DE102012005220A1 - Battery implementation useful for lithium ion rechargeable battery, preferably lithium ion accumulator, comprises a base body with one opening, through which a conductor, preferably a pin-shaped conductor in a glass material is passed - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Batteriedurchführung, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Batterie, bevorzugt einen Lithium-Ionen-Akkumulator, eine Speichereinrichtung, insbesondere eine Batterie, bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batterie sowie die Verwendung einer Glaszusammensetzung zur Durchführung eines metallischen Leiters in das Gehäuse einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie.The invention relates to a battery feedthrough, in particular for a lithium-ion battery, preferably a lithium-ion accumulator, a storage device, in particular a battery, preferably a lithium-ion battery and the use of a glass composition for carrying a metallic conductor into the housing a battery, in particular a lithium-ion battery.
Das Einbringen von Leitern, insbesondere in Form von Metallstiften in einen Grundkörper, der aus Leichtmetall wie Aluminium bestand, waren bislang bei Batteriedurchführungen nicht möglich.The introduction of conductors, in particular in the form of metal pins in a body made of light metal such as aluminum, have not been possible in battery feedthroughs.
Durchführungen mit thermisch sich sehr stark ausdehnenden Materialien wie Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen sind lediglich im Bereich der Hochfrequenzdurchführungen (HF-Durchführung) bekannt geworden. Derartige HF-Durchführungen und Glasmaterialien auf der Basis von Aluminium-Phosphat-Gläsern sind beispielsweise aus der
Insbesondere die
Als Material, bevorzugt für Lithium-Ionen-Akkumulatoren werden auch Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder AlSiC, diskutiert. Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind für verschiedene Anwendungen vorgesehen, wie beispielsweise tragbare elektronische Geräte, Mobiltelefone, Motorwerkzeuge sowie insbesondere Elektrofahrzeuge. Die Batterien können traditionelle Energiequellen wie beispielsweise Blei-Säure-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien oder Nickel-Metallhydrid-Batterien ersetzen.As a material, preferably for lithium-ion batteries and light metal, especially aluminum or AlSiC, are discussed. Lithium-ion batteries are intended for various applications, such as portable electronic devices, mobile phones, power tools and especially electric vehicles. The batteries can replace traditional energy sources such as lead acid batteries, nickel cadmium batteries or nickel metal hydride batteries.
Lithium-Ionen-Batterien sind seit vielen Jahren bekannt. Diesbezüglich wird beispielsweise auf
Verschiedene Aspekte von Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind in einer Vielzahl von Patenten beschrieben. Beispielsweise seien genannt
Insbesondere für die Anwendung von Batterien, bevorzugt Lithium-Ionen-Akkumulatoren in der Automobil-Umgebung müssen eine Vielzahl von Problemen wie Korrosionsbeständigkeit, Beständigkeit bei Unfall oder Schwingungsfestigkeit gelöst werden. Ein weiteres Problem ist die hermetische Dichtheit der Batterie, insbesondere der Lithium-Ionen-Batterie über einen langen Zeitraum. Die Dichtheit beeinträchtigen können z. B. Undichtigkeit im Bereich der Elektroden der Batterie beziehungsweise der Elektrodendurchführung der Batterie, ein Batteriekurzschluss oder Temperaturänderungen, die zu einer verminderten Batterielebensdauer führen. Ein weiteres Problem von Batteriedurchführungen ist die Instabilität gegenüber den aggressiven Batterieelektrolyten, insbesondere gegenüber nicht wässrigen Elektrolyten, wie sie beispielsweise in Lithium-Ionen-Akkumulatoren Verwendung finden.In particular, for the application of batteries, preferably lithium-ion batteries in the automotive environment, a variety of problems such as corrosion resistance, durability in case of accident or vibration resistance must be solved. Another problem is the hermetic tightness of the battery, especially the lithium-ion battery over a long period of time. The tightness can affect z. B. Leakage in the area of the electrodes of the battery or the electrode feedthrough of the battery, a battery short circuit or temperature changes, which lead to a reduced battery life. Another problem of battery feedthroughs is the instability against the aggressive battery electrolyte, especially against non-aqueous electrolyte, as used for example in lithium-ion batteries.
Um eine bessere Beständigkeit bei Unfall sicherzustellen, schlägt die
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Batteriedurchführung anzugeben, die die Probleme des Standes der Technik vermeidet.The object of the invention is thus to provide a battery feedthrough, which avoids the problems of the prior art.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Batteriedurchführung gemäß Anspruch 1, einer Batterie gemäß Anspruch 7 sowie eine Verwendung gemäß Anspruch 9 gelöst.This is achieved by a battery feedthrough according to claim 1, a battery according to claim 7 and a use according to claim 9.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Batteriedurchführung, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Batterie, bevorzugt für einen Lithium-Ionen-Akkumulator angegeben mit einem Grundkörper, wobei der Grundkörper wenigstens eine Öffnung aufweist, durch die ein Leiter, insbesondere ein im Wesentlichen stiftförmiger Leiter in einem Glasmaterial hindurchgeführt wird, wobei der Grundkörper ein niedrig schmelzendes Material, insbesondere ein Leichtmetall, bevorzugt Aluminium oder AlSiC umfasst. According to a first aspect of the invention, a battery feedthrough, in particular for a lithium-ion battery, is preferably specified for a lithium-ion accumulator having a base body, wherein the base body has at least one opening through which a conductor, in particular a substantially pin-shaped Conductor is passed in a glass material, wherein the base body comprises a low-melting material, in particular a light metal, preferably aluminum or AlSiC.
Erfindungsgemäß umfasst das Glasmaterial, durch das der Leiter hindurchgeführt wird, wenigstens die nachfolgenden Komponenten in mol-%, besonders bevorzugt mit dennachfolgenden Komponenten in mol-%:
Die angegebenen Glaszusammensetzungen zeichnen sich dadurch aus, dass die Glasmaterialien sehr hohe thermische Dehnungen aufweisen, die im Bereich von 15 × 10–6 K, bevorzugt im Bereich 15 × 10–6/K bis 25 × 10–6/K liegt und damit in dem Bereich der thermischen Ausdehnung von Leichtmetallen wie Aluminium, aber auch von gängigen Metallen für die Leiter, die durch das Glasmaterial hindurchgeführt werden, nämlich Kupfer. So besitzt Aluminium bei Zimmertemperatur eine thermische Ausdehnung α von 23 × 10–6/K und Kupfer von 16,5 × 10–6/K.The specified glass compositions are characterized in that the glass materials have very high thermal expansions, which is in the range of 15 × 10 -6 K, preferably in the range 15 × 10 -6 / K to 25 × 10 -6 / K and thus in the range of thermal expansion of light metals such as aluminum, but also of common metals for the conductors which are passed through the glass material, namely copper. Thus, aluminum has a thermal expansion α of 23 × 10 -6 / K at room temperature and copper of 16.5 × 10 -6 / K at room temperature.
Um zu verhindern, dass beim Einglasen das Leichtmetall des Grundkörpers und eventuell auch des Metallstiftes schmilzt oder deformiert, liegt die Verschmelztemperatur des Glasmaterials mit dem Material des Grundkörpers und/oder Leiters unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des Grundkörpers bzw. Leiters. Die Verschmelztemperatur der angegebenen Glaszusammensetzungen liegt im Bereich von 350°C bis 650°C. Die Verschmelztemperatur kann beispielsweise über die Halbkugeltemperatur wie in
Das Einglasen des Leiters in die Öffnung kann dann wie folgt durchgeführt werden:
Zunächst wird das Glasmaterial zusammen mit dem stiftförmigen Leiter in die Öffnung im Grundkörper eingebracht. Sodann wird das Glas zusammen mit dem Leiter, insbesondere dem stiftförmigen Leiter auf die Verschmelztemperatur bzw. Halbkugeltemperatur des Glases erwärmt, so dass das Glasmaterial erweicht und in der Öffnung den Leiter, insbesondere den stiftförmigen Leiter umschließt und am Grundkörper anliegt. Da die Schmelztemperatur sowohl des Materials des Grundkörpers als auch des Leiters, insbesondere des stiftförmigen Leiters oberhalb der Verschmelztemperatur des Glasmaterials liegt, liegt der Grundkörper wie auch der stiftförmige Leiter im festen Zustand vor. Bevorzugt liegt die Verschmelztemperatur des Glasmaterials 20 bis 150 K unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des Grundkörpers bzw. stiftförmigen Leiters. Wird beispielsweise Aluminium als Leichtmetall mit einem Schmelzpunkt von TSCHMELZ = 660,32°C verwendet, so liegt die Verschmelztemperatur des Glasmaterials im Bereich 350°C bis 640°C, bevorzugt im Bereich 350°C bis 600°C besonders bevorzugt im Bereich 350°C bis < 550°C, insbesondere im Bereich 450°C bis < 550°C. Alternativ zu einem Leichtmetall wie Aluminium könnte als Material für den Grundkörper auch eine SiC Matrix eingesetzt werden, die mit Al infiltriert ist. Ein derartiges Material wird auch als AlSiC bezeichnet. AlSiC weist einen SiC-Kern auf, in den Al eindiffundiert ist. Durch den Anteil des Al können die Eigenschaften, insbesondere der Ausdehnungskoeffizient, eingestellt werden. Insbesondere hat AlSiC eine niedrigere Wärmeausdehnung als reines Aluminium.The introduction of the conductor into the opening can then be carried out as follows:
First, the glass material is introduced together with the pin-shaped conductor into the opening in the base body. Then, the glass is heated together with the conductor, in particular the pin-shaped conductor to the melting temperature or hemispherical temperature of the glass, so that the glass material softens and in the opening surrounds the conductor, in particular the pin-shaped conductor and rests on the base body. Since the melting temperature of both the material of the base body and the conductor, in particular the pin-shaped conductor is above the melting temperature of the glass material, the base body as well as the pin-shaped conductor is in the solid state. Preferably, the fusion temperature of the glass material is 20 to 150 K below the melting temperature of the material of the base body or pin-shaped conductor. For example, if aluminum is used as light metal with a melting point of T SCHMELZ = 660.32 ° C, the fusion temperature of the glass material in the range 350 ° C to 640 ° C, preferably in the range 350 ° C to 600 ° C particularly preferably in the range 350th ° C to <550 ° C, especially in the range 450 ° C to <550 ° C. As an alternative to a light metal such as aluminum, a SiC matrix infiltrated with Al could also be used as the material for the main body. Such a material is also referred to as AlSiC. AlSiC has a SiC core into which Al has diffused. By the proportion of Al, the properties, in particular the expansion coefficient, can be adjusted. In particular, AlSiC has a lower thermal expansion than pure aluminum.
Das Material des stiftförmigen Leiters kann identisch zum Material des Grundkörpers sein, also beispielsweise Aluminium oder AlSiC. Dies hat den Vorteil, dass der Ausdehnungskoeffizient von Grundkörper und Metallstift identisch ist. Der Ausdehnungskoeffizient α des Glas- oder Glaskeramikmaterials muss dann nur an ein Material angepasst werden. Des weiteren kann der Außenleiter die Materialien Edelstahl oder Stahl umfassen.The material of the pin-shaped conductor can be identical to the material of the base body, so for example aluminum or AlSiC. This has the advantage that the coefficient of expansion of the base body and metal pin is identical. The expansion coefficient α of the glass or glass-ceramic material then only has to be adapted to a material. Furthermore, the outer conductor may comprise the materials stainless steel or steel.
Alternativ hierzu kann der stiftförmige Leiter Cu umfassen, CuSiC oder NiFe-Legierungen.Alternatively, the pin-shaped conductor may comprise Cu, CuSiC or NiFe alloys.
Im Fall, dass der Grundkörper und der Metallstift unterschiedliche Materialien aufweist, gilt beispielsweise αGrundkörper ≥ αGlas ≥ αMetallstift. In the case where the base body and the metal pin have different materials, for example, α basic body ≥ α glass ≥ α metal pin applies.
Die erfindungsgemäße Batteriedurchführung zeichnet sich nicht nur dadurch aus, dass eine Einglasung, insbesondere eine Druckeinglasung, in einen niedrig schmelzenden Grundkörper möglich ist, sondern auch dadurch, dass eine ausreichende Beständigkeit gegenüber dem Batterieelektrolyten gegeben ist.The battery feedthrough according to the invention is characterized not only by the fact that a glazing, in particular a Druckeinglasung, is possible in a low-melting body, but also by the fact that a sufficient resistance to the battery electrolyte is given.
Insbesondere ist durch die Erfindung eine ausreichende chemische Stabilität gegenüber nicht wässrigen, in der Regel aggressiven Batterie-Elektrolyten, gegeben. Nicht wässrige Batterie-Elektrolyten bestehen typischerweise aus einem Carbonat, insbesondere aus einer Carbonatmischung, wie beispielsweise eine Mischung aus Ethylencarbonat oder Dimethylcarbonat, wobei die aggressiven, nicht wässrigen Batterie-Elektrolyten ein Leitsalz aufweisen, beispielsweise das Leitsalz LiPF6, z. B. in Form einer 1 molaren Lösung. Überraschenderweise weisen die angegebenen Glaszusammensetzungen neben einem hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von α (20°C) zwischen bevorzugt 15·10–6/K und 25·10–6/K, der niedrigen Verschmelz- bzw. Halbkugeltemperatur auch eine ausreichende Beständigkeit gegenüber den zuvor genannten festen Batterie-Elektrolyten auf.In particular, the invention provides sufficient chemical stability against non-aqueous, generally aggressive battery electrolytes. Non-aqueous battery electrolytes typically consist of a carbonate, in particular a carbonate mixture, such as a mixture of ethylene carbonate or dimethyl carbonate, wherein the aggressive non-aqueous battery electrolyte having a conductive salt, for example, the conductive salt LiPF 6 , z. B. in the form of a 1 molar solution. Surprisingly, in addition to a high coefficient of thermal expansion in the range of α (20 ° C.) between preferably 15 × 10 -6 / K and 25 × 10 -6 / K, the stated glass compositions also have a sufficient resistance to the previously mentioned solid battery electrolytes.
Die Beständigkeit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gegenüber den Batterie-Elektrolyten kann dadurch geprüft werden, dass die Glaszusammensetzung in Form eines Glaspulvers mit einer Körnung d50 = 10 μm gemahlen wird und in den Elektrolyten für eine vorbestimmte Zeit, beispielsweise eine Woche, ausgelagert wird. d50 bedeutet, dass 50% aller Partikel oder Körner des Glaspulvers kleiner oder gleich einem Durchmesser von 10 μm ist. Als nicht wässriger Elektrolyt wird beispielsweise eine Carbonatmischung aus Ethylencarbonat und Dimethylcarbonat im Verhältnis 1:1 mit einem molaren LiPF6 als Leitsalz verwandt. Nachdem das Glaspulver dem Elektrolyten ausgesetzt war, kann das Glaspulver abfiltriert und der Elektrolyt auf Glasbestandteile, die aus dem Glas ausgelaugt wurden, untersucht werden. Hierbei hat sich herausgestellt, dass bei den verwandten Gläsern gemäß der Erfindung in den beanspruchten Zusammensetzungsbereichen überraschenderweise eine derartige Auslaugung in nur geringem Maß von weniger als 20 Massenprozent vorliegt, in besonderen Fällen auch eine Auslaugung < 5 Massenprozent erreicht wird bei einer thermischen Ausdehnung α (20°C) zwischen 15·10–6/K und 25·10–6/K. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung, die bei einer Batteriedurchführung mit einem oder mehreren Stiften aus Aluminium Verwendung findet, ist darin zu sehen, dass eine Verschmelzung des Glases mit dem umgebenden Leichtmetall bzw. dem Metall des Leiters, insbesondere in Form eines Metallstiftes, auch unter einer Gasatmosphäre, die keine Schutzgasatmosphäre ist, möglich ist. Auch ein Vakuum ist für Al-Verschmelzungen entgegen dem bisherigen Verfahren nicht notwendig. Vielmehr kann eine derartige Verschmelzung auch unter Luft erfolgen The resistance of the composition according to the invention to the battery electrolytes can be tested by milling the glass composition in the form of a glass powder with a grain size d50 = 10 μm and aging it in the electrolyte for a predetermined time, for example one week. d50 means that 50% of all particles or grains of the glass powder is less than or equal to a diameter of 10 μm. As a nonaqueous electrolyte, for example, a carbonate mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate in a ratio of 1: 1 with a molar LiPF 6 is used as a conductive salt. After the glass powder has been exposed to the electrolyte, the glass powder can be filtered off and the electrolyte examined for glass components leached from the glass. It has been found that surprisingly, in the claimed composition ranges, such leaching is present to only a small degree of less than 20% by mass in the related composition of glasses, in special cases leaching <5% by mass is achieved at a thermal expansion α (20 ° C) between 15 · 10 -6 / K and 25 · 10 -6 / K. Another advantage of the glass composition according to the invention, which is used in a battery feedthrough with one or more pins made of aluminum, is the fact that a fusion of the glass with the surrounding light metal or the metal of the conductor, in particular in the form of a metal pin, even below a gas atmosphere, which is not a protective gas atmosphere, is possible. A vacuum is not necessary for Al-mergers contrary to the previous method. Rather, such a fusion can also be done under air
Für beide Arten der Verschmelzungen kann als Schutzgas N2 oder Ar benutzt werden. Als Vorbehandlung zum Verschmelzen wird das Metall gereinigt und oder geätzt, wenn nötig gezielt oxidiert oder beschichtet. Während des Prozesses werden Temperaturen zwischen 300 und 600°C mit Heizraten von 0.1 bis 30 K/Min und mit Haltezeiten von 1 bis 60 min verwandt. Im Gegensatz zu einer Aluminium-Verschmelzung ist eine Verschmelzung mit Cu, z. B. bei Verwendung von Cu für den Metallstift nicht unter Normalatmosphäre möglich, da das Kupfer (Cu) an seiner Oberfläche oxidiert.For both types of mergers, N 2 or Ar can be used as the shielding gas. As a pre-treatment for fusion, the metal is cleaned and or etched, selectively oxidized or coated if necessary. During the process, temperatures between 300 and 600 ° C with heating rates of 0.1 to 30 K / min and with holding times of 1 to 60 min used. In contrast to an aluminum fusion is a fusion with Cu, z. B. when using Cu for the metal pin not possible under normal atmosphere, since the copper (Cu) oxidized on its surface.
Die angegebenen Glaszusammensetzungen zeigen überraschenderweise gleichzeitig eine hohe chemische Stabilität gegenüber dem bevorzugt nicht wässrigen Elektrolyten sowie einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Dies ist insbesondere deswegen überraschend, da angenommen wird, dass, je höher der thermische Ausdehnungskoeffizient ist, umso instabiler das Glas wird. Es ist daher überraschend, dass trotz des hohen Ausdehnungskoeffizienten und der niedrigen Verschmelztemperatur die angegebenen Glaszusammensetzungen eine ausreichende Stabilität aufweisen.Surprisingly, the stated glass compositions at the same time show a high chemical stability compared to the preferably nonaqueous electrolyte and a high coefficient of thermal expansion. This is particularly surprising because it is believed that the higher the thermal expansion coefficient, the more unstable the glass becomes. It is therefore surprising that, despite the high expansion coefficient and the low melting temperature, the glass compositions given have sufficient stability.
Die angegebene erfindungsgemäße Glaszusammensetzung kann zur Dehnungsanpassung, d. h. zur Anpassung des Ausdehnungskoeffizienten, noch mit Füllstoffen versehen sein.The specified glass composition of the invention may be used for strain adaptation, i. H. to adjust the expansion coefficient, still be provided with fillers.
Um die Glaszusammensetzung einer IR-Erwärmung zugänglich zu machen, können die vorgenannten Gläser mit Dotierstoffen versehen werden, die ein Emissionsmaximum im Bereich von Infrarot-Strahlung, insbesondere IR-Strahlung einer IR-Quelle aufweisen. Beispielhafte Materialien hierfür sind Fe, Cr, Mn, Co, V, Pigmente. Durch die Infrarot-Strahlung kann das so aufbereitete Glasmaterial örtlich gezielt erwärmt werden.In order to make the glass composition accessible to IR heating, the abovementioned glasses can be provided with dopants which have an emission maximum in the range of infrared radiation, in particular IR radiation of an IR source. Exemplary materials for this are Fe, Cr, Mn, Co, V, pigments. Due to the infrared radiation, the thus prepared glass material can be locally heated specifically.
Mit der Erfindung wird eine Batteriedurchführung zur Verfügung gestellt, die sich gegenüber den Durchführungen im Stand der Technik, insbesondere denjenigen mit Kunststoff als Dichtmaterial durch eine hohe Temperaturbeständigkeit, insbesondere Temperaturwechselbeständigkeit auszeichnet. Des Weiteren wird eine hermetische Dichtheit auch bei Temperaturänderung beziehungsweise bei Wechseln der Temperatur zur Verfügung gestellt, die verhindert, dass Flüssigkeit insbesondere Batterieflüssigkeit austreten kann und/oder Feuchtigkeit in das Gehäuse eindringt. Unter hermetischer Dichtheit wird verstanden, dass bei einem Druckunterschied von 1 bar die Helium-Leckrate < 1·10–8 mbar ls–1, bevorzugt < 1·10–9 mbar ls–1 liegt.With the invention, a battery feedthrough is provided, which is distinguished from the bushings in the prior art, in particular those with plastic as a sealing material by a high temperature resistance, in particular thermal shock resistance. Furthermore, will a hermetic tightness even when changing temperature or when changing the temperature made available, which prevents liquid in particular battery liquid can escape and / or moisture penetrates into the housing. By hermetic tightness is meant that at a pressure difference of 1 bar, the helium leak rate <1 × 10 -8 mbar ls -1 , preferably <1 × 10 -9 mbar ls -1 .
Des Weiteren weist die Batteriedurchführung eine ausreichende chemische Beständigkeit, insbesondere gegenüber nicht-wässrigen Batterie-Elektrolyten, auf.Furthermore, the battery feedthrough has sufficient chemical resistance, in particular to nonaqueous battery electrolytes.
Neben der Durchführung stellt die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt auch eine elektrische Speichereinrichtung, insbesondere eine Batterie, bevorzugt eine Batteriezelle zur Verfügung, die eine erfindungsgemäße Durchführung aufweist. Das Gehäuse besteht bevorzugt aus dem gleichen Material wie der Grundkörper, insbesondere einem Leichtmetall. Der Grundkörper ist bei Batteriezellen bevorzugt Teil des Batteriegehäuses. Bevorzugt handelt es sich bei der Batterie um eine Lithium-Ionen-Batterie.In addition to the implementation, the invention according to a second aspect also provides an electrical storage device, in particular a battery, preferably a battery cell having a feedthrough according to the invention. The housing is preferably made of the same material as the base body, in particular a light metal. The main body is preferably part of the battery case in battery cells. Preferably, the battery is a lithium-ion battery.
Die Batterie weist bevorzugt einen nicht-wässrigen Elektrolyten, insbesondere auf Carbonatbasis, bevorzugt eine Carbonatmischung, auf. Die Carbonatmischung kann ein Ethylencarbonat in Mischung mit Dimethylcarbonat mit einem Leitsalz, beispielsweise LiPF6, umfassen.The battery preferably has a nonaqueous electrolyte, in particular based on carbonate, preferably a carbonate mixture. The carbonate mixture may comprise an ethylene carbonate in admixture with dimethyl carbonate with a conductive salt, for example LiPF6.
Des Weiteren stellt die Erfindung gemäß einem dritten Aspekt ein Glasmaterial umfassend die nachfolgenden Komponenen in mol-%, bevorzugt mit den nachfolgenden Komponenten in mol-%:
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figur und der Ausführungsbeispiele ohne Beschränkung hierauf beschrieben werden.The invention will be described below with reference to the figure and the embodiments without limitation thereto.
Es zeigen:Show it:
In
Die Außenkontur der Öffnung
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Glaszusammensetzungen angegeben, die auch noch in Tabelle 1 Vergleichsgläsern (VB1–VB9) gegenübergestellt werden. Ausführungsbeispiel 1 (AB1)
Ausführungsbeispiel 1 ist insbesondere für Cu/Al-Einglasungen geeignet, d. h. Einglasung eines Kupferstiftes als Leiter in einen umgebenden Aluminium-Grundkörper. Ausführungsbeispiel 2
Ausführungsbeispiel 2 ist insbesondere für Aluminium/Aluminium-Einglasungen geeignet, d. h. Einglasungen eines Aluminiumstiftes als Leiter in einen umgebenden Aluminium-Grundkörper.Embodiment 2 is particularly suitable for aluminum / aluminum glazing, d. H. Glazing of an aluminum pin as a conductor in a surrounding aluminum body.
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind herkömmliche Glaszusammensetzung (VB1–VB9) angegeben, die im Vergleich zu den zuvor genannten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen AB1 und AB2 untersucht wurden.Table 1 below shows conventional glass compositions (VB1-VB9) which were investigated in comparison with the abovementioned inventive examples AB1 and AB2.
In Tabelle 1 ist die Zusammensetzung in mol-% angegeben, die Transformationstemperatur Tg, wie Sie beispielsweise in
Die in Tabelle 1 angegebenen Vergleichsbeispiele VB1, VB2 und VB6 zeigen eine zu hohe Transformationstemperaturen Tg und zu niedrige thermische Ausdehnungskoeffizienten CTE. Vergleichsbeispiel VB3 hat zwar einen genügend niedrigen Tg, einen besseren – aber nicht ausreichenden Ausdehnungskoeffizient CTE – aber eine hohe Instabililtät gegenüber dem Batterielekrolyten. Vergleichsbeispiel VB4 besitzt einen günstigen Tg, aber die Beständigkeit und der CTE sind nicht ausreichend. Vergleichsbeispiel VB5 hat eine hervorragende Beständigkeit, der Tg ist zufriedenstellend, aber der Ausdehnungskoeffizient CTE ist nicht ausreichend. The comparative examples VB1, VB2 and VB6 given in Table 1 show excessively high transformation temperatures Tg and too low coefficients of thermal expansion CTE. Although Comparative Example C3 has a sufficiently low Tg, a better - but not sufficient CTE - but a high Instabililtät compared to the battery electrolyte. Comparative Example VB4 has a favorable Tg, but the durability and the CTE are not sufficient. Comparative Example VB5 has excellent durability, the Tg is satisfactory, but the coefficient of expansion CTE is insufficient.
Überraschernder Weise zeigen die Ausführungsbeispiele AB1 und AB2 eine erfindungsgemäß hohe CTE, niedriges Tg und eine hohe chemische Beständigkeit im erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereich gemäß Anspruch 1. Die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen stellen somit Verschmelzungsgläser für Batteriedurchführungen zur Verfügung, mit einer geringen Prozesstemperatur, einer Verschmelztemperatur, die geringer als der Schmelzpunkt von Aluminium ist, einem hohen Ausdehnungskoeffizient CTE und einer hervorragenden Beständigkeit gegenüber Batterielektrolyten.Surprisingly, the embodiments AB1 and AB2 show a high CTE according to the invention, low Tg and high chemical resistance in the composition range according to claim 1. The glass compositions according to the invention thus provide fusing glasses for battery feedthroughs, with a low process temperature, a melting temperature which is lower than that Melting point of aluminum is a high coefficient of expansion CTE and excellent resistance to battery electrolyte.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 5262364 [0003] US 5262364 [0003]
- US 5965469 [0003] US 5965469 [0003]
- US 6037539 [0003, 0004, 0004, 0004, 0004] US 6037539 [0003, 0004, 0004, 0004, 0004]
- US 961672 [0007] US 961672 [0007]
- US 5952126 [0007] US 5952126 [0007]
- US 5900183 [0007] US 5900183 [0007]
- US 5874185 [0007] US 5874185 [0007]
- US 5849434 [0007] US 5849434 [0007]
- US 5853914 [0007] US 5853914 [0007]
- US 5773959 [0007] US 5773959 [0007]
- DE 10105877 A1 [0009] DE 10105877 A1 [0009]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „Handbook of Batteries, David Linden, Herausgeber, 2. Auflage, McGrawhill, 1995, Kapitel 36 und 39” [0006] "Handbook of Batteries, David Linden, Eds., 2nd Ed., McGrawhill, 1995, Chapters 36 and 39" [0006]
- R. Görke, K.-J. Leers: Keram. Z. 48 (1996) 300–305, bzw. nach DIN 51730, ISO 540 oder CEN/TS 15404 und 15370-1 [0016] R. Görke, K.-J. Leers: Keram. Z. 48 (1996) 300-305, or according to DIN 51730, ISO 540 or CEN / TS 15404 and 15370-1 [0016]
- „Schott Guide to Glass, second edition, 1996, Chapman & Hall, Seiten 18–21 [0042] Schott Guide to Glass, second edition, 1996, Chapman & Hall, pages 18-21 [0042]
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---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016074932A1 (en) * | 2014-11-11 | 2016-05-19 | Schott Ag | Feed-through |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US961672A (en) | 1910-01-21 | 1910-06-14 | Henry Gregory Barnhurst | Method of burning powdered fuel. |
US5262364A (en) | 1991-09-23 | 1993-11-16 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | High thermal expansion, sealing glass |
US5773959A (en) | 1996-01-11 | 1998-06-30 | Lockheed Martin Corporation | Lithium polymer battery charger methods and apparatus |
US5849434A (en) | 1995-07-24 | 1998-12-15 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Non-aqueous electrolyte lithium secondary battery |
US5853914A (en) | 1995-09-06 | 1998-12-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Rechargeable lithium battery having a specific pressure means comprising a polymer gel material |
US5874185A (en) | 1997-07-24 | 1999-02-23 | Industrial Technology Research Institute | Polymer electrolyte material for use in lithium and lithium ion batteries |
US5900183A (en) | 1996-01-31 | 1999-05-04 | Aea Technology Plc | Polymer electrolyte |
US5952126A (en) | 1996-07-30 | 1999-09-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Polymer solid electrolyte and lithium secondary cell adopting the same |
US5965469A (en) | 1998-03-20 | 1999-10-12 | Sandia Corporation | High thermal expansion sealing glass for use in radio frequency applications |
US6037539A (en) | 1998-03-20 | 2000-03-14 | Sandia Corporation | Hermetic aluminum radio frequency interconnection and method for making |
DE10105877A1 (en) | 2000-02-11 | 2001-08-23 | Delphi Tech Inc | Compact lithium-ion battery and method of making it |
-
2012
- 2012-03-15 DE DE102012005220A patent/DE102012005220A1/en not_active Ceased
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US961672A (en) | 1910-01-21 | 1910-06-14 | Henry Gregory Barnhurst | Method of burning powdered fuel. |
US5262364A (en) | 1991-09-23 | 1993-11-16 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | High thermal expansion, sealing glass |
US5849434A (en) | 1995-07-24 | 1998-12-15 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Non-aqueous electrolyte lithium secondary battery |
US5853914A (en) | 1995-09-06 | 1998-12-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Rechargeable lithium battery having a specific pressure means comprising a polymer gel material |
US5773959A (en) | 1996-01-11 | 1998-06-30 | Lockheed Martin Corporation | Lithium polymer battery charger methods and apparatus |
US5900183A (en) | 1996-01-31 | 1999-05-04 | Aea Technology Plc | Polymer electrolyte |
US5952126A (en) | 1996-07-30 | 1999-09-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Polymer solid electrolyte and lithium secondary cell adopting the same |
US5874185A (en) | 1997-07-24 | 1999-02-23 | Industrial Technology Research Institute | Polymer electrolyte material for use in lithium and lithium ion batteries |
US5965469A (en) | 1998-03-20 | 1999-10-12 | Sandia Corporation | High thermal expansion sealing glass for use in radio frequency applications |
US6037539A (en) | 1998-03-20 | 2000-03-14 | Sandia Corporation | Hermetic aluminum radio frequency interconnection and method for making |
DE10105877A1 (en) | 2000-02-11 | 2001-08-23 | Delphi Tech Inc | Compact lithium-ion battery and method of making it |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
"Handbook of Batteries, David Linden, Herausgeber, 2. Auflage, McGrawhill, 1995, Kapitel 36 und 39" |
"Schott Guide to Glass, second edition, 1996, Chapman & Hall, Seiten 18-21 |
R. Görke, K.-J. Leers: Keram. Z. 48 (1996) 300-305, bzw. nach DIN 51730, ISO 540 oder CEN/TS 15404 und 15370-1 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016074932A1 (en) * | 2014-11-11 | 2016-05-19 | Schott Ag | Feed-through |
CN107001117A (en) * | 2014-11-11 | 2017-08-01 | 肖特股份有限公司 | Feedthrough component |
US10541392B2 (en) | 2014-11-11 | 2020-01-21 | Schott Ag | Feed-through |
CN107001117B (en) * | 2014-11-11 | 2020-09-25 | 肖特股份有限公司 | Feed-through |
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