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CN103620813B - 穿通装置 - Google Patents

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CN103620813B CN201280028551.8A CN201280028551A CN103620813B CN 103620813 B CN103620813 B CN 103620813B CN 201280028551 A CN201280028551 A CN 201280028551A CN 103620813 B CN103620813 B CN 103620813B
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Abstract

本发明涉及一种穿通装置，特别是穿过壳体，尤其是电池壳体的壳体部件的穿通装置，壳体部件优选由金属，特别是轻金属，优选铝、铝合金、AlSiC、镁、镁合金、钛、钛合金、钢、不锈钢或优质钢构成，其中，壳体部件具有至少一个开口，至少一个具有横截面的导体在玻璃材料或玻璃陶瓷材料中被引导穿过该开口，其特征在于，导体具有至少两个部段，第一部段在穿过玻璃材料或玻璃陶瓷材料穿通的区域内具有直径为ID的基本上为圆形的，特别是正圆形的第一横截面，而第二个部段具有基本上不是圆形的，特别是基本上为矩形的第二横截面，并且导体是一体式的。

Description

穿通装置
技术领域
本发明涉及一种穿通装置，特别是穿过壳体的壳体部件的，特别是电池单元壳体的壳体部件的穿通装置，其中，壳体部件具有至少一个开口，至少一个在玻璃材料或玻璃陶瓷材料中的导体被引导穿过该开口。
背景技术
在本发明意义内的电池不仅理解为在放电后废弃和/或循环使用的一次性电池，而且也理解为蓄电池。
蓄电池，优选锂离子电池被设置用于不同的用途，例如为便携式电子设备、移动电话、电动工具以及特别是电动车。这些电池可以取代传统的能源，例如铅酸电池、镍镉电池或镍金属氢化物电池。
自多年前就已经公知有锂离子电池。相关内容例如参见“Handbook of Batteries(电池手册),David Linden,出版社,McGrawhill,1995,第2版,第36和39章”。
在很多专利中都描述了锂离子电池的不同方面。例如有US 961,672、US 5,952,126、US 5,900,183、US 5,874,185、US 5,849,434、US 5,853,914以及US 5,773,959。
锂离子电池，特别是为了应用在汽车环境中，通常具有很多单个的电池单元，它们相互串接。相互串联或串接的电池单元组合成所谓的电池组，多个电池组于是就组合成也被称为锂离子电池的电池模块。每个单个的电池单元都具有从电池单元的壳体中导出的电极。
特别是为了将锂离子电池应用到汽车环境中，必须解决很多像耐腐蚀性、发生事故时的耐抗性或抗震性这样的问题。另一个问题是电池单元在很长的一段时间上的严密密封性。例如电池单元的电极或电池单元的电极穿通装置的区域内的不密封性会不利地影响密封性。这种不密封性例如可能是由于温度交替变化负荷和在机械上的交替变化负荷，例如在机动车内的震动或者塑料的老化引起的。电池或电池单元的短路或温度变化都可能导致电池或电池单元的使用寿命缩短。
为了确保在发生事故时有更好的耐抗性，例如DE 101 05 877 A1提出了一种用于锂离子电池的壳体，其中，壳体包括两侧敞开并且被锁闭的金属套。电流接头或电极通过塑料绝缘。塑料绝缘的缺点是有限的耐温性、受限的机械耐抗性、老化以及在使用寿命上不可靠的密封性。因此在根据现有技术的锂离子电池中，电流穿通装置没有严密密封地置入例如锂离子电池的盖部件中。此外，电极是在电池的内部空间中的具有额外的绝缘体的受挤压且用激光焊接的连接构件。
现有技术中的锂离子电池中的另一个问题是，电池单元具有很大的结构空间，并且由于电流很强会因为电阻损失而非常迅速地升温并进而出现温度变化。
由DE 27 33 948 A1公知有一种碱性电池，其中，绝缘体例如玻璃或陶瓷直接通过熔化连接与金属部分相连接。
其中一个金属部分与碱性电池的正极电连接，而另一个与碱性电池的负极电连接。在DE 27 33 948 A1中使用的金属是铁或钢。在DE 27 33 948 A1中没有描述像铝那样的轻金属。DE 27 33 948 A1中也没有说明玻璃材料或陶瓷材料的熔合温度。在DE 27 33948 A1中描述的碱性电池是具有碱性电解质的电池，该碱性电解质根据DE 27 33 948 A1含有氢氧化钠或氢氧化钾。在DE 27 33 948 A1中没有提及锂离子电池。
由DE 698 04 378 T2或EP 0 885 874 B1公开了一种用于制造用于碱性离子电池的非对称的有机羧酸酯以及无水的有机电解质的方法。在DE 698 04 378 T2或EP 0 885874 B1中也描述了用于可再次充电的锂离子电池的电解质。
没有描述用于容纳贯穿接触装置的电池座的材料，仅描述了用于联接销的材料，该联接销可以由钛、铝、镍合金或不锈钢构成。
DE 699 23 805 T2或EP 0 954 045 B1描述了一种具有改进的电效率的射频穿通装置。由EP 0 954 045 B1公知的穿通装置不是玻璃金属穿通装置。在EP 0 954 045 B1中将直接构造在例如包装的金属壁内的玻璃金属穿通装置描述为不利的，这是因为这种射频穿通装置由于玻璃的易碎性而不耐用。
DE 690 230 71 T2或EP 0 412 655 B1描述了一种用于电池或其他电化学电池单元的玻璃金属穿通装置，其中，所使用的玻璃具有大约45重量％的SiO2含量，并且所使用的金属，特别是合金包括钼和/或铬和/或镍。在DE 690 23 071 T2中如很少描述到用于所使用的玻璃的熔合温度或熔接温度一样也很少描述到轻金属的使用。根据DE 690230 71 T2或EP 0 412 655 B1，用于棒状的导体的材料也是包含钼、铌或钽的合金。
由US 7,687,200公知有一种用于锂离子电池的玻璃金属穿通装置。根据US 7,687,200，壳体由优质钢构成，而棒状的导体由铂/铱构成。作为玻璃材料在US 7,687,200中说明了玻璃TA23和CABAL-12。根据US 5,015,530，这在此是一种熔合温度为1025℃或800℃的CaO-MgO-Al2O3-B2O3系统。此外，由US 5,015,530公知了一种用于锂电池的玻璃金属穿通装置的玻璃组成，其包括CaO、Al2O3、B2O3、SrO和BaO，它们的熔合温度在650℃至750℃的范围内，因此对于与轻金属一起使用来说过高。
由US 4,841,101公知了一种穿通装置，其中，基本上为棒状的导体利用玻璃材料玻璃封装(einglasen)到金属环内。然后该金属环又被插入壳体的开口或钻孔中并通过钎焊或在进入钎焊环以后与内壁或钻孔相连接，特别是以材料锁合的方式(stoffschlüssig)连接。为了补偿电池壳体的铝的很高的热膨胀系数，金属环由基本上具有与玻璃材料相同的或相似的热膨胀系数的金属制成。在US 4,841,101中描述的实施方式中，金属环的长度总是短于壳体内的钻孔或开口的长度。在US 4,841,101中没有说明玻璃组成，也没有描述穿通装置例如针对电池，特别是锂离子蓄电池的特别的应用。
发明内容
因此，本发明的任务是，说明一种穿通装置，其避免了现有技术的问题，特别是应该将电阻损失保持得很小并且在将穿通装置置入电池单元中之后仅需要很少的结构空间。
根据本发明，该任务通过以下方式来解决，即，在穿通装置，特别是穿过特别用于电池单元的壳体的壳体部件中的开口的穿通装置中，导体，特别是基本上为棒状的导体被引导穿过玻璃材料或玻璃陶瓷材料，其中，该壳体部件优选由低熔点的轻金属，优选是铝、铝合金、镁、镁合金、钛、钛合金构成，或由金属，特别是钢、优质钢、尤其是Nirosta钢或AlSiC构成。
本发明的特征在于，导体具有至少两个部段，第一部段在穿过玻璃材料或玻璃陶瓷材料穿通的区域内具有基本上为圆形的，特别是正圆形的第一横截面，而第二部段具有基本上不是圆形的，特别是基本上为矩形的第二横截面，并且导体构造成一体式。
因为在根据本发明的构造方式中，导体以其指向电池单元的端部已经构造成充当电化学电池单元的负极或正极或能够与正极或负极相连接的部段。与在导体上例如通过焊接来安接单独的电极连接构件的实施方式不同，制造费用可以被最小化，这是因为不必将两个部分连接。
由于第二部段内的横截面基本上为矩形，所以能够非常简单地将电化学电池单元联接到第二部段的面式的部分上。在玻璃封装部的区域中的第一部段内的基本上为圆形的横截面使得能简单且可靠地玻璃封装，这显著简化了制造。
在优选的构造方式中，第二部段包括至少两个折弯部并进而包括两个区域。由此能够容易地针对不同的电池单元来调整电极间距。特别是第二部段包括一个能够与电化学电池单元的正极和/或负极连接的区域和另一区域。利用该另一区域能够容易地使电池单元内的电极间距与相应的电池单元相匹配。
为了节约电池单元的内部空间中的位置，在本发明的改进的实施方式中规定，使第二部段的另一区域基本上水平延伸，并且垂直于第一部段和/或垂直于能够与电化学电池单元的正极和/或负极连接的区域。
为了避免导电时的电阻损失和因此造成的电池单元的过高的温度负荷规定，使第一部段的第一横截面基本上与第二部段的第二横截面一样大。
为了避免特别是在第二部段的区域内的导体弯曲规定，使第二部段优选在第二部段的另一区域内包括加固件，特别是U型材。
在穿通装置的构造方式中，导体借助附加的其中玻璃封装了导体的基体被引导穿过该壳体部件。这种构造方式使得能够预制成穿通装置，也就是说，将导体玻璃封装到基体内并紧接着置入壳体部件，特别是电池单元中。于是基体就能够最优地符合穿通装置的相应的制造技术和形式以及壳体部件的制造技术和形式。特别是相比直接玻璃封装到壳体部件中的情况，通过预制造可以使用明显小得多的加热装置，这是因为不必例如在炉子中加热整个壳体部件，而是仅加热尺寸明显小得多的基体。此外，这种构造方式还使得在由基体和导体、特别是基本上为棒状的导体预制造穿通装置的情况下能够低成本地，例如在只有一个阶段的过程中，例如在充分利用壳体部件的冷作硬化可行性的情况下将穿通装置置入壳体部件的开口内。具体来说这指的是，首先例如通过冲压在壳体部件中，例如在盖子中加工出开口。壳体是冷作硬化的，这是因为不会被加热。与此不同的是，基体是软的，这是因为它在用玻璃材料或玻璃陶瓷材料来玻璃封装棒状的导体时被加热。以这种方法和方式能够特别是在穿通装置的区域内制造出结构牢固的电池单元壳体，这是因为例如与直接玻璃封装到壳体部件中不同，不会出现壳体部件的，特别是盖部件的冷作硬化损失。另一个优点是，相比于在其中实现了玻璃封装的基体，壳体部件的材料厚度可以选择得明显更小。例如壳体部件的材料厚度可以是1.5mm以及更小，而基体出于坚固性的原因具有2.0mm的厚度，特别是3.0mm以及更大。壳体或壳体部件的材料厚度优选在1mm至3mm之间，优选在1.5mm至3mm之间。基体的厚度在2mm至6mm之间，优选在2.5mm至5mm之间。基体的厚度在此总是与穿通装置被插入其中的壳体或壳体部件的，特别是电池盖的材料厚度相匹配地选择。作为用玻璃封装到基体中并紧接着将基体插入开口内的备选也可以直接玻璃封装。这在应当使结构空间损耗最小化的情况下受到青睐。但是这就局限了用于壳体和/或玻璃材料的材料选择。在使用基体时，有利的是可以为基体和壳体部件选择不同的材料，特别是在材料质量和合金的选择方面。穿通装置能够通过焊接(Schweiβen)、钎焊、按压、卷边或者收缩与壳体部件内的基体严密密封地连接。在例如通过焊接将穿通装置与壳体构件连接时要注意的是要使温度输入尽可能低以避免损坏玻璃材料或玻璃陶瓷材料。严密密封在本申请中指的是，不仅对于直接玻璃封装，而且还对于玻璃封装到基体中的情况，氦的泄漏率都小于1·10- 8mbar l/sec(毫巴升/秒)。与必须在包括多个阶段的过程中提供用于穿通装置的塑料密封装置的现有技术不同的是，能够在唯一的简单的方法步骤中制造出根据本发明的穿通构件与壳体部件的严密密封的连接。
此外，也可以在考虑到壳体部件的材料的情况下来选择基体，这不仅涉及到边沿的实施方式还涉及材料硬度，特别是也涉及用于封闭壳体的方法。如果电池单元的壳体例如由铝构成，那么同样也可以选择铝作为用于基体的材料。
此外，除了电池单元的壳体的壳体部件中的穿通装置以外，也还可以置入其他的功能件，例如安全阀和/或电池填装口。
特别优选的是，在本发明的第一构造方式中，壳体部件和/或基体，优选基本上为环状的基体，作为材料包括金属，特别是轻金属，例如钛、钛合金、镁、镁合金、铝合金、铝、AlSiC，但也包括钢、不锈钢或优质钢。作为钛合金例如可以使用Ti6246和/或Ti6242。钛是生物相容性材料，从而它被用于医疗用途，例如在修复手术中。同样由于它特别的坚固性、耐抗性和很小的重量人们很喜欢将它用于特别的用途，例如在跑步比赛中，但是也可以用于航空航天应用领域。
针对基体和/或壳体部件也可以设置高合金工具钢，它们被设置用于后期的热处理。例如作为优质钢可以使用X12CrMoS17、X5CrNi1810、XCrNiS189、X2CrNi1911、X12CrNi177、X5CrNiMo17-12-2、X6CrNiMoTi17-12-2、X6CrNiTi1810和X15CrNiSi25-20、X10CrNi1808、X2CrNiMo17-12-2、X6CrNiMoTi17-12-2。为了能够不仅在激光焊接时而且也在电阻焊接时提供特别好的可焊接性，作为永远基体和/或壳体部件，特别是电池单元壳体的材料使用的是非常特别的优质钢，特别是具有按照欧盟标准(EN)的材料编号(WNr)为1.4301、1.4302、1.4303、1.4304、1.4305、1.4306、1.4307的铬镍钢。作为标准钢可以使用St35、St37或St38。
当棒状的导体联接到电化学电池单元或电池单元的负极上时，针对棒状的导体特别是使用铜(Cu)或铜合金，而当导体，特别是棒状的导体联接到正极上时，则使用铝(Al)或铝合金。其他的用于棒状导体的材料可以是镁、镁合金、铜合金、CuSiC、AlSiC、NiFe、铜芯(也就是说具有铜内部部件的NiFe套)银、银合金、金、金合金以及钴铁合金。
作为特别是用于导体的铝或铝合金可以考虑：
EN AW-1050A
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。
作为特别是用于导体的铜可以考虑：
Cu-PHC 2.0070
Cu-OF 2.0070
Cu-ETP 2.0065
Cu-HCP 2.0070
Cu-DHP 2.0090。
在本申请中，轻金属理解为比重小于5.0kg/dm3的轻金属。特别是轻金属的比重在1.0kg/dm3至3.0kg/dm3的范围内。
如果这些轻金属此外还用作用于导体的，特别是棒状的导体或电极连接构件的材料，那么这些轻金属的特征还在于比导电率在5·106S/m至50·106S/m范围内。此外，在用在预应力玻璃穿通装置(Druckglasdurchführung)中的情况下，膨胀系数α在20℃至300℃的温度下处于18·10-6/K至30·10-6/K的范围内。
轻金属的熔合温度通常在350℃至800℃的范围内。
基体优选构造成环状的基体，优选是正圆形的，但是也可以是椭圆形的。当壳体部件，尤其是穿通装置被置入其开口中的电池单元的盖部件具有狭窄的长形的形状，并且玻璃材料或玻璃陶瓷材料(借助它导体在开口中穿过壳体部分)被完全置入基体与导体之间时，椭圆形是特别优选的。这种构造方式使得能够预制造由基本上为棒状的导体和基本上为环状的基体构成的穿通装置。
优选地，在构造方式中，选择具有小于基体和/或主要导体的熔化温度的熔合温度的材料作为玻璃材料或玻璃陶瓷材料。在这里特别优选的是具有较低的熔合温度的玻璃组成或玻璃陶瓷组成，优选的是包括以下成分的组成：
特别优选的是包括以下成分的组成：
之前说明的玻璃组成的特征不仅在于较低的熔合温度低和较低的Tg，而且还在于它们对电池电解质具有足够高的耐抗性并且就这方面而言确保了所要求的长时间的耐抗性。
优选地说明的玻璃材料是稳定的磷酸盐玻璃，它们比公知的碱式磷酸盐玻璃具有明显更低的碱总含量。
由于磷酸盐玻璃通常具有很高的结晶稳定性，所以确保了即使在常见的小于600℃的温度下也不会妨碍玻璃熔化。这使得能够使用已经说明的玻璃组成作为玻璃焊料，这是因为即使在常见的小于600℃的温度下也不会妨碍这些玻璃组成熔化。
前面提到的玻璃组成具有嵌入到玻璃结构中的锂。由此，这些玻璃组成特别适合于锂离子存储装置，它们包括以锂为基础的电解质，例如以包含碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯的1:1混合物的1M LiPF6溶液为基础的电解质。
特别优选的是低钠或无钠的玻璃组成，这是因为碱性离子是以Na+>K+>Cs+的顺序进行扩散的，因此低钠或无钠的玻璃对电解质，特别是对那些用在锂离子存储装置内的电解质具有特别的耐抗性。
此外，这种玻璃组成的热膨胀系数α在20℃至300℃的范围内大于14·10-6/K，特别是在15·10-6/K至25·10-6/K之间。前面说明的玻璃组成的另一个优点在于，即使在不是保护气体环境的气体环境中，玻璃也能够与特别是金属棒形式的导体的四周包围的轻金属或金属熔合。而且与迄今为止的方法不同的是，也不需要为铝的熔化提供真空。具体而言是也可以在空气中进行这种熔合。当需要有针对性地氧化或涂层时，作为用于熔合的预处理，金属特别是轻金属被清洁和/或浸蚀。在这个过程期间，以加热率为0.1至30K/min且保持时间为1至60分钟的方式使用300℃至600℃的温度。
熔合温度例如可以通过如在R.K.-J.Leers:Keram.Z.48(1996)300-305中或按照DIN 51730、ISO 540或CEN/TS 15404和15370-1(它们的公开内容完全并入本申请内)所描述的半球温度来确定。在DE 10 2009 011 182 A1(其公开内容完全并入本申请内)中详尽地描述了对半球温度的测量。根据DE 10 2009 011 182 A1能够以显微镜法利用加热台显微镜来确定半球温度。半球温度表征的是开始为圆柱形的试验体熔化成半球形状的物质时的温度。如能够相应地从专业文献中获知的那样，大约为logη＝4.6dPas的粘度可以配属于半球温度。如果例如以玻璃粉末的形式的无结晶的玻璃熔化并再次被冷却，从而使其硬化，那么它通常在相同的熔化温度下也能够再次熔化。这对于利用无结晶的玻璃进行的接合连接而言意味着，接合连接可以长时间暴露在其中的运行温度不允许高于熔合温度。在此所使用的玻璃组成通常经常由玻璃粉末制成，该玻璃粉末被熔化并在热作用下与要连接的构件形成接合连接。熔合温度或熔化温度通常大致对应于玻璃的所谓的半球温度的高度。具有较低的熔合温度或熔化温度的玻璃也被称为玻璃焊料。代替熔合温度或熔化温度，在这种情况下被称为焊料温度或钎焊温度。熔合温度或焊料温度可以与半球温度偏差±20K。
特别优选的是，电池壳体或电池单元壳体的壳体部件具有外侧和内侧，并且穿通装置的基体与壳体部件的内侧或外侧，特别是例如通过卷边、焊接、按压、钎焊或收缩相连接。
为此特别优选的是，基体具有凸出部分，从而使得基体的一部分伸入壳体部件的开口内，而基体的另一部分超出开口向外伸出并贴靠在壳体部件的内侧或外侧上，以及能够在那里与壳体部件相连接。
除了穿通装置以外，本发明还提供了一种壳体，特别是用于电存储装置，尤其是电池单元的壳体。该壳体包括至少一个具有至少一个开口的壳体部件，其特征在于，该壳体部件的开口容纳根据本发明的穿通装置，该穿通装置具有至少一个玻璃封装到基体内的棒状的导体。
特别优选的是，被供以壳体的电池单元是用于锂离子电池的电池单元。
此外，本发明还提供了一种用于制造具有至少一个基本上为棒状的导体的穿通装置的方法，其中，该方法包括以下步骤：
-将可以基本上为棒状的，但是不必具有优选是圆形的，特别是正圆形的横截面的导体以如下方式变形，即，使导体具有两个部段，第一个部段具有基本上为圆形的，特别是正圆形的横截面，而第二个部段具有基本上不是圆形的，特别是矩形的横截面；
-将特别是基本上为棒状的导体以第一部段玻璃封装到玻璃材料或玻璃陶瓷材料中，结果得到了用于壳体，特别是电池单元壳体的壳体部件的穿通装置。
特别有利的是，在将导体插入壳体部件的开口之前先将其玻璃封装到基体中，并且带有玻璃封装的导体的基体紧接着被置入壳体部件的开口中。这种做法的优点在前面已经详尽描述了。
此外也可以直接玻璃封装，也就是说直接玻璃封装到壳体的盖部件中，这特别是从结构空间的角度来看是有利的。
为了能够调整电极间距规定，将导体以如下方式变形，即，使导体的第二部段具有两个折弯部。
当导体的第二部段以如下方式变形，即，使它包括一个能够充当电化学电池单元的正极和/或负极或者能够与正极和/或负极相连接的区域，并且包括另一基本上水平延伸的且垂直于第一部段和/或垂直于能够与正极和/或负极相连接的区域的区域时，能够特别容易地使电极间距与不同的电池单元相匹配。
此外还示出了一种用于将具有基体的穿通装置置入壳体构件中的方法，其特征在于，在具有基体和玻璃封装在其中的导体，特别是棒状的导体的穿通装置中，基体与壳体构件通过焊接(Schweiβen)，优选通过激光射线焊接、电子射线焊接、超声波焊接、电阻焊接以及作为备选通过钎焊、收缩、按压或卷边相连接。
附图说明
下面要借助实施例和附图在不受它们局限的情况下更详尽地描述本发明。
在附图中：
图1a至1b示出穿通装置的第一构造方式的示例，其在壳体部件内具有金属棒和基体，其中，基体构造成法兰环；
图2a至2b示出穿通装置的第二构造方式的示例，其具有构造成焊接环的基体；
图3示出穿通装置的第三实施方式的示例，其中，基体通过激光焊接、钎焊、收缩或电子射线焊接在开口区域内与壳体部件相连接；
图4a至4c示出穿通装置的第四实施方式的示例，其具有锥形环作为插入壳体部件的开口中的基体；
图5a至5b示出具有热屏障和机械减负的穿通装置的示例；
图6a至6b示出具有热屏障和机械减负的穿通装置的示例；
图7a至7b示出具有电池单元壳体和穿通装置的电池单元的第一构造方式，该穿通装置具有带实施为两个分部的电极连接构件的穿通构件；
图8a至8b示出具有电池单元壳体和穿通装置的电池单元的第二构造方式，该穿通装置具有带构造为两个分部的电极连接构件的穿通构件；
图9a至9c示出用于电池单元的电池单元壳体的盖部件的第一至第三构造方式，该电池单元具有带根据本发明实施为一体的穿通构件的穿通装置。
图10a至10c示出用于电池单元的电池单元壳体的盖部件的第四构造方式，该电池单元具有实施为一体的穿通装置；其中，导体直接用玻璃封装盖部件的开口内；
图10d至10e示出根据图10a至10c的穿通装置的导体的详细示图；
图11a至11c示出用于电池单元的电池单元壳体的盖部件的第五构造方式，该电池单元具有实施为一体的穿通装置；其中，导体直接玻璃封装到盖部件的开口内；
图11d至11e示出根据图11a至11c的穿通装置的导体的详尽示图。
具体实施方式
在图1a至6b中说明了穿通装置的几个示例，其中，这些穿通装置包括基体，在该基体中玻璃封装了导体，特别是棒状的导体。这些具有基体的穿通装置对于本发明来说是示例性的，但不是强制性的。显然也可以直接玻璃封装，例如在图10a至11e中所示的那样。在图1a至6b中仅示出了玻璃封装部的区域内的导体。根据本发明的具有两个部段的构造成一体的导体相关地参见图9a至11e。
在图1a中示出了穿过壳体的壳体部件5的穿通装置3，该壳体优选是用于蓄电池的壳体，特别是例如根据图7a至11c的用于锂离子电池的电池单元。
壳体部件5包括开口7，它被玻璃封装到壳体部件中。在开口7中置入了根据本发明的穿通装置，其包括基体，特别是基本上为环状的基体9，它容纳着导体的，特别是基本上为棒状的导体11的部段。在所示实施方式中，在基本上为环状的基体9中玻璃封装了导体的部段，特别是具有基本上为圆形的，特别是正圆形的横截面的第一部段。为了提供导体的，特别是基本上为棒状的导体11的穿过基体并进而穿过开口7的严密的穿通，基本上为棒状的导体11的部段熔合到由玻璃材料或玻璃陶瓷材料制成的玻璃塞中，也就是说，基体9和基本上为棒状的导体11与玻璃13熔合。如果例如为基体、棒状的导体和玻璃材料使用膨胀系数α不同的材料，那么就能够提供所谓的预应力玻璃穿通装置。预应力玻璃穿通装置的优点在于，即使在对玻璃塞施加的负荷增加的情况下，例如在承受压力时也能避免玻璃塞连同金属棒从基体中被压出去。优选规定，玻璃材料或玻璃陶瓷材料的熔合温度低于基体9和/或棒状的导体的材料的熔化温度20K至100K。如果基体9由熔点低的金属，特别是轻金属，优选是铝、铝合金、镁、镁合金或AlSiC、钛、钛合金制成，但或者由钢、不锈钢或特种钢制成，那么优选采用如下导体被引导穿过的玻璃材料，其包括下面以摩尔％计的成分：
在特别优选的实施方式中，玻璃组成包括如下以摩尔％计的成分：
在优选的实施方式中，玻璃组成包括至少17摩尔％的Li2O和最多35摩尔％的Li2O。这种玻璃组成不仅对含有锂的电解质有足够的耐抗性，并且还有足够的结晶稳定性，由此在常见的小于600℃的温度下不会妨碍玻璃的熔化。
在特别优选的玻璃组成中，它包括4-8摩尔％的Bi2O3。Bi2O3特别是能够取代污染环境的PbO。此外，通过添加Bi2O3明显提高了耐水性。特别是仅通过添加1摩尔％这么少的Bi2O3就已经令人意外地使含有基本上相同的碱含量的碱式磷酸盐玻璃组成的耐水性大约是除非受到污染否则就不存在Bi2O3的碱式磷酸盐玻璃组成的耐水性的10倍。这个效果令专业技术人员感到意外。
出于保护环境的原因，特别优选的是如下玻璃，它们除非受到污染否则不含Pb，也就是说PbO是0摩尔％。除非受到污染否则不含Pb在本申请中指的是，玻璃的铅含量如前面所实施的那样小于100ppm，优选小于10ppm，特别优选小于1ppm。
下面在表格1中针对前面提到的玻璃组成给出八个实施例。
表1：
实施例：
上面说明的特殊的玻璃组成的特征在于，这些玻璃材料都具有很高的热膨胀系数，它们在温度在20℃至300℃之间的情况下在大于15×10-6K-1的范围内，优选在15×10- 6K-1至25×10-6K-1的范围内并进而在像铝那样的轻金属的热膨胀系数的范围内，但是也在用于被引导穿过玻璃材料的基本上为棒状的导体11的类似的金属，例如铜的热膨胀系数的范围内。因此，铝在室温下具有的热膨胀系数为α＝23×10-6/K，铜为16.5×10-6/K。为了防止在玻璃封装时基体的以及可能还有金属棒的轻金属熔化或变形，玻璃材料的熔化温度低于基体和/或导体的材料的熔化温度。于是，所说明的玻璃组成的熔合温度在250℃至650℃的范围内。在将穿通装置插入开口7中之前通过以下方式将基本上为棒状的导体11玻璃封装到基体9内，即，玻璃连同导体，特别是棒状的导体被加热至玻璃的熔合温度，从而使得玻璃材料软化并且在开口内围住导体，特别是棒状的导体并贴靠在基体9上。如果像上面所描述的那样，例如针对基体9使用熔点T熔化＝660.32℃的铝作为轻金属，那么玻璃材料的熔合温度如上面说明的那样优选在350℃至640℃的范围内。优选地，棒状的导体11的材料与基体的材料相同，这具有以下优点，即，基体和金属棒的膨胀系数相同。棒状的导体的材料可以包括铝、铝合金、AlSiC、铜、铜合金、CuSiC合金或NiFe合金、铜芯(也就是说具有铜内部部件的NiFe套)或者CF25(也就是钴铁合金)、银、银合金、金或金合金。如果玻璃材料或玻璃陶瓷材料在20℃至300℃的范围内的膨胀系数α与基体的材料不完全匹配，那么就提供了预应力玻璃穿通装置。在其他情况下是所谓的匹配的穿通装置。
特别优选的是实施例中的玻璃组成AB1、AB2、AB3、AB4、AB5、AB7和AB8，它们除非受到污染否则不含铅。
作为用于基体的材料优选使用像铝(Al)、AlSiC、铝合金、镁、镁合金、钛、钛合金那样的轻金属。用于基体的作为备选的材料是像钢、不锈钢、优质钢或工具钢那样的金属。
玻璃或玻璃陶瓷的熔合温度或熔接温度理解为玻璃或玻璃陶瓷的如下温度，在该温度下玻璃材料软化并因此密封地贴靠在要与玻璃材料熔合在一起的金属上，从而得到了玻璃或玻璃陶瓷与金属之间的接合连接。
熔合温度例如可以通过如在R.K.-J.Leers:Keram.Z.48(1996)300-305中或按照DIN 51730、ISO 540或CEN/TS 15404和15370-1(它们的公开内容完全并入本申请内)所描述的半球温度来确定。在DE 10 2009 011 182 A1(其公开内容完全并入本申请内)中详尽地描述了对半球温度的测量。
由DE 10 2009 011 182 A1公开的玻璃焊料涉及高温应用领域，例如在燃料电池中。
前面说明的磷酸盐玻璃组成具有的锂含量不超过45摩尔％，特别是不超过35摩尔％。令人意外的是，这些玻璃组成是结晶稳定的，也就是说在随后的烧结步骤中不会出现干扰性的结晶现象，特别是在少于35摩尔％的情况下不会出现明显的结晶。
前面提到的玻璃组成具有嵌入玻璃结构中的锂。由此使得这些玻璃组成特别适合用于锂离子存储装置，它们包括以锂为基础的电解质，例如以包含碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯的1:1混合物的1M LiPF6溶液为基础的电解质。
特别优选的是低钠或无钠的玻璃组成，这是因为碱性离子是以Na+>K+>Cs+的顺序进行扩散的，因此低钠或无钠的玻璃对电解质，特别是对那些用在锂离子存储装置内的电解质具有特别强的耐抗性。
前面说明的玻璃组成具有的热膨胀系数α(在20℃至300℃的范围内)大于14·10-6/K，特别是在15·10-6/K至25·10-6/K之间。前面说明的玻璃组成的另一优点在于，即使在不是保护气体环境的气体环境中，玻璃也能够与特别是金属棒形式的导体的四周包围的轻金属或金属熔合。而且与迄今的方法不同的是，也不需要为铝的熔合提供真空。具体而言也可以在空气中进行这种熔合。为这两种熔合都可以使用N2或Ar作为保护气体。当需要有针对性地氧化或涂层时，作为用于熔合的预处理，金属特别是轻金属被清洁和/或浸蚀。在这个过程期间，以加热率为0.1至30K/min且保持时间为1至60分钟的方式使用300℃至600℃的温度。
此外，如在图1a和1b中所示的那样，示出了电池或电池单元的壳体的壳体部件5，在这里是具有用于电极的穿通装置的开口的电池盖。电池盖或壳体部件同样优选由铝制成。但是作为用于电池盖或壳体部分的材料也可以考虑：铝合金、镁以及镁合金、AlSiC、钛、钛合金，但是也可以考虑钢、不锈钢或优质钢。壳体部件具有外侧20.1和内侧20.2。外侧的特征在于，从电池单元向外延伸，而内侧的特征在于，该内侧例如在锂离子蓄电池中朝向电池单元的电解质延伸。具有电池单元和穿通装置的整个壳体在图7a至11c中示出并在那里进行详尽阐述。
在锂离子电池中作为电解质典型地使用非水性的电解质，其典型地由碳酸盐构成，特别是由碳酸盐混合物(例如由碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯构成的混合物)构成，其中，腐蚀性的非水性的电池电解质具有导电盐，例如导电盐LiPF6，例如以1M(molar)溶液的形式。
根据第一实施例，基体3具有凸出部分30，也就是说，在根据图1a所示的示例中的环状体在壳体部件的外侧上的壁厚度W1大于环状基体9在壳体部件内侧区域中的厚度W1，由此得到了基体贴靠在环状体的外侧上的贴靠部32。环状体9能够与壳体部件5在靠置部32的区域内通过激光射线焊接、电子射线焊接、钎焊、收缩到开口7中以及按压到开口7中并卷边来连接。
在图1b中示出了与图1a类似的穿通装置的实施例，其中，针对相同的构件使用相同的附图标记。
然而在这里，在内侧20.2区域内的宽度W1大于外侧20.1区域内的宽度W2。
在其他方面，根据图1b的构造与图1a相同。如在图1a中那样，连接可以在壳体部件5(这里是电池盖)和基体30之间实现，例如像上面所描述的那样，通过激光射线焊接、电子射线焊接、钎焊、收缩或按压到开口7中。
根据图1a和1b的基体主要是法兰环，而在根据图2a至2b的构造方式中，环状基体109是具有焊接环70的环状基体。与图1a和1b中相同的构件用提高了100的附图标记来表示。根据图2a至2b的构造方式与根据图1a至1b的构造方式基本上相同。具有焊接环170的环状的基体109使得基体109能够与壳体部件通过备选的连接方法相连接。环状的基体与壳体部件在焊接环170区域内的连接可以通过电阻焊接或电阻钎焊来实现。
图3示出具有基体的穿通装置的另一构造方式。与图1a至1b和2a至2b中相同的构件分别以相对于图1a和1b提高了200或相对于图2a至2b提高了100的附图标记来表示。
与根据图1a至1b和2a至2b的构造方式不同，基体并不是具有不同的宽度W1和W2以构成止挡部32，而是环状基体的宽度W在整个高度上是相同的。在整个高度上都具有相同宽度的环状基体209被置入开口207中。壳体部件205和穿通装置203(包括环状基体209以及玻璃材料213和基本上为棒状的导体211的部段)之间的连接通过插入开口207中并紧接着在开口207的侧壁219的区域内进行连接来实现，而并不通过连接。本发明可以通过激光焊接、钎焊、收缩、按压或电子焊接制成。
图4a至4c示出置入壳体部件305中的开口307内的穿通装置的作为备选的构造方式。它基本上对应根据图3所示的构造方式，其中，针对相同的构件使用提高了100的附图标记。然而与图3的区别是，基体309构造成锥形环，其被置入壳体部件中的锥形延伸的开口307中。穿通装置的连接又是在锥形开口307的侧壁和锥形基体309之间，例如通过焊接、钎焊、卷边、收缩来实现。但是也可以将基本上锥形延伸的环状基体309按压到壳体部件305内的锥形开口307中。锥形基体可以具有在图4a至4c中所示的三个构造方式。在图4a中，基体在朝向壳体305的外侧395上是锥形的；在图4b中不仅在外侧395上而且在朝向棒状的导体311设置的内侧397上都是锥形的，而在图4c中仅在内侧397上是锥形的。通过不仅开口还有基体的锥形的构造方式避免了穿通装置在朝向壳体部件305的外侧320.1的方向上发生相对运动，这是因为锥形的钻孔和构造成锥形的基体在一定程度上充当倒钩，并且在朝向外侧320.1上的相对运动导致穿通装置303的基体309和开口307的侧壁之间形成形状锁合。
根据图4a至4c的构造方式的优点在于，即使在负荷增加的情况下，例如承受压力的穿通装置也可靠地避免了穿通装置303连同金属棒311从穿通口307中被压出。特别优选的是，开口307通过简单的制造方法，例如通过冲压置入壳体部件305内。
在图5a至6b中示出了棒状的导体的穿过基体的穿通装置的实施方式，其中，以热屏障和机械减负的方式将穿通装置置入壳体部件，特别是电池盖中。
在图5a和5b中示出了根据本发明的穿通装置的第一实施方式，其具有基体和用于机械减负并充当热屏障的减负装置。
与根据图1a至4所示的实施方式不同，在根据图8a和8b的实施方式中，基体809包括环绕的凹槽850作为减负装置。在具有环绕的凹槽850的基体809中，基本上为棒状的导体811又与玻璃材料或玻璃陶瓷材料813熔合。
此外在图5a中还可以看到壳体部件805，主要是电池单元的盖子。穿通装置(由具有玻璃封装的基本上为棒状的导体的基体809构成)例如通过焊接，特别是激光焊接环绕地在区域870内与壳体部件805相连接。环绕的凹槽805一方面是热屏障，而另一方面它又提供必要的弹性，以便特别是在玻璃封装部813的区域内保护穿通装置及为它减负。特别是通过引入环绕的凹槽850使出现的施加到玻璃材料或玻璃陶瓷材料上的机械负载和热负荷减少。由此能够显著减少穿通装置的玻璃材料或玻璃陶瓷材料中的可能导致不密封的裂缝的形成。
根据图5b的构造方式又示出具有环绕的凹槽850作为基体中的减负装置的穿通装置。与根据图5a的构造方式不同，在这里壳体部件805在穿通装置和壳体部件805相连的区域内具有880。这导致比根据图5a的实施方式还要更好的机械减负。此外，基体能够在其整个厚度D上都与壳体部件805相连接，这允许了精确的焊接过程。
图6a和6b示出作为对图5a和5b的备选的实施方式，其中，在图6a和6b中也提供减负装置以及热屏障。与根据图5a的实施方式不同，基体在此不具有环绕的凹槽作为减负装置，而是具有凸出部分990。与图5a至5b中相同的构件用相对于5a和5b提高了100的附图标记来表示。据此，棒状的导体用911来表示，而玻璃材料和玻璃陶瓷材料用913来表示。穿通装置和壳体部件之间的连接区域用970来表示。上面所描述的关于图5a的优点也适用于图6a且在此被包含在内。
图6b示出作为对图6a的备选的实施方式。除了基本上为环状的基体909以外，在此盖部件905也具有凸出部分980。上面所描述的关于图5b的优点也适用于图6b且在此被包含在内。
在图7a至8b中示出了用于锂离子电池的完整的电池单元，其带有已插入的穿通装置，其中，电极连接构件与导体相连接，也就是说存在有实施为两个部分的实施方式，其中，基本上为棒状的导体必须与电极连接构件相连接，在构造为一体的构造方式中就避免了这一点，在构造为一体的构造方式中，根据本发明导体同时是电极连接构件，如在图9a至11c中所示的那样。
图7a至7b示出一种电池单元，其中，导体不具有头部。图8a至8b示出具有壳体和置入其中的穿通装置的电池单元，其中，导体具有头部。在这两种情况下，电极连接构件是单独的构件，它必须例如通过焊接与导体，特别是基本上为棒状的导体相连接。这耗费很大并且特别是还需要电池单元内的结构空间，如在7a至7b中能够识别出的那样。
在图7a中示出了电池单元1000的原理性构造。
电池单元1000具有带侧壁1110和盖部件1120的壳体1100。在壳体1100的盖部件1120中例如通过冲压置入开口1130.1、1130.2。在两个开口1130.1、1130.2中又插入了穿通装置1140、1140.2。
图7b示出了电池盖1120具有开口1130.1和插入其中的穿通装置1140.1的截段的细节。
穿通装置1140.1包括棒状的导体2003以及基体2200。不具有头部的棒状的导体2003用玻璃材料或玻璃陶瓷材料2280玻璃封装到基体2200中。棒状的导体2003在用玻璃材料或玻璃陶瓷材料2280玻璃封装到基体2200中以后作为整个构件例如通过将穿通装置的优选由铝制成的基体2200例如通过焊接与由铝制成的冷作硬化的盖部件1120相连接的方式插入开口1130.1中。由于玻璃封装，优选地仅使基体2200软化。
在棒状的导体上设置有凹部2002，在其中插入有电极连接部件2020。电极连接部件又充当电池单元1000的电化学电池单元2004的负极或正极。壳体1100，其包围电池单元1000作为电池单元壳体。因此，电极连接构件和导体是两个单独的必须相互连接的构件。
如从图7a看出的那样，由于穿通装置1140.1、1140.2的构造方式，棒状的导体和插入棒状的导体的凹部2002内的与电化学电池单元2004连接的电极连接构件就需要在电化学电池单元2004和盖子1120之间形成的很大的结构空间2006。
为了最小化电池单元壳体内未充分利用的结构空间，可以设置根据图8a至8b的实施为两个部分的实施方式，即，导体包括头部，电极连接构件例如通过焊接与该头部相连接。尽管通过这种构造方式能够赢得结构空间，但是由于包括多个部分导致制造费用还是很高。
与图7a和7b中相同的构件用提高了2000的附图标记来表示。
又在电池单元壳体3100的盖子3120的开口3130.1、3130.2中插入穿通装置3140.1、3140.2。与根据图7a和7b的穿通装置的穿通构件不同，现在的穿通构件设有棒状的导体3003以及头部3005。头部具有凸起部3030以及通过焊接方法、钎焊方法或其他前面所描述的方法牢固地安接在头部3005上的电极连接构件3010。电极连接构件具有部段3140，其中，部段3140充当电化学电池单元4004的负极或正极。如从图8a至8b看出的那样，能明显识别出根据本发明的穿通构件的优点。在图8a至8b中所示的穿通装置的构造类型使得电池单元壳体内尽可能少的结构空间保持不被利用。
在图9a至9c中示出了具有穿通装置的电池壳体的一部分的根据本发明的构造方式。与前面的图中相同的构件用提高了5000的附图标记来表示。
在图9a至9c中所示的实施例的特征在于，导体，主要是棒状的导体7003.1、7003.2、7003.3在指向电池单元的端部上并不具有圆形，也就是说不像例如图7a至8b中的那样具有圆形的横截面，而是具有基本上为矩形的横截面7100。矩形的横截面7100在此充当电极连接部件，其能够与正极和/或负极相连接。与根据图7a至8b所示的构造方式不同，在这里并不必将单独的电极连接部件与被引导穿过穿通装置的，特别是棒状的导体连接起来，而是根据本发明将导体7003.1、7003.2、7003.3与穿通的区域8140.1、8140.2、8140.3和玻璃封装部7280的区域内的第一部段8005.1、8005.2、8005.3以及充当正极或负极或能够与电化学电池单元(未示出)的正极或负极相连接的第二部段是一体的。此外，导体7003.1、7003.2、7003.3中的每一个都具有两个折弯部7200、7300。原则上导体7003.1、7003.2、7003.3以它们指向电池单元的端部已经构造成部段8110.1、8110.2、8110.3，它们充当用于电化学电池单元(未示出)的负极或正极或者能够与负极或正极相连接。在根据图8a和8b的实施方式中，在导体上，特别是在基本上为棒状的导体上例如通过焊接安接有单独的电极连接构件(在图8b中用3110表示)，而与之不同的是，在根据图9a至9c的实施例中的电极连接构件和基本上为棒状的导体构为一体。这从制造的角度来看是有利的，因为不必将两个部分连接。实施方式7003.1、7003.2、7003.3主要通过导体在穿通的区域8140.1、8140.2、8140.3内的横截面相互区别。在根据图9a的构造方式中，导体在以玻璃或玻璃材料构成的玻璃封装部7280的区域内的横截面同样基本上为矩形。
在根据图9b的构造方式中，作为玻璃封装部7280的区域内的矩形的横截面的代替，横截面是圆形的。这种构造方式是特别优选的，因为通过在穿通的区域内或者说玻璃封装部7280的区域内的圆形的横截面使得能够在制造费用尽可能少的情况下简单且可靠地玻璃封装。具有圆形横截面的导体用附图标记7003.2表示。与根据图9a的实施方式不同，导体在根据图9b的实施方式中在朝向电池单元的外侧处也具有圆形的横截面。
在根据图9c的构造方式中，在玻璃封装部7280的区域内，横截面与在图9b中一样也是圆形的，然而导体7003.3在联接在电池壳体的外侧上的联接区域内被挤压，并且因此在横截面上是矩形的，优选是正方形的。
在所有的图9a至9c中，电池壳体的盖子用8120来表示，将导体7003.1、7003.2、7003.3玻璃封装到其中的基体用8130来表示。根据图9a至9c的构造为一体的构造方式的缺点在于，导体基本上笔直地延伸到电池单元内部。这一方面需要结构空间，而且另一方面很难在不改变带有开口的电池盖的情况下调整电极的间距或与不同的电池单元相匹配。
在图10a至10e中示出了用于电池单元的穿通装置实施为一体的第四构造方式。如已经在根据图8a至9c的实施方式中实施的那样，导体在指向电池单元的端部上并不具有圆形，也就是说不像例如在图7a至8b中那样具有圆形的横截面，而是具有基本上为矩形的横截面，从而使得导体以其指向电池单元的端部已经构造成能够与负极或正极连接的部段9110。导体9003.1、9003.2和电极连接构件9110在本实施例中如已经在前面的图8a至9c中实施的那样构造为一体。与在图8a至9c中所示的构造方式不同，特别是与根据图9a至9c所示的构造方式不同，根据图10a至10e的构造方式具有如下可能性，即，可以调整电极间距并且同时可以保持开口在电池单元盖子中的位置。与图9a至9c中相同的构件用提高了1000或2000的附图标记来表示。
图10a用三维视图示出具有两个根据本发明的穿通装置的电池壳体的盖子9120。电池盖9120包括两个开口9007.1、9007.2，根据本发明的导体9003.1、9003.2被引导穿过它们。导体9003.1、9003.2具有两个部段，第一部段9005.1、9005.2具有圆形的，特别是正圆形的横截面，以及第二部段9009.1、9009.2具有基本上为矩形的横截面9100。导体的具有基本上为矩形的横截面的第二部段9009.1、9009.2特别是通过挤压形成，并且能够直接充当用于电化学电池单元(未示出)的负极或正极或与电化学电池单元的负极或正极例如通过焊接相连接。基本上为矩形的导体横截面9100在其面积上优选与导体在第一区域9005.1内的正圆形的横截面的面积相同，从而可靠地避免由于导体横截面变化造成的线路损失。特别是由此避免电池单元的不允许的发热。
导体的第一部段9005.1、9005.2具有基本上为正圆形的横截面，特别是在以玻璃材料或玻璃陶瓷材料构成的玻璃封装部的区域内。为了损失尽量少的结构空间，在根据图10a至11c的构造方式中直接在开口9007.1、9007.2中进行玻璃封装。如果作为用于壳体或电池盖的材料使用例如铝或铝合金，那么相应地使用特别是在250℃至650℃的范围内的熔合温度较低的玻璃材料。
与根据图9a至9c的实施方式不同，导体的第二部段9009.1、9009.2具有两个区域，即，区域9022.1、9022.2，其可以充当电化学电池单元的正极和/或负极或者能够与正极和/或负极相连接，以及另一区域9020.1、9020.2，其基本上水平延伸并且垂直于第一部段9005.1、9005.2和/或垂直于区域9022.1、9022.2。通过选择区域9020.1、9020.2能够在电池盖的开口保持不变的情况下容易地调整电极间距。在根据图10a至10e的构造方式中，横截面如在穿过电池盖穿通的区域内那样是正圆形的。
在图10b中示出穿过电池盖的剖面视图。又能够很好地识别出具有其两个部段的导体9003.1、9003.2，第一部段9005.1、9005.2在穿过玻璃材料或玻璃陶瓷材料穿通的区域内具有正圆形的横截面，第二部段9009.1、9009.2在电池单元的内部具有矩形的横截面，该第二部段能够充当负极或正极并且/或者能够与负极或正极相连接。在第二部段区域内与电池单元接头的连接中可以使用超声波焊接、电阻焊接或激光焊接。
能够清楚地识别出第二部段的另一区域，它在横截面上与第一部段相同，也就是说是正圆形的。由于正圆形的横截面损失了比较多的结构空间。结构空间损失可以通过在图10b中的高度H表现出来，这个高度优选在5mm至大于8mm的范围内。基本上水平延伸的另一区域与电池盖的间距A优选是1mm至2mm。为了防止短路可以规定，导体的另一区域9020.1、9020.2包含绝缘材料。
图10c示出对电池盖9120的俯视图。在电池盖的俯视图中能够清楚地识别出开口9007.1、9007.2，导体9003.1、9003.2的具有基本上为正圆形的横截面的第一部段9005.1、9005.2直接玻璃封装到其中。玻璃材料和/或玻璃陶瓷材料用9200来表示。由于玻璃封装部的区域内的正圆形的横截面实现了简单且可靠的玻璃封装。
在图10c的俯视图中也能够很好地识别出第二部段区域内的矩形的导体横截面9100以及在导体的第二部段内的竖直延伸的另一区域9020.1、9020.2。
在图10d和10e中再次示出了导体的细节。其中，图10d示出从前方看导体的平面图，而图10e示出沿着图10d中的线A-A的剖面图。在图10d和10e中能够清楚地识别出在穿通的区域内具有基本上为正圆形的、直径为ID的横截面9005.1、9005.2的第一部段，以及在电池单元内部具有基本上为矩形的横截面的第二部段，其能够与正极和/或负极相连接。第二部段9009.1、9005.2在保持横截面面积的情况下通过挤压，也就是说通过从具有正圆形的横截面的导体的变形得出。因为导体横截面不变，所以能够避免热量损失。
在图10e中能够清楚地识别出具有正圆形的横截面的第一部段和具有矩形的横截面的第二部段之间的区别。在图10e中能够清楚地识别出在第二部段9009.1中的面式的电极形状。在第二部段内的基本上垂直于第一部段延伸的另一区域用9020.1来表示并且又具有基本上为正圆形的横截面。
在图11a至11e中示出了相对于在图10a至10e中所示那样的构造方式进行了再次改进的实施方式。根据图11a至11e的构造方式基本上与图10a至10d中的实施方式相同，然而其特征在于，电极在仅损耗非常小的结构空间的同时实现了与不同的电池单元配置的匹配性。
与图10a至10d中相同的构件用提高了1000的附图标记来表示。很小的结构空间在第二部段10009.1、10009.2中在导体基本上平行于电池单元壳体及垂直于第一部段10005.1、10005.2延伸的另一区域10020.1、10020.2内不像根据图10a至10e的构造方式那样构造有正圆形的横截面，而是具有矩形的横截面，其基本上与第二部段的能够联接到负极和/或正极上的区域的矩形的横截面相同。
图11a像图10a那样示出带有导体10003.1、1003.2的电池盖10120的三维视图，这些导体通过基体10007.1、10007.2内的开口被引导穿过电池盖。导体的第一部段10005.1、10005.2如已经在根据图10a中实施的实施方式中那样具有正圆形的横截面，其以玻璃或玻璃材料直接玻璃封装到开口10007.1、10007.2内。导体的第二部段10009.1、10009.2具有矩形的横截面10100。与图10a至10c不同，在整个第二部段10009.1、10009.2上，也就是说在能够与正极和/或负极连接的区域10022.1、10022.2内以及还有在基本上平行于电池盖10120延伸的并用10020.1、10020.2表示的另一区域内实现了矩形的横截面。
在图11b中使用了与在图11a中相同的附图标记，如从图11b清楚地看出的那样，通过另一区域10020.1、10020.2构造有矩形的横截面的构造方式，显著减小了通过导体所损失的高度H，具体来说是相对于像在图10a至10c中所示的实施方式而言，并且大致减小了三分之一达到现在的高度H＝3mm至5mm，优选是4mm。如已经在根据图10a至10c的构造方式中所实施的那样可以规定，为了避免电池盖和导体的另一区域之间的短路，该另一区域设有绝缘材料。
在根据图10a至10e的构造方式中，特别是在根据图11a至11e的构造方式中，导体特别是可以由具有基本上为正圆形的横截面的挤制材料(Strangmaterial)通过最简单的变形，也就是说通过无切削成型，大批量低成本地来制造。此外，根据图11a至11e的构造方式能够实现从穿通的区域内的圆形的横截面到负极或正极或能够与负极或正极连接的区域内的面式的横截面的非常节约空间的过渡。
通过在变形步骤中可以自由选择另一区域10020.1、10020.2的长度的可能性，能够实现电极间距EA与相应的电池单元的匹配。负极或正极或导体的第二部段与负极或正极的连接借助于焊接，例如超声波电阻焊接或激光焊接来实现。
在图11c中示出了根据图11a的带有已安接的导体的电池盖的俯视图。相同的构件还是用相同的附图标记来表示。导体直接玻璃封装到电池盖中的开口内。
图11d和11e用详细的视图再次示出根据本发明的导体。
在图11d中示出电极的前视图，在图11e中示出根据图11d的剖面图A-A。如从图11d中看出的那样，具有圆形的、直径为ID的横截面的第一部段10005.1通过变形或无切削加工过渡到具有矩形的横截面的第二部段10009.1中。在这种情况下确保了导体的线路横截面始终保持不变。通过使导体横截面在整个导体上基本保持不变，在整个线路路段上都不出现损耗热量。为了防止特别是另一区域10020.1弯曲规定，在面式的电极形状上设置加固压印例如在面式的电极形状的区域内的宽度B例如为5mm的情况下实现1mm至2mm宽且0.5mm深的压印。因为通过加固压印防止了弯曲，所以能够可靠地避免在另一区域10020.1的范围内与电池单元壳体发生短路。与圆形的电极形状不同，能够与负极和/或正极相连接的或者是负极和/或正极的区域10022.1可以柔性地构造。有角的电极形状10400是可灵活地构造的连接区，其能够与电池单元接头的相应的位置相匹配，并且因此能够将电池单元接头与电极简单地连接。尽管能够可变地选择可以与相应的电池单元相匹配的宽度B，如在图11d中所示的那样，但是连接区域仍然构造地足够大。作为电极材料，也就是说用于导体的材料优选使用金属，特别是铜或铝或铜合金或铝合金。
通过本发明第一次说明了一种用于壳体，特别是电池单元壳体，优选用于锂离子电池的穿通装置，其能够预制成并且特别适合用在电池单元壳体的壳体部件中。电池单元壳体优选包含像铝(Al)、铝合金、AlSiC、镁、镁合金、钛或钛合金那样的轻金属。但是作为用于电池单元壳体的材料也可以使用像钢或优质钢，特别是不锈钢或工具钢那样的金属。这种情况下，基体和/或基本上为棒状的导体的材料相匹配。
此外，根据本发明的解决方案还使得采用低成本的制造方法和原材料成为可能。
在第一构造方式中，整个穿通装置可以构造成预制成的构件，其中，在将金属棒插入壳体部件之前，金属棒借助固定材料，也就是说例如利用玻璃塞熔接到基体内。由此确保了不会产生壳体构件的冷作硬化的损失。此外还能够不相互依赖地选择壳体构件和基体的材料厚度和材料。通过特别地构造有减负装置的构造方式，不仅能够在机械上还能够在热上减负。
作为对此的备选可以直接进行玻璃封装，这节约了结构空间。在直接进行玻璃封装的情况下，玻璃材料必须具与壳体材料匹配的熔合温度，其中，以如下方式选择壳体材料，即，它具有足够的坚固性。
利用本发明，电极间距能够简单地与不同的电池单元相匹配。
此外，通过穿通装置和电极接头区域的范围内的线路横截面保持不变，使线路损失最小化并且进而也使热量损失最小化。
由于导体在玻璃封装部的区域内具有圆形的横截面，所以提供可靠的玻璃封装。

Claims (98)

1.一种穿通装置，其穿过壳体的壳体部件，其中，所述壳体部件由金属构成，其中，所述壳体部件具有至少一个开口(9007.1、9007.2、10007.1、10007.2)，至少一个具有横截面的导体在玻璃材料或玻璃陶瓷材料(7280)中被引导穿过所述开口，
其特征在于，
所述导体(7003.1、7003.2、7003.2、9003.1、9003.2、10003.1、10003.2)具有至少两个部段：第一部段(9005.1、9005.2、10005.1、10005.2)在穿过所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料(7280)穿通的区域内具有直径为ID的圆形的第一横截面，而第二部段(9009.1、9009.2、10009.1、1009.2)具有不是圆形的第二横截面(9100)，并且所述导体是一体成型加工的。
2.按照权利要求1所述的穿通装置，
其特征在于，
所述第二部段(9009.1、9009.2、10009.1、10009.2)包括至少两个折弯部(7200、7300)。
3.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述第二部段包括能与正极和/或负极相连接的区域(9022.1、9022.2、10022.1、10022.2)。
4.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述第二部段(9009.1、9009.2、10009.1、10009.2)包括另一区域(9020.1、9020.2、10020.1、10020.2)，所述另一区域水平延伸且垂直于所述第一部段。
5.按照权利要求3所述的穿通装置，
其特征在于，
所述第二部段(9009.1、9009.2、10009.1、10009.2)包括另一区域(9020.1、9020.2、10020.1、10020.2)，所述另一区域水平延伸且垂直于所述第一部段和/或垂直于所述能与正极和/或负极相连接的区域。
6.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述第一横截面与所述第二横截面一样大。
7.按照权利要求4所述的穿通装置，
其特征在于，
所述第二部段在所述另一区域(9020.1、9020.2、10020.1、10020.2)内包含加固件。
8.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述导体包括金属作为材料。
9.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述导体在所述开口(9007.1、9007.2、10007.1、10007.2)的区域内被置入玻璃材料或玻璃陶瓷材料中。
10.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述穿通装置包括基体，并且所述基体被所述壳体的开口容纳，并且在所述基体与所述导体之间置入玻璃材料或玻璃陶瓷材料。
11.按照权利要求10所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料具有小于所述基体(9)的熔化温度和/或所述导体的熔化温度和/或所述壳体的材料的熔化温度的熔合温度。
12.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
13.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
组成包含如下以摩尔％计的成分：
14.按照权利要求10所述的穿通装置，
其特征在于，
所述壳体部件具有外侧和内侧，并且所述基体与所述壳体部件的内侧和/或外侧连接。
15.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述壳体部件具有外侧和内侧，并且所述第二部段的另一区域水平地且平行于所述壳体的内侧延伸，其中，所述第二部段包括部段外侧和部段内侧，并且所述部段内侧与所述壳体的内侧的间距(H)在0.7·ID至1.5·ID的范围内，其中，ID是正圆形的第一横截面的直径。
16.按照权利要求15所述的穿通装置，
其特征在于，
在所述壳体部件的内侧与所述部段外侧之间布置有绝缘材料。
17.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述壳体是电池壳体(8120、9120)。
18.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述壳体部件由轻金属构成。
19.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述壳体部件由铝、铝合金、AlSiC、镁、镁合金、钛、钛合金、钢、不锈钢或优质钢构成。
20.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述第一部段(9005.1、9005.2、10005.1、10005.2)在穿过所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料(7280)穿通的区域内具有直径为ID的正圆形的第一横截面。
21.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述第二部段(9009.1、9009.2、10009.1、1009.2)具有矩形的第二横截面(9100)。
22.按照权利要求7所述的穿通装置，
其特征在于，
所述加固件是U型材。
23.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述导体包括铜、CuSiC、铜合金、铝、AlSiC、或铝合金、镁或镁合金、NiFe、具有铜内部部件的NiFe套、银、银合金、金、金合金以及钴铁合金作为材料。
24.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述导体是棒状的导体。
25.按照权利要求1或2所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料具有小于棒(11)的材料的熔化温度的熔合温度。
26.按照权利要求12所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
P2O5为39-48摩尔％。
27.按照权利要求12所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Al2O3为2-12摩尔％。
28.按照权利要求12所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
B2O3为是4-8摩尔％。
29.按照权利要求12所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Na2O为0-20摩尔％。
30.按照权利要求12所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
M2O为12-20摩尔％，其中，M是K、Cs或Rb。
31.按照权利要求12所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
PbO为0-9摩尔％。
32.按照权利要求12所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
PbO为0摩尔％。
33.按照权利要求12所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Li2O为0-20摩尔％。
34.按照权利要求12所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Li2O为17-40摩尔％。
35.按照权利要求12所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
BaO为5-20摩尔％。
36.按照权利要求12所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Bi2O3为1-5摩尔％。
37.按照权利要求12所述的穿通装置，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Bi2O3为2-5摩尔％。
38.按照权利要求13所述的穿通装置，
其特征在于，
组成包含如下以摩尔％计的成分：
P2O5为39-48摩尔％。
39.按照权利要求13所述的穿通装置，
其特征在于，
组成包含如下以摩尔％计的成分：
Al2O3为4-12摩尔％。
40.按照权利要求13所述的穿通装置，
其特征在于，
组成包含如下以摩尔％计的成分：
B2O3为4-8摩尔％。
41.按照权利要求13所述的穿通装置，
其特征在于，
组成包含如下以摩尔％计的成分：
Na2O为14-20摩尔％。
42.按照权利要求13所述的穿通装置，
其特征在于，
组成包含如下以摩尔％计的成分：
K2O为12-19摩尔％。
43.按照权利要求13所述的穿通装置，
其特征在于，
组成包含如下以摩尔％计的成分：
PbO为0-9摩尔％。
44.按照权利要求13所述的穿通装置，
其特征在于，
组成包含如下以摩尔％计的成分：
PbO为0摩尔％。
45.按照权利要求14所述的穿通装置，
其特征在于，
所述基体与所述壳体部件的内侧和/或外侧以焊接连接或钎焊连接的形式或者通过按压相连接。
46.按照权利要求15所述的穿通装置，
其特征在于，
所述壳体部件是所述壳体的盖子。
47.按照权利要求15所述的穿通装置，
其特征在于，
所述壳体部件是电池壳体的盖子。
48.按照权利要求47所述的穿通装置，
其特征在于，
所述第二部段的另一区域水平地且平行于所述电池壳体的内侧延伸。
49.按照权利要求48所述的穿通装置，
其特征在于，
所述第二部段的另一区域水平地且平行于所述电池壳体的盖子的内侧延伸。
50.按照权利要求15所述的穿通装置，
其特征在于，
所述部段内侧与所述壳体的内侧的间距(H)在3mm至5mm的范围内。
51.按照权利要求15所述的穿通装置，
其特征在于，
所述部段内侧与所述壳体的内侧的间距(H)在3.5mm至4.5mm的范围内。
52.按照权利要求16所述的穿通装置，
其特征在于，
在所述壳体部件的内侧与所述部段外侧之间布置有塑料绝缘材料。
53.一种壳体，所述壳体包括至少一个按照权利要求1至52中任一项所述的穿通装置。
54.按照权利要求53所述的壳体，
其特征在于，
所述壳体是用于电池单元(1000)的壳体。
55.一种存储装置，所述存储装置具有按照权利要求53所述的壳体，
其特征在于，
所述存储装置包括按照权利要求1至52中任一项所述的穿通装置。
56.按照权利要求55所述的存储装置，
其特征在于，
所述存储装置是电池。
57.按照权利要求56所述的存储装置，
其特征在于，
所述电池是锂离子电池。
58.按照权利要求57所述的存储装置，
其特征在于，
所述锂离子电池是锂离子蓄电池。
59.一种用于制造穿通装置的方法，所述穿通装置具有至少一个导体，所述方法包括以下步骤：
-将导体以如下方式变形，即，使所述导体具有两个部段，第一部段具有圆形的横截面，而第二部段具有不是圆形的横截面，其中，所述导体是一体成型加工的；
-将所述导体以所述第一部段玻璃封装到玻璃材料或玻璃陶瓷材料中，结果得到了用于壳体的壳体部件的穿通装置。
60.按照权利要求59所述的方法，
其特征在于，
所述导体玻璃封装到基体中，并且所述基体连同玻璃封装的导体一起被置入所述壳体部件的开口中。
61.按照权利要求59或60所述的方法，
其特征在于，
所述导体的第二部段具有两个折弯部。
62.按照权利要求61所述的方法，
其特征在于，
所述导体的第二部段以如下方式变形，即，使所述导体的第二部段包括一个能充当电化学电池单元的正极和/或负极或者能与正极和/或负极连接的区域，并且包括另一个水平延伸的且垂直于所述第一部段和/或垂直于所述能充当电化学电池单元的正极和/或负极或能与正极和/或负极连接的区域的区域。
63.按照权利要求59或60所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
64.按照权利要求63所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
65.按照权利要求59或60所述的方法，
其特征在于，
所述穿通装置是按照权利要求1至52中任一项所述的穿通装置。
66.按照权利要求59或60所述的方法，
其特征在于，
所述至少一个导体是棒状的导体。
67.按照权利要求59或60所述的方法，
其特征在于，
所述第一部段具有正圆形的横截面。
68.按照权利要求59或60所述的方法，
其特征在于，
所述第二部段具有矩形的横截面。
69.按照权利要求59或60所述的方法，
其特征在于，
所述壳体是电池单元壳体。
70.按照权利要求63所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
P2O5为39-48摩尔％。
71.按照权利要求63所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Al2O3为2-12摩尔％。
72.按照权利要求63所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
B2O3为4-8摩尔％。
73.按照权利要求63所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Na2O为0-20摩尔％。
74.按照权利要求63所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
M2O为12-20摩尔％，其中，M是K、Cs或Rb。
75.按照权利要求63所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
PbO为0-9摩尔％。
76.按照权利要求63所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
PbO为0摩尔％。
77.按照权利要求63所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Li2O为0-40摩尔％。
78.按照权利要求63所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Li2O为17-40摩尔％。
79.按照权利要求63所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
BaO为5-20摩尔％。
80.按照权利要求63所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Bi2O3为1-5摩尔％。
81.按照权利要求63所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Bi2O3为2-5摩尔％。
82.按照权利要求64所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
P2O5为39-48摩尔％。
83.按照权利要求64所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Al2O3为4-12摩尔％。
84.按照权利要求64所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
B2O3为4-8摩尔％。
85.按照权利要求64所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
Na2O为14-20摩尔％。
86.按照权利要求64所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
K2O为12-19摩尔％。
87.按照权利要求64所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
PbO为0-9摩尔％。
88.按照权利要求64所述的方法，
其特征在于，
所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料包含如下以摩尔％计的成分：
PbO为0摩尔％。
89.一种用于为电池单元(1000)配置穿通装置的方法，所述方法包括如下步骤：
-提供穿通装置，
-将导体以如下方式变形，即，使所述导体包括两个部段，第一部段具有为圆形的横截面，而第二部段具有不是圆形的横截面，其中，其中，所述导体是一体成型加工的，
-将所述导体玻璃封装到基体内玻璃材料或玻璃陶瓷材料中，
-具有玻璃封装的导体的基体与壳体相连接。
90.按照权利要求89所述的方法，
其特征在于，
所述导体以如下方式变形，即，使所述导体的第二部段具有两个折弯部。
91.按照权利要求90所述的方法，
其特征在于，
所述导体的第二部段以如下方式变形，即，使所述导体的第二部段包括一个能充当电化学电池单元的正极和/或负极或者能与正极和/或负极连接的区域，并且包括另一个水平延伸的且垂直于所述第一部段和/或垂直于所述能充当电化学电池单元的正极和/或负极或者能与正极和/或负极连接的区域的区域。
92.按照权利要求89至91中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述穿通装置是按照权利要求1至52中任一项所述的穿通装置。
93.按照权利要求89至91中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述第一部段具有正圆形的横截面。
94.按照权利要求89至91中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述第二部段具有有角的横截面。
95.按照权利要求89至91中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述导体是棒状的导体。
96.按照权利要求89至91中任一项所述的方法，
其特征在于，
具有玻璃封装的导体的基体与壳体通过焊接相连接。
97.按照权利要求89至91中任一项所述的方法，
其特征在于，
具有玻璃封装的导体的基体与壳体通过激光射线焊接、电子射线焊接、超声波焊接、电阻焊接相连接。
98.按照权利要求89至91中任一项所述的方法，
其特征在于，
具有玻璃封装的导体的基体与壳体通过钎焊、收缩、按压、卷边相连接。
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