(57)【要約】  本発明は、特に、好ましくはディスク形の金属部分の形態の支持体を有する貫通部であって、支持体が、ガラス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、特に本質的にピン形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おいて、支持体が、低い融点を有する材料、特に軽金属を含み、ガラス材料またはガラスセラミック材料が、低い融点を有する材料とのガラス材料またはガラスセラミック材料の融解温度が、低い融点を有する支持体の材料の溶融温度未満であるように選択されていることを特徴とする貫通部に関する。
2014510995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に、好ましくはディスク形の金属部分の形態の支持体（５）を有する貫通部であって、
前記支持体（５）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、特に本質的にピン形の導体（３）が貫通する少なくとも１つの開口部（７）を有し、
前記支持体（５）が、低い融点を有する材料、特に軽金属を含み、
前記ガラス材料またはガラスセラミック材料は、低い融点を有する材料とのガラス材料またはガラスセラミック材料の融解温度が、低い融点を有する支持体の材料の溶融温度未満であるように選択されることを特徴とする、貫通部。
【請求項２】
前記導体、特に本質的にピン形の導体が、低い融点を有する金属、特に軽金属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】
前記軽金属が＜５ｋｇ／ｄｍ３、特に１．０ｋｇ／ｄｍ３〜３．０ｋｇ／ｄｍ３の範囲の比重量を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の貫通部。
【請求項４】
前記軽金属が３５０℃〜８００℃、好ましくは３５０℃〜７００℃の範囲の融点を有することを特徴とする、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】
前記軽金属が５×１０６Ｓ／ｍ〜５０×１０６Ｓ／ｍ、好ましくは１０×１０６Ｓ／ｍ〜４０×１０６Ｓ／ｍの範囲の導電率を有す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】
前記軽金属が１８×１０−６／Ｋ〜３０×１０−６／Ｋの範囲の膨張係数α（２０℃〜３００℃）を有することを特徴とする、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】
前記軽金属がアルミニウム、マグネシウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタンまたはチタン合金であることを特徴とする、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】
前記導体、特に本質的にピン形の導体が、支持体の材料とは異なるさらなる材料、特に金属、好ましくは銅、ＣｕＳｉＣ、銅合金、ＡｌＳｉＣ、銀、銀合金、金または金合金を含むことを特徴とする、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】
前記ガラス材料またはガラスセラミック材料（１０）が、異なる膨張係数α（２０℃〜３００℃）を有する少なくとも２つのガラス材料またはガラスセラミック材料（２０．１、２０．２）である、第１のガラス材料またはガラスセラミック材料および第２のガラス材料またはガラスセラミック材料を含み、
前記第１のガラス材料またはガラスセラミック材料（２０．１）は、第１のガラス材料またはガラスセラミック材料の膨張係数α１が、特に、好ましくはディスク形の金属部分の形態の支持体の材料の膨張係数と適合するように選択され、
前記第２のガラス材料またはガラスセラミック材料は、第２のガラス材料またはガラスセラミック材料の膨張係数α２（２０℃〜３００℃）が、ピン形の導体の材料の膨張係数と適合するように選択されることを特徴とする、請求項８に記載の貫通部。
【請求項１０】
前記第１のガラス材料またはガラスセラミック材料の膨張係数α１が、２０℃〜３００℃の範囲で（１６〜２５）×１０−６Ｋ−１の範囲であることを特徴とする、請求項９に記載の貫通部。
【請求項１１】
前記第１のガラス材料またはガラスセラミック材料（２０．１）が、以下のガラス材料：
ケイ酸塩チタン酸塩、
スルホリン酸塩、
テルル化物、
ホウ酸塩、
バナジウム酸塩、
フッ化物、
リン酸塩、
ケイ酸塩
から選択されるガラス材料であり、前記材料は全て場合によって、赤外線の最大放射の範囲である膨張率適合のための充填材、アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属ドーピング物質、特にＦｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｖが加えられていることを特徴とする、請求項１０に記載の貫通部。
【請求項１２】
前記第２のガラス材料またはガラスセラミック材料（２０．２）が、２０℃〜３００℃の範囲で（１２〜１８）×１０−６Ｋ−１の範囲の膨張係数α２を有することを特徴とする、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項１３】
前記ガラス材料またはガラスセラミック材料が、第１および／または第２のガラス材料またはガラスセラミック材料（２０．１、２０．２）を被覆し、高い化学的耐久性を有する、第３のガラス材料またはガラスセラミック材料（２０．３）を含むことを特徴とする、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】
前記第３のガラス材料またはガラスセラミック材料（２０．３）がリン酸塩ガラスであることを特徴とする、請求項１３に記載の貫通部。
【請求項１５】
前記ガラス材料またはガラスセラミック材料（１０）が、少なくとも１つの第１のガラス材料またはガラスセラミック材料（２０．１）および第２のガラス材料（２０．２）からなる多成分ガラス、特にガラスブランクであることを特徴とする、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項１６】
前記ガラス材料が唯一のガラス組成物を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。
【請求項１７】
唯一のガラス組成物がリン酸塩ガラスであることを特徴とする、請求項１６に記載の貫通部。
【請求項１８】
前記唯一のガラス組成物が、以下の成分： 
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１２〜１９ｍｏｌ％（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％、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％、特に好ましくは２〜５ｍｏｌ％。
を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の貫通部。
【請求項１９】
前記ガラス材料またはガラスセラミック材料（１０）が、赤外線、特にＩＲ線で加熱され得ることを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項２０】
前記ガラス材料またはガラスセラミック材料（１０）が、赤外線の範囲に最大放射を有するドーピング物質、特にＦｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｖを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の貫通部。
【請求項２１】
前記ガラス材料またはガラスセラミック材料（１０）が超音波で溶接され得ることを特徴とする、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項２２】
開口部の範囲に、支持装置（５０）が設けられていることを特徴とする、請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項２３】
前記支持装置（５０）が支持リング（５２）を含み、前記支持装置（５０）が、特にアルミニウム、ＡｌＳｉＣまたはロールクラッドされた鋼からなる金属部分を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の貫通部。
【請求項２４】
支持体がダイカストによって製造され、前記ガラス材料またはガラスセラミック材料がピン形の導体と合体され、続いて、ピン形の導体がガラス材料と共に、低い融点を有する材料で、好ましくはダイカストマシン中でインサート成形されることを特徴とする、請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の貫通部。
【請求項２５】
電気的蓄電池素子、特にバッテリー用の特に、好ましくはディスク形の金属部分の形態の支持体（５）を有する特に請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の貫通部であって、前記金属部分が円形または角形に形成され、前記支持体（５）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つの本質的にピン形の導体（３）が貫通する少なくとも１つの開口部（７）を有する貫通部において、１ｂａｒの圧力差で１×１０−８ｍｂａｒｌｓ−１未満、好ましくは＜１×１０−９ｍｂａｒｌｓ−１のヘリウム漏出速度を有することを特徴とする貫通部。
【請求項２６】
ハウジングが、請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の貫通部を有することを特徴とする、特に電気的蓄電池装置、特にバッテリー用のハウジング。
【請求項２７】
前記バッテリーがリチウムイオンバッテリーであることを特徴とする、請求項２６に記載のハウジング。
【請求項２８】
請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の貫通部を有する、蓄電池装置、特にバッテリー、好ましくはリチウムイオンバッテリー、好ましくはリチウムイオン蓄電池。
【請求項２９】
蓄電池装置、特にバッテリーが、非水性電解質、特にカーボネート、好ましくは、特に好ましくはエチレンカーボネートおよびジメチルカーボネートを含むカーボネート混合物を、特にＬｉＰＦ６の形態の電導度塩と共に含むことを特徴とする、請求項２８に記載の蓄電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にディスク形の金属部分の形態の支持体と、支持体中の開口部を貫通していて、ガラスまたはガラスセラミックに包囲されている導体、特にピン形の導体とを有する貫通部に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に金属ピンの形態の導体を支持体、特に例えばアルミニウムなどの軽金属からなるディスク形の金属部分に導入する場合に、これまでは、気密な貫通部は不可能であった。しかし特に蓄電池用、好ましくはリチウムイオンバッテリー用の材料として、アルミニウムは検討されている。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。該バッテリーは、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−金属水素化物バッテリーの代わりとなり得る。
【０００３】
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、および/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。
【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、非特許文献１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、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６および特許文献７を挙げることができる。
【０００６】
バッテリー、好ましくは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。さらなる問題は、長期間にわたってのバッテリー、特にリチウムイオンバッテリーの気密性である。例えばバッテリーの電極またはバッテリー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。バッテリーのショートまたは温度変化は、バッテリー寿命を短くし得る。
【０００７】
より良好な耐事故性を保証するために、特許文献８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。電流接続は、プラスチックによって絶縁されている。プラスチックによる絶縁の欠点は、限られた温度耐久性および寿命を通じて気密性が不確実であることである。
【０００８】
特許文献９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。
【０００９】
金属部分のうちの一方は、アルカリバッテリーの陽極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陰極と電気的に接合されている。特許文献９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、特許文献９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融解温度も、特許文献９には示されていない。特許文献９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、その電解質は特許文献９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、特許文献９には見いだせない。
【００１０】
特許文献１０または特許文献１１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、特許文献１０または特許文献１１には記載されている。
【００１１】
特許文献１２または特許文献１３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。特許文献１３から公知の貫通部は、ガラス−金属貫通部ではない。特許文献１３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。
【００１２】
特許文献１４または特許文献１５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特許文献１４にはほとんど記載されていない。特許文献１４または特許文献１５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。
【００１３】
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。特許文献１６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。特許文献１７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、特許文献１７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。
【００１４】
その他にも、バリウムは多くの用途において望ましくない。それというのも、バリウムは、環境に害があり、健康を脅かすとみなされているためである。その検討においては、ストロンチウムも同様であり、その使用は将来的にも同じく断念すべきである。
【００１５】
さらに、特許文献１６によるガラス組成物は、２０℃から３５０℃の温度範囲でα≒９・１０−６／Ｋの膨張係数を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【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】ドイツ特許第１０  ２００９  ０１１  １８２（Ａ１）号
【非特許文献】
【００１７】
【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
【非特許文献３】「Ｓｃｈｏｔｔ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｇｌａｓｓ」、第２版、１９９６年、Ｃｈａｐｍａｎ＆Ｈａｌｌ、１８〜２１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
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る。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明では、この課題を、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が貫通している少なくとも１つの開口部を有する、特に、好ましくはディスク形の金属部分の形態の支持体を有する貫通部を提供することによって解決する。ディスク形の金属部分は任意の形態を有してよく、特に円形、即ち、丸形、楕円形または角形に形成されていてよい。
【００２０】
ガラス付けの際に、支持体の金属、特に軽金属、場合によっては他にも金属ピンが溶融または変形することを防ぐために、ガラス材料またはガラスセラミック材料が、低い融点を有する金属の溶融温度未満である、支持体の金属、特に低い融点を有する材料との融解温度を有することが企図されている。
【００２１】
前記の実施例においてのとおり、溶融接合または加圧ガラス付け（Ｄｒｕｃｋｅｉｎｇｌａｓｕｎｇ）を提供するために役立つガラス材料またはガラスセラミック材料は、ソルダーガラスとも称される。本発明による貫通部では、融解温度は例えば４００℃〜６５０℃の範囲である。
【００２２】
加圧ガラス貫通部では、ガラス材料またはガラスセラミック材料は、摩擦嵌めまたは圧力嵌めによって、周囲の金属に付着する。付着摩擦によって生じる反力を超えると、圧力嵌めは失われる。
【００２３】
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。
【００２４】
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非特許文献２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特許文献１８に詳細に説明されている。特許文献１８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、ソルダーガラスとも称される。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使用される。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。
【００２５】
特許文献１８から公知となっているソルダーガラスは、例えば燃料セルでの高温用途に関する。
【００２６】
開口部への導体、特にピン形の導体のガラス付けは、次のとおりに実施される。
先ず、ガラス材料またはガラスセラミック材料をピン形の導体と一緒に、支持体内の開口部に導入する。ガラスがピン形の導体と一緒にガラスの融解温度に加温されると、ガラス材料またはガラスセラミック材料は軟化して、開口部内でピン形の導体を包囲し、支持体に付着することとなる。支持体の材料でもピン形の導体でも、それらの溶融温度は、ガラス材料またはガラスセラミック材料の融解温度を上回るので、支持体も、導体、特にピン形の導体も、固体状態で存在する。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、支持体またはピン形の導体の材料の溶融温度を２０〜１５０Ｋ下回る。例えばアルミニウムがＴ溶融＝６６０．３２℃の融点を有する軽金属として使用される場合、半球温度（Ｈａｌｂｋｕｇｅｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ）で決定され得るガラス材料またはガラスセラミック材料の融解温度は、３５０℃〜６４０℃の範囲、好ましくは４５０℃〜６００℃の範囲である。アルミニウム、マグネシウム、アルミニウム合金またはマグネシウム合金などの軽金属の代わりに、支持体のための材料として、Ａｌが浸潤しているＳｉＣマトリックスも使用することができる。その種の材料は、ＡｌＳｉＣとも称される。ＡｌＳｉＣは、ＳｉＣ核を有し、その中にＡｌが拡散導入されている。Ａｌの割合によって、特性、特に膨張係数を調整することができる。特にＡｌＳｉＣは、純粋なアルミニウムよりも低い熱膨張率を有する。
【００２７】
支持体のためのさらなる材料は、チタン、チタン合金、特にＴｉ６２４６またはＴｉ６２４２である。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、耐性および僅かな重量に基づき、特殊な用途で、例えば、レース、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。
【００２８】
支持体のためのさらなる材料は他にも、後で熱処理が企図されている金属、特に鋼、ステンレス鋼、特殊鋼または工具鋼である。特殊鋼として使用可能であるのは、特殊鋼は例えば、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、５×１０６Ｓ／ｍ〜５０×１０６Ｓ／ｍの範囲の比導電率を特徴とする。
【００３１】
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℃〜３５０℃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。
【００３２】
前記の定義の軽金属とは、特に、３５０℃〜７００℃の範囲の融点または溶融温度、１０×１０６Ｓ／ｍ〜４０×１０６Ｓ／ｍの範囲の導電率、１８×１０−６／Ｋ〜２６×１０−６／Ｋの範囲の膨張係数および２．５ｋｇ／ｄｍ３〜２．９ｋｇ／ｄｍ３の範囲の比重量を有するアルミニウムおよびアルミニウム合金のことであり、３５０℃〜８００℃の範囲の融点または溶融温度を、５×１０６Ｓ／ｍ〜５０×１０６Ｓ／ｍの範囲の導電率、２０×１０−６／Ｋ〜３０×１０−６／Ｋの範囲の膨張係数および１．０ｋｇ／ｄｍ３〜３．０ｋｇ／ｄｍ３の範囲の比重量と共に有するマグネシウムおよびマグネシウム合金が包含される。
【００３３】
したがって本発明による貫通部は、低い融点を有する支持体または低い融点を有する材料からなる支持体においてガラス付け、特に加圧ガラス付けが可能であることを特徴とする。
【００３４】
導体、特にピン形の導体の材料は、支持体の材料と同一であってよく、即ち例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣ、マグネシウムまたはマグネシウム合金であってよい。このことは、支持体および金属ピンの膨張係数が同一であるという利点を有する。ガラス材料またはガラスセラミック材料の膨張係数αを、１種の材料に合わせるだけでよい。加圧ガラス貫通部を提供すべき場合には、αガラスは、α支持体および／またはα金属ピンとは異なるべきである。αガラスがほぼα支持体またはα金属ピンである場合には、それは、適合している貫通部である。適合している貫通部では、温度変化の際の材料の本質的に同じ膨張係数に基づき、絶縁体、特にガラス材料と支持体または金属ピンとの間に張力が生じない。その種の特性は、有利なこともある。
【００３５】
その代わりに、ピン形の導体は、ＣｕまたはＣｕＳｉＣもしくは銅合金を含み得る。
【００３６】
導体、特にピン形の導体のための他の材料は、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、金または金合金、銀または銀合金、ＮｉＦｅ、銅内部を有するＮｉＦｅジャケットおよびコバルト−鉄合金である。
【００３７】
導体用のアルミニウムまたはアルミニウム合金として好ましくは、
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を使用する。
【００３８】
導体用の銅または銅合金として好ましくは、
Ｃｕ−ＰＨＣ  ２．００７０
Ｃｕ−ＯＦ    ２．００７０
Ｃｕ−ＥＴＰ  ２．００６５
Ｃｕ−ＨＣＰ  ２．００７０
Ｃｕ−ＤＨＰ  ２．００９０を使用する。
【００３９】
支持体および金属ピンが異なる材料を有する場合、例えばα支持体≧αガラス≧α金属ピンが当てはまる。１つの膨張係数を有する唯一のガラス材料の代わりに、進展（ｗｅｉｔｅｒｇｅｂｉｌｄｅｔｅｎ）実施形態では、ガラス材料またはガラスセラミック材料が、第一の膨張係数α１を有する第１のガラス材料またはガラスセラミック材料および第２の膨張係数α２を有する第２のガラス材料またはガラスセラミック材料を含み、その際、第１のガラス材料またはガラスセラミック材料の膨張係数α１は、支持体の材料の膨張係数と適合していて、膨張係数α２は、ピン形の導体の材料の膨張係数と適合していることが企図され得る。複数の異なるガラスからなるガラス部分は例えば、複数のガラス材料からなるガラス成形部分として製造することができる。
【００４０】
第１の金属が軽金属、例えばアルミニウムであり、第１のガラス材料が、その膨張係数αがアルミニウムの膨張係数（２０℃でほぼα＝２３×１０−６Ｋ−１）に適合しているように選択されていると、特に好ましい。したがって好ましくは、膨張係数α１の値は、２０℃〜３００℃の温度範囲で（１６〜２５）×１０−６Ｋ−１の範囲である。
【００４１】
そのような膨張係数α１を有するガラス材料として、特にケイ酸塩チタン酸塩（Ｓｉｌｉｋａｔｔｉｎａｎａｔｅ）、スルホリン酸塩、テルル化物、ホウ酸塩、バナジウム酸塩、フッ化物、リン酸塩およびケイ酸塩がガラスファミリーとして適している。
【００４２】
これらのガラス材料は、膨張率適合のために、即ち、膨張係数を適合させるために、充填材をさらに加えられていてよい。アルカリ金属またはアルカリ土類金属をガラスに加えることも、膨張係数を調整するためには考えられる。
【００４３】
前記のとおり、本発明の進展実施形態では、ピン形の導体が、２０℃でα＝約１６×１０−６Ｋ−１の膨張係数を有する銅または銅合金である場合、好ましくは、膨張係数α２が金属ピンの膨張係数の範囲内、即ち、２０℃で１２〜１８×１０−６Ｋ−１であるように、第２のガラス材料を選択する。
【００４４】
そのような膨張係数をもたらすガラス材料またはガラスセラミック材料は例えば、ケイ酸塩チタン酸塩、スルホリン酸塩、テルル化物、ホウ酸塩、バナジウム酸塩、フッ化物、リン酸塩およびケイ酸塩のガラスファミリーである。
【００４５】
膨張率適合のために、これらのガラスでも、添加物およびアルカリ金属またはアルカリ土類金属が企図され得る。
【００４６】
ガラス材料として特に好ましいのは、知られているアルカリ金属リン酸塩ガラスよりもかなり低い全アルカリ分を有する安定的なリン酸塩ガラスである。
【００４７】
リン酸塩ガラスの通常は高い結晶化安定性によって、温度＜６００℃でもガラスの融解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、ガラス組成物の融解が通常は温度＜６００℃でも妨げられないので、以下に示されているガラス組成物をソルダーガラスとして使用することができるようになる。
【００４８】
特に好ましくは、導体、特にピン形の導体が貫通しているガラス材料は、少なくとも下記の成分を下記のｍｏｌ％で含む。
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１２〜１９ｍｏｌ％（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％、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％、特に好ましくは２〜５ｍｏｌ％。
【００４９】
さらに特に好ましいのは、下記の成分を含む組成物である。
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％。
【００５０】
意外にも、４５ｍｏｌ％まで、特に３５ｍｏｌ％までのＬｉ割合を有する本発明によるガラス組成物は、結晶化安定性を有し、即ち、後続の焼結ステップにおいて、障害となるか、または大規模な結晶化を示さないことが判明している。
【００５１】
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、エチレンカーボネートおよびジメチルカーボネートからなる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。
【００５２】
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、好ましくはＮａ２Ｏ２０ｍｏｌ％未満で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。
【００５３】
バッテリー電解質に対するガラス組成物の耐久性は、ガラス組成物を粒径ｄ５０＝１０μｍのガラス粉末の形態に粉砕し、電解質に規定の時間にわたって、例えば１週間にわたってさらすことによって試験することができる。ｄ５０は、ガラス粉末の全部の粒子または粒のうちの５０％が１０μｍの直径以下であることを意味する。非水性電解質として例えば、１：１の比でエチレンカーボネートおよびジメチルカーボネートからなるカーボネート混合物を電導度塩としての１ＭのＬｉＰＦ６と共に使用する。ガラス粉末を電解質中で脱塩した後に、ガラス粉末を濾別し、電解質を、ガラスから脱塩されたガラス成分について調べる。この場合、前記の組成範囲のリン酸塩ガラスでは意外にも、その種の脱塩は２０質量パーセント未満の低い質量でのみ存在し、特には、＜５質量パーセントの脱塩も達成することができることが判明している。さらに、その種のガラス組成物は、熱膨張率α（２０℃〜３５０℃）＞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、および/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。
【００５４】
ガラスをＩＲ加熱することができるようにするために、前記ガラスに、赤外線、特にＩＲ線源のＩＲ線の範囲に最大放射を有するドーピング物質を加えると有利である。このための例示的な材料は、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖ、顔料である。赤外線によって、そうして処理されたガラス材料またはガラスセラミック材料を局所的に所定に加熱することができる。ＩＲ加熱の利点は、支持体、特にディスク形の金属部分および／または、支持体内の開口部を貫通するピン形の導体の材料の溶融温度を上回る融解温度を有するガラスまたはガラスセラミックを使用することができることにある。
【００５５】
例えばバッテリーの電解質溶液に対する化学的耐久性をもたらすために、ピン形の導体が貫通しているガラス材料またはガラスセラミック材料を、特に良好なＨＦ耐久性を有する第３のガラス材料で覆うと、有利である。その種のガラス材料は例えば、リン酸塩ガラスである。ガラスの代わりに、コーティングとして、即ち被覆材料として、ＨＦ耐久性を有するプラスチックも使用することができる。被覆ガラスの耐性は本質的に、例えばＨＦなどの酸に対して存在するべきである。Ｈ２Ｏに対する耐久性も有利である。
【００５６】
カバーガラスの膨張係数は、第１および／または第２ガラス材料からなるガラス栓のガラス材料またはガラスセラミック材料の膨張係数と十分に調整されている。
【００５７】
好ましくは、ピン形の導体が貫通する、異なる膨張係数α１、α２を有する少なくとも２つのガラス材料からなるガラス栓は、ガラス成形部材として製造することができる。
【００５８】
本発明の特に好ましい実施形態では、貫通部は、例えば、２０℃でα≒１６×１０−６Ｋ−１の膨張係数を有する銅またはほぼα≒２３×１０−６Ｋ−１の膨張係数を有するアルミニウムを含んでよいピン形の導体の材料に通常は適合している唯一のガラス材料のみが使用されているように形成されている。
【００５９】
赤外線で加熱することができるガラス材料の代わりに、進展実施形態では、ガラス材料を超音波溶接でも、金属部分に施与することができる。好ましくは、ガラス材料またはガラスセラミック材料は、ＩＲ線または超音波溶接で加熱する際に、ピン形の導体、特に金属ピンと同じ膨張係数αを有する。支持体としての金属部分を金属ピンと超音波溶接によって、かつガラス材料と接合する場合、異なる実施形態が考えられる。第１の実施形態では、ガラス材料を金属部分に施与し、かつ超音波溶接によって金属部分と接合する。金属ピンは凝固で金属部分に合体する。
【００６０】
金属ピンのより高い機械的耐久性を達成し、より高い圧力を金属ピンに掛けることができるように、貫通部の開口部を円錐形に形成することが企図され得る。さらに、金属ピンは多角形の外形を有してよく、そのことによって、トルクが金属ピンに掛けられる。即ち、金属ピンまたはピン形の導体が、開口部内でのねじれに対して守られる。
【００６１】
低い融点を有する支持体へのガラス付けを達成するためのさらなる可能性は先ず、ガラス材料またはガラスセラミック材料を金属ピンの材料と合体させることである。続いて、低い融点を有する材料からなる、例えばアルミニウムからなる支持体をダイカストによって製造する。このために、金属ピンをガラス材料またはガラスセラミック材料と共に、低い融点を有する材料、特に軽金属、例えばアルミニウムでインサート成形して（ｕｍｓｐｒｉｔｚｔ）、低い融点を有する材料、特にアルミニウムからなる支持体を生じさせ、その際、低い融点を有する材料はガラス材料またはガラスセラミック材料上で収縮する。好ましくはダイカストによってダイカストマシン内で行われるインサート成形の後の冷却によって、ダイカストによって製造された支持体の初期張力（Ｖｏｒｓｐａｎｎｕｎｇ）が、ピン形の導体を伴うガラス材料またはガラスセラミック材料に施与される。
【００６２】
さらなる進展実施形態では、ガラスまたは個々のガラス種での膨張をより良好に適合させ得るように、支持装置が開口部の範囲で企図されている。支持装置を用いることで、支持体の膨張をガラスおよび個々のガラス種に適合させ、圧縮をガラスに施与することに成功する。このことによって、そのガラス種（複数可）が支持体の材料にまったく適合しているかのように、他のガラスまたはガラス種を使用することが可能である。
【００６３】
このことによって、気密な貫通部を１種のみのガラスで提供することが可能となる。支持装置は、支持リングの形態で形成されていてよいか、または複合材料としての金属部分であってよい。
【００６４】
本発明によって、貫通部、特に電気的蓄電池装置用、好ましくはバッテリー用の貫通部が提供され、この貫通部は、従来技術の貫通部、特にシーリング材料としてプラスチックを用いるものに対して、高い温度耐久性、特に温度交互変化耐久性によって際だっている。特に、温度が変化するか、または温度が交互変化する場合にも、液体、特にバッテリー液が流出してしまうことを、および/または水分がハウジング内に進入することを妨げる気密性が得られる。気密性とは、１ｂａｒの圧力差で、＜１×１０−８ｍｂａｒｌｓ−１、好ましくは＜１×１０−９ｍｂａｒｌｓ−１のヘリウム漏出速度であることと理解される。本発明で、気密性の貫通部が得られることによって、電気的蓄電池装置、特にバッテリーセルの寿命がかなり長くなる。特に、ガラス材料またはガラスセラミック材料を貫通するピン形の導体が大電流によって、および/または短絡で短時間で著しく熱くなる場合にも、気密性は保証される。
【００６５】
貫通部の他にも、本発明は、本発明による貫通部を有する電気的蓄電池装置用、特にバッテリー用、好ましくはバッテリーセル用のハウジングも提供する。ハウジングは好ましくは、支持体と同じ材料、特に軽金属からなる。支持体は、バッテリーセルでは好ましくは、バッテリーハウジングの部分である。好ましくは、バッテリーは、リチウムイオンバッテリーである。
【００６６】
本発明を以下では実施例で記載するが、これらは、本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】多成分ガラスを有する本発明による貫通部を示す図である。
【図２】ペレット（Ｐｒｅｓｓｌｉｎｇ）としての多成分ガラスを示す図である。
【図３】支持リングを有する貫通部を示す図である。
【図４】支持リングとしての金属部分のために複合材料を有する貫通部を示す図である。
【図５】ガラス材料の超音波溶接された接合部を貫通開口部内に有する本発明による貫通部を示す図である。
【図６】超音波溶接されたガラス材料を金属片上に有する本発明による貫通部を示す図である。
【図７】ＩＲ線を吸収する材料を有する本発明による貫通部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
図１には、本発明による貫通部１が示されている。貫通部１は、ピン形の導体として、好ましくは銅を含有する材料からなる金属ピン３と、支持体５として、本発明では低い融点を有する金属、即ち、軽金属、特にアルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる金属部分とを含む。ここで使用されるとおり、軽金属は、＜５ｋｇ／ｄｍ３、特に１．０ｋｇ／ｄｍ３〜３．０ｋｇ／ｄｍ３の範囲の密度を有する。軽金属を導体のための材料として使用する場合、導電率は、５×１０６Ｓ／ｍ〜５０×１０６Ｓ／ｍの範囲である。軽金属の膨張係数α（２０℃〜３００℃）は、１８×１０−６〜３０×１０−６／Ｋである。
【００６９】
金属ピン３は、金属部分５を貫通している開口部７を貫通している。開口部を通る単独の金属ピンの貫通のみが示されているが、複数の金属ピンが開口部を貫通してもよく、それは本発明からの逸脱ではない。
【００７０】
開口部７の外側輪郭は好ましくは円形で、しかし他にも、楕円形で形成されていてよい。開口部７は、支持体または金属部分５の全厚Ｄを貫通している。金属ピン１は、ガラス材料またはガラスセラミック材料１０中でガラス付けされていて、ガラス材料またはガラスセラミック材料１０中で、支持体５を通る開口部７を貫通する。支持体５では、開口部７を、例えば分離プロセス、好ましくは打ち抜きによって導入する。開口部７を通る金属ピン３の気密な貫通部を提供するために、金属ピン３を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に溶融封入する。この製造方法の本質的な利点は、ガラス栓への高い負荷下でも、例えば、圧力負荷の際にも、ガラス栓が金属ピンと共に開口部７から圧出することが回避されることにある。好ましくは、支持体との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５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。
【００７１】
図示されている実施形態では、それに限られないが、ガラス栓１０は、単一の材料からなるのではなく、むしろ、複数の材料からなり、これは、多成分ガラスでもある。好ましくは銅からなる金属ピンの膨張係数αＣｕは例えば、２０℃で１６×１０−６Ｋ−１の範囲であり、好ましくはアルミニウムから製造されている支持体または金属部分の膨張係数αＡｌは２３×１０−６Ｋ−１の範囲であるので、ガラス栓は、ガラス材料１０の支持体または金属部分に向いている面には、その膨張係数が金属部分５の膨張係数の範囲である第１のガラス材料２０．１を有する。金属部分がアルミニウムから作成されている場合には、膨張係数α１は、１６〜２５×１０−６Ｋ−１の範囲である。
【００７２】
ここでは、ガラス栓は複数の材料から、即ち、異なる膨張係数α１、α２を有する第１および第２のガラス材料からなるが、これは絶対ではない。単一の材料も可能であり、その際、好ましくは、融解温度は、周囲の軽金属の溶融温度未満である。
【００７３】
金属ピンに向いている多成分ガラスの第２のガラス材料２０．２は本質的に、金属ピン３の膨張係数α２を有する。金属ピン３が銅ピンである場合、第２のガラス材料２０．２の膨張係数α２は、１２〜１８×１０−６Ｋ−１である。
【００７４】
例えばフッ化水素（ＨＦ）および／または水に対する多成分ガラス１０の化学的耐久性を高めるために、第１および第２ガラス材料２０．１、２０．２からなるガラスディスク上に、カバーガラス２０．３またはプラスチック層を施与することが企図されている。
【００７５】
外側ガラス２０．１のための第１のガラス材料は好ましくは、ケイ酸塩チタン酸塩、スルホリン酸塩、テルル化物、ホウ酸塩、バナジウム酸塩、フッ化物、リン酸塩およびケイ酸塩であってよく、その際、ガラスは、膨張率適合のための充填材またはアルカリ土類金属もしくはアルカリ土類金属を包含してよい。内側ガラス、即ち、金属ピン３に向いている第２のガラス材料にも同様に、ケイ酸塩チタン酸塩、スルホリン酸塩、テルル化物、ホウ酸塩、バナジウム酸塩、フッ化物、リン酸塩およびケイ酸塩が該当し、その際、この場合にも、膨張率適合のための充填材およびアルカリ土類金属またはアルカリ土類金属が企図され得る。カバーガラスは好ましくは、十分な化学的耐久性を、例えばフッ化水素ＨＦに対して有する第３のガラス材料またはプラスチックである。リチウムイオンバッテリーでは、カバーガラスは好ましくは、リン酸塩ガラスである。ガラスは、低い融点を有する支持体の溶融温度よりも低くなければならない融解温度の他に特に、酸、特にＨＦおよび／または水に対して必要な耐久性を有することによって選択される。
【００７６】
図２には再び、図１において使用され得るとおりのガラス栓が詳細に図示されている。ガラス栓は三成分ガラスまたは多成分ガラスブランクとして製造され、全部で３種のガラス、即ち、例えば（１６〜２５）×１０−６Ｋ−１の範囲の膨張係数α１を有する第１のガラス材料２０．１と、例えば（１２〜１８）×１０−６Ｋ−１の範囲の膨張係数α２を有する第２のガラス材料２０．２と、例えばフッ化水素に関して、および/または水に対して十分な耐久性を有するカバーガラスとしての第３のガラス材料２０．３とを含む。
【００７７】
多成分ガラスを有する形態の代わりに、図３および４に図示されているとおり、単一のガラスで対処することも可能である。
【００７８】
ガラス栓が唯一のガラス材料または唯一のガラス組成物からなる場合、これは特に、知られているアルカリリン酸塩ガラスよりもかなり低い全アルカリ分を有する通常は安定的なリン酸塩ガラスである。
【００７９】
リン酸塩ガラスの通常は高い結晶化安定性によって、温度＜６００℃でもガラスの融解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、ガラス組成物の融解が通常は温度＜６００℃でも可能であるので、示されているガラス組成物をソルダーガラスとして使用することができるようになる。
【００８０】
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非特許文献２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特許文献１８に詳細に記載されている。特許文献１８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。
【００８１】
特に好ましくは、ピン形の導体が貫通するガラス材料は、少なくとも以下の成分を以下のｍｏｌ％で含む。
Ｐ２Ｏ５    ３５〜５０ｍｏｌ％、特に３９〜４８ｍｏｌ％、
Ａｌ２Ｏ３  ０〜１４ｍｏｌ％、特に２〜１２ｍｏｌ％、
Ｂ２Ｏ３    ２〜１０ｍｏｌ％、特に５〜８ｍｏｌ％、
Ｎａ２Ｏ    ０〜３０ｍｏｌ％、特に０〜２０ｍｏｌ％、
Ｍ２Ｏ      ０〜２０ｍｏｌ％、特に１２〜１９ｍｏｌ％（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％、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％、特に好ましくは２〜５ｍｏｌ％。
【００８２】
以下の表１から、その種のガラスの実施例を得ることができる。
【００８３】
【表１】
2014510995.tif 000003
【００８４】
表１中の実施例１は特に、アルミニウム／アルミニウム−ガラス付けに、即ち、導体としてのアルミニウムピンを周囲のアルミニウム支持体にガラス付けするために適している。
【００８５】
表１中の実施例６は特に、Ｃｕ／Ａｌ−ガラス付けに、即ち、導体としての銅ピンを周囲のアルミニウム支持体にガラス付けするために適している。
【００８６】
脱塩の他に、非水性電解質に対する耐久性に関する尺度として、個々のガラスの耐水性も決定した。
【００８７】
ガラスの低温融解物を作り（２×２ｃｍ、高さ：約０．５ｃｍ）、これを水２００ｍｌ中に、２５℃および７０℃で７０時間入れておくことで、耐水性試験を行った。その後、材料損失を重量％で決定し、表に示した。
【００８８】
実施例のうちのいくつかは、Ｃｕと接合するには傾向として低すぎる膨張係数を有するが、高いＬｉ割合は融解物に溶解され得て、そのようなガラス組成を有するガラスが不安定であることはないことが明らかとなっている。
【００８９】
実施例ＡＢ７およびＡＢ８は、Ｂｉ２Ｏ３を、例えば実施例６におけるＰｂＯの代わりに含有することを特徴とする。
【００９０】
意外にも、Ｂｉ２Ｏ３によって、耐水性が明らかに高まり得ることが判明している。１ｍｏｌ％のＢｉ２Ｏ３を供給することによって、実施例ＡＢ１に対して例えば１０倍高い耐水性が達成される。Ｂｉ２Ｏ３は特に、実施例６によるＰｂＯの代わりにも使用することができる。不純物になるほどのＰｂＯを含まない、即ち、１００ｐｐｍ未満、特に１０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１ｐｐｍ未満のＰｂＯを含むガラス組成が特に好ましい。
【００９１】
表１には、ｍｏｌ％での組成、例えば非特許文献３に定義されているとおりの変態温度Ｔｇ、質量％（Ｍａ％）での全脱塩分、２０℃〜３００℃の温度範囲での１０−６Ｋ−１での膨張係数αおよびｇ／ｃｍ３での密度が示されている。
【００９２】
全脱塩は以下に記載されているとおりに決定される。先ず、ガラス組成物を粒径ｄ５０＝１０μｍを有するガラス粉末に粉砕し、１週間にわたって、その中に溶けた電導度塩としての１モルのＬｉＰＦ６を含む１：１の比のエチレンカーボネート／ジメチルカーボネートからなる電解質にさらし、この時間の後に、その中に溶けた電導度塩としての１モルのＬｉＰＦ６を含む１：１の比のエチレンカーボネート／ジメチルカーボネートからなる電解質を、ガラスから脱塩されたガラス成分について調べる。先行する表１において、ｎ．ｂ．は、不明の特性を示している。
【００９３】
好ましくは、例えば異なる膨張率を受け入れるための金属部分用の支持装置が企図されている。図３には、図１および２におけるものと同じ部品が、同じ参照番号で示されている。この場合にも、金属ピン３はガラス付け１０中に存在するが、しかしそのガラス付けはここでは、その膨張係数αにおいて金属ピン３に合わせられているガラス材料を有する唯一の材料２０．２から作成されていて、金属の溶融温度を２０Ｋ〜１００Ｋ下回る融解温度を有する。ガラス材料２０．２の膨張係数α２は好ましくは、金属ピンが銅からなる場合には（１２〜１８）×１０−６Ｋ−１である。それというのも、銅の膨張係数αＣｕは２０℃で約１６×１０−６Ｋ−１であるためである。
【００９４】
支持体５または金属部分はこの場合も、開口部７を有する。支持体５は好ましくは、軽金属、特にアルミニウムであり、アルミニウムの場合には、２０℃で約２３×１０−６Ｋ−１の膨張係数αＡｌを有する。
【００９５】
ガラスおよびそれぞれのガラス種の初期張力と適合させ、圧縮をガラス１０に施与するために、ステンレス鋼から形成されていてよい支持装置５０、この場合は支持リング５２が企図されている。支持体５をこのために変形させて、支持リング５２とガラス材料２０．２との間に位置させる。
【００９６】
図３による支持装置として支持リング５２を有する形態の代わりに、金属部分５のために、複合材料が企図されていてよい。複合材料は、アルミニウム−金属複合体である。アルミニウム部分２００の上に、鋼２０２をメッキする。図３による実施例においてのとおり、ガラス材料１０は、その膨張係数αにおいて、金属ピン３と適合している対応するＴｇを有する前記のとおりの単成分ガラス２０．２である。金属ピン３が銅材料である場合、ガラス材料２０．２の膨張係数αは、（１２〜１８）×１０−６Ｋ−１である。
【００９７】
図５および６には、本発明のさらなる実施形態として、超音波溶接によるガラス材料と金属部分５との接合によって製造される貫通部が示されている。円錐形に推移する貫通開口部７０におけるガラス栓１０の超音波溶接は、円錐形に推移する開口部７０によって、圧力が金属ピン３に生じ得、金属ピン３のより高い機械的耐久性が達成されるという利点を有する。さらに多角形によって、トルクを金属ピンに、金属ピンの範囲６０において生じさせることができる。ガラス栓１０と金属部分５との間の超音波溶接接合は、６２で示されている。ガラス材料１０の膨張係数は、金属ピンの膨張係数に適合しており、金属ピン３が銅から作成されている場合、α２≒（１２〜１８）×１０−６Ｋ−１である。
【００９８】
図６には、超音波溶接によって製造された貫通部の別の形態が図示されている。図６に図示されている貫通部では、金属ピン３は、冠部１００を有する。金属ピン３は、金属部分５の開口部７を貫通する。冠部１００は直径において、開口部７の直径よりも大きい。したがって、金属ピン３と固く接合されている冠部１００は超音波溶接によって、金属部分５の上面１１０上に固定することができる。支持体または金属部分５／ガラス１０の超音波溶接接合、即ち、接合域はあらためて、参照番号６２で示されている。冠部と接合域との間に、ガラス材料１０が導入されている。ガラス材料１０は、金属ピンの材料の膨張係数に十分に適合している、即ち、α２≒（１２〜１８）×１０−６Ｋ−１である膨張係数α２を有する。
【００９９】
図７には、本発明のさらなる実施形態が図示されている。
【０１００】
図７でも、金属ピンは３で、支持体は５で、かつ開口部は７で示されている。
【０１０１】
開口部にはこの場合も、ガラス材料１０が金属ピン７と支持体５、特に金属部分との間に導入されている。ガラス材料１０は、本質的に金属ピン３の膨張係数αに適合するガラス材料である。金属ピンが銅ピンである場合、金属ピンの膨張係数は約１６×１０−６Ｋ−１である。したがって、ガラス材料１０は、（１２〜１８）×１０−６Ｋ−１の膨張係数α２を有する。
【０１０２】
図７による実施形態では、ガラス材料１０に、赤外線の範囲に最大放射を有するドーピング物質が加えられている。特にこのドーピング物質は、鉄、クロム、コバルト、バナジウムである。
【０１０３】
ドーピング物質に基づき、ガラスは例えば赤外線放射器から放射されるＩＲ線によって著しく強く加温される。加熱または加温は単にガラスへのＩＲ線の吸収に基づくので、これは、ガラスの温度を金属部分または金属ピンの溶融温度よりも上げる１つの可能性である。特に、軽金属を支持体として加工する場合に、このことは有利である。
【０１０４】
本発明では先ず、軽金属を金属ピンが貫通する貫通部を提供し、それを密閉する。このことは一方では、軽金属の融点よりも低い融解温度を有するガラスによって達成され、その際、ガラスは好ましくはそれぞれ、金属ピンの膨張係数に適合する。ガラス付けのための別の方法は、超音波溶接か、またはガラス材料が赤外線吸収性物質をドーピングされている場合の赤外加熱である。
【０１０５】
本発明による貫通部を用いると、亀裂を形成する傾向のあるプラスチック製貫通部とは異なり、バッテリーハウジングが変形する場合にも気密なバッテリーハウジングを提供することができる。このことによって、本発明による貫通部を有するバッテリーハウジングを備えたバッテリーでは特に、車両事故の際に高い耐炎性が提供される。このことは特に、バッテリー、好ましくはＬｉイオンバッテリーを自動車分野で使用する場合には重要である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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