穿通件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于存储装置的穿通件，特别是一种优选用于电池，特别是锂离 子电池、锂离子蓄电池或电容器的电池穿通件，本发明还涉及到使用密封玻璃将金属导体 穿通到存储装置的壳体中。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池和锂离子蓄电池被应用于很多不同的领域中，例如便携式电子设备、 移动电话、电动工具以及特别是电动汽车。特别是应用于汽车领域的锂离子电池通常具有 多个被串联连接的单个电池电芯。这些串联连接的电池电芯被合并为所谓的电池组，然后 多个电池组构成一电池模块，该电池模块也被称为锂离子电池。各个单独的电池电芯均具 有电极，这些电极被从电池电芯的壳体中引出。这种电池可以替代传统的能源，例如铅酸电 池、镍镉电池或镍-金属氢化物电池。
[0003] 特别是对于某些特定的应用领域，主要是在汽车工业领域和飞机上，对于电池、尤 其是锂离子电池和锂离子电池蓄电池来说，往往使用轻金属或轻金属合金（例如铝合金） 作为电池的壳体材料或作为电导体。在汽车工业中的应用会引发各种各样的问题，例如耐 腐蚀性，发生事故时的稳定性或耐振性。另一个问题是电池的密封性，特别是过了很长时间 的锂离子电池。例如，在电池的电极或电池的电极穿通件区域中的不密封性、电池短路或者 会导致电池寿命降低的温度变化都可能影响到这种密封性。电池穿通件的另一个问题是相 对于侵蚀性的电池电解质的不稳定性，特别是对于非水状的电解质，正如其在锂离子蓄电 池中所应用的那样。
[0004] 为了确保在发生事故时能够有更好的稳定性，例如专利文献DE 101 05 877 A1提 出了一种用于锂离子电池的壳体，该壳体具有金属护罩，该金属护罩可以在两侧被打开和 关闭。电源线通过塑料来绝缘。但是塑料绝缘的缺点在于其在使用寿命期间的有限的耐温 性和不可靠的密封性。
[0005] 此外，已知的还有一种金属-电穿通件，其除了对导体的电绝缘之外还必须具有 气密密封功能，为此要使用所谓的易熔玻璃或玻璃焊料。在现有技术中已经描述了很多的 可能的实施方式。
[0006]专利文献US 6,037,539A和US 5,965,469A公开了一种高频穿通件（HF-穿通 件），其中，含铁的或不含铁的导体在铝-磷酸盐玻璃或碱-铝-磷酸盐玻璃组合物中穿过 含有铝的壳体部分。但是该专利文献并没有关于电池穿通件的描述。
[0007] 另外，专利文献W0 03/061034 A1(EP 1464089 A1)涉及到一种用于与锂离子电解 质关联应用的、具有玻璃-金属密封件的装置，其包括金属主体，该主体的布置具有耐化学 性的金属，耐化学性的金属导电销和玻璃材料，玻璃材料设置在金属主体和销之间并使二 者电绝缘，在此，玻璃材料具有磷酸盐组分，例如ALSG-32玻璃。
[0008]专利文献DE 10 2011 012 430A1 和W0 2012/110244 A1 描述了一种穿通件，其具 有特别是优选为盘状金属构件形式的基体，在此，该基体具有至少一个开口，至少一个基本 上为销状的导体通过该开口被穿通到玻璃材料或玻璃-陶瓷材料中，其中，基体含有低熔 点材料，特别是轻金属，优选为铝或AlSiC，并将玻璃材料或玻璃-陶瓷材料选择为，使具有 低熔点材料的玻璃或玻璃陶瓷材料的熔融温度低于该低熔点基体的熔化温度。该玻璃或玻 璃陶瓷材料例如可以从下述玻璃家族中选出：娃酸盐钛酸盐（Silikattitanate)、磺基磷 酸盐（Sulphophosphate)、碲化物、硼酸盐、钒酸盐、氟化物、磷酸盐或硅酸盐。
[0009] 专利文献W0 2012/110242 A1和DE 10 2009 030 951各自描述了一种特别是用 于锂离子电池的穿通件，其中，基本上为销状的导体通过基体上的开口被穿通到玻璃或玻 璃陶瓷材料中。在此优选使用具有高磷酸盐含量的玻璃或玻璃陶瓷材料。
[0010] 由专利文献DE 1049063 B可知一种玻璃，其可以直接与具有提高热膨胀性的金属 和合金熔融，该玻璃包含占4至30重量％的1^02，在此，该由专利文献DE 1049063 B已 知的玻璃强制性地具有占2至8重量％的SrO。SrO常被用于降低熔化温度和玻璃化转变 温度。高含量的SrO还能够导致热膨胀系数的提高。但是SrO是一种昂贵的原料，并且本 发明人已经认识到，使用高含量的SrO可能会产生负面的特性，确切地说就是对玻璃的化 学稳定性、特别是耐酸性会产生负面的影响。
[0011] 在现有技术中常常提到作为用于已知应用实例的合适的玻璃焊料的玻璃系统，其 具有相对较高磷酸盐含量，例如大于30重量％的磷酸盐含量。这种含有磷酸盐的玻璃焊料 的特征在于，它们具有相似的高CTE (热膨胀系数），例如位于15~25 X 10 6 1/K范围中的 铝合金。铝合金由于其成分而使得例如CTE位于20~26X 10 51/K之间；但是其基本上取 决于主要合金成分，例如Si、Mg、Cu、Mn、Zn......。
[0012] 同时这些玻璃系统往往表现出相对较低的转变温度（Tg)，该转变温度大大低于铝 合金的熔点或熔点范围。这使得它们能够被使用在所设计的应用领域中。在此，玻璃焊料 的转变温度（Tg)位于300°C和450°C之间。
[0013] 含磷酸盐的玻璃在现有技术中被用作玻璃焊料，因为它们相对于无水电池电解质 表现出非常良好的稳定性。例如，电解质基本上由LiPF 6和有机碳酸酯的混合物组成。有 一种测试是用于确定玻璃焊料相对于电解质的稳定性，即，有多少玻璃焊料的材料被电解 质溶解，这就是所谓的浸出。典型的分析值例如在专利文献W0 2012/110242 A1的第19页 的表1中给出。
[0014] 但是，这种具有如此高含量的磷的玻璃的制造伴有相当大的困难。所含有的磷和/ 或磷酸盐成分可能在例如熔化处理中会攻击所使用的坩埚和/或熔池的材料，由此使得已 融化的玻璃一方面可能会被污染，另一方面也会显著地降低玻璃熔化装置的使用寿命。此 外，所含有的磷和/或磷酸盐成分能够很容易地从玻璃熔液蒸发，因此，为了不使这些成分 散发到环境中，还需要昂贵的空气过滤器设备。这大大增加了生产成本。此外，还必须对过 滤器残留物做环境无害处理。
【发明内容】
[0015] 因此，基于现有技术的这些缺点，本发明的目的在于提供一种上述类型的穿通件， 其可以利用密封玻璃制造，这降低了制造成本并且对环境无害。
[0016] 本发明的目的通过独立权利要求的教导来实现。
[0017] 本发明的优选的扩展方案由从属权利要求给出。
[0018] 根据本发明的第一个方面给出一种用于存储装置、例如发电装置和/或蓄电装置 的穿通件，特别是优选用于锂离子电池、锂离子蓄电池或电容器的电池穿通件，该穿通件包 括基体，该基体具有至少一个开口，导体、特别是基本上为销状的导体通过该开口被穿通到 电绝缘材料中，该电绝缘材料包括密封玻璃或由密封玻璃组成，其中，在设计使基体和/或 导体与密封玻璃形成基于材料的连接（stoffschlUssigen Verbunds)的情况下，基体包括 轻金属和/或轻金属合金，或者由它们组成，所述轻金属和/或轻金属合金优选选自铝、镁、 钛、铝合金、镁合金、钛合金（例如Ti6246、Ti6242、Ti6A14V和/或Ti6A17Nb)或AlSiC，在 此，密封玻璃具有钛酸盐玻璃或由其组成。
[0019] 根据本发明，该电穿通件应该被使用在发电装置和/或蓄电装置中，优选使用在 锂离子电池中。在此，本发明意义下的电池是指在放电之后被处理和/或可再生的一次性 电池以及蓄电池。
[0020] 根据本发明，钛酸盐玻璃优选是这样的玻璃，其具有5重量％或以上的二氧化钛， 特别优选具有13-28重量％的二氧化钛。特别优选是碱-硅酸盐-钛酸盐玻璃。根据本发 明，进一步优选是这样的碱-硅酸盐-钛酸盐玻璃：其含有13-28重量％的二氧化钛、22-52 重量％的碱和24-44重量％的Si0 2。
[0021] 根据本发明，引导导体通过的钛酸盐玻璃形式的密封玻璃优选包含或由下列组分 组成： B2〇3. 重量％ Li20 0-3重量％，特别是1-3重量％ Al2〇3 〇-2重量％,特别是0-<2重量％ BaQ 0-<Ll重童％ CaO 0-1重量％ CuO 0-<7 重量％ rc2(); 〇:-<&重量％ KzO 10-27 重量％ Mp<) 规5重量％ Na20 12-22 重量％ Nb203 0-<0.5 重量％ P2〇, 0-3重量％，特别是1-3重量％ Pb() ()-<().5重量％ SQ3; 0-<0.5 重量％ Sb2()t 0-<7 重量％ Si()2 24-44 重董％ Sn020-<4 重量％ StO 0-C2.5重董％，特别是0- <2重量％,尤其是0-0,5%重量 Ti02 5-28重量％ V2〇5 (M3重量％,特别是1-13重量％,尤其是>5-13重量％ Zn() 重量％ /r()2 重量％ Bi2〇3 〇-19:重量％，特别是048重量％，尤.其是〇-<1〇重量％。
[0022] 根据本发明的一种特别优选的实施方式，钛酸盐玻璃中BaO的含量为0-4重量％， 更优选〇_〈〇. 5重量％。BaO的优选上限值（以基于氧化物的各重量％计）例如还为3. 5%、 3%、2. 5%、2. 0%、1. 5%、1. 0%和/或0. 5%。这些上限值当然结合下限值0重量％。
[0023] 根据本发明的一种特别优选的实施方式，钛酸盐玻璃中CuO的含量为0_〈6重 量％，更优选〇_〈〇.5重量％。CuO的优选上限值（以基于氧化物的各重量％计）例如还为 5. 5%、5. 0%、4. 5%、4. 0%、3. 5%、3. 0%、2. 5%、2. 0%、1. 5%、1. 0%和 / 或 0? 5%。这些上 限值当然结合下限值〇重量％。
[0024] 根据本发明的一种特别优选的实施方式，钛酸盐玻璃中Fe203的含量为0_〈0.5重 量％。Fe203的优选上限值（以基于氧化物的各重量％计）例如还为0.4%、0.3%、0.2%和 /或0.1%。这些上限值当然结合下限值0重量％。
[0025] 根据本发明的一种特别优选的实施方式，钛酸盐玻璃中K20的含量为10-20重 量％，更优选10-14重量％。K 20的优选上限值（以基于氧化物的各重量％计）例如还为 19%、18%、17%、16%、15%、14%、13%、12%和/或11%。这些上限值当