０、ＩＳＯ５４０またはＣＥＮ／ＴＳ  １５４０４および１５３７０−１に記載されているとおりに決定することができる。半球温度の測定は、その開示全体が本出願に組み込まれるドイツ特許第１０  ２００９  ０１１  １８２（Ａ１）号に詳細に記載されている。ドイツ特許第１０  ２００９  ０１１  １８２（Ａ１）号によると、半球温度は、加熱載物台顕微鏡を用いる顕微鏡法で決定することができる。それらは、元の円柱状試験片がまとまって溶融して半球形状の塊になる温度を示す。対応する専門文献から推論することができるように、半球温度を、約ｌｏｇ  η＝４．６ｄＰａｓの粘度と関連させることができる。結晶不含のガラスを例えばガラス粉末の形態で溶融させ、再び冷却して凝固させると、通常、同じ溶融温度で、再び溶融させることができる。このことは、結晶不含のガラスでの接合では、接合が長時間さらされ得る運転温度が融解温度以下でなければならないことを意味している。本発明で使用されるようなガラス組成物は一般に多くの場合に、溶融されて、熱作用下で接合すべき部品との接合を生じるガラス粉末から製造される。融解温度または溶融温度は通常、ガラスのいわゆる半球温度の高さにほぼ対応する。低い融解温度または溶融温度を有するガラスは、ガラスはんだとも称される。そのような場合には、融解温度または溶融温度の代わりに、はんだ温度またははんだ付け温度が述べられる。融解温度またははんだ温度は、半球温度から±２０Ｃほど偏差し得る。
【００５０】
バッテリーハウジングまたはバッテリーセルハウジングのハウジング部分が外側および内側を有し、貫通部の支持体がハウジング部分の内側または外側と、特には例えばフランジ付け（Ｂｏｅｒｄｅｌｎ）、溶接、押し込み、はんだ付けまたは収縮によって接合されていると、特に好ましい。
【００５１】
このために、支持体が突出部を有し、支持体の一部が、ハウジング部分の開口部にかみ合い、支持体の他の部分は、開口部上に突出していて、ハウジング部分の内側または外側の上に載っているか、またはそこで、ハウジング部分と接合することができるようになっていると、特に好ましい。
【００５２】
貫通部の他に、本発明は他にも、特に電気的蓄電池装置、特にバッテリーセルのためのハウジングを提供する。そのハウジングは、少なくとも１つの開口部を備えた少なくとも１つのハウジング部分を含み、ハウジング部分の開口部が、支持体中にガラス付けされている少なくとも１つのピン形の導体を有する本発明による貫通部を収容していることを特徴としている。
【００５３】
特に好ましくは、そのハウジングを利用するバッテリーセルは、リチウムイオンバッテリーのためのバッテリーセルである。
【００５４】
さらに、本発明は、少なくとも１つの本質的にピン形の導体を有する貫通部を製造する方法を提供し、その方法は：
導体が２つの断片、即ち、本質的に丸形、特に円形の断面を有する第１の断片と、本質的に丸形ではない、特に長方形の断面を有する第２の断片とを有するように、本質的にピン形であってよく、必ずしもではないが好ましくは丸形、特に円形の断面を有する導体を変形させるステップと、
導体、特に本質的にピン形の導体を、第１の断片においてガラス材料またはガラスセラミック材料中にガラス付けして、ハウジング、特にバッテリーセルハウジングのハウジング部分のための貫通部を生じさせるステップとを含む。
【００５５】
ハウジング部分の開口部に取り付ける前に、導体を支持体にガラス付けし、引き続き、その支持体を、ガラス付けされた導体と共にハウジング部分の開口部に導入すると、特に有利である。その種の処置の利点は、既に詳述している。
【００５６】
その他に、直接ガラス付けも可能である。即ち、ガラス付けを、ハウジングのカバー部分に直接行うが、このことは特に、構造空間の見地から有利である。
【００５７】
電極間の距離を調節することができるように、導体の第２の断片が２つの屈曲部を有するよう、導体を変形させることが企図されている。
【００５８】
電気化学的セルのアノードおよび／またはカソードとして役立ち得るか、またはアノードおよび／またはカソードと接合可能である範囲と、本質的に水平に延びていて、第１の断片に対して、かつ／またはアノードおよび／またはカソードと接合可能である範囲に対しては垂直に延びているさらなる範囲とを含むように、導体の第２の断片を変形させると、電極間の距離を種々のバッテリーセルに特に容易に適合させることができる。
【００５９】
その他に、貫通部を支持体と共にハウジング部品に導入する方法が示されており、その方法は、支持体およびその中にガラス付けされている導体、特にピン形の導体を備えている貫通部の場合に、支持体をハウジング部品と、溶接、好ましくはレーザービーム溶接、電子ビーム溶接、超音波溶接、抵抗溶接によって、かつ別法でははんだ付け、収縮、押し込みまたはフランジ付けによって接合することを特徴とする。
【００６０】
以下では、本発明を実施例および図面によって詳細に記載するが、その際、本発明がそれらに限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１ａ】ハウジング部分内の、金属ピンとフランジリングとして形成されている支持体とを備えている貫通部の第１の形態の例を示す図である。
【図１ｂ】ハウジング部分内の、金属ピンとフランジリングとして形成されている支持体とを備えている貫通部の第１の形態の例を示す図である。
【図２ａ】溶接リングとして形成されている支持体を備えている貫通部の第２の形態の例を示す図である。
【図２ｂ】溶接リングとして形成されている支持体を備えている貫通部の第２の形態の例を示す図である。
【図３】支持体がレーザー溶接、はんだ付け、収縮または電子溶接によって開口部の範囲でハウジング部分と接合されている貫通の第３の実施形態の例を示す図である。
【図４ａ】ハウジング部分の開口部に取り付けられる支持体として円錐形のリングを備えている貫通部の第４の実施形態の例を示す図である。
【図４ｂ】ハウジング部分の開口部に取り付けられる支持体として円錐形のリングを備えている貫通部の第４の実施形態の例を示す図である。
【図４ｃ】ハウジング部分の開口部に取り付けられる支持体として円錐形のリングを備えている貫通部の第４の実施形態の例を示す図である。
【図５ａ】熱バリアおよび機械的免荷を備えた貫通部の例を示す図である。
【図５ｂ】熱バリアおよび機械的免荷を備えた貫通部の例を示す図である。
【図６ａ】熱バリアおよび機械的免荷を備えた貫通部の例を示す図である。
【図６ｂ】熱バリアおよび機械的免荷を備えた貫通部の例を示す図である。
【図７ａ】第１の形態における２つの部分からなる形態での、バッテリーセルハウジングと、貫通部品を有する貫通部とを電極接合部品と共に備えているバッテリーセルを示す図である。
【図７ｂ】第１の形態における２つの部分からなる形態での、バッテリーセルハウジングと、貫通部品を有する貫通部とを電極接合部品と共に備えているバッテリーセルを示す図である。
【図８ａ】第２の形態における２つの部分からなる形態での、バッテリーセルハウジングと、貫通部品を有する貫通部とを電極接合部品と共に備えているバッテリーセルを示す図である。
【図８ｂ】第２の形態における２つの部分からなる形態での、バッテリーセルハウジングと、貫通部品を有する貫通部とを電極接合部品と共に備えているバッテリーセルを示す図である。
【図９ａ】第１から第３の形態における単一の部分からなる実施形態での、本発明による貫通部品を備えた貫通部を備えているバッテリーセルのバッテリーセルハウジングのためのカバー部分を示す図である。
【図９ｂ】第１から第３の形態における単一の部分からなる実施形態での、本発明による貫通部品を備えた貫通部を備えているバッテリーセルのバッテリーセルハウジングのためのカバー部分を示す図である。
【図９ｃ】第１から第３の形態における単一の部分からなる実施形態での、本発明による貫通部品を備えた貫通部を備えているバッテリーセルのバッテリーセルハウジングのためのカバー部分を示す図である。
【図１０ａ】第４の形態における単一部分からなる実施形態での、導体がカバー部分の開口部に直接ガラス付けされている貫通部を備えているバッテリーセルのバッテリーセルハウジングのためのカバー部分を示す図である。
【図１０ｂ】第４の形態における単一部分からなる実施形態での、導体がカバー部分の開口部に直接ガラス付けされている貫通部を備えているバッテリーセルのバッテリーセルハウジングのためのカバー部分を示す図である。
【図１０ｃ】第４の形態における単一部分からなる実施形態での、導体がカバー部分の開口部に直接ガラス付けされている貫通部を備えているバッテリーセルのバッテリーセルハウジングのためのカバー部分を示す図である。
【図１０ｄ】図１０ａ〜１０ｃによる貫通部の導体の詳細図である。
【図１０ｅ】図１０ａ〜１０ｃによる貫通部の導体の詳細図である。
【図１１ａ】第５の形態における単一部分からなる実施での、導体がカバー部分の開口部に直接ガラス付けされている貫通部を備えているバッテリーセルのバッテリーセルハウジングのためのカバー部分を示す図である。
【図１１ｂ】第５の形態における単一部分からなる実施での、導体がカバー部分の開口部に直接ガラス付けされている貫通部を備えているバッテリーセルのバッテリーセルハウジングのためのカバー部分を示す図である。
【図１１ｃ】第５の形態における単一部分からなる実施での、導体がカバー部分の開口部に直接ガラス付けされている貫通部を備えているバッテリーセルのバッテリーセルハウジングのためのカバー部分を示す図である。
【図１１ｄ】図１１ａ〜１１ｃによる実施の導体の詳細図である。
【図１１ｅ】図１１ａ〜１１ｃによる実施の導体の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
図１ａ〜６ｂには、導体、特にピン形の導体がその中にガラス付けされている支持体を含む貫通部のための例が示されている。支持体を有する貫通部は、本発明のための例示であって、必須ではない。もちろん、例えば図１０ａ〜１１ｅで示されているとおり、直接ガラス付けも可能であろう。図１ａ〜６ｂには、ガラス付けの範囲内の導体しか示されていない。単一部分からなる形態において、２つの断片を有する本発明による導体については、図９ａから１１ｅが参照される。
【００６３】
図１ａには、ハウジング、好ましくは蓄電池用のハウジング、特に例えば図７ａ〜１１ｃによるリチウムイオンバッテリー用のバッテリーセルのハウジング部分５を通る貫通部３が示されている。
【００６４】
ハウジング部分５は、ハウジング部分に設けられている開口部７を含む。開口部７には、導体の一断片、特に本質的にピン形の導体１１が収容される支持体、特に本質的にリング形の支持体９を含む本発明による貫通部が導入されている。示されている実施形態では、本質的にリング形の支持体９に、導体の断片、特に本質的に丸形、特に円形の断面を有する第１の断片がガラス付けされている。支持体およびそれに加えて開口部７を通る導体、特に本質的にピン形の導体１１の気密な貫通部を提供するために、本質的にピン形の導体１１の断片は、ガラス材料またはガラスセラミック材料からなるガラス栓中に融解封入されている。即ち、支持体９および本質的にピン形の導体１１は、ガラス１３と合体されている。例えば支持体、ピン形の導体およびガラス材料のために異なる膨張係数αを有する材料を使用する場合、いわゆる加圧ガラス貫通部（Ｄｒｕｃｋｇｌａｓｄｕｒｃｈｆｕｅｈｒｕｎｇ）を提供することができる。加圧ガラス貫通部の利点は、ガラス栓への高負荷下でも、例えば、圧力負荷の場合にも、ガラス栓が金属ピント共に支持体から圧出することが回避されることにある。好ましくは、ガラス材料またはガラスセラミック材料の融解温度は、支持体９および／またはピン形の導体の材料の溶融温度を２０Ｃ〜１００Ｃ下回ることが企図されている。支持体９が低温で融解する金属、特に軽金属、好ましくはアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金またはＡｌＳｉＣ、チタン、チタン合金、しかし他にも鋼、ステンレス鋼または特殊鋼からなる場合、好ましくは、導体が貫通するガラス材料として、以下の成分を以下のｍｏｌ％で含むガラス材料を使用する：
Ｐ２Ｏ５      ３５〜５０ｍｏｌ％、特に３９〜４８ｍｏｌ％、
Ａｌ２Ｏ３    ０〜１４ｍｏｌ％、特に２〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ２Ｏ３      ２〜１０ｍｏｌ％、特に４〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ２Ｏ      ０〜３０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、
Ｍ２Ｏ        ０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜２０ｍｏｌ％（ここで、Ｍ＝Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂであってよい）、
ＰｂＯ        ０〜１０ｍｏｌ％、特に０〜９ｍｏｌ％、さらに特に好ましくはＰｂＯ０ｍｏｌ％
Ｌｉ２Ｏ      ０〜４５ｍｏｌ％、特に０〜４０ｍｏｌ％、好ましくは１７〜４０ｍｏｌ％、
ＢａＯ        ０〜２０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、好ましくは５〜２０ｍｏｌ％、
Ｂｉ２Ｏ３    ０〜１０ｍｏｌ％、特に１〜５ｍｏｌ％、好ましくは２〜５ｍｏｌ％。
【００６５】
特に好ましい実施形態では、ガラス組成物は、以下の成分を以下のｍｏｌ％で含む：
Ｐ２Ｏ５      ３８〜５０ｍｏｌ％、特に３９〜４８ｍｏｌ％、
Ａｌ２Ｏ３    ３〜１４ｍｏｌ％、特に４〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ２Ｏ３      ４〜１０ｍｏｌ％、特に４〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ２Ｏ      １０〜３０ｍｏｌ％、特に１４〜２０ｍｏｌ％、
Ｋ２Ｏ        １０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜１９ｍｏｌ％、
ＰｂＯ        ０〜１０ｍｏｌ％、特に０〜９ｍｏｌ％、さらに特に好ましくはＰｂＯ０ｍｏｌ％。
【００６６】
好ましい実施形態では、ガラス組成物は、少なくともＬｉ２Ｏ１７ｍｏｌ％および最高Ｌｉ２Ｏ３５ｍｏｌ％を含む。その種のガラス組成物は、Ｌｉを含有する電解質に対して十分に耐性があり、さらに、十分な結晶化安定性を有し、そのことによって、通常＜６００℃の温度でもガラスの溶融は妨げられない。
【００６７】
特に好ましいガラス組成物では、これは、Ｂｉ２Ｏ３４〜８ｍｏｌ％を含む。Ｂｉ２Ｏ３は特に、環境に有害なＰｂＯの代わりとなり得る。さらに、Ｂｉ２Ｏ３を加えることによって、耐水性をかなり高めることができる。特に、僅かＢｉ２Ｏ３１ｍｏｌ％を添加するだけで既に、本質的に同じアルカリ含有率を有するアルカリリン酸塩ガラス組成物を驚くべきことに、Ｂｉ２Ｏ３が不純物に至るまで存在しないアルカリリン酸塩ガラス組成物よりも約１０倍耐水性にすることができる。この効果は、当業者には意外であった。
【００６８】
環境の理由から、不純物に至るまでＰｂを含有しない、即ち、ＰｂＯが０ｍｏｌ％であるガラスが特に好ましい。不純物に至るまでＰｂを含有しないとは、本出願においては、先に説明したとおり、ガラスが、鉛＜１００ｐｐｍ、好ましくは＜１０ｐｐｍ、特に好ましくは＜１ｐｐｍの量を含むことを意味する。
【００６９】
以下に、８種の実施例を表１中に、上記で挙げたガラス組成物について示す。
【００７０】
【表１】
2014522553.tif 000002
【００７１】
上記の特殊なガラス組成物は、ガラス材料が、２０℃〜３００℃の温度で＞１５×１０−６／Ｋの範囲、好ましくは１５×１０−６／Ｋ〜２５×１０−６／Ｋの範囲であり、したがってガラス材料を貫通する本質的にピン形の導体１１のためのアルミニウムなどの軽金属、しかし他にも同様の金属、即ち例えば銅の熱膨張率の範囲である非常に高い熱膨張率を有することを特徴とする。例えば、室温ではアルミニウムは熱膨張率α＝２３×１０−６／Ｋ、銅は１６．５×１０−６／Ｋを有する。ガラス付けの際に支持体の軽金属および場合によってはさらに金属ピンが溶融するかまたは変形することを防ぐために、ガラス材料の溶融温度は、支持体および／または導体の材料の溶融温度未満である。前記のガラス組成物の融解温度は、２５０℃〜６５０℃の範囲である。開口部７に貫通部を取り付ける前に本質的にピン形の導体１１を支持体９にガラス付けすることは、ガラスを導体、特にピン形の導体と共に、ガラスの融解温度まで加温して、ガラス材料を軟化させ、開口部で導体、特にピン形の導体を包囲し、支持体９に密着させるようにすることによって達成される。上記のとおり、例えばアルミニウムを、支持体９のための溶融点Ｔ溶融＝６６０．３２℃の軽金属として使用する場合、ガラス材料の融解温度は上記のとおり、好ましくは３５０℃〜６４０℃の範囲である。好ましくは、ピン形の導体１１の材料は、支持体の材料と同じである。このことは、支持体および金属ピンの膨張係数が同じであるという利点を有する。ピン形の導体は材料として、アルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、銅、銅合金、ＣｕＳｉＣ合金またはＮｉＦｅ合金、銅芯、即ち、銅内部を有するＮｉＦｅジャケットまたはＣＦ２５、即ち、コバルト−鉄合金、銀、銀合金、金または金合金を含んでよい。ガラス材料またはガラスセラミック材料の２０℃〜３００℃の範囲での膨張係数αが、支持体の材料と完全には一致しない場合に、加圧ガラス貫通部が生じる。他の場合には、いわゆる適合している貫通部である。
【００７２】
不純物に至るまで鉛を含有しない実施例のガラス組成物ＡＢ１、ＡＢ２、ＡＢ３、ＡＢ４、ＡＢ５、ＡＢ７およびＡＢ８が、特に好ましい。
【００７３】
支持体のための材料として好ましくは、アルミニウム（Ａｌ）、ＡｌＳｉＣ、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金などの軽金属を使用する。支持体のための別の材料は、鋼、ステンレス鋼、特殊鋼または工具鋼などの金属である。
【００７４】
ガラスまたはガラスセラミックの融解温度とは、ガラス材料が軟化し、ガラス材料と接合されるべき金属と密に密着して、ガラスまたはガラスセラミックと金属との間に接合が得られるガラスまたはガラスセラミックの温度と理解される。
【００７５】
融解温度は例えば、半球温度を介して、その開示全体が本出願に組み込まれるＲ．Ｇｏｅｒｋｅ、Ｋ．−Ｊ．Ｌｅｅｒｓ：Ｋｅｒａｍ．Ｚ．４８（１９９６年）３００〜３０５に、またはＤＩＮ  ５１７３０、ＩＳＯ５４０またはＣＥＮ／ＴＳ  １５４０４および１５３７０−１に記載されているとおりに決定することができる。半球温度の測定は、その開示全体が本出願に組み込まれるドイツ特許第１０  ２００９  ０１１  １８２（Ａ１）号に詳細に説明されている。
【００７６】
ドイツ特許第１０  ２００９  ０１１  １８２（Ａ１）号から公知となっているガラスはんだは、例えば燃料セルでの高温用途に関する。
【００７７】
上記で述べたリン酸塩ガラス組成物は、４５ｍｏｌ％まで、特には３５ｍｏｌ％までのＬｉ含有率を有する。意外にも、これらのガラス組成物は、結晶化安定性を有する。即ち、後続の焼結ステップにおいて、障害となる結晶化を示さず、特に、重大ではない３５ｍｏｌ％未満の結晶化を示す。
【００７８】
前記で挙げられたガラス組成物は、ガラス構造に組み込まれているＬｉを有する。このことによって、そのガラス組成は特に、炭酸エチレンおよび炭酸ジメチルからなる１：１混合物を含むＬｉ、例えば１ＭのＬｉＰＦ６溶液をベースとする電解質を含むＬｉイオン蓄電池装置に適している。
【００７９】
特に好ましいのは、ナトリウムが少ないか、またはナトリウム不含のガラス組成である。それというのも、アルカリイオンの拡散はＮａ＋＞Ｋ＋＞Ｃｓ＋の順番で生じ、したがって、ナトリウムが少ないか、ナトリウム不含のガラスは、電解質、特にＬｉイオン蓄電池装置で使用されるようなものに対して特に耐久性があるためである。
【００８０】
前述のガラス組成物は、＞１４×１０−６／Ｋ、特に１５×１０−６／Ｋ〜２５×１０−６／Ｋの熱膨張率α（２０℃〜３００℃）を有する。前記で示されているガラス組成物のさらなる利点は、ガラスを、囲んでいる特には金属ピンの形態の導体の軽金属または金属と共に、保護ガス雰囲気ではないガス雰囲気下でも融解させることができることにある。従来の方法とは異なり、Ａｌ融解のために真空も必要ない。むしろ、その種の融解を空気下でも行うことができる。両方の種類の融解のために、保護ガスとしてＮ２またはＡｒを利用することができる。融解のための前処理として、所定に酸化またはコーティングが必要な場合には金属、特に軽金属を清浄化し、かつ／またはエッチングする。プロセスの間、３００℃〜６００℃の間の温度を０．１〜３０Ｃ／分の加熱速度および１〜６０分の保持時間で使用する。
【００８１】
さらに、図１ａおよび１ｂに図示されているとおり、ハウジング、バッテリーまたはバッテリーセルのハウジング部分５はこの場合、電極を貫通させるための開口部を有するバッテリーカバーである。バッテリーカバーまたはハウジング部分も同様に好ましくは、アルミニウムから製造されている。しかし、バッテリーカバーまたはハウジング部分のための材料として、アルミニウム合金、マグネシウムおよびマグネシウム合金、ＡｌＳｉＣ、チタン、チタン合金、しかし他にも鋼、ステンレス鋼または特殊鋼も該当する。ハウジング部分は、外側２０．１および内側２０．２を有する。外側は、バッテリーセルから外側へと伸びていることを特徴とし、内側は、例えばリチウムイオン蓄電池の場合にはバッテリーセルの電解質へと伸びていることを特徴とする。バッテリーセルおよび貫通部を備えているハウジング全体が、図７ａ〜１１ｃに示されており、そこで詳細に説明されている。
【００８２】
リチウムイオンバッテリーの場合、電解質として典型的には、非水性電解質、典型的には炭酸エステルから、特に炭酸エステル混合物、例えば炭酸エチレンおよび炭酸ジメチルからなる混合物からなる非水性電解質が使用されており、その場合、腐食性で非水性のバッテリー電解質は、電導度塩、例えば電導度塩ＬｉＰＦ６を例えば１モル溶液の形態で有する。
【００８３】
第１の実施例では、支持体３は、突出部３０を有する。即ち、図１ａによる例においてハウジング部分の外側の上にあるリング形のボディの壁厚Ｗ１が、ハウジング部分の内側の範囲でのリング形の支持体９の厚さＷ１よりも厚く、そのことによって、支持体の配置部（Ａｎｌａｇｅ）３２がリング形のボディの外側上に生じる。リング形のボディ９はハウジング部分５と、配置部３２の範囲において、レーザービーム溶接、電子ビーム溶接、はんだ付け、開口部７への収縮および開口部７への押し込みおよびフランジ付けによって接合させることができる。
【００８４】
図１ｂには、図１ａと同様の貫通部の実施例が示されており、その際、同じ部品については同じ参照番号が使用されている。
【００８５】
ただしこの場合には、内側２０．２の範囲での幅Ｗ１は、外側２０．１の範囲での幅Ｗ２よりも大きい。
【００８６】
他の点では、図１ｂによる形態は図１ａと同一である。接合は、図１ａの場合と同様に、この場合はバッテリーカバーであるハウジング部分５と支持体３０との間で、例えば上記のとおり、レーザービーム溶接、電子ビーム溶接、はんだ付け、開口部７への収縮または押し込みによって行うことができる。
【００８７】
図１ａおよび１ｂによる支持体は本質的に、フランジリングであるが、図２ａから２ｂによる形態では、リング形の支持体１０９は、溶接リング１７０を有するリング形の支持体である。図１ａおよび１ｂにおけるものと同じ部品は、１００を加えた参照番号で示されている。本質的に、図２ａから２ｂによる形態は、図１ａから１ｂによる形態と同一である。溶接リング１７０を有するリング形の支持体１０９によって、支持体１０９をハウジング部分と、別の接合方法によって接合することができる。溶接リング１７０の範囲内でのリング形の支持体とハウジング部分との接合は、抵抗溶接または抵抗はんだ付けによって行うことができる。
【００８８】
図３は、支持体を有する貫通部のさらなる形態を示している。図１ａから１ｂおよび２ａから２ｂにおけるものと同じ部品は、図１ａおよび１ｂに対しては２００を、または図２ａから２ｂに対しては１００をそれぞれ加えた参照番号で示されている。
【００８９】
図１ａから１ｂおよび２ａから２ｂによる形態とは異なり、支持体は、ストッパー部（Ａｎｓｃｈｌａｇ）３２が形成されるような異なる幅Ｗ１およびＷ２を有さず、リング形の支持体の幅Ｗは、高さ全体にわたって同一である。高さ全体にわたって同じ幅を有するリング形の支持体２０９が、開口部２０７に導入される。ハウジング部分２０５と、リング形の支持体２０９ならびにガラス材料２１３および本質的にピン形の導体２１１の断片を含む貫通部２０３との接合は、開口部２０７に取り付け、続いて、開口部２０７の側壁２１９の範囲で接合することによって達成され、接合することによってではない。本発明は、レーザー溶接、はんだ付け、収縮、押し込みまたは電子溶接によって製造することができる。
【００９０】
図４ａ〜４ｃは、ハウジング部分３０５内の開口部３０７に導入されている貫通部の別の形態を示している。本質的にこれは、図３による形態に対応していて、その際、同じ部品については、１００を加えた参照番号が使用されている。しかし図３とは異なり、支持体３０９は、ハウジング部分内で円錐形に推移する開口部３０７に入れられる円錐形のリングとして形成されている。貫通部の間の接合はこの場合にも、円錐形の開口部３０７の側壁と円錐形の支持体３０９との間で、例えば溶接、はんだ付け、フランジ付け、収縮によって行う。しかし、本質的に円錐形に延びるリング形の支持体３０９を、ハウジング部分３０５内の円錐形の開口部３０７に押し込むことも可能である。円錐形の支持体は、図４ａ〜４ｃに示されている３つの形態を有し得る。図４ａでは、支持体は、ハウジング部分３０５に対する外側３９５で円錐形であり；図４ｂでは、外側３９５でもピン形の導体３１１に面する内側３９７でも円錐形であり、かつ図４ｃでは、内側３９７のみで円錐形である。開口部だけでなく支持体の円錐形の形態によって、ハウジング部分３０５の外側３２０．１方向への貫通部の相対移動が回避される。それというのも、円錐形の穿孔部および円錐形に形成された支持体はいわば、逆鉤として機能し、外側３２０．１方向への相対移動は、貫通部３０３の支持体３０９と開口部３０７の側壁との間にフォームクロージャー（Ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｓｓ）をもたらすためである。
【００９１】
図４ａ〜４ｃによる形態の利点は、高い負荷の下でも、例えば圧力負荷の貫通、即ち、金属ピン３１１を有する貫通部３０３が貫通開口部３０７から圧出することが確実に回避されることにある。開口部３０７を簡単な製造方法によって、例えば打ち抜きによって、ハウジング部分３０５内に導入すると、特に好ましい。
【００９２】
図５ａ〜６ｂには、支持体を通るピン形の導体の貫通部の実施形態が示されており、ハウジング部分、特にバッテリーカバー内の貫通部は、熱バリアおよび機械的免荷部と共に導入されている。
【００９３】
図５ａおよび５ｂには、機械的免荷のための、かつ熱バリアとしての支持体および免荷装置を有する本発明による貫通部の第一の実施形態が示されている。
【００９４】
図１ａ〜４による実施形態とは異なり、図８ａおよび８ｂによる実施形態では、支持体８０９は、免荷装置として輪状ノッチ８５０を含む。この場合も、輪状ノッチ８５０を有する支持体８０９内で、本質的にピン形の導体８１１がガラス材料またはガラスセラミック材料８１３と合体している。
【００９５】
さらに、図５ａにおいて、ハウジング部分８０５は、本質的にバッテリーセルのカバーであることも分かる。本質的にピン形の導体がガラス付けされている支持体８０９からなる貫通部は、ハウジング部分８０５と範囲８７０において輪状に、例えば溶接、特にレーザー溶接によって接合されている。輪状ノッチ８５０は、一方では熱バリアであり、他方では、必要な弾性をもたらして、貫通部を特にガラス付け８１３の範囲で保護しているか、または免荷している。特に、輪状ノッチ８５０を導入することで、ガラス材料またはガラスセラミック材料に生じる機械的および熱負荷を低減することが達成される。このことによって、漏れをもたらし得る貫通部のガラス材料またはガラスセラミック材料中での亀裂形成をかなり低減することができる。
【００９６】
図５ｂによる形態はこの場合にも、支持体中に輪状ノッチ８５０を免荷装置として有する貫通部を示している。図５ａによる形態とは異なり、この場合、ハウジング部分８０５は、貫通部とハウジング部分８０５との間の接合範囲に８８０を有する。これは、図５ａによる実施形態よりも、さらに良好な機械的免荷をもたらす。さらに、支持体はその全厚Ｄにわたって、ハウジング部分８０５と接合されていてよく、このことによって、正確な溶接プロセスが可能となる。
【００９７】
図６ａおよび６ｂは、図５ａおよび５ｂとは別の実施形態を示しており、その際、図６ａおよび６ｂの場合にも、免荷および熱バリアが得られる。図５ａによる実施形態とは異なり、支持体はこの場合、輪状ノッチを免荷装置としては有さず、代わりに張り出し部（Ｕｅｂｅｒｓｔａｎｄ）９９０を有する。図５ａ〜５ｂにおけるものと同じ部品が、図５ａおよび５ｂに１００を加えた参照番号で示されている。したがって、ピン形の導体は９１１で示されており、ガラス材料およびガラスセラミック材料は９１３で示されている。貫通部とハウジング部分との間の接合範囲は、９７０で示されている。前記のとおりの図５ａの利点は、図６ａにも当てはまり、この場合は一緒に含まれる。
【００９８】
図６ｂは、図６ａとは別の実施形態を示している。本質的にリング形の支持体９０９の他にこの場合、カバー部分９０５は張り出し部９８０も有する。前記のとおりの図５ｂの利点は、図６ｂにも当てはまり、この場合は一緒に含まれる。
【００９９】
図７ａ〜８ｂには、貫通部が取り付けられているリチウムイオンバッテリー用の完全なバッテリーセルが示されており、この場合、電極接合部品は導体と接合されている、即ち、２つの部分からなる実施形態が存在し、この場合、本質的にピン形の導体を電極接合部品と接合させなければならず、このことは、図９ａ〜１１ｃに示されているとおり、導体が同時に本発明による電極接合部品である単一部分からなる形態では回避される。
【０１００】
図７ａ〜７ｂは、導体がヘッド部分を有さないバッテリーセルを示している。図８ａ〜８ｂは、導体がヘッド部分を有し、ハウジングおよびその中に組み込まれている貫通部を備えているバッテリーセルを示している。いずれの場合においても、電極接合部品は、導体、特に本質的にピン形の導体と、例えば溶接によって接合しなければならない別の部品である。これは費用がかかり、図７ａ〜７ｂで分かるとおり、特にバッテリーセル中に構造空間も必要とする。
【０１０１】
図７ａには、バッテリーセル１０００の基本的な構造が示されている。
【０１０２】
バッテリーセル１０００は、側壁１１１０およびカバー部分１１２０を備えたハウジング１１００を有する。ハウジング１１００のカバー部分１１２０には、開口部１１３０．１、１１３０．２が例えば打ち抜きによってはめ込まれている。開口部１１３０．１、１１３０．２の両方に、改めて貫通１１４０、１１４０．２が取り付けられている。
【０１０３】
図７ｂは、開口部１１３０．１およびその中に取り付けられている貫通部１１４０．１を備えたバッテリーカバー１１２０の一部が詳細に示している。
【０１０４】
貫通部１１４０．１は、ピン形の導体２００３および支持体２２００を含む。ヘッド部分を備えていないピン形の導体２００３は、支持体２２００内に、ガラス材料またはガラスセラミック材料２２８０でガラス付けされている。ピン形の導体２００３を、支持体２２００にガラスまたはガラスセラミック材料２２８０でガラス付けした後に、部品全体として、開口部１１３０．１に取り付けるが、例えばその際、好ましくはアルミニウムからなる貫通部の支持体２２００を、アルミニウムからなる冷間固定されたカバー部分１１２０と例えば溶接によって接合させる。ガラス付けに基づき、好ましくは支持体２２００のみが軟化されている。
【０１０５】
ピン形の導体には、抜き取り部（Ａｕｓｎｅｈｍｕｎｇ）２００２が設けられていて、そこに、電極接合部分２０２０が取り付けられている。電極接合部分は改めて、バッテリー１０００の電気化学的セル２００４のカソードとしてか、またはアノードとして役立つ。バッテリーセル１０００を囲むハウジング１１００はバッテリーセルハウジングと称される。したがって、電極接合部品および導体は、互いに接合されなければならない２つの別々の部品である。
【０１０６】
図７ａから分かるとおり、貫通部１１４０．１、１１４０．２の設計に基づき、ピン形の導体と、ピン形の導体の抜き取り部（Ａｕｓｎｅｈｍｕｎｇ）２００２に取り付けられ、電気化学的セル２００４に接合されている電極接合部品とは、電気化学的セル２００４とカバー１１２０との間に形成される比較的大きな構造空間２００６に関連している。
【０１０７】
バッテリーセルハウジング内の利用されない構造空間を最小限にするために、電極接合部品が例えば溶接によって接合されているヘッド部分を導体が含む、図８ａ〜８ｂによる２つの部分からなる実施形態を企図することができる。その種の形態によって、構造空間を得ることができるが、複数部分であることによって、依然として高い作成経費が生じる。
【０１０８】
図７ａおよび７ｂ中の同じ部品は、２０００を加えた参照番号で示されている。
【０１０９】
この場合も、バッテリーセルハウジング３１００のカバー３１２０の開口部３１３０．１、３１３０．２に、貫通３１４０．１、３１４０．２が取り付けられている。図７ａおよび７ｂによる貫通部の貫通部品とは異なり、ここでは貫通部品には、ピン形の導体３００３およびヘッド部分３００５が設けられている。ヘッド部分は突起部３０３０と、そのヘッド部分３００５の上に溶接、はんだ付けまたは前記された他の方法によって固く装着されている電極接合部品３０１０とを有する。電極接合部分は断片３１４０を有し、その際、その断片３１４０は、電気化学的セル４００４のためのカソードまたはアノードとして役立つ。図８ａ〜８ｂから分かるとおり、本発明による貫通部品の利点は明らかに分かるはずである。図８ａ〜８ｂに示されている貫通部の構造種によって、利用されないままのバッテリーセルハウジング内の構造空間は可能な限り僅かになる。
【０１１０】
図９ａ〜９ｃには、貫通部を備えているバッテリーハウジングの一部の本発明による形態が示されている。先行する図におけるものと同じ部品が、５０００を加えた参照番号で示されている。
【０１１１】
図９ａ〜９ｃに示されている実施例は、導体、本質的にピン形の導体７００３．１、７００３．２、７００３．３がバッテリーセル側の終端に円形形態を有さず、即ち、例えば図７ａ〜８ｂにおいてのとおりの円形断面を有さず、むしろ、本質的に長方形の断面７１００を有することを特徴とする。その場合、長方形の断面７１００は、アノードおよび／またはカソードと接合可能である電極接合部品として役立つ。図７ａ〜８ｂによる形態とは異なり、別の電極接合部品を、貫通部を通る特にピン形の導体と接合することは必要なく、導体７００３．１、７００３．２、７００３．３は本発明によれば、貫通部８１４０．１、８１４０．２、８１４０．３およびガラス付け部７２８０の範囲内での第１の断片８００５．１、８００５．２、８００５．３と、さらに、アノードまたはカソードとして役立つか、または電気化学的セル（図示せず）のアノードまたはカソードと接合可能である第２の断片８１１０．１、８１１０．２、８１１０．３と、一体である。さらに、導体７００３．１、７００３．２、７００３．３はそれぞれ、２つの屈曲部７２００、７３００を有する。原則的に、導体７００３．１、７００３．２、７００３．３はそのバッテリーセル側の終端に既に、電気化学的セル（図示せず）のためのカソードまたはアノードとして役立つか、またはカソードまたはアノードと接合可能である断片８１１０．１、８１１０．２、８１１０．３を形成している。導体、特に本質的にピン形の導体に、別の電極接合部品（図８ｂでは３１１０で示されている）が例えば溶接によって装着されている図８ａおよび８ｂによる実施形態とは異なり、図９ａ〜９ｃによる実施例での電極接合部品および本質的にピン形の導体は、一体で形成されている。このことは、２つの部分を接合する必要がないので、作成の観点からは有利である。実施形態７００３．１、７００３．２、７００３．３は本質的に、貫通部８１４０．１、８１４０．２、８１４０．３の範囲での導体の断面において異なる。図９ａによる形態では、ガラスまたはガラス材料中のガラス付け７２８０の範囲内での導体の断面も同様に、本質的に長方形である。
【０１１２】
図９ｂによる形態では、長方形の断面に代わって、ガラス付け７２８０の範囲では断面は円形である。貫通部またはガラス付け７２８０の範囲内での丸形の断面によって、簡単で確実なガラス付けが、可能な限り僅かな作成経費で可能になるので、この形態は特に好ましい。丸形の断面を有するこの導体は、照合番号７００３．２で示されている。図９ｂによる実施形態では、図９ａによる実施形態とは異なり、導体は、バッテリーセルの外側でも円形の断面を有する。
【０１１３】
図９ｃによる形態では、ガラス付け７２８０の範囲では断面は図９ｂと同様に円形であるが、導体７００３．３は、バッテリーハウジングの外側の接続範囲で圧搾されて、したがって断面は長方形、好ましくは正方形である。
【０１１４】
図９ａ〜９ｃの全てにおいて、バッテリーハウジングのカバーは８１２０で、導体７００３．１、７００３．２、７００３．３がガラス付けされている支持体は８１３０で示されている。図９ａ〜９ｃによる単一部分からなる形態の欠点は、導体が、本質的にまっすぐにバッテリーセル内部に延びていることである。これは、一方では構造空間を必要とし、他方では、開口部についてバッテリーカバーが変えられない場合に、電極間の距離を調節するか、または種々のバッテリーセルに適合させることが困難である。
【０１１５】
図１０ａ〜１０ｅには、バッテリーセル用の貫通部の第４の形態が、単一部分からなる実施形態で示されている。既に図８ａ〜９ｃによる実施形態の場合のとおり、導体はバッテリーセル側の終端に、例えば図７ａから８ｂにおいてのとおりの丸形の形態を有さず、即ち、丸形の断面を有さず、本質的に長方形の断面を有し、したがって、導体は、そのバッテリーセル側の終端に既に、カソードまたはアノードと接合可能である断片９１１０を形成している。導体９００３．１、９００３．２および電極接合部品９１１０は、この実施例では、既に先行する図８ａ〜９ｃの場合のとおり、単一部分で形成されている。図８ａ〜９ｃに示されているとおりの形態とは異なり、特に図９ａ〜９ｃによる形態とは異なり、図１０ａ〜１０ｅによる形態では、電極間の距離を調節し、同時に、バッテリーセルカバー内の開口物の位置を維持することができる。図９ａ〜９ｃにおけるのと同じ部品は、１０００または２０００を加えた照合番号で示されている。
【０１１６】
図１０ａは、三次元図で、２つの本発明による貫通部を有するバッテリーハウジングのカバー９１２０を示している。バッテリーカバー９１２０は、本発明による導体９００３．１、９００３．２が貫通している２つの開口部９００７．１、９００７．２を含む。導体９００３．１、９００３．２は、２つの断片、即ち、丸形、特に円形の断面を有する第１の断片９００５．１、９００５．２と、本質的に長方形の断面９１００を有する第２の断片９００９．１、９００９．２とを有する。本質的に長方形の断面を有する導体の第２の断片９００９．１、９００９．２は特に、ピンチング（Ｑｕｅｔｓｃｈｕｎｇ）によって生じ、そのままで、電気化学的セル（図示せず）のためのカソードまたはアノードとして役立つか、または電気化学的セルのカソードまたはアノードと、例えば溶接によって接合可能である。本質的に長方形の導体断面９１００は、その面積において好ましくは、第１の範囲９００５．１内の導体の円形の断面の面積と一致し、したがって、導体断面の変化に基づく伝導損は確実に回避される。特にこのことによって、容認し得ないバッテリーセルの加熱が回避される。
【０１１７】
導体９００５．１、９００５．２の第１の断片は、特にガラスまたはガラスセラミック中へのガラス付けの範囲内において、本質的に円形の断面を有する。失われる構造空間が可能な限り僅かであるように、図１０ａ〜１１ｃによる形態では、ガラス付けを直接、開口部９００７．１、９００７．２で行う。ハウジングまたはバッテリーカバーのための材料として、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用する場合、対応して低い溶融温度、特に２５０℃〜６５０℃の範囲内の温度を有するガラス材料を使用する。
【０１１８】
図９ａ〜９ｃによる実施形態とは異なり、導体の第２の断片９００９．１、９００９．２は、２つの範囲、即ち、電気化学的セルのアノードおよび／またはカソードとして役立ち得るか、またはアノードおよび／またはカソードと接合可能である範囲９０２２．１、９０２２．２と、本質的に水平に延びていて、第１の断片９００５．１、９００５．２に対して、かつ／または範囲９０２２．１、９０２２．２に対しては垂直であるさらなる範囲９０２０．１、９０２０．２とを有する。範囲９０２０．１、９０２０．２を選択することによって、バッテリーカバーの開口部を変えられない場合に、電極間の距離を容易に調節することができる。図１０ａ〜１０ｅによる形態では、バッテリーカバーを通る貫通部の範囲内でのとおり、断面は円形である。
【０１１９】
図１０ｂには、バッテリーカバーの断面図が示されている。この場合にも、両方の断片、即ち、ガラス材料またはガラスセラミック材料を通る貫通部の範囲内での円形の断面を有する第１の断片９００５．１、９００５．２と、カソードまたはアノードとして役立ち得、かつ／またはカソードまたはアノードと接合可能であり、バッテリーセルの内部にある長方形の断面を有する第２の断片９００９．１、９００９．２とを有する導体９００３．１、９００３．２が良く分かるであろう。第２の断片の範囲内でバッテリーセル接続部と接合する場合、超音波溶接、抵抗溶接、またはレーザー溶接を使用することができる。
【０１２０】
断面において第１の断片と同じである第２の断片のさらなる範囲は、つまりは円形であることがはっきり分かるであろう。円形の断面によって、比較的多くの構造空間が失われる。構造空間の損失は、図１０ｂでは高さＨで表され得、その高さＨは好ましくは、５ｍｍ〜８ｍｍ以上の範囲である。バッテリーセルに対して本質的に水平に延びるさらなる範囲の距離Ａは、好ましくは１ｍｍ〜２ｍｍである。短絡を防止するために、導体のさらなる範囲９０２０．１、９０２０．２が絶縁材料を含むことが企図され得る。
【０１２１】
図１０ｃは、バッテリーカバー９１２０上の展望図を示している。バッテリーカバー上の展望図において、本質的に円形の断面を有する導体９００３．１、９００３．２の第１の断片９００５．１、９００５．２が直接ガラス付けされている開口部９００７．１、９００７．２がはっきり分かるであろう。ガラス材料および／またはガラスセラミック材料は、９２００で示されている。ガラス付けの範囲内での円形の断面によって、簡単で確実なガラス付けが達成される。
【０１２２】
図１０ｃの展望図において、第２の断片の範囲内での長方形の導体断面９１００および導体の第２の断片における垂直に延びるさらなる範囲９０２０．１、９０２０．２も良く分かるであろう。
【０１２３】
図１０ｄおよび１０ｅには再び、導体が詳しく示されている。この場合、図１０ｄは、導体の前面からの展望図を示しており、図１０ｅは、図１０ｄにおける線Ａ−Ａに沿った断面を示している。図１０ｄおよび１０ｅにおいて、貫通部の範囲内での直径ＩＤを有する本質的に円形の断面９００５．１、９００５．２を有する第１の断片と、カソードおよび／またはアノードと接合可能であり、バッテリーセルの内部にある本質的に長方形の断面を有する第２の断片とがはっきり分かるであろう。第２の断片９００９．１、９００５．２は、ピンチングによって、即ち変形によって、円形の断面を有する導体から、断面積を維持しながら生じている。導体断面は変化しないので、熱損失を回避することができる。
【０１２４】
図１０ｅにおいて、円形の断面を有する第１の断片と、長方形の断面を有する第２の断片との違いがはっきり分かるであろう。図１０ｅにおいて、第２の断片９００９．１における平坦な電極形態がはっきり分かるであろう。第１の断片に対して本質的に垂直に延びる第２の断片におけるさらなる範囲は、９０２０．１で示されており、この場合にも、本質的に円形の断面を有する。
【０１２５】
図１１ａ〜１１ｅには、図１０ａ〜１０ｅに示されているとおりの形態とは異なり、さらに改良された実施形態が示されている。図１１ａ〜１１ｅに記載されている形態は、図１０ａ〜１０ｄにおける実施と本質的に一致するが、ただし、種々のバッテリーセル形状に対する電極の適合性を、同時に非常に僅かな構造空間損失のみで実現することを特徴とする。
【０１２６】
図１０ａ〜１０ｄにおいてと同じ部品が、１０００を加えた参照番号で示されている。導体が本質的にバッテリーセルハウジングに対して平行に、または第１の断片１０００５．１、１０００５．２に対しては垂直に延びているさらなる範囲１００２０．１、１００２０．２が、図１０ａ〜１０ｅによる形態においてのような円形の断面で形成されているのではなく、カソードおよび／またはアノードに接続可能である第２の断片の範囲の長方形の断面と本質的に一致する長方形の断面を含む第２の断片１０００９．１、１０００９．２では、僅かな構造空間が実現される。
【０１２７】
図１１ａは、図１０ａのとおり、支持体１０００７．１、１０００７．２中の開口部を介してバッテリーカバーを貫通する導体１０００３．１、１０００３．２を備えているバッテリーカバー１０１２０の三次元図を示している。導体の第１の断片１０００５．１、１０００５．２は、既に図１０ａによる実施形態においてのとおり、ガラスまたはガラス材料中で直接、開口部１０００７．１、１０００７．２にガラス付けされている円形の断面を有する。導体の第２の断片１０００９．１、１０００９．２は、長方形の断面１０１００を有する。図１０ａ〜１０ｃとは異なり、長方形の断面が、第２の断片１０００９．１、１０００９．２の全体にわたって、即ち、アノードおよび／またはカソードと接合可能である範囲１００２２．１、１００２２．２内で、同じくバッテリーカバー１０１２０に対して本質的に平行に延びていて、１００２０．１、１００２０．２ではっきりと示されているさらなる範囲内と同様に実現されている。
【０１２８】
図１１ａにおいてと同じ照合番号が使用されている図１１ｂからはっきり分かるとおり、長方形の断面を有するさらなる範囲１００２０．１、１００２０．２の形態によって、導体によって失われる高さＨがかなり低減され、図１０ａ〜１０ｃにおいてのとおりの実施形態とは異なり、今のところ約三分の一、Ｈ＝３ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは４ｍｍの高さと示されている。既に図１０ａ〜１０ｃによる形態の場合のとおり、バッテリーカバーと導体のさらなる範囲との間での短絡を回避するために、これらに絶縁材料を装備しておくことが企図され得る。
【０１２９】
導体は、図１０ａ〜１０ｅによる形態の場合、特に図１１ａ〜１１ｅによる形態の場合、特に本質的に円形の断面を有するコード状材料から、簡単な変形、即ち、チップレス（ｓｐａｎｌｏｓｅ）成形によって、大量の部品数で経費的に有利に製造することができる。さらに、図１１ａ〜１１ｅによる形態によって、貫通部の範囲内での丸形の断面から、カソードもしくはアノードの範囲か、またはカソードもしくはアノードと接合可能である範囲内での平坦な断面へのかなり場所を節約した移行が可能となる。
【０１３０】
さらなる範囲１００２０．１、１００２０．２の長さを変形ステップにおいて自由に選択することができるという可能性によって、電極間の距離ＥＡをそれぞれのバッテリーセルに適合させることが可能である。カソードもしくはアノード、または導体の第２の断片とカソードもしくはアノードとの接合は、溶接、例えば超音波抵抗溶接またはレーザー溶接によって行う。
【０１３１】
図１１ｃには、図１１ａによるバッテリーカバー上の展望図が、装着されている導体と共に示されている。同じ部品には、同じ照合番号が再び付されている。導体は、バッテリーカバー中の開口部に直接ガラス付けされている。
【０１３２】
図１１ｄおよび１１ｅには再度、本発明による導体が詳細図で示されている。
【０１３３】
図１１ｄには、電極の正面図が示されており、図１１ｅには、図１１ｄによる切断面Ａ−Ａが示されている。図１１ｄから分かるとおり、直径ＩＤの円形の断面を有する第１の断片１０００５．１は、変形またはチップレス加工によって、長方形の断面を有する第２の断片１０００９．１に移行される。この場合、一貫して不変の導体の伝導断面が保証される。導体断面が導体全体を通じて本質的に不変であるということによって、伝導距離全体にわたって熱損失が生じない。特にさらなる範囲１００２０．１のねじれを防止するように、補強エンボスを平坦な電極形態で行うことが企図されている。平坦な電極形態の範囲内で例えば５ｍｍの幅Ｂの場合、例えば１ｍｍ〜２ｍｍ幅および０．５ｍｍ深さのインプリンティングを行う。補強エンボスによって、ねじれが防止されるので、バッテリーセルハウジングに対するさらなる範囲１００２０．１の範囲内での短絡を確実に回避することができる。丸形の電極形態とは異なり、カソードおよび／またはアノードと接合可能であるか、またはそれらである範囲１００２２．１は、柔軟に形成されてよい。角のある電極形態１０４００は、バッテリーセル接続部のそれぞれの長さに適合させることができ、したがって、バッテリーセル接続部と電極との簡単な接合性を可能とする柔軟に形成された接合帯域である。図１１ｄにおいて示されているとおり、それぞれのバッテリーセルに適合させることができる様々に選択可能な幅Ｂにも関わらず、接合範囲は十分に広く形成されている。電極材料として、即ち、導体のための材料として、好ましくは、金属、特に銅もしくはアルミニウムまたはそれらの合金を使用する。
【０１３４】
本発明を用いることで初めて、予め作成可能で、バッテリーセルハウジングのハウジング部分中で使用するのに特に適しているハウジング、特にバッテリーセルハウジング、好ましくはリチウムイオンバッテリー用の貫通部が提供される。バッテリーセルハウジングは好ましくは、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウム、マグネシウム合金、チタンまたはチタン合金などの軽金属を含む。しかし、バッテリーセルハウジングのための材料として、鋼または特殊鋼、特にステンレス鋼または工具鋼などの金属も可能である。そのような場合、支持体および／または本質的にピン形の導体の材料を適合させる。
【０１３５】
本発明による解決によってさらに、経費的に有利な製法および出発材料を起用することが可能となる。
【０１３６】
第１の形態では、金属ピンが固定用材料、即ち、例えばガラス栓によって支持体に合体された後に、ハウジング部分に取り付けられる予め作成された部品として、貫通部全体を形成することができる。このため、ハウジング部品の冷間固定の損失が生じないことが保証される。さらに、材料強度および材料をハウジング部品および支持体とは独立に選択することができる。免荷装置を用いる特殊な形態によって、機械的にも熱的にも、貫通部を免荷することができる。
【０１３７】
これとは別に、構造空間を節約する直接ガラス付けを行うことができる。直接ガラス付けでは、ケーシング材料に適合している溶融温度を、ガラス材料は有さなければならず、その際、十分な強度を有するように、ケーシング材料を選択する。
【０１３８】
本発明を用いることで、電極間の距離を簡単に、種々のバッテリーセルに適合させることができる。
【０１３９】
さらに、貫通部と電極接続範囲との範囲内で不変の伝導断面によって、伝導損失が最小化され、したがって熱損失も最小化される。
【０１４０】
ガラス付けの範囲内での導体の丸形の断面によって、確実なガラス付けが提供される。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１０ｅ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１１ｅ】
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【国際調査報告】
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