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KR102155247B1 - 관통 접속구 - Google Patents

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KR102155247B1
KR102155247B1 KR1020197029498A KR20197029498A KR102155247B1 KR 102155247 B1 KR102155247 B1 KR 102155247B1 KR 1020197029498 A KR1020197029498 A KR 1020197029498A KR 20197029498 A KR20197029498 A KR 20197029498A KR 102155247 B1 KR102155247 B1 KR 102155247B1
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glass
conductor
housing
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KR1020197029498A
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KR20190116588A (ko
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프란크 크롤
헬무트 하르틀
안드레아스 로터스
하우케 에제만
디터 괴데케
울프 달만
자비네 피흘러-빌헬름
마르틴 란덴딘거
린다 요한나 바크네스
Original Assignee
쇼오트 아게
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Priority claimed from DE102011103976A external-priority patent/DE102011103976A1/de
Priority claimed from DE102011106873A external-priority patent/DE102011106873A1/de
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Abstract

본 발명은, 바람직하게는 금속, 특히 경금속, 바람직하게는 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 강, 스테인리스강, 또는 특수강으로 제조되는 하우징, 특히 배터리 하우징의 하우징 부재를 통과하는 관통 접속구에 관한 것이며, 하우징 부재는 하나 이상의 개구부를 포함하고, 이 개구부를 통해 하나 이상의 도체, 특히 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료에 매입된 실질적으로 핀형인 도체가 안내된다. 본 발명은, 관통 접속구가 하나 이상의 도체, 특히 실질적으로 핀형인 도체뿐 아니라, 본체, 특히 실질적으로 환형인 본체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

관통 접속구{FEED­THROUGH}
본 발명은, 특히 하우징, 특히 배터리 셀 하우징의 하우징 부재를 통과하는 관통 접속구에 관한 것이며, 하우징 부재는 하나 이상의 개구부를 포함하고, 이 개구부를 통해서는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료에 매입된 하나 이상의 실질적으로 핀형(pin-shaped)인 도체가 안내된다.
본 발명의 의미에서 배터리로서 고려되는 경우는 방전 후 폐기 처리되고, 그리고/또는 재활용되는 1차 전지뿐 아니라 축전지이다.
축전지, 바람직하게는 리튬 이온 배터리는, 예컨대 휴대용 전자 장치, 이동 전화기, 전동 공구 및 특히 전기 자동차와 같은 다양한 적용 분야를 위해 제공된다. 배터리는 예컨대 납산 배터리, 니켈-카드뮴 배터리 또는 니켈-금속수소화물 배터리와 같은 전통적인 에너지원을 대체할 수 있다.
리튬 이온 배터리는 수년 전부터 공지되었다. 이와 관련하여서는, 예컨대 "배터리 편람(Handbook of Batteries), David Linden, 발행인, 제 2 판, McGrawhill, 1995년, 36장 및 39장"이 참조된다.
리튬 이온 배터리들의 다양한 관점들은 수많은 특허에 설명되어 있다. 그 예로는 US 961,672, US 5,952,126, US 5,900,183, US 5,874,185, US 5,849,434, US 5,853,914 및 US 5,773,959가 있다.
특히 자동차 환경에서의 적용을 위한 리튬 이온 배터리는 대개 복수의 개별 배터리 셀을 포함하며, 이들 배터리 셀은 서로 직렬로 연결된다. 서로 직렬로 연결되는 배터리 셀들은 이른바 배터리 팩으로 통합되며, 그 다음 복수의 배터리 팩은 리튬 이온 배터리로서도 지칭되는 배터리 모듈로 통합된다. 각각의 개별 배터리 셀은 배터리 셀의 하우징으로부터 인출되는 전극들을 포함한다.
특히 자동차 환경에서 리튬 이온 배터리의 적용을 위해서는, 내부식성, 사고 내구성 또는 내진동성과 같은 수많은 문제를 해결해야만 한다. 추가의 문제는 오랜 시간에 걸친 배터리 셀들의 밀봉 기밀성이다. 기밀성은 예컨대 배터리 셀의 전극들, 또는 배터리 셀의 전극 관통 접속구(electrode feedthrough)의 영역에서의 누출에 의해 저하될 수 있다. 상기 유형의 누출은 예컨대 온도 교번 하중과, 예컨대 차량 내 진동과 같은 기계적 교번 하중, 또는 플라스틱의 노후화를 통해 야기될 수 있다. 배터리 또는 배터리 셀의 단락 또는 온도 변화는 배터리 또는 배터리 셀의 수명을 감소시킬 수 있다.
더욱 나은 사고 내구성을 보장하기 위해, DE 101 05 877 A1은 예컨대 리튬 이온 배터리를 위한 하우징을 제안하고 있으며, 여기서 하우징은 양쪽 측면이 개방되어 있으면서 밀폐되는 금속 케이스를 포함한다. 전원 커넥터 또는 전극들은 플라스틱을 통해 절연된다. 플라스틱 절연의 단점은, 제한되는 내온성, 제한되는 기계적 내구성, 사용 수명에 걸친 노후화 및 불확실한 기밀성이다. 따라서, 전류 관통 접속구들은, 종래 기술에 따르는 리튬 이온 배터리의 경우, 예컨대 리튬 이온 배터리의 덮개 부재 내에 밀봉 기밀한 방식으로 장착되지 않는다. 또한, 전극들은 배터리의 내부 챔버 내 추가 절연체들을 구비하여 압착되고 레이저 용접된 연결 구성부이다.
종래 기술에서 리튬 이온 배터리의 추가 문제는, 배터리 셀들이 많은 장착 공간을 소요하고 저항 손실을 통한 높은 전류로 인해 가열과 그에 따른 온도 변화가 매우 빠르게 발생한다는 점이었다.
DE 27 33 948 A1로부터는 알칼리 배터리가 공지되었으며, 이 경우 예컨대 유리 또는 세라믹과 같은 절연체가 용융 결합을 통해 직접적으로 금속 부재와 결합된다.
금속 부재들 중 일측 금속 부재는 알칼리 배터리의 애노드와 전기 연결되고, 타측 금속 부재는 알칼리 배터리의 캐소드와 전기 연결된다. DE 27 33 948 A1에서 이용되는 금속들은 철 또는 강이다. 알루미늄과 같은 경금속들은 DE 27 33 948 A1에 기재되어 있지 않다. 유리 또는 세라믹 재료의 용융 온도도 DE 27 33 948 A1에 명시되어 있지 않다. DE 27 33 948 A1에서 설명되는 알칼리 배터리는 DE 27 33 948 A1에 따라 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 함유하는 알칼리 전해질을 포함하는 배터리이다. 리튬 이온 배터리의 가열은 DE 27 33 948 A1에서 확인되지 않는다.
DE 698 04 378 T2 또는 EP 0 885 874 B1로부터는, 비대칭성 유기 카르본산 에스테르를 제조하고 알칼리 이온 배터리를 위한 무수성 유기 전해질을 제조하기 위한 방법이 공지되었다. 재충전 가능한 리튬 이온 셀들을 위한 전해질도 DE 698 04 378 T2 또는 EP 0 885 874 B1에 설명되어 있다.
관통 도금부를 수용하는 셀 소켓을 위한 재료들은 기재되어 있지 않으며, 티타늄, 알루미늄, 니켈 합금 또는 스테인리스강으로 구성될 수 있는 연결 핀을 위한 재료만이 설명되어 있다.
DE 699 23 805 T2 또는 EP 0 954 045 B1은 전기 효율성이 개선된 RF 관통 접속구를 설명하고 있다. EP 0 954 045 B1로부터 공지된 관통 접속구들은 유리-금속 관통 접속구가 아니다. EP 0 954 045 B1에는 예컨대 패키지의 금속 벽부 내부에 직접 형성되는 유리-금속 관통 접속구는 바람직하지 못한 것으로 기재되어 있는데, 그 이유는 상기 유형의 RF 관통 접속구가 유리의 취성으로 인해 내구성이 없다는 것이었다.
DE 690 230 71 T2 또는 EP 0 412 655 B1은 배터리 또는 여타의 전기 화학 셀을 위한 유리-금속 관통 접속구를 설명하고 있으며, 여기서 유리로서는 약 45중량 퍼센트의 SiO2 함량을 함유하는 유리들이 이용되고, 금속으로서는 특히 몰리브데늄 및/또는 크롬 및/또는 니켈을 함유하는 합금들이 이용된다. 경금속의 이용은, DE 690 23 071 T2에, 이용되는 유리에 대한 용융 온도 또는 융합 온도와 마찬가지로 기재되어 있지 않다. 핀형 도체를 위한 재료들도, DE 690230 71 T2 또는 EP 0 412 655 B1에 따라, 몰리브데늄, 니오븀, 탄탈륨을 함유하는 합금이다.
US 7,687,200으로부터는, 리튬 이온 배터리를 위한 유리-금속 관통 접속구가 공지되었다. US 7,687,200에 따라서 하우징은 특수강으로 제조되었고 핀형 도체는 백금/이리듐으로 제조되었다. 유리 재료로서 US 7,687,200에는 유리 TA23과 CABAL-12가 명시되어 있다. US 5,015,530에 따라, 상기 유리는 1025℃ 또는 800℃의 용융 온도를 갖는 CaO-MgO-Al2O3-B2O3 계이다. 또한, US 5,015,530으로부터는, 리튬 배터리용 유리-금속 관통 접속구를 위한 유리 조성물들이 공지되었으며, 이들 유리 조성물은 CaO, Al2O3, B2O3, SrO 및 BaO를 함유하고, 그 용융 온도는 650℃ ~ 750℃의 범위이며, 그에 따라 경금속과 함께 이용하기에는 그 온도가 너무 높다.
US 4,841,101로부터는, 실질적으로 핀형인 도체가 유리 재료로 금속 링 내에 유리 밀봉되는, 관통 접속구가 공지되었다. 그 다음, 금속 링은 하우징의 개구부 또는 보어 내로 삽입되어 예컨대 납땜 링을 끼운 후 납땜을 통해 내벽부 또는 보어와 특히 재료 결합 방식으로 결합된다. 금속 링은, 배터리 하우징의 알루미늄의 높은 열 팽창 계수를 보상하기 위해, 실질적으로 유리 재료와 동일하거나 또는 유사한 열 팽창 계수를 보유하는 금속으로 구성된다. US 4,841,101에서 설명되는 실시예의 경우, 금속 링의 길이는 하우징 내 형성된 보어 또는 개구부보다 항상 더 짧다. US 4,841,101에는 유리 조성에 대해 명시되어 있지 않으며, 예컨대 배터리, 특히 리튬 이온 축전지를 위한 관통 접속구의 특별한 이용도 기재되어 있지 않다.
따라서, 본 발명의 과제는 종래 기술의 문제들을 방지하는 관통 접속구를 명시하는 것에 있다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 관통 접속구들의 경우, 특히, 바람직하게는 저용융성 경금속(low-melting light metal), 바람직하게는 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 또는 금속, 특히 강, 특수강, 특히 스테인리스강 또는 AlSiC로 이루어진, 특히 배터리 셀을 위한 하우징의 하우징 부재 내에 형성된 개구부를 통해, 도체, 특히 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료에 매입된 실질적으로 핀형인 도체가 안내됨으로써 해결된다.
본 발명은, 관통 접속구가 하나 이상의 도체, 특히 실질적으로 핀형인 도체뿐 아니라, 본체(base body), 특히 실질적으로 환형인 본체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 내부적으로 도체, 특히 핀형 도체 재료가 유리 밀봉되는 추가의 본체를 이용하여 하우징 부재를 통과하는 관통 접속구를 형성할 경우, 관통 접속구를 사전 제조하고, 다시 말하면 핀 재료를 본체 내에 유리 밀봉하고, 이어서 하우징 부재, 특히 배터리 셀 내로 장착할 수 있다. 그 다음, 본체는 관통 접속구의 각각의 제조 기술 및 형태뿐 아니라 하우징 부재의 제조 기술 및 형태에 대해 최적화된 방식으로 마련할 수 있다. 특히 사전 제조를 통해, 하우징 부재 내에 직접 유리 밀봉하는 경우보다 훨씬 더 작은 가열 장치들을 이용할 수 있는데, 그 이유는 전체의 하우징 부재가 예컨대 노(furnace) 내에서 가열되어야 하는 것이 아니라, 훨씬 더 작은 치수를 갖는 본체만이 가열되기만 하면 되기 때문이다. 또한, 본체와 도체, 특히 실질적으로 핀형인 도체로 이루어진 관통 접속구의 사전 제조가 가능한 상기 유형의 구성은, 예컨대 1단계 공정으로, 예컨대 하우징 부재의 저온 가공 경화 가능성을 활용하면서, 하우징 부재의 개구부 내로 관통 접속구의 경제적인 삽입을 가능하게 한다. 이는 구체적으로, 우선 하우징 부재 내에, 예컨대 덮개 내에 개구부가 예컨대 천공 공정을 통해 구성되는 것을 의미한다. 하우징은 저온 가공 경화되는데, 그 이유는 하우징이 가열되지 않기 때문이다. 이와 반대로, 본체는 연질인데, 그 이유는 본체가 핀형 도체의 유리 밀봉 시 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료와 함께 가열되기 때문이다. 이와 같은 유형 및 방식으로, 특히 관통 접속구의 영역에서 안정된 구조의 배터리 셀 하우징을 제조할 수 있는데, 그 이유는, 예컨대 하우징 부재 내 직접적인 유리 밀봉과는 반대로, 하우징 부재, 특히 덮개 부재의 저온 가공 경화의 손실이 발생하지 않기 때문이다. 추가 장점은, 하우징 부재의 재료 두께가 내부적으로 유리 밀봉이 이루어지는 본체에 비해 분명히 더 얇게 선택될 수 있다는 점이다. 예컨대, 하우징 부재의 재료 두께는 1.5㎜ 및 그 미만일 수 있으며, 그와 반대로 본체는 강도를 이유로 2.0㎜, 특히 3.0㎜ 및 그 이상의 두께를 보유한다. 하우징 또는 하우징 부재의 재료 두께는 바람직하게는 1㎜와 3㎜ 사이, 바람직하게는 1.5㎜와 3㎜ 사이이다. 본체의 두께는 2㎜와 6㎜ 사이, 바람직하게는 2.5㎜와 5㎜ 사이이다. 이 경우, 본체의 두께는 항상 하우징 또는 하우징 부재의 재료 두께, 특히 내부로 관통 접속구가 삽입되는 배터리 덮개의 재료 두께에 적합하게 선택된다. 그와 반대로, 직접적인 유리 밀봉의 경우, 불필요하게 두꺼운 재료 두께가 요구될 수도 있다.
추가 장점은, 본체 및 하우징 부재의 재료들이, 특히 재료 품질 및 합금 선택과 관련하여 서로 상이하게 선택될 수 있다는 점이다. 관통 접속구는, 용접, 납땜, 압입 끼워 맞춤, 압착(clinching) 또는 수축을 통해, 하우징 부재 내 본체와 밀봉 기밀한 방식으로 결합될 수 있다. 예컨대 용접을 통해 하우징 구성부와 관통 접속구를 결합할 때에는, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료의 손상을 방지하기 위해, 온도 공급이 최대한 낮게 유지되도록 유념해야 한다. 밀봉 기밀한 방식은, 본 출원에서, 헬륨 누출률이 1·10- 8mbar l/sec. 미만인 것을 의미한다. 다단계 공정으로 관통 접속구를 위한 플라스틱 실링이 제공되어야 했던 종래 기술에 비해서, 하우징 부재와 본 발명에 따르는 관통 접속구 구성부의 밀봉 기밀식 결합은 단일의 간편한 공정 단계로 형성될 수 있다.
또한, 본체의 선택은, 테두리 디자인뿐 아니라 재료 경도와 관련하고, 특히 하우징을 밀폐하기 위한 방법과도 관련하여, 하우징 부재의 재료를 고려하여 실시할 수 있다. 배터리 셀의 하우징이 예컨대 알루미늄으로 구성된다면, 본체를 위한 재료로서 마찬가지로 알루미늄을 선택할 수 있다.
또한, 관통 접속구에 추가로, 배터리 셀의 하우징의 하우징 부재 내에 또 다른 기능들, 예컨대 안전 밸브 및/또는 배터리 충전 구멍도 구성할 수 있다.
특히 바람직하게는, 본 발명의 제 1 실시예에 따라, 하우징 부재 및/또는 본체, 바람직하게는 실질적으로 환형인 본체는, 재료로서, 금속, 특히 티타늄, 티타늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금, 알루미늄, AlSiC와 같은 경금속과, 그 밖에도 강, 스테인리스강 또는 특수강을 포함한다. 티타늄 합금으로서는 예컨대 Ti6246 및/또는 Ti6242가 이용될 수 있다. 티타늄은 피부 및 인체 친화성 재료이며, 그럼으로써 티타늄은 의료 적용 분야를 위해, 특히 보철학에서 이용된다. 마찬가지로, 티타늄은, 특별한 강도, 내구성 및 적은 중량으로 인해, 특별한 적용 분야에서, 예컨대 속도 경기에서, 그 밖에도 항공 및 우주 비행 적용 분야를 위해서도 즐겨 이용된다.
본체 및/또는 하우징 부재를 위해, 차후의 열처리를 위해 제공되는 고합금 공구강도 이용될 수 있다. 특수강으로서 이용될 수 있는 경우는, 예컨대 X12CrMoS17, X5CrNi1810, XCrNiS189, X2CrNi1911, X12CrNi177, X5CrNiMo17-12-2, X6CrNiMoTi17-12-2, X6CrNiTi1810 및 X15CrNiSi25-20, X10CrNi1808, X2CrNiMo17-12-2, X6CrNiMoTi17-12-2이다. 레이저 용접뿐 아니라 저항 용접 시에 특히 우수한 용접성을 제공할 수 있도록 하기 위해, 본체 및/또는 하우징 부재, 특히 배터리 셀 하우징을 위한 재료로서, 매우 특별한 특수강, 특히 유럽 표준(EN)에 준하는 재료 번호(WNr.) 1.4301, 1.4302, 1.4303, 1.4304, 1.4305, 1.4306, 1.4307을 갖는 Cr-Ni 강이 이용된다. 보통 강(normal steel)으로서는 St35, St37 또는 St38을 이용할 수 있다.
핀형 도체를 위해서는, 이 핀형 도체가 전기 화학 셀 또는 배터리 셀의 캐소드에 연결된다면 특히 구리(Cu) 또는 구리 합금이 이용되며, 도체, 특히 핀형 도체가 애노드에 연결된다면 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금이 이용된다. 핀형 도체를 위한 또 다른 재료들은 마그네슘, 마그네슘 합금, 구리 합금, CuSiC, AlSiC, NiFe, 구리 코어, 다시 말하면 구리 코어를 포함한 NiFe 피복, 은, 은 합금, 금, 금 합금 및 코발트-철 합금일 수 있다.
특히 도체를 위한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로서는 다음이 고려된다.
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.
특히 도체를 위한 구리로서는 다음이 고려된다.
Cu-PHC 2.0070,
Cu-OF 2.0070,
Cu-ETP 2.0065,
Cu-HCP 2.0070,
Cu-DHP 2.0090.
본 출원에서, 경금속은, 5.0㎏/d㎥ 미만의 비중량을 보유하는 금속을 의미한다. 특히 경금속의 비중량은 1.0㎏/d㎥ 내지 3.0㎏/d㎥의 범위이다.
그 외에, 경금속이 도체, 예컨대 핀형 도체, 또는 전극 연결 구성부를 위한 재료로서 이용된다면, 경금속은 추가로 5·106S/m 내지 50·106S/m 범위의 전기 비전도도(electric specific conductivity)를 특징으로 한다. 그 외에, 압축 유리 관통 접속구에서 이용할 경우, 20℃ 내지 300℃ 범위에 대한 팽창 계수(α)는 18·10-6/K 내지 30·10-6/K의 범위이다.
일반적으로 경금속의 용융 온도는 350℃ 내지 800℃의 범위이다.
바람직하게는 본체는, 환형 본체로서, 바람직하게는 원형 형태로, 그 밖에도 타원형 형태로 형성된다. 타원형 형태는 특히, 하우징 부재가, 특히 자체의 개구부(들) 내로 관통 접속구가 삽입되어 있는 배터리 셀의 덮개 부재가 길이가 긴 협폭의 형태를 보유하고, 핀형 도체가 개구부 내에서 하우징 부재를 통해 안내되게끔 하는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료가 본체와 핀형 도체 사이에 완전하게 삽입될 때 바람직하다. 상기 유형의 실시예는, 실질적으로 핀형인 도체와 실질적으로 환형인 본체로 구성되는 관통 접속구를 사전 제조하는 것을 허용한다.
바람직하게는, 일 실시예에 따라, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료로서, 본체 및/또는 실질적으로 핀형인 도체의 용융 온도보다 더 낮은 용융 온도를 보유하는 유형의 재료들이 선택된다. 특히 바람직하게는, 여기서 낮은 용융 온도를 갖는 유리 또는 유리 세라믹 조성물들은 바람직하게는 하기 성분들을 함유하는 조성물들이다.
P2O5 35 ~ 50몰 퍼센트, 특히 39 ~ 48몰 퍼센트,
Al2O3 0 ~ 14몰 퍼센트, 특히 2 ~ 12몰 퍼센트,
B2O3 2 ~ 10몰 퍼센트, 특히 4 ~ 8몰 퍼센트,
Na2O 0 ~ 30몰 퍼센트, 특히 0 ~ 20몰 퍼센트,
M2O 0 ~ 20몰 퍼센트, 특히 12 ~ 20몰 퍼센트(여기서 M = K, Cs, Rb일 수 있다.),
PbO 0 ~ 10몰 퍼센트, 특히 0 ~ 9몰 퍼센트,
Li2O 0 ~ 45몰 퍼센트, 특히 0 ~ 40몰 퍼센트, 바람직하게는 17 ~ 40몰 퍼센트,
BaO 0 ~ 20몰 퍼센트, 특히 0 ~ 20몰 퍼센트, 바람직하게는 5 ~ 20몰 퍼센트,
Bi2O3 0 ~ 10몰 퍼센트, 특히 1 ~ 5몰 퍼센트, 바람직하게는 2 ~ 5몰 퍼센트.
특히 바람직한 경우는 하기 성분들을 함유하는 조성물이다.
P2O5 38 ~ 50몰 퍼센트, 특히 39 ~ 48몰 퍼센트,
Al2O3 3 ~ 14몰 퍼센트, 특히 2 ~ 12몰 퍼센트,
B2O3 4 ~ 10몰 퍼센트, 특히 4 ~ 8몰 퍼센트,
Na2O 10 ~ 30몰 퍼센트, 특히 0 ~ 20몰 퍼센트,
K2O 10 ~ 20몰 퍼센트, 특히 12 ~ 19몰 퍼센트,
PbO 0 ~ 10몰 퍼센트, 특히 0 ~ 9몰 퍼센트.
앞서 명시된 유리 조성물들은, 낮은 용융 온도 및 낮은 Tg을 특징으로 할 뿐 아니라, 상기 유리 조성물들이 배터리 전해질에 대해 충분히 높은 내구성을 보유하고 이런 점에 있어서 요구되는 장시간 내구성을 보장하는 점도 특징으로 한다.
바람직한 것으로서 명시된 유리 재료는, 공지된 알칼리-인산염 유리보다 분명히 더 낮은 총 알칼리 함량을 함유하는 안정된 인산염 유리이다.
인산염 유리들의 대개 높은 결정화 안정성을 통해, 유리들의 용융은 대개 600℃ 미만의 온도(< 600℃)에서도 방해받지 않는 점이 보장된다. 이는, 명시된 유리 조성물들이 유리 솔더(glass solder)로서 이용될 수 있는 것을 가능하게 하는데, 그 이유는 유리 조성물들의 용융이 대개 600℃ 미만의 온도(< 600℃)에서도 방해받지 않기 때문이다.
앞서 언급한 유리 조성물들은 유리 구조 내에 내포되는 Li를 함유한다. 이를 통해, 유리 조성물들은, 특히 에틸렌 카보네이트 및 디메틸 카보네이트로 이루어진 1:1 혼합물을 함유하는 예컨대 1M의 LiPF6 용액의 Li 기반 전해질을 포함하는 리튬 이온 저장 장치를 위해 적합하다.
특히 바람직한 경우는 저나트륨 또는 무나트륨 유리 조성물들인데, 그 이유는 알칼리 이온들의 확산이 Na+ > K+ > Cs+의 순서로 이루어지고 그에 따라 저나트륨 또는 무나트륨 유리들은 특히 전해질에 대해, 특히 리튬 이온 저장 장치에서 이용되는 것과 같은 전해질에 대해 내구성이 있기 때문이다.
또한, 상기 유형의 유리 조성물들은 20℃ 내지 300℃의 범위에서 14·10-6/K를 초과하는, 특히 15·10-6/K와 25·10-6/K 사이의 열 팽창(α)을 나타낸다. 앞서 명시된 유리 조성물의 추가 장점은, 특히 금속 핀 형태의 도체의 금속 또는 둘러싸는 경금속과 함께 유리의 용융이 보호 가스 분위기가 아닌 가스 분위기 조건에서도 가능하다는 점에서 확인된다. 진공도 Al 용융을 위해 지금까지의 방법에 비해 필요하지 않다. 오히려 상기 유형의 용융은 공기 조건에서도 이루어질 수 있다. 2가지 유형의 용융을 위해, 보호 가스로서는 N2 또는 Ar을 이용할 수 있다. 용융하기 위한 전처리로서 금속, 특히 경금속은, 목표한 바대로 산화되거나 코팅되어야 할 때, 세척되고, 그리고/또는 에칭된다. 공정 동안 0.1 내지 30K/min의 가열 속도 및 1 내지 60min의 유지 시간 조건에서 300℃와 600℃ 사이의 온도가 이용된다.
용융 온도는 예컨대 대응하는 공개 내용이 전체 범위에서 본 출원에 함께 수용되는 R. Goerke, K.-J. Leers: Keram. Z. 48(1996) 300-305, 또는 DIN 51730, ISO 540 또는 CEN/TS 15404 및 15370-1에 설명되는 것과 같은 반구 온도(hemisphere temperature)를 통해 결정될 수 있다. 반구 온도의 측정은 DE 10 2009 011 182 A1에 상세하게 설명되어 있으며, 이 독일 공보의 공개 내용도 전체 범위에서 본 출원에 함께 수용된다. DE 10 2009 011 182 A1에 따라서, 반구 온도는 고온 현미경을 이용한 현미경법으로 측정될 수 있다. 상기 반구 온도는, 원래 원통형인 시험편이 반구형 덩어리로 용융되는 그런 온도를 특징짓는다. 반구 온도에는, 대응하는 전문 문헌에서 발췌할 수 있는 것처럼, 대략 log η = 4.6dPas의 점도(viscosity)가 할당된다. 무결정화 유리가 예컨대 유리 분말의 형태로 용융되고 다시 냉각됨으로써, 응고된다면, 보통, 유리는 동일한 용융 온도에서 다시 용융될 수 있다. 이는, 무결정화 유리와의 이음 결합부의 경우, 이음 결합부가 지속적으로 노출될 수 있는 작동 온도가 용융 온도보다 더 높지 않아야 하는 것을 의미한다. 본원에서 이용되는 것과 같은 유리 조성물들은 일반적으로 흔히 유리 분말로 제조되며, 유리 분말은 용융되어 열 작용 조건에서 결합될 구성부들과 함께 이음 결합부를 형성한다. 용융 온도는 대개 대략 유리의 이른바 반구 온도의 레벨에 상응한다. 낮은 용융 온도를 갖는 유리들은 유리 솔더로서도 지칭된다. 용융 온도 대신에, 상기의 경우, 솔더 온도 또는 납땜 온도가 논의 대상이 된다. 용융 온도 또는 솔더 온도는 반구 온도로부터 ±20K만큼 차이를 나타낸다.
특히 바람직하게는, 배터리 하우징 또는 배터리 셀 하우징의 하우징 부재는 외측면과 내측면을 포함하고, 관통 접속구의 본체는, 특히 예컨대 플랜지 결합, 용접, 압입 끼워 맞춤, 납땜 또는 수축을 통해, 하우징 부재의 내측면 또는 외측면과 결합된다.
이를 위해, 특히 바람직하게는, 본체는 돌출부를 포함하며, 그럼으로써 본체의 일측 부분이 하우징 부재의 개구부 내로 삽입되고, 본체의 타측 부분은 개구부 위쪽으로 돌출되어 하우징 부재의 내측면 또는 외측면 상에 안착되거나, 또는 돌출된 위치에서 하우징 부재와 결합될 수 있다.
개선된 실시예에 따라서, 핀형 도체도 두부(head part) 또는 고정부를 포함한다. 두부는 두부 위쪽으로 돌출되는 연장부를 포함할 수 있다. 연장부는, 전극들 또는 전극 연결부들을 위한 센터링부를 제공하기 위해 이용될 수 있다. 두부를 포함하는 실시예의 경우, 배터리 셀 하우징의 내부 안쪽으로 연장되는 두부에, 전극 연결부들 또는 배터리 전극들이 연결될 수 있다.
연장부는 핀형 도체와는 다른 외부 윤곽을 보유할 수 있다. 따라서, 핀형 도체는 타원형 외부 윤곽을 보유하고, 그와 반대로 연장부는 환형 외부 윤곽을 보유할 수도 있다. 치수들도 반드시 동일하지 않아도 된다.
관통 접속구 외에, 본 발명은, 특히 전기 저장 장치, 특히 배터리 셀을 위한 하우징도 제공한다. 하우징은 하나 이상의 개구부를 구비한 하나 이상의 하우징 부재를 포함하며, 그리고 하우징 부재의 개구부가 본체 내에 유리 밀봉되어 있는 하나 이상의 핀형 도체를 구비한 본 발명에 따르는 관통 접속구를 수용하는 것을 특징으로 한다.
매우 바람직하게는, 제공되는 하우징을 이용하는 배터리 셀은 리튬 이온 배터리를 위한 배터리 셀이다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 실질적으로 핀형인 도체를 포함하는 관통 접속구를 제조하기 위한 제조 방법을 제공하며, 상기 제조 방법은 하기 단계들을 포함한다.
- 도체, 특히 실질적으로 핀형인 도체와 본체를 제공하는 단계,
- 도체, 특히 실질적으로 핀형인 도체가, 본체 내에서 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료에 매입되어 유리 밀봉되도록 하면서, 하우징, 특히 배터리 셀 하우징의 하우징 부재를 위한 관통 접속구를 형성하는 단계.
그 외에도, 하우징 구성부 내에 본체를 포함하는 관통 접속구를 삽입하는 방법도 지시되며, 상기 방법은, 관통 접속구가, 특히 용접, 바람직하게는 레이저 빔 용접, 전자 빔 용접, 초음파 용접, 저항 용접뿐 아니라, 대체되는 방식으로는 납땜, 수축, 압입 끼워 맞춤 또는 압착 등을 통해, 본체, 및 이 본체 내에 유리 밀봉된 도체, 특히 핀형 도체와 결합되는 것을 특징으로 한다.
도 1a 및 도 1b는, 본체가 플랜지 링으로서 형성되는 조건에서, 하우징 부재 내에 매입된, 금속 핀과 본체를 포함하는 본 발명에 따르는 관통 접속구의 제 1 실시예를 도시한 도이다.
도 2a 및 도 2b는 용접 링으로서 형성되는 본체를 포함하는 본 발명에 따르는 관통 접속구의 제 2 실시예를 도시한 도이다.
도 3은, 본체가 레이저 용접, 납땜, 수축 또는 전자 용접을 통해 개구부의 영역에서 하우징 부재와 결합되어 있는, 본 발명에 따르는 관통 접속구의 제 3 실시예를 도시한 도이다.
도 4a 내지 도 4c는 하우징 부재의 개구부 내로 삽입되는 본체로서 원추형 링을 포함하는 본 발명에 따르는 관통 접속구의 제 4 실시예를 도시한 도이다.
도 5a 내지 도 5c는 타원형 두부를 구비한 타원형 핀형 도체를 포함하는 본 발명에 따르는 관통 접속구의 일 실시예를 도시한 도이다.
도 6a 및 도 6b는 원형 두부를 구비한 원형 핀형 도체의 추가 실시예를 도시한 도이다.
도 7a 및 도 7b는 두부를 구비한 핀형 도체의 제 4 실시예를 도시한 도이다.
도 8a 및 도 8b는 열 장벽 및 기계적 하중 완화부를 포함하는 관통 접속구의 제 1 실시예를 도시한 도이다.
도 9a 및 도 9b는 열 장벽 및 기계적 하중 완화부를 포함하는 관통 접속구의 제 2 실시예를 도시한 도이다.
도 10a 및 도 10b는 전극 연결 구성부를 포함하면서, 두부를 미포함한 관통 접속구 구성부를 구비한 관통 접속구와 배터리 셀 하우징을 포함하는 배터리 셀을 도시한 도이다.
도 11a 및 도 11b는 전극 연결 구성부를 포함하면서, 본 발명에 따르는 두부를 구비한 관통 접속구 구성부를 구비한 관통 접속구와 배터리 셀 하우징을 포함하는 배터리 셀을 도시한 도이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 추가 변형예에 따르는 관통 접속구 구성부를 구비한 관통 접속구와 배터리 셀 하우징을 포함하는 배터리 셀을 도시한 도이다.
본 발명은 하기에서 실시예들과 도면에 따라 설명된다. 그러나 본 발명은 상기 실시예들과 도면으로만 제한되지 않는다.
도 1a에는, 하우징, 바람직하게는 축전지를 위한 하우징, 특히 예컨대 도 10a 내지 도 12c에 따르는 리튬 이온 배터리용 배터리 셀의 하우징의 하우징 부재(5)를 통과하는 본 발명에 따르는 관통 접속구(3)가 도시되어 있다.
비록 하기에 두부를 포함하지 않은 핀형 도체에 대한 실시예들이 설명되기는 하지만, 분명하게 언급하지 않아도, 상기 실시예들은 두부를 포함하는 핀형 도체에 관한 것일 수 있다.
하우징 부재(5)는 하우징 부재에 관통 형성되는 개구부(7)를 포함한다. 개구부(7) 내로는, 도체, 특히 실질적으로 핀형인 도체(11)를 수용하는 본체, 특히 실질적으로 환형인 본체(9)를 포함하는 본 발명에 따르는 관통 접속구가 삽입된다. 실질적으로 환형인 본체(9) 내로는 실질적으로 핀형인 도체가 유리 밀봉된다. 본체와 그에 따른 개구부(7)를 통해 실질적으로 핀형인 도체(11)의 밀봉형 관통 접속구를 제공하기 위해, 실질적으로 핀형인 도체(11)는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료로 이루어진 유리 마개(glass stopper) 내로 용융 밀봉되는데, 다시 말하면, 본체(9)와 실질적으로 핀형인 도체(11)가 유리(13)와 함께 용융된다. 예컨대 본체, 핀형 도체 및 유리 재료를 위해 서로 다른 팽창 계수(α)를 갖는 재료들이 이용된다면, 이른바 압축 유리 관통 접속구가 제공될 수 있다. 압축 유리 관통 접속구의 장점은, 유리 마개에 대한 하중이 증가한 조건에서도, 예컨대 압력 하중 시, 본체로부터 금속 핀과 함께 유리 마개가 밀려 빠지는 점이 방지된다는 점에 있다. 바람직하게는, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료의 용융 온도는 본체(9) 및/또는 핀형 도체의 재료의 용융 온도를 하회하는 20K 내지 100K이다. 본체(9)가 저용융성 금속, 특히 경금속, 바람직하게는 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금 또는 AlSiC, 티타늄, 티타늄 합금, 그 밖에도 강, 스테인리스강 또는 특수강으로 제조된다면, 바람직하게는 몰 퍼센트 단위로 하기 성분들을 함유하는 유리 재료가 이용되며, 이 유리 재료를 통해서 도체가 안내된다.
P2O5 35 ~ 50몰 퍼센트, 특히 39 ~ 48몰 퍼센트,
Al2O3 0 ~ 14몰 퍼센트, 특히 2 ~ 12몰 퍼센트,
B2O3 2 ~ 10몰 퍼센트, 특히 4 ~ 8몰 퍼센트,
Na2O 0 ~ 30몰 퍼센트, 특히 0 ~ 20몰 퍼센트,
M2O 0 ~ 20몰 퍼센트, 특히 12 ~ 20몰 퍼센트(여기서 M = K, Cs, Rb일 수 있다.),
PbO 0 ~ 10몰 퍼센트, 특히 0 ~ 9몰 퍼센트,
Li2O 0 ~ 45몰 퍼센트, 특히 0 ~ 40몰 퍼센트, 바람직하게는 17 ~ 40몰 퍼센트,
BaO 0 ~ 20몰 퍼센트, 특히 0 ~ 20몰 퍼센트, 바람직하게는 5 ~ 20몰 퍼센트,
Bi2O3 0 ~ 10몰 퍼센트, 특히 1 ~ 5몰 퍼센트, 바람직하게는 2 ~ 5몰 퍼센트.
특히 바람직한 실시예에 따라, 유리 조성물은 몰 퍼센트 단위로 하기 성분들을 함유한다.
P2O5 38 ~ 50몰 퍼센트, 특히 39 ~ 48몰 퍼센트,
Al2O3 3 ~ 14몰 퍼센트, 특히 4 ~ 12몰 퍼센트,
B2O3 4 ~ 10몰 퍼센트, 특히 4 ~ 8몰 퍼센트,
Na2O 10 ~ 30몰 퍼센트, 특히 14 ~ 20몰 퍼센트,
K2O 10 ~ 20몰 퍼센트, 특히 12 ~ 19몰 퍼센트,
PbO 0 ~ 10몰 퍼센트, 특히 0 ~ 9몰 퍼센트.
하기에는 앞서 언급한 유리 조성물들에 대한 8가지 실시예가 표 1에 명시되어 있다(표 1: 실시예).
Figure 112019102368903-pat00001
위에 명시된 특정한 유리 조성물은, 유리 재료들이 20℃와 300℃ 사이의 온도에 대해 15 x 10-6K-1을 초과하는 범위, 바람직하게는 15 x 10-6K-1 내지 25 x 10-6K-1 범위에 속하고 그에 따라 알루미늄과 같은 경금속, 그 밖에도 유리 재료를 통해 안내되는 실질적으로 핀형인 도체(11)를 위한 유사한 금속, 구체적으로는 예컨대 구리의 열 팽창 범위에 속하는 매우 높은 열 팽창을 나타내는 것을 특징으로 한다. 따라서 알루미늄은 실온(room temperature)에서 열 팽창 α = 23 x 10-6/K을 나타내며, 구리는 16.5 x 10-6/K을 나타낸다. 유리 밀봉 시 본체의 경금속과 경우에 따라서는 금속 핀의 경금속이 용융되거나 변형되는 점을 방지하기 위해, 유리 재료의 용융 온도는 본체 및/또는 도체의 재료의 용융 온도를 하회한다. 이 경우, 명시된 유리 조성물의 용융 온도는 250℃ 내지 650℃의 범위에 속한다. 개구부(7) 내로 관통 접속구를 삽입하기 전에 본체(9) 내로 실질적으로 핀형인 도체(11)를 유리 밀봉하는 점은, 유리가 도체, 특히 핀형 도체와 함께 유리의 용융 온도로 가열됨으로써 유리 재료가 연화되어 개구부 내에서 도체, 특히 핀형 도체를 에워싸면서 본체(9)에 안착되는 것을 통해 달성된다. 앞서 설명한 것처럼, 예컨대 본체(9)를 위해 용융점(T용융 = 660.32℃)을 갖는 경금속으로서 알루미늄이 이용된다면, 유리 재료의 용융 온도는, 앞서 명시된 것처럼, 바람직하게는 350℃ 내지 640℃의 범위에 속한다. 바람직하게는, 핀형 도체(11)의 재료는 본체의 재료와 동일하며, 이는, 본체 및 금속 핀을 위한 팽창 계수가 동일하다는 장점이 있다. 핀형 도체는 재료로서 알루미늄, 알루미늄 합금, AlSiC, 구리, 구리 합금, CuSiC 합금, NiFe 합금, 구리 코어, 다시 말해 구리 코어를 포함한 NiFe 피복, 또는 CF25, 다시 말하면 코발트-철 합금, 은, 은 합금, 금 또는 금 합금을 함유할 수 있다. 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료의 20℃ 내지 300℃의 범위에서 팽창 계수(α)가 완전하게 본체의 재료에 적합하게 설정되지 않는다면, 압축 유리 관통 접속구가 제공된다. 그렇지 않고 적합하게 설정된다면, 이는 이른바 적응형 관통 접속구(adapted feed-through)에 관계한다.
본체를 위한 재료로서는, 바람직하게는, 알루미늄(Al), AlSiC, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 티타늄, 티타늄 합금과 같은 경금속이 이용된다. 본체를 위한 대체되는 재료는 강, 스테인리스강, 특수강 또는 공구강과 같은 금속이다.
유리 또는 유리 세라믹의 용융 온도 또는 융합 온도는, 유리 재료가 연화되고 그에 따라 유리 재료와 함께 용융되는 금속에 기밀하게 안착됨으로써 유리 또는 유리 세라믹과 금속 사이에 이음 결합이 확보되는, 유리 또는 유리 세라믹의 온도를 의미한다.
용융 온도는, 예컨대 해당하는 공개 내용이 전체 범위에서 본 출원에 함께 수용되는 R. Goerke, K.-J. Leers: Keram. Z. 48(1996) 300-305, 또는 DIN 51730, ISO 540 또는 CEN/TS 15404 및 15370-1에 설명되는 것과 같은 반구 온도를 통해 결정될 수 있다. 반구 온도의 측정은 DE 10 2009 011 182 A1에 상세하게 설명되어 있으며, 이 독일 공보의 공개 내용도 전체 범위에서 본 출원에 함께 수용된다.
DE 10 2009 011 182 A1로부터 공지된 유리 솔더는 예컨대 연료 전지에서 고온 적용 분야에 관계한다.
앞서 명시된 인산염 유리 조성물들은 최대 45몰 퍼센트, 특히 최대 35몰 퍼센트의 Li 성분을 함유한다. 놀랍게도, 상기 유리 조성물은 결정화 안정 상태를 나타내며, 다시 말하면, 후속하는 소결 단계에서 상기 유리 조성물은 간섭하는 결정화를 나타내지 않으며, 특히 35몰 퍼센트 미만인 경우에는 실질적인 결정화를 나타내지 않는다.
앞서 언급한 유리 조성물들은 유리 구조 내에 내포되는 Li를 함유한다. 이를 통해, 유리 조성물들은, 특히 예컨대 에틸렌 카보네이트 및 디메틸 카보네이트로 이루어진 1:1 혼합물을 함유하는 1M의 LiPF6 용액의 Li 기반 전해질을 포함하는 리튬 이온 저장 장치를 위해 적합하다.
특히 바람직한 경우는 저나트륨 또는 무나트륨 유리 조성물인데, 그 이유는 알칼리 이온들의 확산이 Na+ > K+ > Cs+의 순서로 이루어지고 그에 따라 저나트륨 또는 무나트륨 유리들은 특히 전해질에 대해, 특히 리튬 이온 저장 장치에서 이용되는 것과 같은 전해질에 대해 내구성이 있기 때문이다.
앞서 명시된 유리 조성물들은 14·10-6/K를 초과하는, 특히 15·10-6/K와 25·10-6/K 사이의 열 팽창(α)(20℃ ~ 300℃)을 나타낸다. 앞서 명시된 유리 조성물의 추가 장점은, 특히 금속 핀 형태의 도체의 금속 또는 둘러싸는 경금속과 함께 유리의 용융이 보호 가스 분위기가 아닌 가스 분위기 조건에서도 가능하다는 점에서 확인된다. 진공도 Al 용융을 위해 지금까지의 방법에 비해 필요하지 않다. 오히려 상기 유형의 용융은 공기 조건에서도 이루어질 수 있다. 2가지 유형의 용융을 위해, 보호 가스로서는 N2 또는 Ar을 이용할 수 있다. 용융하기 위한 전처리로서 금속, 특히 경금속은, 목표한 바대로 산화되거나 코팅되어야 할 때, 세척되고, 그리고/또는 에칭된다. 공정 동안 0.1 내지 30K/min의 가열 속도 및 1 내지 60min의 유지 시간 조건에서 300℃와 600℃ 사이의 온도가 이용된다.
또한, 도 1a 및 도 1b에 도시된 것처럼, 배터리 또는 배터리 셀의 하우징의 하우징 부재(5), 여기서는 전극들의 관통 접속구를 위한 개구부들을 포함하는 배터리 덮개가 도시되어 있다. 배터리 덮개 또는 하우징 부재는 마찬가지로 바람직하게는 알루미늄으로 제조된다. 그 밖에도, 배터리 덮개 도는 하우징 부재를 위한 재료로서는, 알루미늄 합금, 마그네슘 및 마그네슘 합금, AlSiC, 티타늄, 티타늄 합금, 그 밖에도 강, 스테인리스강 또는 특수강도 고려된다. 하우징 부재는 외측면(20.1)과 내측면(20.2)을 포함한다. 외측면은 배터리 셀로부터 외부 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하고, 내측면은, 예컨대 리튬 이온 축전지의 경우, 배터리 셀의 전해질 쪽으로 연장되는 것을 특징으로 한다. 배터리 셀 및 관통 접속구들을 포함하는 전체 하우징은 도 10a 내지 도 12c에 도시되어 있다.
리튬 이온 배터리의 경우, 전해질로서, 전형적으로 카보네이트, 특히 카보네이트 혼합물, 예컨대 에틸렌 카보네이트와 디메틸 카보네이트로 이루어진 혼합물로 구성되는 무수성 전해질이 전형적으로 이용되며, 공격적인 무수성 배터리 전해질은 전도염, 예컨대 1몰 용액 형태의 전도염 LiPF6을 함유한다.
제 1 실시예에 따라서, 본체(3)는 돌출부(30)를 포함하며, 다시 말해 하우징 부재의 외측면 상에서 도 1a의 예시에 따른 환형 몸체의 벽 두께(W1)는 하우징 부재의 내측면 영역에서 환형 본체(9)의 두께(W1)보다 더 두꺼우며, 그럼으로써 환형 몸체의 외측면 상에 본체의 지지면(32)이 형성된다. 환형 몸체(9)는 레이저 빔 용접, 전자 빔 용접, 납땜, 개구부(7) 내 수축 및 개구부(7) 내 압입 끼워 맞춤 및 플랜지 결합을 통해 지지면(32) 영역의 하우징 부재(5)와 결합될 수 있다.
도 1b에는 도 1a에 대해 관통 접속구의 유사한 실시예가 도시되어 있으며, 동일한 구성부들에 대해서는 동일한 도면 부호들이 이용된다.
그러나 이제부터 내측면(20.2) 영역에서의 폭(W1)은 외측면(20.1) 영역의 폭(W2)보다 더 넓다.
그 밖에 도 1b에 따르는 실시예는 도 1a와 동일하다. 결합은, 도 1a의 경우 하우징 부재(5), 여기서는 배터리 덮개와 본체(30) 사이에서처럼, 예컨대 앞서 설명한 것처럼, 레이저 빔 용접, 전자 빔 용접, 납땜, 개구부(7) 내 수축 또는 압입 끼워 맞춤을 통해 이루어질 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 따르는 본체는 실질적으로 플랜지 링인 반면에, 도 2a 및 도 2b에 따르는 실시예의 경우 환형 본체(109)는 용접 링(170)을 포함하는 환형 본체이다. 도 1a 및 도 1b에서와 동일한 구성부들은 100만큼 증가된 도면 부호로 표시되어 있다. 실질적으로, 도 2a 및 도 2b에 따르는 실시예는 도 1 및 도 1b에 따르는 실시예와 동일하다. 용접 링(170)을 포함하는 환형 본체(109)는 대체되는 결합 방법을 통해 하우징 부재와 본체(109)의 결합을 가능하게 한다. 용접 링(170)의 영역에서 하우징 부재와 환형 본체의 결합은 저항 용접 또는 저항 납땜을 통해 이루어질 수 있다.
도 3에는 본 발명의 추가 실시예가 도시되어 있다. 도 1a 및 도 1b와 도 2a 및 도 2b에서와 동일한 구성부들은 각각 도 1a 및 도 1b에 비해 200만큼 증가되고, 도 2a 및 도 2b에 따라서는 100만큼 증가된 도면 부호들로 표시되어 있다.
도 1 및 도 2b와 도 2a 및 도 2b에 따르는 실시예들과는 다르게, 본체는 서로 상이한 폭들(W1 및 W2)을 보유하지 않으며, 그럼으로써 정지면(32)이 형성되는 것이 아니라, 환형 본체의 폭(W)은 전체 높이에 걸쳐서 동일하다. 전체 높이에 걸쳐 동일한 폭을 보유한 환형 본체(209)가 개구부(207) 내로 삽입된다. 환형 본체(209)뿐 아니라 유리 재료(213) 및 실질적으로 환형인 도체(211)를 포함하는 관통 접속구(203)와 하우징 부재(204) 사이의 결합은, 개구부(207) 내 삽입과, 뒤이은 개구부(207)의 측벽부들(219) 영역에서의 결합을 통해 달성되며, 연결을 통해서는 달성되지 않는다. 본 발명은, 레이저 용접, 납땜, 수축, 압입 끼워 맞춤 또는 전자 용접을 통해 제조될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c에는, 하우징 부재(305) 내 개구부(307) 내로 삽입되는 관통 접속구의 대체되는 실시예들이 각각 도시되어 있다. 실질적으로 이는 도 3에 따르는 실시예에 상응하며, 동일한 구성부에 대해서는 100만큼 증간된 도면 부호들이 이용된다. 그러나 도 3과 다르게, 본체(309)는, 하우징 부재 내에 원추형으로 연장되는 개구부(307) 내로 삽입되는 원추형 링으로서 형성된다. 관통 접속구 사이의 결합은 여기서도 원추형 개구부(307)의 측벽부들과 원추형 본체(309) 사이에서, 예컨대 용접, 납땜, 압착, 수축을 통해 이루어진다. 그 밖에도, 하우징 부재(305) 내 원추형 개구부(307) 내로 실질적으로 원추형으로 연장되는 환형 본체(309)를 압입 끼워 맞춤으로 끼울 수 있다. 원추형 본체는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 3가지 실시예를 포함할 수 있다. 도 4a에서, 본체는 하우징 부재(305)로 향하는 외측면(395)에서 원추형이고, 도 4b에서는 외측면(395)뿐 아니라 핀형 도체(311) 쪽을 향해 정렬된 내측면(397)에서도 원추형이며, 그리고 도 4c의 경우는 내측면(397)에서만 원추형이다. 개구부뿐 아니라 본체의 원추형 형성을 통해, 하우징 부재(305)의 외측면(320.1) 방향으로 관통 접속구의 상대 이동은 방지되는데, 그 이유는 원추형 보어 및 원추형으로 형성된 본체가 거의 역 갈고리로서 기능하고, 외측면(320.1) 방향의 상대 이동이 관통 접속구(303)의 본체(309)와 개구부(307)의 측벽부들 사이에 형태 결합을 달성하기 때문이다.
도 4에 따르는 실시예의 장점은, 관통 접속구의 하중이 증가한 조건에서도, 예컨대 압력 하중 조건에서도, 관통 개구부(307)로부터 금속 핀(311)과 함께 관통 접속구(307)가 밀려 빠지는 점이 확실하게 방지된다는 점에 있다. 특히 바람직하게는, 개구부들(307)은 간단한 제조 방법을 통해, 예컨대 천공 공정을 통해 하우징 부재(305) 내에 구성된다.
도 5 내지 도 7에는, 다시금 환형 본체(509)가 제공되어 있는 본 발명의 실시예들이 도시되어 있다. 그러나 이제부터는 핀형 도체에 두부(580)가 구비된다. 도 5a 내지 도 5c뿐 아니라, 도 6a 및 도 6b와 도 7에 따르는 실시예의 경우 유리 밀봉은, 여기서도 예컨대 도 3에 도시된 것처럼, 하우징 부재 내로 삽입될 수 있는 환형 본체(509)를 통해 안내되는 핀형 도체(511)와 본체(509) 사이에서 이루어질 뿐 아니라, 이제부터는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(513)가 본체(509)와 두부(580) 사이에도 삽입된다.
이 경우, 두부(580)의 치수(A1)는 실질적으로 핀형인 도체(511)의 치수(A1)보다 더 크다. 이 경우, 실질적으로 원형 횡단면을 보유하는 도체의 경우에는, 두부의 치수가 핀형 도체의 지름보다 더 크다. 이는, 두부의 상단 표면이 두부(580)가 연결되는 핀형 도체(511)의 상단 표면보다 더 크다는 것을 의미한다. 또한, 두부(580)는 전극 연결 구성부와 연결될 수 있는 방식으로 형성될 수 있다. 전극 연결 구성부는 특히 캐소드를 위한 구리 소재 또는 애노드를 위한 알루미늄 소재의 구성부이다. 두부와 전극 연결 구성부(미도시)의 결합은 기계적으로 안정되고 특히 분리할 수 없는 전기 연결부로 이루어진다. 상기와 같이 기계적으로 안정되고 분리할 수 없는 전기 연결부는, 두부와 전극 연결부가 용접, 특히 저항 용접, 전자 빔 용접, 마찰 용접, 초음파 용접, 접합, 접착, 납땜, 코킹(caulking), 수축, 압입, 메움(stick), 및 압착을 통해 바람직하게는 재료 결합 방식으로 결합됨으로써 제공된다. 두부와 전극 연결 구성부의 결합은, 두부(580)와 핀형 도체(511)가 배터리 또는 배터리 셀의 하우징 내에 삽입되거나 유리 밀봉된 후에 이루어진다. 자명한 사실로서, 하우징 개구부 내로 삽입하거나 유리 밀봉하기 전에, 전극 연결 구성부와 관통 접속구 구성부를 결합할 수도 있지만, 최초에 언급한 가능성이 바람직한 방법이다.
두부(580)를 포함하는 실시예를 통해, 배터리 셀들을 위한 하우징 내에서 이용 시 작은 내부 장착 공간만을 필요로 하는 관통 접속구가 제공된다. 본 발명에 따르는 관통 접속구 구성부의 두부는 전극 연결 구성부를 연결하기 위한 매우 큰 지지면을 포함한다. 이를 통해, 연결 영역에서 높은 안정성이 달성된다. 특히, 핀형 도체들에 전극 연결 구성부들을 직접 결합하는 것에 비해, 훨씬 더 높은 휨 강도가 달성된다. 두부를 통한 전극 연결 구성부들의 결합 시 추가 장점은, 핀에 대한 직접적인 결합에 비해, 배터리 셀에서부터 배터리 셀의 하우징을 통과하는 관통 접속구까지 스트립 도체 내 횡단면 면적의 수축 또는 심한 변화가 방지된다는 점에서 확인된다. 횡단면 수축은, 자동차에서 에너지 캐리어로서의 리튬 이온 축전지들의 경우, 특히 20A에서 500A까지로 전류가 높을 때 배터리 셀들 내에서 문제를 야기할 수 있는 높은 손실 열을 초래한다. 상기 유형의 손실 열은 두부(580)를 통해 방지될 수 있다.
도체, 특히 핀형 도체(511) 위쪽으로 연장부(582)가 돌출되며, 예컨대 내측면(520.2)을 넘어 배터리 셀의 내부 안쪽으로 돌출되며, 도체의 연장부(582)는 앞서 논의된 전극 연결 구성부를 위한 센터링부로 이용될 수 있다. 핀형 도체의 연장부(582)는 바람직하게는, 예컨대 타원형 또는 원형일 수 있는 도체의 형태와 무관하게, 항상 원형으로 형성된다. 또한, 연장부와 실질적으로 핀형인 도체의 치수도 서로 상이할 수 있다.
환형 본체(509)도 상이한 형태들을 취할 수 있으며, 예컨대 도 5a 내지 도 5c에 도시된 것처럼 타원형 외부 형태(590)를 취할 수 있으며, 이 경우 바람직하게는 도체도 이 도체가 타원형 본체를 통해 안내되는 영역에서, 다시 말해 영역(511)에서 마찬가지로 타원형으로 형성될 수 있지만, 두부는 도 5b에 도시된 것처럼 전극 연결 구성부들을 연결하기 위해 상면도에서 볼 때 원형으로 형성된다.
특히 협폭의 배터리 덮개들에서 바람직한 사항으로, 환형 본체, 핀형 도체 및 연장부의 타원형 실시예에 대체되는 방식으로, 핀형 도체뿐 아니라 센터링 연장부와 본체도 환형으로 형성할 수 있다. 또한, 자명한 사실로서, 형태들이 혼용될 수 있으며, 다시 말해 타원형 본체가 환형의 핀형 도체와 혼용될 수 있으며, 이는 여기에 더 상세하게 설명하지 않는다.
환형의 핀형 도체를 포함하는 환형 본체는 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있다. 도 5a 내지 도 5c에서와 동일한 구성부들은 100만큼 증가된 도면 부호들로 표시되어 있으며, 다시 말해 도 6a 및 도 6b에는, 예컨대 핀형 도체는 도면 부호 611로, 두부는 680으로, 그리고 환형 본체는 609로 표시되어 있다.
전극들에 또 다른 연결부들 또는 연결 구성부를 장착하기 위해, 도 7에 따르는 실시예에서는, 두부(2)의 상단 표면(780)을 돌출시키는 점, 다시 말하면 개구부의 지름보다 더 크게 제공하는 점이 제공된다. 도 5a 내지 도 5c에서와 동일한 구성부들은 200만큼 증가된 도면 부호들로 표시되어 있으며, 다시 말하면 핀형 도체의 도면 부호는 711이고, 환형 본체의 도면 부호는 709이다. 두부(780)의 돌출은 앞서 설명한 결합 방법에 추가로 2개의 측면으로부터의 접근성을 바탕으로 완전 관통 용접(full penetration welding), 저항 용접 또는 리벳팅을 이용한 결합도 허용한다.
도 7에 따르는 실시예에서는, 특히 관통 접속구 구성부의 본 발명에 따르는 특징, 즉 두부(780)의 표면(FKOPFTEIL)이 핀형 도체(711)의 표면(FLEITER)보다 더 크다는 특징을 잘 확인할 수 있다. 도 7에 따르는 실시예의 경우, 연장부의 치수 및 형태가 핀형 도체(711)에 상응하기 때문에, 상면도에 도시된 연장부의 횡단면 표면은 핀형 도체의 표면과 동일하다.
도 8a 내지 도 9b에는, 본체를 통과하는 핀형 도체의 관통 접속구가 도시되어 있으며, 관통 접속구가 열 장벽과 기계적 하중 완화부와 함께 하우징 부재, 특히 배터리 덮개 내로 삽입되어 도시되어 있다.
도 8a 및 도 8b에는 기계적 하중 완화를 위해, 그리고 열 장벽으로서 하중 완화 장치를 포함하는 본 발명에 따르는 관통 접속구의 제 1 실시예가 도시되어 있다.
도 1a 내지 도 4에 따르는 실시예들과 다르게, 도 8a 및 도 8b에 따르는 실시예의 경우, 본체(809)는 하중 완화 장치로서 원형 그루브(850)를 포함한다. 여기서도, 원형 그루브(850)를 포함하는 본체(809) 내에서 실질적으로 핀형인 도체(811)가 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(813)와 함께 용융 밀봉된다.
비록 도시되어 있지 않지만 분명하게 언급한 것처럼, 핀형 도체는 대체되는 실시예에 따라 두부를 구비하여 형성될 수 있으며, 이 경우 당업자는 발명 단계에 준하는 활동을 하지 않아도 된다.
또한, 도 8a에서는, 하우징 부재(805), 실질적으로 배터리 셀의 덮개가 확인된다. 유리 밀봉된 실질적으로 핀형인 도체를 포함하는 본체(809)로 구성되는 관통 접속구는 영역(870)에서 원형으로 예컨대 용접, 특히 레이저 용접을 통해 하우징 부재(805)와 결합된다. 원형 그루브(850)는 한편으로 열 장벽을 나타내고, 다른 한편으로는 특히 하중 완화의 영역(813)에서 관통 접속구를 보호하고 하중 완화하기 위해 필요한 탄성을 제공한다. 특히 원형 그루브(850)의 구성과 더불어, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료에 대해 발생하는 기계적 및 열적 하중들이 감소되는 점이 달성된다. 이를 통해, 관통 접속구의 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료에서 누출을 야기할 수 있는 균열 형성은 대폭 감소될 수 있다.
도 8b에 따르는 실시예도 재차 본체 내 하중 완화 장치로서 원형 그루브(850)를 포함하는 관통 접속구를 도시하고 있다. 도 8a에 따르는 실시예와 다르게, 여기서는 하우징 부재(805)가, 관통 접속구 및 하우징 부재(805)의 결합 영역에 두부(880)를 포함한다. 이는 도 8a에 따르는 실시예에 비해, 훨씬 더 나은 기계적 하중 완화를 달성한다. 또한, 본체는 자체의 전체 두께(D)에 걸쳐서 하우징 부재(805)와 결합될 수 있으며, 이는 정확한 용접 공정을 허용한다.
도 9a 및 도 9b에는, 도 8a 및 도 8b에 대한 대체되는 실시예들이 도시되어 있으며, 도 9a 및 도 9b에서도 하중 완화부 및 열 장벽이 제공된다. 도 8a에 따르는 실시예와 다르게, 여기서 본체는 하중 완화 장치로서 원형 그루브를 포함하는 것이 아니라, 돌출부(990)를 포함한다. 도 8a 및 도 8b에서와 동일한 구성부들은 도 8a 및 도 8b에 비해 100만큼 증가된 도면 부호로 표시되어 있다. 그에 따라, 핀형 도체는 911로, 유리 재료 및 유리 세라믹 재료는 913으로 표시되어 있다. 관통 접속구와 하우징 부재 사이의 결합 영역은 970으로 표시되어 있다. 앞서 설명한 것과 같은 도 8a에 대한 장점들은 도 9a에도 해당하며, 따라서 여기에 함께 포함된다.
도 9b에는, 도 9a에 대한 대체되는 실시예가 도시되어 있다. 실질적으로 환형인 본체(909) 외에, 이제부터는 덮개 부재(905)도 돌출부(980)를 포함한다. 앞서 설명한 것과 같은 도 8b에 대한 장점들은 도 9b에도 해당하며, 따라서 여기에 함께 포함된다.
기계적 및 열적 하중 완화를 제공하는 도 8a 내지 도 9b의 모든 실시예들은, 핀형 도체(811)를 포함하는 도시된 실시예 대신에, 도 5 내지 도 7에 상세하게 설명된 것처럼 두부를 구비한 핀형 도체를 이용하여서도 가능하다. 따라서 도 5 내지 도 7에 대한 설명의 공개 내용은 전체 범위에서 여기에 함께 포함되며, 이에 대한 특별한 언급이나 도면은 필요하지 않다. 일 양태에 있어서, 하중 완화 장치는 그루브 및 돌출부 양자 모두를 포함할 수 있다.
도 10a 내지 도 11b에는, 본 발명에 따르는 이용되는 관통 접속구들을 포함하는, 리튬 이온 배터리를 위한 완전한 배터리 셀들이 도시되어 있다.
이 경우, 도 10a 및 도 10b에는, 두부를 포함하지 않은 핀형 도체, 다시 말해 도 1a 내지 도 4 또는 도 9a 내지 도 10b에 따르는 관통 접속구가 제공되는 본 발명의 일 실시예가 도시되어 있다. 이와 다르게, 도 11a 및 도 11b에는, 하우징과 이 하우징 내에 장착된 관통 접속구들을 포함하는 배터리 셀이 도시되어 있으며, 이 경우 핀형 도체는 본 발명에 따르는 두부를 포함한다.
도 10a에는, 배터리 셀(1000)의 기본 구성이 도시되어 있다.
배터리 셀(1000)은 측벽부들(1110) 및 덮개 부재(1120)를 구비한 하우징(1100)을 포함한다. 하우징(1100)의 덮개 부재(1120)에는 예컨대 천공 공정을 통해 개구부들(1130.1, 1130.2)이 관통 형성된다. 두 개구부(1130.1, 1130.2) 내로는 다시 관통 접속구들(1140.1, 1140.2)이 삽입된다.
도 10b에는, 개구부(1130.1)와 이 개구부 내에 삽입된 관통 접속구(1140.1)를 포함하는 배터리 덮개(1120)의 부분이 상세하게 도시되어 있다.
관통 접속구(1140.1)는 핀형 도체(2003)뿐 아니라 본체(2200)도 포함한다. 두부를 미포함한 핀형 도체(2003)는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(2280)를 포함한 본체(2200) 내에 유리 밀봉된다. 핀형 도체(2003)는, 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료(2280)를 포함한 본체(2200) 내에 유리 밀봉된 후에, 전체 구성부로서, 예컨대 바람직하게는 알루미늄으로 구성된 관통 접속구의 본체(2200)가 알루미늄으로 구성된 저온 가공 경화된 덮개 부재(1120)와 예컨대 용접을 통해 결합되면서, 개구부(1130.1) 내로 삽입된다. 유리 밀봉을 바탕으로, 바람직하게는 본체(2200)만이 연화된다.
핀형 도체에는, 내부로 전극 연결부(2020)가 삽입되는 리세스부(2002)가 제공된다. 전극 연결부는 여기서도 배터리 셀(1000)의 전기 화학 셀(2004)의 캐소드로서, 또는 그의 애노드로서 이용된다. 배터리 셀(1000)을 둘러싸는 하우징(1100)은 배터리 셀 하우징으로서 이용된다.
도 10a로부터 알 수 있듯이, 핀형 도체와, 전기 화학 셀(2004)과 연결되어 상기 핀형 도체의 리세스부(2002) 내에 삽입되는 전극 연결 구성부를 포함하는 관통 접속구(1140.1, 1140.2)의 구조를 바탕으로, 대형 장착 공간(2006)이 전기 화학 셀(2004)과 덮개(1120) 사이에 형성된다.
도 11a 및 도 11b에 도시된 것처럼 핀형 도체와 두부를 포함하는 관통 접속구(3200)의 본 발명에 따르는 구조를 통해, 배터리 셀 하우징 내에서 활용되지 않은 장착 공간을 최소화할 수 있다. 이는 도 11a 및 도 11b에서 분명하게 알 수 있다.
도 10a 및 도 10b에서 동일한 구성부들은 2000만큼 증가된 도면 부호들로 표시되어 있다.
여기서도 배터리 셀 하우징(3100)의 덮개(3120)의 개구부(3130.1, 3130.2) 내로 관통 접속구들(3140.1, 3140.2)이 삽입된다. 도 10a 및 도 10b에 따르는 관통 접속구들의 관통 접속구 구성부와 다르게, 이제부터는 관통 접속구 구성부에 핀형 도체(3003) 및 두부(3005)가 구비된다. 두부는, 연장부(3030)를 포함할 뿐 아니라, 용접, 납땜 또는 앞서 설명한 방법들 중 여타의 방법을 통해 두부(3005) 상에 고정 장착되는 전극 연결 구성부(3010)도 포함한다. 전극 연결 구성부는 섹션(3140)을 포함하고, 이 섹션(3140)은 전기 화학 셀(4004)을 위한 캐소드 또는 애노드로서 이용된다. 도 11a 및 도 11b로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따르는 관통 접속구 구성부의 장점은 분명하게 확인된다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 관통 접속구의 구조 유형은, 배터리 셀 하우징 내부에 최대한 적은 장착 공간이 이용되지 않은 상태로 유지되게끔 한다.
실질적으로, 도 11a 및 도 11b의 관통 접속구들의 실시예는 도 6a 및 도 6b의 관통 접속구의 실시예와 일치한다. 따라서, 도 6a 및 도 6b에 대한 설명은 전체 범위에서 배터리 셀의 본 설명으로 전용된다.
도 12a 내지 도 12c에는, 관통 접속구를 포함하는 본 발명에 따르는 배터리 하우징의 추가 실시예가 도시되어 있다. 전술한 도들에서와 동일한 구성부들은 5000만큼 증가된 도면 부호들로 표시된다. 도 12a 내지 도 12c에 도시된 실시예들은, 도체, 실질적으로 핀형 도체(7003.1, 7003.2, 7003.3)가 배터리 셀 쪽으로 향하는 단부에서 원형 형태, 다시 말하면 예컨대 도 10a 내지 도 11b에서와 같은 원형 횡단면을 보유하는 것이 아니라, 실질적으로 직사각형인 횡단면(7100)을 보유하는 것을 특징으로 한다. 또한, 도체(7003.1, 7003.2, 7003.3)는 2개의 오프셋부를 포함한다. 기본적으로, 도체(7003.1, 7003.2, 7003.3)는 배터리 셀 쪽으로 향하는 자체의 단부에 이미 전기 화학 셀(미도시)을 위한 캐소드 또는 애노드로서 이용되는 섹션(8110)을 포함한다. 도체, 특히 실질적으로 핀형인 도체에, 별도의 전극 연결 구성부(도 11b에서 도면 부호는 3110임)가 예컨대 용접을 통해 장착되는, 도 11a 및 도 11b에 따르는 실시예와 다르게, 도 12a 내지 도 12c에 따르는 실시예들에서 전극 연결 구성부와 실질적으로 핀형인 도체는 일체형으로 형성된다. 이는 제조 관점에서 바람직한데, 그 이유는 2개의 부재를 연결하지 않아도 되기 때문이다. 실시예들(7003.1, 7003.2, 7003.3)은 관통 접속구(8140.1, 8140.2, 8140.3)의 영역에서 실질적으로 도체의 횡단면 형태를 통해 서로 구별된다. 도 12a에 따르는 실시예의 경우, 유리 밀봉부(7280)의 영역에서 도체의 횡단면은 마찬가지로 실질적으로 직사각형이다.
도 12b에 따르는 실시예의 경우, 유리 밀봉부(7280)의 영역에서, 직사각형 횡단면 대신, 횡단면은 원형이다. 상기 도체는 도면 부호 7003.2로 표시되어 있다. 도체는 도 12b에 따르는 실시예의 경우, 도 12a에 따르는 실시예와 다르게, 배터리 셀의 외측면 쪽으로 향해 원형 횡단면을 보유한다.
도 12c에 따르는 실시예의 경우, 유리 밀봉부(7280)의 영역에서 횡단면은 도 12b에서와 마찬가지로 원형이지만, 도체(7003.3)는 배터리 하우징의 외측면에 대한 연결 영역에서 압착되고, 그로 인해 그 횡단면은 직사각형, 바람직하게는 정사각형이다. 도 12a 내지 도 12c 모두에서, 배터리 하우징의 덮개는 8120으로 표시되고, 내부에 도체(7003.1, 7003.2, 7003.3)가 유리 밀봉되는 본체는 8130으로 표시되어 있다.
본 발명에 의해서는, 최초로, 바람직하게는 리튬 이온 배터리를 위한 하우징, 특히 배터리 셀 하우징을 위한 관통 접속구에 있어서, 사전 제조될 수 있고 특히 배터리 셀 하우징들의 하우징 부재들 내로 삽입되기에 적합한 상기 관통 접속구가 명시된다. 배터리 셀 하우징은 바람직하게는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, AlSiC, 마그네슘, 마그네슘 합금, 티타늄 또는 티타늄 합금과 같은 경금속을 포함한다. 그러나 배터리 셀 하우징을 위한 재료로서 강 또는 특수강, 특히 스테인리스강 또는 공구강과 같은 금속도 가능하다. 상기 경우에, 본체 및/또는 실질적으로 핀형인 도체의 재료들은 그에 적합하게 선택된다.
또한, 본 발명에 따르는 해결 방법은, 경제적인 제조 방법 및 출발 재료들을 이용하는 것을 가능하게 한다. 그 밖에도, 전체 관통 접속구는, 내부적으로 금속 핀이 고정 재료, 다시 말해 예컨대 유리 마개에 의해, 본체가 하우징 부재 내에 삽입되기 전에 상기 본체 내에 용융 밀봉되는, 사전 제조된 부품으로서 형성될 수 있다. 이를 통해, 하우징 구성부의 저온 가공 경화의 손실은 발생하지 않는 점이 보장된다. 또한, 하우징 구성부 및 본체의 재료 두께 및 재료들은 서로 무관하게 선택될 수 있다. 하중 완화 장치를 포함하는 특별한 실시예들을 통해, 관통 접속구는 기계적 하중 및 열적 하중으로부터 완화될 수 있다.

Claims (18)

  1. 하우징의 하우징 부재로서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하고 하나 이상의 개구부를 포함하는 하우징 부재에 있어서,
    상기 하나 이상의 개구부 내로 관통 접속구가 삽입되며, 상기 관통 접속구는 본체를 포함하고, 20℃ 내지 300℃의 범위에서 14·10-6/K를 초과하는 열 팽창(α)을 나타내는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료에 매입된 하나 이상의 도체가 상기 본체를 통해 안내되며,
    상기 본체는 재료로서 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하고,
    상기 본체와 상기 하우징 부재 사이의 개구부 영역에서 용접 결합, 납땜 결합, 압입 끼워 맞춤 결합, 압착 결합 또는 수축 결합이 형성되는 것을 특징으로 하는 하우징 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 본체는 상기 하우징 부재와 밀봉 기밀한 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 하우징 부재.
  3. 제2항에 있어서, 상기 밀봉 기밀한 방식의 결합은 1·10-8 mbar l/sec 미만의 헬륨 누출률을 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 부재.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본체는 환형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 하우징 부재.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도체는 핀형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 하우징 부재.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도체는 재료로서 구리, CuSiC, 구리 합금, 알루미늄, AlSiC, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, NiFe, 구리 코어를 포함한 NiFe 피복, 은, 은 합금, 금, 금 합금, 또는 코발트-철 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 부재.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본체는 하중 완화 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 부재.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본체와 상기 도체 사이에 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료가 삽입되고, 상기 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료는, 상기 본체 또는 상기 도체의 용융 온도보다 더 낮은 용융 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 하우징 부재.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료는 몰 퍼센트 단위로 하기 성분들,
    P2O5 35 ~ 50몰 퍼센트,
    Al2O3 0 ~ 14몰 퍼센트,
    B2O3 2 ~ 10몰 퍼센트,
    Na2O 0 ~ 30몰 퍼센트,
    M2O 0 ~ 20몰 퍼센트(여기서 M = K, Cs, Rb일 수 있다),
    PbO 0 ~ 10몰 퍼센트,
    Li2O 0 ~ 45몰 퍼센트,
    BaO 0 ~ 20몰 퍼센트,
    Bi2O3 0 ~ 10몰 퍼센트
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 부재.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료는 몰 퍼센트 단위로 하기 성분들,
    P2O5 38 ~ 50몰 퍼센트,
    Al2O3 3 ~ 14몰 퍼센트,
    B2O3 4 ~ 10몰 퍼센트,
    Na2O 10 ~ 30몰 퍼센트,
    K2O 10 ~ 20몰 퍼센트,
    PbO 0 ~ 10몰 퍼센트
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 부재.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도체는 두부를 포함하고, 상기 두부는 상기 도체의 표면(FLEITER)보다 더 큰 상단 표면(FKOPFTEIL)을 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 부재.
  12. 제11항에 있어서, 상기 두부 또는 상기 도체는 원형 또는 타원형 외부 형태를 보유하고, 상기 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료는 한편으로 상기 도체와 상기 본체 사이에 삽입되고, 다른 한편으로는 상기 두부와 상기 본체 사이에도 삽입되는 것을 특징으로 하는 하우징 부재.
  13. 저장 장치로서,
    상기 저장 장치는 제1항 또는 제2항에 따른 하우징 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 저장 장치.
  14. 하나 이상의 도체와 함께 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하고 하나 이상의 개구부를 포함하는 하우징 부재를 제조하기 위한 제조 방법으로서,
    - 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 본체와 도체를 제공하는 단계,
    - 상기 도체가 상기 본체 내에서, 20℃ 내지 300℃의 범위에서 14·10-6/K를 초과하는 열 팽창(α)을 나타내는 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료에 매입되어 유리 밀봉되도록 함으로써, 하우징의 하우징 부재를 위한 관통 접속구를 형성하는 단계, 및
    - 상기 관통 접속구가 용접, 납땜, 수축, 압입 끼워 맞춤 또는 압착을 통해 상기 하우징 부재의 개구부 영역에서 상기 하우징 부재와 결합되는 단계
    를 포함하는 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 관통 접속구는 상기 하우징 부재와 밀봉 기밀한 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 밀봉 기밀한 방식의 결합의 헬륨 누출률은 1·10-8 mbar l/sec 미만인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  17. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료는 몰 퍼센트 단위로 하기 성분들,
    P2O5 35 ~ 50몰 퍼센트,
    Al2O3 0 ~ 14몰 퍼센트,
    B2O3 2 ~ 10몰 퍼센트,
    Na2O 0 ~ 30몰 퍼센트,
    M2O 0 ~ 20몰 퍼센트(여기서 M = K, Cs, Rb일 수 있다),
    PbO 0 ~ 10몰 퍼센트,
    Li2O 0 ~ 45몰 퍼센트,
    BaO 0 ~ 20몰 퍼센트,
    Bi2O3 0 ~ 10몰 퍼센트
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 유리 재료 또는 유리 세라믹 재료는 몰 퍼센트 단위로 하기 성분들,
    P2O5 38 ~ 50몰 퍼센트,
    Al2O3 3 ~ 14몰 퍼센트,
    B2O3 4 ~ 10몰 퍼센트,
    Na2O 10 ~ 30몰 퍼센트,
    K2O 10 ~ 20몰 퍼센트,
    PbO 0 ~ 10몰 퍼센트
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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