Durchführung

Die Erfindung betrifft eine Durchführung für eine Speichereinrichtung,

insbesondere eine Batteriedurchführung, bevorzugt für eine Batterie,

insbesondere eine Lithium-Ionen-Battehe, einen Lithium-Ionen-Akkumulator oder einen Kondensator, sowie die Verwendung von Dichtungsglas zur Durchführung eines metallischen Leiters in das Gehäuse einer Speichereinrichtung.

Lithium-Ionen-Batterien und -Akkumulatoren sind für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen vorgesehen, wie beispielsweise tragbare elektronische Geräte, Mobiltelefone, Motorwerkzeuge sowie insbesondere Elektrofahrzeuge. Lithium- Ionen-Batterien, insbesondere für Anwendungen in einer Automobil-Umgebung weisen in der Regel eine Vielzahl von einzelnen Batteriezellen auf, die in Reihe bzw. in Serie geschaltet werden. Die in Serie geschalteten Batteriezellen werden zu sogenannten Batteriepacks zusammengefasst, mehrere Batteriepacks dann zu einem Batteriemodul, das auch als Lithium-Ionen-Batterie bezeichnet wird. Jede einzelne Batteriezelle besitzt Elektroden, die aus einem Gehäuse der Batteriezelle herausgeführt werden. Diese Batterien können traditionelle Energiequellen, wie beispielsweise Blei-Säure-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien oder Nickel- Metallhydrid-Batterien, ersetzen.

Insbesondere für bestimmte Anwendungen, vor allem im Bereich der

Automobilindustrie, aber auch in Flugzeugen, werden für Batterien, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien und -Akkumulatoren, häufig Leichtmetalle oder

Leichtmetalllegierungen, wie z.B. Aluminiumlegierungen, als Gehäusematerial der Batterie oder als elektrische Leiter eingesetzt. Diese Anwendung im

Automobilbereich wirft eine Vielzahl von Problemen auf, wie

Korrosionsbeständigkeit, Beständigkeit bei Unfall oder Schwingungsfestigkeit. 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 zusätzliches Problem von Batteriedurchführungen ist die Instabilität gegenüber den aggressiven Batterieelektrolyten, insbesondere gegenüber nicht wässrigen Elektrolyten, wie sie beispielsweise in Lithium-Ionen- Akkumulatoren Verwendung finden.

Um eine bessere Beständigkeit bei Unfall sicherzustellen, schlägt die

DE 101 05 877 A1 beispielsweise ein Gehäuse für eine Lithium-Ionen-Batterie vor, wobei das Gehäuse einen Metallmantel umfasst, der auf beiden Seiten offen ist und verschlossen wird. Der Stromanschluss ist durch einen Kunststoff isoliert. Nachteilig an den Kunststoffisolierungen sind die limitierte

Temperaturbeständigkeit und die unsichere Dichtheit während der Lebensdauer.

Weiterhin ist es bekannt für metallisch-elektrische Durchführungen, die neben der elektrischen Isolation der Leiter auch eine hermetische Dichtfunktion aufweisen müssen, sog. Einschmelzgläser bzw. Glaslote zu verwenden. Im Stand der Technik ist eine Vielzahl möglicher Ausführungsformen hierfür beschrieben:

So offenbaren die US 6,037,539 A und die US 5,965,469 A eine

Hochfrequenzdurchführung (HF-Durchführung), bei der ein eisenhaltiger bzw. ein nicht eisenhaltiger Leiter in einer Aluminium-Phosphatglas- bzw. Alkali-Aluminium- Phosphatglas-Zusammensetzung durch ein Gehäuseteil, umfassend Aluminium, hindurchgeführt wird. Es sind jedoch keine Batteriedurchführungen beschrieben. Ferner bezieht sich die WO 03/061034 A1 (EP 1 464 089 A1 ) auf eine Anordnung mit einer Glas-zu-Metall-Abdichtung zur Verwendung in Verbindung mit einem Lithium-Ionen-Elektrolyten, umfassend einen metallischen Körper, der ein chemisch beständiges Metall aufweist, einen chemisch beständigen metallischen elektrisch leitenden Stift und ein Glasmaterial, angeordnet zwischen dem

metallischen Körper und dem Stift und unter elektrischer Isolation beider, wobei das Glasmaterial eine phosphatreiche Zusammensetzung, wie ALSG-32-Glas, aufweist. Die DE 10 201 1 012 430 A1 und die WO 2012/1 10244 A1 beschreibt eine

Durchführung mit einem Grundkörper, insbesondere in Form eines bevorzugt scheibenförmigen Metallteils, wobei der Grundkörper wenigstens eine Öffnung aufweist, durch die wenigstens ein im Wesentlichen stiftförmiger Leiter in einem Glas- oder Glaskeramikmaterial hindurchgeführt wird, wobei der Grundkörper ein niedrig schmelzendes Material, insbesondere ein Leichtmetall, bevorzugt

Aluminium oder AlSiC, umfasst und das Glas- oder Glaskeramikmaterial derart gewählt ist, dass die Verschmelztemperatur des Glas- oder Glaskeramikmaterials mit dem niedrig schmelzenden Material unterhalb der Schmelztemperatur des niedrig schmelzenden Grundkörpers liegt. Das Glas- oder Glaskeramikmaterial ist beispielsweise ausgewählt aus den Glasfamilien Silikattitanate, Sulphophosphate, Telluride, Borate, Vanadate, Fluoride, Phosphate oder Silikate. Die WO 2012/1 10242 A1 und die DE 10 2009 030 951 beschreiben jeweils eine Durchführung, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Batterie, wobei ein im

Wesentlichen stiftförmiger Leiter durch eine Öffnung in einem Grundkörper in einem Glas oder Glaskeramikmaterial hindurchgeführt wird. Als Glas- oder Glaskeramikmaterial wird bevorzugt eines mit hohem Phosphatgehalt verwendet.

Aus der DE 1049063 B sind Gläser zum direkten Verschmelzen mit Metallen und Legierungen mit hoher thermischer Ausdehnung bekannt geworden, die einen Gehalt von 4 bis 30 Gew.-% ΤΊΟ2 umfassen, wobei die aus der DE 1049063 B bekannten Gläser zwingend 2 bis 8 Gew.-% SrO aufweisen. SrO wird gerne eingesetzt, um Schmelztemperaturen und die Glasübergangstemperatur zu verringern. Höhere Gehalte von SrO können ferner eine Erhöhung des

thermischen Ausdehnungskoeffizienten bewirken. Dennoch ist SrO ein teurer Rohstoff und die Erfinder haben erkannt, dass der Einsatz höherer Gehalte an SrO negative Eigenschften bzgl. der chemischen Beständigkeit der Gläser haben kann, insbes. der Säurebeständigkeit. Als geeignete Glaslote für die genannten Anwendungsbeispiele werden im Stand der Technik daher häufig Glassysteme beschrieben, die einen relativ hohen Phosphatanteil, beispielsweise einen Phosphatanteil > 30 Gew.-%, aufweisen. Diese phosphathaltigen Glaslote zeichnen sich beispielsweise dadurch aus, dass sie einen ähnlich hohen CTE (coefficient of thermal expansion) aufweisen wie Aluminiumlegierungen, der im Bereich von 15 bis 25 x 10 ^"6 1/K liegt.

Aluminiumlegierungen weisen aufgrund ihrer Zusammensetzung beispielsweise CTEs zwischen 20 bis 26 x 10 ^"5 1/K auf; dies richtet sich jedoch im Wesentlichen nach den Hauptlegierungsbestandteilen, wie z.B. Si, Mg, Cu, Mn, Zn...

Gleichzeitig zeigen diese Glassysteme häufig eine relativ niedrige

Transformationstemperatur (Tg), die deutlich unter dem Schmelzpunkt bzw. dem Schmelzintervall von Aluminiumlegierungen liegen. Dies macht sie unter anderem für die vorgesehene Anwendung verwendbar. Typischerweise liegen die

Transformationstemperaturen (Tg) der Glaslote hierbei zwischen 300 und 450°C.

Phosphathaltige Gläser werden als Glaslote im Stand der Technik verwendet, da diese gegenüber einem wasserfreien Batterieelektrolyten sehr gut beständig sind. Der Elektrolyt besteht beispielsweise im Wesentlichen aus einer Mischung von LiPF ₆ und organischen Carbonaten. Ein Test zur Bestimmung der Beständigkeit eines Glaslots gegenüber einem Elektrolyten, d.h. wieviel Material vom Glaslot durch den Elektrolyt aufgelöst wird, ist die sog. Auslaugung. Typische

Auslaugungswerte sind beispielsweise in der WO 2012/1 10242 A1 in Tabelle 1 auf S. 19 angegeben.

Die Herstellung von Gläsern, die solch hohe Anteile von Phosphor enthalten, ist jedoch mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Die Phosphor- und/oder Phosphatanteile können z.B. beim Einschmelzvorgang das verwendete Tiegel- und/oder Wannenmaterial angreifen, wodurch das erschmolzene Glas einerseits verunreinigt werden kann, andererseits aber auch die Lebensdauer der

Glasschmelzeinrichtung beträchtlich reduziert wird. Die Phosphor- und/oder Phosphatanteile können zudem leicht aus der Glasschmelze verdampfen, wodurch aufwendige Luftfilteranlagen erforderlich werden, damit diese

Bestandteile nicht in die Umwelt gelangen. Dies erhöht den Herstellungsaufwand erheblich. Weiterhin müssen die Filterrückstände umweltgerecht entsorgt werden. Ausgehend von den geschilderten Nachteilen des Standes der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Durchführung der vorgenannten Art

bereitzustellen, die mit einem Dichtungsglas herstellbar ist, welches mit reduziertem Herstellungsaufwand und umweltfreundlicher erzeugbar ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Lehren der unabhängigen

Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird somit eine Durchführung für eine Speichereinrichtung, wie eine elektrische Energieerzeugungs- und/oder

Energiespeichereinrichtung, insbesondere Batteriedurchführung, bevorzugt für eine Lithium-Ionen-Batterie, einen Lithium-Ionen-Akkumulator oder einen

Kondensator, angegeben, die einen Grundkörper umfasst, wobei der Grundkörper wenigstens eine Öffnung aufweist, durch die ein Leiter, insbesondere ein im Wesentlichen stiftförmiger Leiter, in einem elektrisch isolierenden Material, welches ein Dichtungsglas umfasst oder hieraus besteht, hindurchgeführt wird, wobei der Grundkörper ein Leichtmetall und/oder eine Leichtmetall-Legierung, bevorzugt ausgewählt aus Aluminium, Magnesium, Titan, einer

Aluminiumlegierung, einer Magnesiumlegierung, einer Titanlegierung, wie Ti6246, Ti6242, Ti6AI4V und/oder Ti6AI7Nb, oder AlSiC, umfasst oder hieraus besteht, unter Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbunds des Grundkörpers und/oder des Leiters mit dem Dichtungsglas, wobei das Dichtungsglas ein Titanatglas aufweist oder hieraus besteht.

Die elektrische Durchführung soll erfindungsgemäß in elektrischen

Energieerzeugungs- und/oder elektrischen Energiespeichereinrichtungen, bevorzugt in Lithium-Ionen-Batterien Verwendung finden. Als Batterie im Sinne der Erfindung wird hierbei sowohl eine Einwegbatterie, die nach ihrer Entladung entsorgt und/oder recycled wird, als auch ein Akkumulator verstanden. Ein Titanatglas ist erfindungsgemäß bevorzugt ein Glas, das einen Gehalt von 5 Gew.-% Titanoxid oder mehr, besonders bevorzugt 13 bis 28 Gew.-% Titanoxid aufweist. Insbesondere bevorzugt ist ein Alkali-Silikat-Titanat-Glas. Ganz besonders bevorzugt ist erfindungsgemäß ein Alkali-Silikat-Titanat-Glas, das 13 bis 28 Gew.-% Titanoxid, einen Alkaligehalt im Bereich von 22 - 52 Gew.-% und SiO ₂ im Bereich von 24 - 44 Gew.-% aufweist.

Erfindungsgemäß bevorzugt umfasst oder besteht das Dichtungsglas in Form eines Titanatglases, durch das der Leiter hindurchgeführt wird, aus den

nachfolgenden Komponenten in Gew.-%:

Li ₂ O 0 - ^■ 3 Gew.-%, insbesondere 1 - 3 Gew.-%

AI2O3 0 - 2 Gew.-%, insbesondere 0 - < 2 Gew.-%

BaO 0 - < 1 1 Gew.-%

CaO 0 - 1 Gew.-%

CuO 0 - < 7 Gew.-%

Fe ₂ O ₃ 0 - < 5 Gew.-%

K ₂ O 10 - 27 Gew.-%

MgO 0 - < 0,5 Gew.-%

Na ₂ O 12 - 22 Gew.-%

Nb ₂ O ₃ 0 - < 0,5 Gew.-%

P2O5 0 - ^■ 3 Gew.-%, insbesondere 1 - 3 Gew %

PbO 0 - < 0,5 Gew.-%

SO ₃ 0 - < 0,5 Gew.-%

Sb ₂ O ₃ 0 - < 7 Gew.-%

SiO ₂ 24 - 44 Gew.-%

SnO ₂ 0 - < 4 Gew.-% SrO 0 - < 2,5 Gew.-%, insbesondere 0 - < 2 Gew.-% , insbesondere 0 - 0,5 Gew.-%

TiO ₂ 5 - 28 Gew.-%

V ₂ O ₅ 0 - 13 Gew.-%, insbesondere 1 - 13 Gew.-%,

insbesondere >5 - 13 Gew.-%

ZnO 0 - < 0,5 Gew.-%

ZrO ₂ 0 - 1 Gew.-%.

Bi ₂ O ₃ 0 - 19 Gew.-%, insbesondere 0 - 18 Gew.-%, insbesondere 0 - < 10 Gew.-%.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Gehalt für BaO im Titanatglas im Bereich von 0 - 4 Gew.-%, noch bevorzugter 0 - < 0,5 Gew.-%. Vorteilhafte Obergrenzen von BaO sind (in jeweils Gew.-% auf Oxidbasis) z. B. auch 3,5%, 3%, 2,5%, 2,0%, 1 ,5%, 1 ,0% und/oder 0,5%. Diese sind selbstverständlich mit der Untergrenze von 0 Gew.-% kombinierbar.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Gehalt für CuO im Titanatglas im Bereich von 0 - < 6 Gew.-%, noch bevorzugter 0 - < 0,5 Gew.-%. Vorteilhafte Obergrenzen von CuO sind (in jeweils Gew.-% auf Oxidbasis) z. B. auch 5,5%, 5,0%, 4,5%, 4,0%, 3,5%, 3,0%, 2,5%, 2,0%, 1 ,5%, 1 ,0% und/oder 0,5%. Diese sind selbstverständlich mit der Untergrenze von 0 Gew.-% kombinierbar.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Gehalt für Fe ₂ O3 im Titanatglas im Bereich von 0 - < 0,5 Gew.-%. Vorteilhafte

Obergrenzen von Fe ₂ O ₃ sind (in jeweils Gew.-% auf Oxidbasis) z. B. auch 0,4%, 0,3%, 0,2% und/oder 0,1 %. Diese sind selbstverständlich mit der Untergrenze von 0 Gew.-% kombinierbar.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Gehalt für K ₂ O im Titanatglas im Bereich von 10 - 20 Gew.-%, noch bevorzugter 10 - 14 Gew.-%. Vorteilhafte Obergrenzen von K ₂ O sind (in jeweils Gew.-% auf Oxidbasis) z. B. auch 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12% und/oder 1 1 %. Diese sind selbstverständlich mit der Untergrenze von 10 Gew.-%

kombinierbar. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Gehalt im Titanatglas für Na2O im Bereich von 12 - 20 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 12 - 18 Gew.-%. Vorteilhafte Obergrenzen von Na2O sind (in jeweils Gew.-% auf Oxidbasis) z. B. auch 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, und/oder 13%. Diese sind selbstverständlich mit der Untergrenze von 12 Gew.-% kombinierbar.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Gehalt für Sb2O3 im Titanatglas im Bereich von 0 - < 0,5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt bei 0 Gew.-%. Vorteilhafte Obergrenzen von Sb2O3 sind (in jeweils Gew.-% auf Oxidbasis) z. B. auch 0,4%, 0,3%, 0,2% und/oder 0,1 %. Diese sind selbstverständlich mit der Untergrenze von 0 Gew.-% kombinierbar.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Gehalt für SnO2 im Titanatglas im Bereich von 0 - < 0,5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt bei 0 Gew.-%. Vorteilhafte Obergrenzen von SnO2 sind (in jeweils

Gew.-% auf Oxidbasis) z. B. auch 0,4%, 0,3%, 0,2% und/oder 0,1 %. Diese sind selbstverständlich mit der Untergrenze von 0 Gew.-% kombinierbar.

In einer weiterhin besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Gehalt für S1O2 im Titanatglas im Bereich von 28 - 37 Gew.-%, bevorzugter 29 - 34 Gew.-%. Vorteilhafte Obergrenzen von S1O2 sind (in jeweils Gew.-% auf Oxidbasis) z. B. auch 36%, 35%, 34%, 33%, 32%, 31 %, 30% und/oder 29%. Diese sind selbstverständlich mit der Untergrenze von 28 Gew.-% kombinierbar. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der

Gehalt für T1O2 im Titanatglas im Bereich von 13 - 28 Gew.-%, noch bevorzugter 20 - 25 Gew.-%. Vorteilhafte Obergrenzen von T1O2 sind (in jeweils Gew.-% auf Oxidbasis) z. B. auch 27%, 26%, 25%, 24%, 23%, 22%, 21 %, 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15% und/oder 14%. Diese sind selbstverständlich mit der Untergrenze von 13 Gew.-%, aber auch mit der Untergrenze von 20 Gew.-% für Obergrenzen > 20 Gew.-% kombinierbar.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Gehalt für V ₂ O ₅ im Titanatglas im Bereich von 2 - 12 Gew.-%, noch bevorzugter 2 - 10 Gew.-%. Besonders bevorzugt ist ein V ₂ O ₅ -Anteil im Titanatglas von > 5 bis 13 Gew.-%. Vorteilhafte Obergrenzen von V ₂ O ₅ sind (in jeweils Gew.-% auf Oxidbasis) z. B. auch 12%, 1 1 %, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4% und/oder 3%. Diese sind selbstverständlich mit der Untergrenze von 2 Gew.-%, aber auch mit der Untergrenze von > 5 Gew.-% für Obergrenzen > 5 Gew.-% kombinierbar.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Gehalt für ZrO ₂ im Titanatglas im Bereich von 0 - < 0,5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt bei 0 Gew.-%. Vorteilhafte Obergrenzen von ZrO ₂ sind (in jeweils Gew.- % auf Oxidbasis) z. B. auch 0,4%, 0,3%, 0,2%, und/oder 0,1 %. Diese sind selbstverständlich mit der Untergrenze von 0 Gew.-% kombinierbar. Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erfindungsgemäße Dichtungsglas in Form des Titanatglases bis auf

Verunreinigungen frei von PbO und/oder SO3 und/oder BaO und/oder CuO und/oder ZnO. Sämtliche dieser besonders bevorzugten und/oder durch„insbesondere" gekennzeichnete Ausführungsformen sind beliebig miteinander kombinierbar, und es sind auch beliebige Kombinationen von ein, mehreren oder sämtlichen dieser Ausführungsformen mit den Komponenten des allgemeinen erfindungsgemäßen Bereichs möglich. So ist es z.B. bei jeder entsprechenden Ausführungsform möglich und im Sinne der Erfindung vorteilhaft, dass der Gehalt der folgenden

Komponenten, unabhängig voneinander oder in jeder beliebigen Kombination, wie folgt gewählt wird: AI ₂ O ₃ von 0 - < 2 Gew.-%, SrO von 0 - < 2 Gew.-%, V ₂ O ₅ von > 5 - 13 Gew.-%, Bi ₂ O ₃ von 0 - 18 Gew.-%.

Vorteilhafte Obergrenzen von AI ₂ O3 Sind (in jeweils Gew.-% auf Oxidbasis) z.B. auch 1 ,9%, 1 ,8%, 1 ,7%, 1 ,6%, 1 ,5%, 1 ,4%, 1 ,3%, 1 ,2%, 1 ,1 %, 1 ,0%, 0,9%, 0,8%, 0,7%, 0,6%, 0,5%, 0,4%, 0,3%, 0,2% und/oder 0,1 %. Diese sind

selbstverständlich mit der Untergrenze von 0 Gew.-% kombinierbar.

Vorteilhafte Obergrenzen von SrO sind (in jeweils Gew.-% auf Oxidbasis) z.B. auch 1 ,9%, 1 ,8%, 1 ,7%, 1 ,6%, 1 ,5%, 1 ,4%, 1 ,3%, 1 ,2%, 1 ,1 %, 1 ,0%, 0,9%, 0,8%, 0,7%, 0,6%, 0,5%, 0,4%, 0,3% und/oder 0,2%. Diese sind selbstverständlich mit der Untergrenze von 0 Gew.-% kombinierbar.

Trotz der Reduktion des Gehalts von SrO ist es den Erfindern gelungen, ein für die Anwendung geeignetes Dichtungsglas zur Verfügung zu stellen. Dabei wurde insbesondere der Zielkonflikt gelöst, dass SrO die Schmelzbarkeit und den Fluss des Glases verbessert sowie eine Erhöhung des thermischen

Ausdehnungskoeffizienten bewirkt, was insbesondere für Fügeverbindungen mit Leichtmetallen wie z.B. Aluminium wünschenswert ist, andererseits aber die chemische Beständigkeit herabsetzt, insbesondere die Säurebeständigkeit. Durch die erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereiche des Titanatglases ist es gelungen, trotz Verzichts auf diese Vorteile ein geeignetes Glas zur Verfügung zu stellen, welches den Vorteil aufweist, stabiler gegenüber Elektrolyten zu sein, wie sie z.B. in Energiespeicheranwendungen wie Batterie- oder

Kondensatoranwendungen vorkommen.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Titanatglas frei von SrO ist. Es ist aber mitunter nicht vermeidbar oder bzgl. des Aufwands nicht vertretbar, die durch natürliche Verteilung dieses Stoffs in den gewünschten Komponenten oder durch die Verarbeitung in der Glasherstellung bedingte Kontamination mit dieser Komponente vollständig zu vermeiden. Daher kann es sein, dass auch in dieser Ausführungsform geringe Mengen von SrO in dem erfindungsgemäßen Fügematerial aufgrund dieser Verunreinigungen vorhanden sind. Besonders vorteilhaft übersteigt der Gesamtgehalt von SrO jedoch nicht 0,2 Gew.-%.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst oder besteht das Dichtungsglas in Form eines Titanatglases, durch das der Leiter hindurchgeführt wird, aus den nachfolgenden Komponenten in Gew.-%:

Li ₂ O 1 - ^■ 3

BaO 0- 4

CaO 0- 1

CuO 0- < 6

Fe ₂ O ₃ 0- < 0,5

K ₂ O 10 -20

MgO 0- < 0,5

Na ₂ O 12 -20

Nb ₂ O ₃ 0- < 0,5

PbO 0- < 0,5

SO ₃ 0- < 0,5

Sb ₂ O ₃ 0- < 0,5

SiO ₂ 28 -37

SnO ₂ 0- < 0,5

SrO 0- <2,5

TiO ₂ 13 -28

ZnO 0- ^■ < 0,5

ZrO ₂ 0- < 0,5

Bi ₂ O ₃ 0- ^■ 18. Bei den angegebenen Dichtungsgläsern handelt es sich um stabile Alkali-Silikat- Titanat-Zusammensetzungen, die einen deutlich niedrigeren Phosphatgehalt als aus dem Stand der Technik bekannte Alkali-Phosphatgläser aufweisen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäß verwendeten Dichtungsgläser eine Alternative zu den bekannten Phosphatgläsern darstellen, wobei diese im Vergleich zu einigen Phosphatgläsern deutlich höhere chemische Beständigkeit aufweisen. Erfindungsgemäß werden für den Grundkörper vorzugsweise Leichtmetalle oder Leichtmetall-Legierungen eingesetzt. Leichtmetalle sind Metalle, die ein

spezifisches Gewicht geringer als 5,0 kg/dm ³ aufweisen. Bevorzugt liegt das spezifische Gewicht der Leichtmetalle im Bereich 1 ,0 kg/dm ³ bis 3,0 kg/dm ³ . Im Allgemeinen sind Leichtmetalle niedrig schmelzende Metalle und zeigen

Schmelztemperaturen im Bereich 350°C bis 800°C. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Aluminium, Magnesium oder Titan; Leichtmetall-Legierungen sind beispielsweise Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen oder

Titanlegierungen, wie Ti6246, Ti6242, Ti6AI4V und/oder Ti6AI7Nb. Auch AlSiC kann verwendet werden. AlSiC stellt eine SiC Matrix dar, die mit AI infiltriert bzw. eindiffundiert ist. Durch den Anteil des AI können die Eigenschaften, insbesondere der Ausdehnungskoeffizient, eingestellt werden. Insbesondere hat AlSiC eine niedrigere Wärmeausdehnung als reines Aluminium. Zur Vereinfachung wird AlSiC hier bei den Leichtmetall-Legierungen angeführt. Unter der zuvor gegebenen Definition eines Leichtmetalls oder einer Leichtmetall- Legierung sind bevorzugt Aluminium oder Aluminiumlegierungen zu verstehen mit einem Schmelzpunkt bzw. einer Schmelztemperatur im Bereich 350°C bis 700°C, einer elektrischen Leitfähigkeit im Bereich 10- 10 ⁶ S/m bis 40- 10 ⁶ S/m, einem Ausdehnungskoeffizient im Bereich 18 x 10 ^"6 /K bis 26 x 10 ^"6 /K sowie einem spezifischen Gewicht im Bereich 2,5 kg/dm ³ bis 2,9 kg/dm ³ . Der wenigstens eine Leiter, insbesondere im Wesentlichen stiftformige Leiter, ist erfindungsgemäß bevorzugt ebenfalls ein Leichtmetall oder eine Leichtmetall- Legierung. Die für den Leiter eingesetzten Leichtmetalle oder Leichtmetall- Legierungen zeichnen sich durch eine elektrische Leitfähigkeit im Bereich von 5 ^■ 10 ⁶ Sm ^"1 bis 50 ^■ 10 ⁶ Sm ^"1 aus.

Alternativ hierzu kann der Leiter, im Wesentlichen stiftformige Leiter, Kupfer oder CuSiC oder eine Kupferlegierung, Gold oder Goldlegierungen, Silber oder Silberlegierungen, NiFe, ein NiFe-Mantel mit Kupferinnenteil sowie eine Kobalt- Eisen-Legierung umfassen oder hieraus bestehen.

Als Aluminium bzw. Aluminiumlegierung für den Leiter finden bevorzugt

Verwendung:

EN AW- -1050 A

EN AW- -1350

EN AW- -2014

EN AW- -3003

EN AW- -3005

EN AW- -4032

EN AW- -5019

EN AW- -5056

EN AW- -5083

EN AW- -5556A

EN AW- -6060

EN AW- -6061

EN AW- -6082

EN AW- -7020.

Als Kupfer bzw. Kupferlegierungen für den Leiter finden bevorzugt Verwendung

Cu-PHC 2.0070

Cu-OF 2.0070 Cu-ETP 2.0065

Cu-HCP 2.0070

Cu-DHP 2.0090. Besonders bevorzugt werden für den Grundkörper und den elektrischen Leiter Aluminium oder eine Aluminiumlegierung eingesetzt.

Das Material des Leiters, insbesondere des stiftförmigen Leiters, kann identisch zum Material des Grundkörpers sein, insbesondere ein Leichtmetall, wie

Aluminium, oder eine Leichtmetall-Legierung, wie eine Aluminiumlegierung. Dies hat den Vorteil, dass der Ausdehnungskoeffizient von Grundkörper und Metallstift identisch ist. Der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α des verwendeten Dichtungsglases muss dann nur an ein Material angepasst werden. In diesem Fall ist ciDichtungsgias ungefähr gleich a _G rundkör _P er und/oder a _M etaiistift und es handelt sich um eine sog. angepasste Durchführung. Bei angepassten Durchführungen treten aufgrund des im Wesentlichen gleichen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien bei Temperaturänderungen keine Spannungen zwischen dem Isolator,

insbesondere dem Dichtungsglas, und dem Grundkörper bzw. Metallstift auf. Ein derartiges Verhalten kann vorteilhaft sein. In jedem Fall resultiert

erfindungsgemäß ein stoffschlüssiger Verbund zwischen dem Dichtungsglas und dem Grundkörper und/oder dem Metallstift.

Wenn eine Druckglasdurchführung zur Verfügung gestellt werden soll, ist ciDichtungsgias unterschiedlich zu, im allgemeinen kleiner als, aGmndkörper und in etwa genau so gross wie aMetaiistift- Im Fall, dass der Grundkörper und der Metallstift unterschiedliche Materialien aufweisen, gilt beispielsweise aGmndkörper ^ aDichtungsgias ^s aMetaiistift- Die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien ermöglichen dann eine Druckeinglasung, bei der wieder eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Dichtungsglas und den umgebenden Materialien, bevorzugt Leichtmetall, zur Verfügung gestellt wird. Unter einem„stoffschlüssigen" Verbund wird im Rahmen der vorliegenden

Erfindung eine Verbindung verstanden, bei der das Dichtungsglas und der Fügepartner, hier der Grundkörper oder der Metallstift oder beide, durch eine Verbindung auf Basis von atomaren oder molekularen Kräften zusammengehalten werden. Dies stellt einen nicht wieder lösbaren Verbund dar, der sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lässt.

Erfindungsgemäß werden daher Dichtungsgläser bereitgestellt, die besonders dafür geeignet sind, mit entsprechenden Materialien, ausgewählt aus Metallen, bevorzugt Leichtmetallen, wie Aluminium, insbesondere Reinaluminium,

Magnesium oder Titan oder Leichtmetall-Legierungen, wie Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen oder Titanlegierungen, einen stoffschlüssigen Verbund einzugehen. In diesem Zusammenhang zu beachten ist, dass selbstverständlich nicht jede beliebige Glaszusammensetzung geeignet ist, um die

erfindungsgemäßen Anforderungen, beispielsweise für den Einsatz in einer Lithium-Ionen-Batterie, zu erfüllen.

Um bei den erfindungsgemäß verwendeten Dichtungsgläsern eine möglichst niedrige Schmelztemperatur zu erreichen, die mit den Schmelztemperaturen und/oder der Verformung des Leichtmetalls kompatibel ist, könnte beispielsweise ein hoher Bleioxidanteil eingesetzt werden. Aufgrund der Toxizität versucht man heutzutage jedoch bleifreie Systeme zu verwenden, so dass die niedrige

Schmelztemperatur durch Zugabe von anderen Zusätzen erreicht werden muss. Beispielsweise kann eine gewünscht niedrige Schmelztemperatur durch Zusatz von Li ₂ O und/oder BaO und/oder V ₂ O ₅ und/oder B12O3 erhalten werden.

Besonders bevorzugt sind Titanatgläser mit einem V ₂ O ₅ -Anteil im Bereich > 5 bis 13 Gew.-% und/oder einem Bi ₂ O3-Anteil zwischen 0 und 18 Gew.-%,

insbesondere 0 - 19 Gew.-%, bevorzugt 0 bis < 10 Gew.-%. Allgemein gilt es als schwieriger eine stoffschlüssige Verbindung von

Dichtungsglas und höher legierten Aluminiumlegierungen herzustellen als mit Reinaluminium (mindestens 99% Aluminium) oder niedrig legiertem Aluminium. Magnesium ist ein häufig verwendetes Legierungselement bei Aluminium, da es sehr positiven Einfluss auf die Festigkeit der Legierung hat. Bereits

Magnesiumgehalte von > 0,5 Gew.-% erweisen sich jedoch als ungünstig was die Haftung des Dichtungsglases betrifft. Häufig wirken auch andere

Legierungselemente hinderlich bezüglich der Haftung des Dichtungsglases auf der Oberfläche.

Bekanntermaßen ändern sich bereits bei Aluminium mit geringen Zusätzen der Legierungselemente, wie Magnesium, Silizium, Kupfer, Zink, Nickel, Eisen, Chrom Mangan und dergleichen, u.a. die mechanischen Eigenschaften verglichen mit reinem Aluminium sehr stark.

Um eine Druckeinglasung realisieren zu können, ist es daher vorteilhaft,

Aluminiumlegierungen einzusetzen, die nach dem Einglasungsprozess, der üblicherweise bei Temperaturen von 480 °C bis 600 °C durchgeführt wird, noch eine angemessen hohe Festigkeit aufweisen.

Besonders bevorzugt werden daher folgende Aluminiumlegierungen eingesetzt:

EN AW- -1050 A

EN AW- -1350

EN AW- -3003

EN AW- -3004

EN AW- -3005

EN AW- -4032

EN AW- -5083

EN AW- -6060

EN AW- -6061

EN AW- -6082

EN AW- -7020.

Beim Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung von Dichtungsglas und diesen Aluminiumlegierungen entsteht bei der vorliegenden Erfindung ein besonders guter Haftverbund. Dieser Herstellungsprozess ist ebenfalls einfach und sicher durchzuführen.

Es werden verschiedene Haftungsmechanismen zwischen Dichtungsglas und Aluminiumlegierungen angenommen, welche die stoffschlüssige Verbindung bewirken. Es gibt in der Literatur aber offenbar keinen allgemein akzeptierten Mechanismus. Man geht unter anderem davon aus, dass der mechanische

Spannungsunterschied aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung von Dichtungsglas und Aluminium durch plastisches Fließen von Aluminium während des Abkühlens kompensiert wird und ein Abplatzen des Dichtungsglases verhindert.

Zur Verbesserung des Verbunds von Dichtungsglas mit dem Leichtmetall und/oder der Leichtmetall-Legierung, vorzugsweise Aluminium und/oder

Aluminiumlegierungen, können ein oder mehrere Vorbehandlungsverfahren und/oder Beschichtungen (Konversionsschichten) durchgeführt werden.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird eine Oberflächenbehandlung des Leichtmetalls oder der Leichtmetall-Legierung, insbesondere Aluminium und/oder der

Aluminiumlegierung, durchgeführt, insbesondere bevorzugt ein Chromatieren, das die Ausbildung von magnesiumreichen Oberflächenschichten verhindert. Ebenfalls können Konversionsschichten auf Basis Titanoxid, Silikat, Zirkonoxid oder

Phosphat die Haftung zwischen Aluminium und Dichtungsglas deutlich

verbessern. Erfindungsgemäß wird insbesondere bei Verwendung von Leichtmetall oder

Leichtmetall-Legierung, wie Aluminium oder Aluminiumlegierungen, insbesondere nach der gegebenenfalls erfolgten Vorbehandlung der Oberfläche, ein

stoffschlüssiger Verbund zwischen dem verwendeten Dichtungsglas und dem Leichtmetall, wie Aluminium und/oder der Leichtmetall-Legierung, wie

Aluminiumlegierung, erhalten. Dieser stoffschlüssige Verbund unterstützt neben der mechanischen Belastbarkeit, z.B. gegenüber einem Herausdrücken aus der Öffnung im Grundkörper, die hermetische Dichtheit der Durchführung. Die angegebenen Dichtungsgläser zeichnen sich durch hohe thermische

Dehnungen α (CTE) im Bereich 20°C bis 350°C aus, die bis 25 - 10 ^"6 /K liegen und damit in den Bereich der thermischen Ausdehnung von Leichtmetallen und Leichtmetall-Legierungen, wie Aluminium und Aluminiumlegierungen, fallen.

Aluminium besitzt bei Zimmertemperatur eine thermische Ausdehnung α von 23 x 10 ^"6 /K.

Die erfindungsgemäßen Dichtungsgläser eignen sich aufgrund der beschriebenen Eigenschaften zur Verbindung mit temperaturempfindlichen Materialen und/oder Bauteilen in Form von elektrischen Durchführungen. Der Erweichungspunkt (Tg) der erfindungsgemäß verwendeten Dichtungsgläser liegt hierbei typischerweise im Bereich von 300 bis 500°C. Um zu verhindern, dass beim Herstellen des Verbunds das Leichtmetall/die

Leichtmetall-Legierung des Grundkörpers und, sofern Leichtmetall/Leichtmetall- Legierung auch für den Metallstift verwendet wird, auch das Leichtmetall/die Leichtmetall-Legierung des Metallstiftes schmilzt oder deformiert wird, liegt die Verarbeitungstemperatur des Dichtungsglases beim Herstellen der

stoffschlüssigen Verbindung mit dem Material des Grundkörpers und/oder Leiters unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des Grundkörpers bzw. Leiters. Ein Indikator für diese Verarbeitungstemperatur ist die Transformationstemperatur

Tg. Dichtungsgläser wie sie vorliegend eingesetzt werden, werden im Allgemeinen ausgehend von einem Pulver hergestellt, das aufgeschmolzen und zu einem Formkörper verpresst wird und unter Wärmeeinwirkung mit den zu verbindenden Bauteilen den stoffschlüssigen Verbund ergibt. Des Weiteren stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer

Durchführung mit wenigstens einem im Wesentlichen stiftförmigen Leiter zur Verfügung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Leiters, insbesondere eines im Wesentlichen stiftförmigen Leiters, und eines Grundkörpers, wobei der Grundkörper ein Leichtmetall und/oder eine Leichtmetall-Legierung, bevorzugt Aluminium, Magnesium, Titan, eine Aluminiumlegierung, eine Magnesiumlegierung, eine Titanlegierung, wie Ti6246, Ti6242, Ti6AI4V und/oder Ti6AI7Nb, oder AlSiC, umfasst oder hieraus besteht;

Bereitstellen eines Dichtungsglases, das ein Titanatglas aufweist oder hieraus besteht, Mahlen und Granulieren des Dichtungsglases und hieraus Herstellen eines Formkörpers, der eine geeignete Öffnung für den Leiter aufweist;

optionales Wärmebehandeln des erhaltenen Formkörpers, gegebenenfalls unter Zugabe eines Bindemittels;

- Zusammensetzen der Teile zu einer Durchführung; und

Wärmebehandeln unter Ausbildung eines stoffschlüssigen Verbunds zwischen Grundkörper und/oder Leiter, im Wesentlichen stiftförmigem Leiter, und Dichtungsglas. Bei der Herstellung einer elektrischen Durchführung gemäß der vorliegenden

Erfindung, beispielsweise für eine Lithium-Ionen-Batterie, wird im Einzelnen wie folgt vorgegangen:

Zunächst wird der Grundkörper und der Leiter, insbesondere im Wesentlichen stiftformige Leiter im gewünschten Material zur Verfügung gestellt bzw. beschafft. Der Grundkörper umfasst ein Leichtmetall und/oder eine Leichtmetall-Legierung, bevorzugt Aluminium, Magnesium, Titan, eine Aluminiumlegierung, eine

Magnesiumlegierung, eine Titanlegierung, wie Ti6246, Ti6242, Ti6AI4V und/oder Ti6AI7Nb, oder AlSiC, oder besteht hieraus. Der Leiter, insbesondere im

Wesentlichen stiftformige Leiter, kann ein Leichtmetall und/oder eine Leichtmetall- Legierung umfassen oder hieraus bestehen, bevorzugt ausgewählt aus

Aluminium, Magnesium, Titan, einer Aluminiumlegierung, einer Magnesiumlegierung, einer Titanlegierung oder AlSiC. Alternativ kann der Leiter, insbesondere im Wesentlichen stiftförmige Leiter, Kupfer oder CuSiC oder eine Kupferlegierung, Gold oder Goldlegierungen, Silber oder Silberlegierungen, NiFe, ein NiFe-Mantel mit Kupferinnenteil sowie eine Kobalt-Eisen-Legierung umfassen oder hieraus bestehen.

Der Grundkörper und der Leiter können, wie bereits erläutert, aus demselben Material aufgebaut sein oder aus verschiedenen Materialien ausgewählt werden. Weiterhin wird im erfindungsgemäßen Verfahren das Dichtungsglas, das ein

Titanatglas aufweist oder hieraus besteht, bereitgestellt, insbesondere hergestellt oder erworben. Das bereitgestellte Dichtungsglas wird aufgemahlen und granuliert und dann mechanisch oder hydraulisch (isostatisch oder uniaxial) zu einem

Formkörper verpresst. Es kann vorteilhaft sein, den Formkörper einer geeigneten Wärmebehandlung zu unterziehen (sintern), wodurch die„Grünfestigkeit" des

Presskörpers erhöht wird. Die Temperaturen liegen etwa im Bereich von 300°C bis 450°C Ebenfalls kann es vorteilhaft sein, das Pulver vor dem Verpressen mit einem organischen Bindemittel zu vermischen, um die Pressbarkeit zu

verbessern. Als organische Bindemittel können beispielsweise Alkohole eingesetzt werden.

Der Presskörper kann gemäß einer Ausführungsform eine zylindrische Form aufweisen. In axialer Richtung ist in dieser Ausführungsform im Presskörper für die Kontaktierung bereits eine zylindrische Öffnung enthalten.

Nach entsprechender optionaler Vorbehandlung, insbesondere

Oberflächenbehandlung, des Grundkörpers und/oder bevorzugt stiftförmigen Leiters, beispielsweise einer Entfettung und/oder Entfernung der oberflächlich anhaftenden Oxidschicht (chemisch und/oder mechanisch), erfolgt das

Zusammensetzen der Bauteile für die elektrische Durchführung. Nachfolgend wird dann eine Wärmebehandlung durchgeführt, wobei der stoffschlüssige Verbund zwischen Dichtungsglas und Metallteilen erfolgt. Bei der Wärmebehandlung wird vorzugsweise eine Temperatur im Bereich von 400°C bis 600°C eingesetzt. Eine Obergrenze von 650°C sollte bei Aluminium- oder Aluminiumlegierungen nicht überschritten werden. Erfindungsgemäß ist es möglich, die Durchführung vorzufertigen, d.h. das

Stiftmaterial in den Grundkörper unter Verwendung des Dichtungsglas- Formkörpers unter Ausbildung eines stoffschlüssigen Verbunds einzubetten und anschließend in ein Gehäuseteil, insbesondere in eine Batteriezelle, einzubauen. Dies kann eine Vereinfachung und Steigerung der Wirtschaftlichkeit des

Herstellungsverfahrens bedeuten, wobei ein kostengünstiges Einbringen der Durchführung in die Öffnung des Gehäuseteils erfolgen kann.

Alternativ kann der Leiter auch direkt in die Öffnung des Gehäuseteiles einer Batterie zusammen mit dem Dichtungsglas-Formkörper unter Ausbildung eines stoffschlüssigen Verbunds eingebettet werden.

Bevorzugt ist der Grundkörper als ringförmiger Grundkörper ausgebildet, bevorzugt in kreisrunder Form, aber auch in ovaler Form. Die ovale Form ist insbesondere dann bevorzugt, wenn das Gehäuseteil, insbesondere das

Deckelteil der Batteriezelle, in deren Öffnung(en) die Durchführung eingebracht ist, eine schmale längliche Form aufweist und das Dichtungsglasmaterial, mit dem der stiftförmige Leiter durch das Gehäuseteil in der Öffnung hindurchgeführt wird, vollständig zwischen dem Grundkörper und dem stiftförmigen Leiter eingebracht ist. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt es, die Durchführung, bestehend aus einem im Wesentlichen stiftförmigen Leiter und einem im Wesentlichen

ringförmigen Grundkörper, vorzufertigen.

Die erfindungsgemäße Batteriedurchführung zeichnet sich nicht nur dadurch aus, dass eine hermetische Abdichtung und stoffschlüssige Verbindung mit einem niedrig schmelzenden Grundkörper möglich ist, sondern auch dadurch, dass eine ausreichende Beständigkeit gegenüber einem Batterieelektrolyten und äußeren Umwelteinflüssen gegeben ist. 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 einer Mischung aus Ethylencarbonat oder Dimethylcarbonat, wobei die aggressiven, nicht wässrigen Batterie-Elektrolyten ein Leitsalz aufweisen, beispielsweise das Leitsalz LiPF ₆ , z.B. in Form einer 1 molaren Lösung. Erfindungsgemäß weisen die angegebenen Dichtungsgläser neben einem hohen thermischen

Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von α (20°C - 350°C) bis 25- 10 ^"6 /K und der niedrigen Verschmelz- bzw. Halbkugeltemperatur, auch eine ausreichende Beständigkeit gegenüber den zuvor genannten festen Batterie-Elektrolyten auf. Die Verschmelztemperatur kann beispielsweise über die Halbkugeltemperatur wie in R. Görke, K.-J. Leers: Keram. Z. 48 (1996) 300-305 bzw. nach DIN 51730, ISO 540 oder CEN/TS 15404 und 15370-1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird, bestimmt werden. Die Messung der Halbkugeltemperatur ist beispielsweise ausführlich in der DE 10 2009 01 1 182 A1 , deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird, erläutert.

Das Dichtungsglas für die Batteriedurchführung weist in einer bevorzugten Ausführungsform Li auf, das in die Dichtungsglasstruktur eingebaut ist. Da in dem Elektrolyten, wie dieser für Li-Ionen-Speichereinrichtungen verwandt wird, ebenfalls Li enthalten ist, wird durch diese Maßnahme die Batterieleistung nicht beeinträchtigt.

Die erfindungsgemäßen Dichtungsgläser in Form von Titanatgläsern zeichnen sich daher insbesondere durch ihre chemische Beständigkeit aus, so dass neben der Einstellung des CTE gleichzeitig auch die Beständigkeit gegenüber dem Batterieelektrolyten und der wässrigen Beständigkeit gegenüber Luftfeuchte erhöht sind. Zur Bestimmung der chemischen Beständigkeit werden im Wesentlichen zwei Tests herangezogen. In einem ersten Test wird die mögliche Gasentwicklung als Reaktion zwischen Elektrolyt und Dichtungsglas bewertet. Ein zweiter Test untersucht, wieviel Material vom Dichtungsglas durch den Elektrolyt aufgelöst wird (sog. Auslaugung).

Die Beständigkeit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gegenüber den Batterie-Elektrolyten kann dadurch geprüft werden, dass die Zusammensetzung in Form eines Pulvers mit einer Körnung d50 = 10 μιτι gemahlen wird und für eine vorbestimmte Zeit, beispielsweise eine Woche, in den Elektrolyten ausgelagert wird. Als nicht wässriger Elektrolyt wird beispielsweise eine Carbonatmischung aus Ethylencarbonat und Dimethylcarbonat (Massenverhältnis 1 :1 ) mit einem Zusatz von LiPF ₆ als Leitsalz verwandt (1 molare Lösung). Nachdem das Pulver dem Elektrolyten ausgesetzt war, kann das Pulver abfiltriert und der Elektrolyt auf Bestandteile, die aus dem Dichtungsglas ausgelaugt wurden, untersucht werden (sog. Auslaugung).

Bei Untersuchung der erfindungsgemäß eingesetzten Dichtungsgläser hat sich gezeigt, dass bei diesen keine Gasentwicklung beobachtet wird. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass bei den Dichtungsgläsern in den erfindungsgemäßen

Zusammensetzungsbereichen nur eine sehr geringe Auslaugung erhalten wird. Es werden Massenverluste erreicht, die weniger als 1 1 Gew. % vom Einschmelzglas betragen, in besonderen Fällen wird auch eine Auslaugung von nur 1 ,5 Gew. % vom Einschmelzglas erreicht.

Es hat sich zudem herausgestellt, dass die Beständigkeit der erfindungsgemäßen Dichtungsgläser gegenüber Li- und F-haltigen Elektrolyten höher ist als bei Phosphatgläsern. Weiterhin wurde festgestellt, dass auch die Beständigkeit der erfindungsgemäßen Dichtungsgläser im wässerigen Elektrolyten ausreichend hoch ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Dichtungsgläser, die in einer

Batteriedurchführung mit einem oder mehreren Stiften, insbesondere mit

Grundkörpern aus Leichtmetall und/oder Leichtmetall-Legierung, bevorzugt Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, Verwendung finden, ist darin zu sehen, dass ein Verschmelzen des Dichtungsglases mit dem Leichtmetall/der

Leichtmetall-Legierung des Grundkörpers und/oder dem Metall des Leiters, insbesondere in Form eines Metallstiftes, auch unter einer Gasatmosphäre möglich ist. Ein Vakuum ist somit nicht notwendig. Vielmehr kann eine derartige Verschmelzung auch unter Luft erfolgen. Optional kann Schutzgas benutzt werden. Als Vorbehandlung zum Verschmelzen kann das Metall gereinigt und/oder geätzt (gebeizt), wenn nötig gezielt oxidiert oder beschichtet werden.

Die angegebenen Dichtungsglaszusammensetzungen zeigen 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, das zugrundeliegende Material in der Regel umso instabiler wird. Es ist daher überraschend, dass trotz des hohen

Ausdehnungskoeffizienten und der niedrigen Verarbeitungstemperatur die angegebenen Dichtungsgläser eine ausreichende chemische Stabilität aufweisen.

Mit der Erfindung wird daher eine Durchführung, bevorzugt eine

Batteriedurchführung zur Verfügung gestellt, die sich gegenüber den

Durchführungen im Stand der Technik, beispielsweise denjenigen mit Kunststoff als Dichtmaterial, durch eine hohe Temperaturbeständigkeit, insbesondere

Temperaturwechselbeständigkeit auszeichnet. Des Weiteren wird eine

hermetische Dichtheit auch bei Temperaturänderung beziehungsweise beim Wechseln der Temperatur zur Verfügung gestellt, die verhindert, dass Flüssigkeit, insbesondere Batterieflüssigkeit, austreten kann und/oder Feuchtigkeit in das Gehäuse eindringt. Weiterhin bleibt die Dichtigkeit und Langlebigkeit der

Verbindung bestehen, auch aufgrund der hohen Beständigkeit gegenüber

Feuchtigkeit. Aufgrund dessen ist die erfindungsgemäße Durchführung auch störfallsicher, z.B. wenn sich in den entsprechenden Anwendungen die Batterie durch Beschädigung oder Fehlfunktion übermäßig erhitzt.

Unter hermetischer Abdichtung wird im Rahmen der Erfindung verstanden, dass bei einem Druckunterschied von 1 bar die Helium-Leckrate < 1 ^■ 10 ^"8 mbar L s ^"1 , bevorzugt <1 -10 ^"9 mbar L s ^"1 beträgt.

Das elektrisch isolierende Material, durch das der Leiter, bevorzugt im

Wesentlichen stiftförmige Leiter, hindurchgeführt wird, besteht oder umfasst das erfindungsgemäße Dichtungsglas. Wenn dieses Material aus Dichtungsglas besteht, dann ist kein anderes Material vorhanden, es liegt dann nur eine Schicht aus dem erfindungsgemäßen Titanatglas vor. Wenn das elektrisch isolierende Material Dichtungsglas umfasst, so liegt neben der

Dichtungsglaszusammensetzung zumindest ein anderes Material, bevorzugt ausgewählt aus einer Glas- oder Glaskeramikzusammensetzung vor. Ganz besonders bevorzugt besteht das elektrisch isolierende Material vollständig aus Glasmaterial, das neben dem erfindungsgemäßen Dichtungsglas weiteres

Glasmaterial oder weitere Glasmaterialien enthalten kann. Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das elektrisch isolierende

Material, durch das der Leiter geführt wird, einen Schichtaufbau aus mehreren Schichten, beispielsweise 2 Schichten oder 3 Schichten oder mehr aufweisen oder hieraus bestehen, wobei bevorzugt zumindest die oberste Schicht oder

Deckschicht, die zur Außenseite der Speichereinrichtung, wie einer Batterie, angeordnet ist, das erfindungsgemäße Dichtungsglas in Form eines Titanatglases aufweist oder hieraus besteht.

Es kann auch ein Schichtaufbau aus zumindest 3 Schichten vorliegen, bei dem die oberste und/oder unterste Schicht das erfindungsgemäß verwendete

Dichtungsglas aufweist oder hieraus besteht. Besonders bevorzugt kann eine Sandwich-Struktur vorliegen, bei der die oberste und unterste Schicht ein

Dichtungsglas, ausgewählt aus dem beschriebenen Zusammensetzungsbereich, umfasst oder hieraus besteht. Das Dichtungsglas in beiden Schichten (oberste und unterste Schicht) kann von gleicher oder verschiedener Zusammensetzung sein. Die anderen Schichten in der schichtartigen Struktur sind nicht weiter beschränkt, sofern diese keine nachteiligen Einflüsse haben. Beispielsweise kann im Schichtaufbau auch eine Schicht aus einem Phosphatglas vorliegen. Das Phosphatglas kann beispielsweise die nachfolgenden Komponenten in Mol-% umfassen oder hieraus bestehen:

P ₂ O ₅ 35-50 Mol-%, insbesondere 39-48 Mol-%

AI2O3 0-14 Mol-%, insbesondere 2-12 Mol-%

B ₂ O ₃ 2-10 Mol-%, insbesondere 4-8 Mol-%

Na ₂ O 0-30 Mol-%, insbesondere 0-20 Mol-%

M ₂ O 0-20 Mol-%, insbesondere 12-20 Mol-%, wobei M=K, Cs, Rb sein kann

PbO 0-10 Mol-%, insbesondere 0-9 Mol-%

Li ₂ O 0-45 Mol-%, insbesondere 0-40 Mol-%,

ganz bevorzugt 17-40 Mol-%

BaO 0-20 Mol-%, insbesondere 0-20 Mol-%,

ganz bevorzugt 5-20 Mol-%

Bi ₂ O ₃ 0-10 Mol-%, insbesondere 1 -5 Mol-%,

ganz bevorzugt 2-5 Mol-%.

Besonders bevorzugt ist daher ein Schichtaufbau aus 3 Schichten („Sandwich"), wobei die oberste und/oder unterste Schicht jeweils ein Dichtungsglas aufweist oder hieraus besteht und eine innere Schicht ein Phosphatglas, bevorzugt das oben angegebene Phosphatglas, aufweist oder hieraus besteht. Der

stoffschlüssige Verbund des Dichtungsglases wird bei diesem Dreischichtsystem erfindungsgemäß insbesondere zwischen Grundkörper und Leiter, im

Wesentlichen stiftförmigem Leiter, hergestellt.

Ungeachtet der Orientierung der Durchführung in der Speichereinrichtung wird im Rahmen der Erfindung unter„oberste Schicht" diejenige Schicht im Schichtaufbau verstanden, die zur äußeren Umgebung in Kontakt steht und die

darunterliegenden Schichten hiervor schützt. Die„unterste Schicht" im

Schichtaufbau ist somit die von der obersten Schicht am weitesten entfernt liegende Schicht, die die darüberliegenden Schichten vor den Materialien im Inneren der Speichereinrichtung schützt.

Wenn ein Schichtaufbau, umfassend neben dem Titanatglas zusätzliches Glasoder Glaskeramikmaterial, vorliegt, ist der Ausdehnungskoeffizient des Glas- oder Glaskeramikmaterials vorzugsweise weitgehend auf den

Ausdehnungskoeffizienten des Dichtungsglases abgestimmt.

Besonders bevorzugt weist die Dichtungsglasschicht eine Dicke von 1 bis 10 mm, bevorzugt 4 bis 9 mm, insbesondere 5 bis 7 mm auf und einen bevorzugten Durchmesser von bis zu 20 mm. In einem Schichtaufbau kommen dann

zusätzliche Schichten mit variablen Dicken von weiteren Materialien, wie Glasoder Glaskeramik, hinzu.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung als Alternative zu dem oben geschilderten Schichtaufbau, für den Fall, dass der Grundkörper und der Metallstift unterschiedliche Materialien aufweisen, ist auch eine Struktur möglich, wobei ein erstes Glas- oder Glaskeramikmaterial mit einem ersten Ausdehungskoeffizienten cii und ein zweites Glas- oder Glaskeramikmaterial mit einem zweiten

Ausdehnungskoeffizienten a ₂ vorliegen, wobei der Ausdehnungskoeffizient ai des ersten Glas- oder Glaskeramikmaterials an den Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Grundkörpers angepasst ist und der Ausdehungskoeffizient a ₂ an den Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Leiters, im Wesentlichen stiftförmigen Leiters, angepasst ist. Die Glasteile, bestehend aus mehreren unterschiedlichen Gläsern, können beispielsweise als Glasformteile, bestehend aus mehreren Glasmaterialien, hergestellt werden. Dies wird erfindungsgemäß auch als Multikomponentenglas bezeichnet. Erfindungsgemäß ist hierbei wieder eine unterste (bevorzugt unmittelbar unterhalb des Multikomponentenglases angeordnet) und/oder oberste Schicht bzw. Deckschicht (bevorzugt oberhalb bzw. unmittelbar auf dem Multikomponentenglas angeordnet) vorgesehen, die

Dichtungsglas aufweist(en) oder hieraus besteht(en). Besonders bevorzugt weisen die unterste und/oder die oberste Schicht, zwischen denen das

Multikomponentenglas angeordnet ist, das erfindungsgemäße Dichtungsglas auf oder bestehen hieraus.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das erste Metall ein Leichtmetall, beispielsweise Aluminium ist, und das erste Glasmaterial derart gewählt ist, dass der

Ausdehnungskoeffizient ai an den Ausdehnungskoeffizienten des Leichtmetalls, wie Aluminium (ungefähr α = 23 x 10 ^"6 K ^"1 bei 20°C), angepasst ist. Bevorzugt liegen die Werte für den Ausdehnungskoeffizienten ai daher im Bereich (16 bis 25) x 10 ^"6 K ^"1 im Temperaturbereich 20°C bis 300°C.

Glasmaterialien mit einem derartigen Ausdehnungskoeffizienten CM, die in Frage kommen, sind insbesondere solche ausgewählt aus den Glasfamilien

Silikattitanate, Sulphophosphate, Telluride, Borate, Vanadate, Fluoride, Phosphate und Silikate. Diese Glasmaterialien können zur Dehnungsanpassung, d.h. zur Anpassung des Ausdehnungskoeffizienten, noch mit Füllstoffen versehen sein. Auch die Zugabe von Alkalien bzw. Erdalkalien zu den Gläsern zur Einstellung des Ausdehnungskoeffizienten sind möglich.

Wenn, wie zuvor beschrieben, in einer weitergebildeten Ausführungsform der Erfindung der stiftförmige Leiter Kupfer oder eine Kupferlegierung mit einem Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr α = 16 x 10 ^"6 K ^"1 bei 20°C ist, so ist das zweite Glasmaterial bevorzugt so gewählt, dass der Ausdehnungskoeffizient a ₂ im Bereich des Ausdehnungskoeffizienten des Metallstiftes liegt, d.h. im Beispielfall zwischen 12 und 18 x 10 ^"6 K ^"1 bei 20°C.

Glas- oder Glaskeramikmaterialien, die einen derartigen

Ausdehnungskoeffizienten zur Verfügung stellen, sind beispielsweise die

Glasfamilien der Silikattitanate, Sulphophosphate, Telluride, Borate, Vanadate, Fluoride, Phosphate und Silikate. Zur Dehnungsanpassung können auch bei diesen Gläsern Zusätze vorgesehen sein, insbesondere Alkalien bzw. Erdalkalien.

Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das elektrisch isolierende Material, durch das der wenigstens eine Leiter,

insbesondere im Wesentlichen stiftförmige Leiter, hindurchgeführt wird, das wenigstens ein erstes Glas- oder Glaskeramikmaterial und ein zweites Glas- oder Glaskeramikmaterial und eine oberste und/oder eine unterste Schicht, umfassend oder bestehend aus Dichtungsglas, aufweist, ein Multikomponentenglas, insbesondere ein Glaspressling.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine elektrische Speichereinrichtung, insbesondere Batterie, bevorzugt Lithium-Ionen-Batterie oder Lithium-Ionen- Akkumulator oder Kondensator mit einer Durchführung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Das Gehäuse der Batterie besteht bevorzugt aus dem gleichen Material wie der Grundkörper, insbesondere einem Leichtmetall und/oder einer Leichtmetall- Legierung. Der Grundkörper ist bei Batteriezellen bevorzugt Teil des

Batteriegehäuses. Bevorzugt handelt es sich bei der Batterie um eine Lithium- Ionen-Batterie.

In einer Ausführungsform umfasst der stiftförmige Leiter zusätzlich ein Kopfteil beziehungsweise Befestigungsteil. Das Kopfteil kann einen über das Kopfteil hinausragenden Fortsatz aufweisen. Der Fortsatz kann dazu dienen, eine

Zentrierung für Elektroden bzw. Elektroden-Verbindungsteile zur Verfügung zu stellen. Bei der Ausführungsform mit Kopfteil können an das Kopfteil, das sich in das Innere des Batteriezellengehäuses erstreckt, Elektroden-Verbindungsteile beziehungsweise die Batterieelektroden angeschlossen werden, wie in der WO 2012/1 10242 A2 und der WO 2012/1 10246 beschrieben, deren

Offenbarungsgehalt hier durch Bezugnahme in die Offenbarung der vorliegenden Beschreibung aufgenommen wird. Die Battene 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 LiPF ₆ , umfassen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf Kondensatoren, in denen die

erfindungsgemäße Durchführung Verwendung findet. Des Weiteren stellt die Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt die Verwendung von Dichtungsglas in Form von Titanatglas für die Durchführung eines Leiters in das Gehäuse einer Speichereinrichtung, bevorzugt einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, einen Lithium-Ionen-Akkumulator oder einen

Kondensator, unter hermetischer Abdichtung und elektrischer Isolation der Durchführung und Ausbildung eines stoffschlüssigen Verbunds zwischen einem Grundkörper und/oder einem Leiter mit dem Dichtungsglas zur Verfügung.

Das erfindungsgemäß verwendete Dichtungsglas in Form von Titanatglas umfasst oder besteht aus den nachfolgenden Komponenten in Gew.-%:

Li ₂ O 0 - ^■ 3 Gew.-%, insbesondere 1 - 3 Gew.%

AI2O3 0 - < 2 Gew.-%, insbesondere -< 2 Gew.-%

BaO 0 - < 1 1 Gew.-%

CaO 0 - 1 Gew.-%

CuO 0 - < 7 Gew.-%

Fe ₂ O ₃ 0 - < 5 Gew.-%

K ₂ O 10 - 27 Gew.-%

MgO 0 - < 0,5 Gew.-%

Na ₂ O 12 - 22 Gew.-%

Nb ₂ O ₃ 0 - < 0,5 Gew.-%

P2O5 0 - ^■ 3 Gew.-%, insbesondere 1 - 3 Gew.-% PbO 0 - < 0,5 Gew.-%

SO ₃ 0 - < 0,5 Gew.-%

Sb ₂ O ₃ 0 - < 7 Gew.-%

SiO ₂ 24 - 44 Gew.-%

SnO ₂ 0 - < 4 Gew.-%

SrO 0 - < 2,5 Gew.-%, insbesondere 0 - < 2 Gew.-%, bevorzugt 0 - 0,5 Gew.-%

TiO ₂ 5-28 Gew.-%

V ₂ O ₅ 0-13 Gew.-%, insbesondere 1 -13 Gew.-%, insbesondere > 5 - 13 Gew.-%

ZnO 0 - < 0,5 Gew.-%

ZrO ₂ 0 - 1 Gew.-%

Bi ₂ O ₃ 0-19 Gew.-%, insbesondere 0-18 Gew.-%,

insbesondere 0 - < 10 Gew.-%

Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Dichtungsglases, umfassend oder bestehend aus den nachfolgenden Komponenten in Gew.-%:

B ₂ O ₃ 0- < 3

Li ₂ O 1 - ^■ 3

AI ₂ O ₃ 0- < 2

BaO 0- 4

CaO 0- 1

CuO 0- < 6

Fe ₂ O ₃ 0- < 0,5

K ₂ O 10 -20

MgO 0- < 0,5

Na ₂ O 12 -20

Nb ₂ O ₃ 0- < 0,5

P ₂ O ₅ 1 - ^■ 3

PbO 0- < 0,5

SO ₃ 0- < 0,5

Si0 ₂ 28 - 37

SnO ₂ 0 - < 0,5

SrO 0 - < 2,5

TiO ₂ 13 - 28

ZnO 0 - ^■ < 0,5

ZrO ₂ 0 - < 0,5

Bi ₂ O ₃ 0 - ^■ 18.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der meist stiftförmige innere metallische Leiter der Speichereinrichtung ein Leichtmetall und/oder eine

Leichtmetall-Legierung, borzugt Aluminium, Magnesium, Titan, eine

Aluminiumlegierung, eine Magnesiumlegierung, eine Titanlegierung, oder AlSiC, oder enthält ein anderes Metall, wie Kupfer oder CuSiC oder eine Kupferlegierung, Gold oder Goldlegierungen, Silber oder Silberlegierungen, NiFe, ein NiFe-Mantel mit Kupferinnenteil sowie eine Kobalt-Eisen-Legierung, oder besteht hieraus. Der Grundkörper sowie das Gehäuse ist bevorzugt aus Leichtmetall und/oder

Leichtmetall-Legierung ausgebildet, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Ganz besonders bevorzugt sind sämtliche Teile der

Speichereinrichtung aus Leichtmetall und/oder einer Leichtmetall-Legierung, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung aufgebaut.

Das Dichtungsglas ist entweder Teil des elektrisch isolierenden Materials, durch den wenigstens ein Leiter, insbesondere ein im Wesentlichen stiftförmiger Leiter, hindurchgeführt wird, oder stellt das elektrisch isolierende Material dar. In einem bevorzugten Schichtaufbau des elektrisch isolierenden Materials umfasst die oberste und/oder unterste Schicht das Dichtungsglas oder besteht hieraus. Es kann auch ein Aufbau des elektrisch isolierenden Material vorliegen, in dem ein Multikomponentenglas vorgesehen ist, das wenigstens zwei Gläser mit

angepassten Ausdehnungskoeffizienten, einerseits für das Material des

Grundkörpers und andererseits für das Material des Leiters, aufweist, wobei das Multikomponentenglas zwischen einer obersten und einer untersten Schicht angeordnet ist, die jeweils Dichtungsglas aufweisen oder hieraus bestehen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figur und der Ausführungsbeispiele ohne Beschränkung hierauf beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Durchführung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der

Durchführung gemäß der vorliegenden Erfindung und Fig. 3 eine schematische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform der

Durchführung gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Durchführung 1 gemäß der Erfindung gezeigt. Die Durchführung 1 umfasst als Leiter, insbesondere als stiftförmigen Leiter, einen Metallstift 3, der vorzugsweise aus einem Leichtmetall, beispielsweise Aluminium und/oder einer Leichtmetall-Legierung, beispielsweise einer Aluminiumlegierung, oder einem anderen Metall oder einer anderen Metall-Legierung, wie Kupfer oder einer Kupferlegierung, besteht sowie als Grundkörper 5 ein Metallteil, das

erfindungsgemäß vorzugsweise aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, Magnesium, Titan und/oder einer Leichtmetall-Legierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung, einer Magnesiumlegierung oder einer Titanlegierung, bevorzugt Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht. Der Metallstift 3 wird durch eine Öffnung 7, die durch das Metallteil 5 hindurchgeht,

hindurchgeführt. Obwohl nur das Hindurchführen eines einzelnen Metallstiftes durch die Öffnung gezeigt ist, könnten auch mehrere Metallstifte durch die Öffnung hindurchgeführt werden, ohne dass von der Erfindung abgewichen wird.

Die Außenkontur der Öffnung 7 kann bevorzugt rund oder aber auch oval ausgebildet sein. Die Öffnung 7 geht durch die ganze Dicke D des Grundkörpers bzw. Metallteils 5 hindurch. Der Metallstift 1 ist von einem erfindungsgemäßen Dichtungsglas 10 umgeben und wird im erfindungsgemäßen Dichtungsglas 10 durch die Öffnung 7 durch den Grundkörper 5 hindurchgeführt. In den

Grundkörper 5 wird die Öffnung 7 durch beispielsweise einen Trennvorgang, bevorzugt Stanzen, eingebracht. Um eine hermetische Durchführung des

Metallstiftes 3 durch die Öffnung 7 bereitzustellen, wird der Metallstift 3 in einem Dichtungsglaspfropfen 10 (Glaspressling oder Glaslotring) aus dem

erfindungsgemäßen Dichtungsglasmaterial eingeschmolzen. Hierdurch entsteht ein stoffschlüssiger Verbund zwischen einerseits Metallstift 3 und

Dichtungsglaspfropfen 10 und andererseits zwischen dem Grundkörper 5 und dem Dichtungsglaspropfen 10. Ein wesentlicher Vorteil dieser Herstellungsweise besteht darin, dass auch unter erhöhten Belastungen auf den

Dichtungsglaspfropfen 10, z.B. bei einer Druckbelastung, ein Herausdrücken des Pfropfens mit Metallstift 3 aus der Öffnung 7 nicht möglich ist. Die

Verarbeitungstemperatur des erfindungsgemäßen Dichtungsglases mit dem Grundkörper 5 liegt vorzugsweise 20 K bis 100 K unterhalb der

Schmelztemperatur des Materials des Grundkörpers 5 und/oder des Leiters, insbesondere des stiftförmigen Leiters 3. In der dargestellten Ausführungsform besteht, ohne Beschränkung hierauf, der Dichtungsglaspfropfen 10 aus einem einzigen Material, einer ausgewählten Dichtungsglaszusammensetzung in Form eines Titanatglases wie angegeben. Besonders bevorzugt besteht in der gezeigten Ausgestaltung das Material des Grundkörpers 5 und des Leiters, insbesondere im Wesentlichen stiftförmigen Leiters 3, aus demselben Material. Ganz besonders bevorzugt wird hierfür Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet.

Es wird ein stoffschlüssiger Verbund zwischen dem erfindungsgemäßen

Dichtungsglas 10 und den Teilen 3, 5 aus Aluminium oder Aluminiumlegierung erhalten. In Fig. 2 ist nochmals ein Pfropfen 10 detailliert dargestellt. Der Pfropfen 10 weist gemäß dieser Ausführungsform einen Schichtaufbau auf, wobei ein Aufbau aus 3 Schichten dargestellt ist. Andere Ausgestaltungen mit weniger oder mehr

Schichten sind möglich.

Im gezeigten Schichtaufbau sind die äußeren Schichten 10.1 und 10.2 aus dem erfindungsgemäß verwendeten Dichtungsglas in Form eines Titanatglases aufgebaut. Die beiden Schichten 10.1 und 10.2 können beispielsweise aus gleichen oder unterschiedlichen Dichtungsglas-Zusammensetzungen bestehen. Damit schützen die äußeren Schichten die dazwischen liegende(n) Schicht(en).

Die innere Schicht 20 kann aus einem geeigneten Material ausgewählt werden. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Glas- oder Glaskeramikmaterial. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die mittlere Schicht 20 von einem Phosphatglas gebildet. Ein besonders bevorzugtes Phosphatglas wurde bereits beschrieben.

Es wird daher ein Pressling hergestellt, der insgesamt drei Schichten umfasst, wobei die äußeren Schichten (oberste und unterste Schicht) 10.1 und 10.2 aus dem erfindungsgemäßen Dichtungsglas ausgewählt sind. Die

Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen Schichten werden entsprechend ausgewählt.

Die Dichtungsglasschicht 10.1 oder 10.2 weist jeweils eine Dicke im Bereich von 1 bis 10 mm, bevorzugt 4 bis 9 mm, insbesondere 5 bis 7 mm auf und einen bevorzugten Durchmesser von bis zu 25 mm.

Der gezeigte Schichtaufbau in Fig. 2 stellt eine Sandwich-Struktur dar, bei der die äußeren Schichten 10.1 und 10.2 aus erfindungsgemäßem Dichtungsglas die innere Struktur aus Phosphatglas umgeben. Die erste äußere (oberste) Schicht 10.1 (in der Figur oben im Schichtaufbau angeordnet) dient als Abdeckung und Schutz der elektrischen Energieerzeugungs- und/oder Energiespeichereinrichtung, insbesondere Batterie, zur Außenseite, insbesondere zur Umgebung,

beispielsweise gegen Feuchtigkeitseintritt. Die zweite äußere (unterste) Schicht 10.2 (in der Figur unten im Schichtaufbau angeordnet) dient als Abdeckung und Schutz der elektrischen Energieerzeugungs- und/oder Energiespeichereinrichtung, insbesondere Batterie, zur Innenseite, insbesondere gegen den in der Batterie enthaltenen Elektrolyten. Andere Varianten sind denkbar. Bei dieser

Ausführungsform liegt ein stoffschlüssiger Verbund von Dichtungsglas und

Grundkörper und Metallstift vor. In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform für eine Durchführung 1 gemäß der

Erfindung gezeigt. Die Durchführung 1 umfasst in der gezeigten Ausführungsform als stiftförmigen Leiter einen Metallstift 3, der beispielsweise aus Kupfer besteht. Der Grundkörper 5 besteht im gezeigten Beispiel aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, Magnesium und/oder Titan, und/oder einer Leichtmetall- Legierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung, Titanlegierung und/oder einer Magnesiumlegierung. Der Ausdehnungskoeffizient α (20°C - 300°C) des

Leichtmetalls liegt im Bereich von 18 x 10 ^"6 bis 30 x 10 ^"6 /K.

Der Metallstift 3 wird durch eine Öffnung 7, die durch das Metallteil 5

hindurchgeht, hindurchgeführt, es könnten auch mehrere Metallstifte durch die Öffnung hindurchgeführt werden, ohne dass von der Erfindung abgewichen wird.

Die Außenkontur der Öffnung 7 kann bevorzugt rund oder aber auch oval ausgebildet sein. Die Öffnung 7 geht durch die ganze Dicke D des Grundkörpers bzw. Metallteils 5 hindurch. Der Metallstift 1 ist in elektrisch isolierendem Material, bestehend aus Glas- oder Glaskeramikmaterial eingeglast und wird im Glas- oder Glaskeramikmaterial durch die Öffnung 7 durch den Grundkörper 5

hindurchgeführt, die beispielsweise durch Stanzen erzeugt wurde. Um eine hermetische Durchführung des Metallstiftes 3 durch die Öffnung 7 bereitzustellen, wird der Metallstift 3 in einem Glaspfropfen (Glaspressling oder Glaslotring) aus Glas- oder Glaskeramikmaterial eingeschmolzen. In der dargestellten Ausführungsform besteht, ohne Beschränkung hierauf, der Glaspfropfen nicht aus einem einzigen Material, sondern aus mehreren

Materialien; es handelt sich daher um ein Multikomponentenglas. Da der Ausdehnungskoeffizient ac _u des Metallstiftes 3, der in der gezeigten

Ausführungsform aus Kupfer besteht, im Bereich 16 x 10 ^"6 K ^"1 bei 20°C liegt und der Ausdehnungskoeffizient CXAI des Grundkörpers bzw. Metallteiles, das vorliegend aus Aluminium hergestellt ist, im Bereich 23 x 10 ^"6 K ^"1 liegt, weist der Glaspfropfen, an der zum Grundkörper bzw. zum Metallteil 5 gerichteten Seite des Glaspropfens ein erstes Glasmaterial 20.1 auf, dessen Ausdehnungskoeffizient ai im Bereich des Ausdehnungskoeffizienten des Metallteils 5 liegt. Im Fall, dass das Metallteil 5 aus Aluminium gefertigt ist, liegt der Ausdehnungskoeffizient ai daher im Bereich 16 bis 25 x 10 ^"6 K ^"1 . Das zum Metallstift 3 hin gerichtete zweite Glasmaterial 20.2 des

Multikomponentenglases weist im Wesentlichen den Ausdehnungskoeffizienten a ₂ des Metallstifts 3 auf. Ist der Metallstift 3 ein Kupferstift, so beträgt der

Ausdehnungskoeffizient a ₂ des zweiten Glasmaterials 20.2 zwischen 12 und 18 x 10 ^"6 K ^"1 .

In der gezeigten Ausführungsform sind die Schichten 10.1 und 10.2 aus dem erfindungsgemäß verwendeten Dichtungsglas aufgebaut. Die Schicht 10.1 kann in Form eines Deckglases vorliegen. Die beiden Schichten 10.1 und 10.2 können in dieser Ausführungsform aus gleichen oder unterschiedlichen erfindungsgemäßen Dichtungsglas-Zusammensetzungen bestehen. Damit schützen diese Schichten aus den erfindungsgemäßen Dichtungsgläsern das dazwischen liegende

Multikomponentenglas.

Das erste Glasmaterial für das Glas 20.1 kann bevorzugt ausgewählt sein aus Silikattitanaten, Sulfophosphaten, Telluriden, Boraten, Vanadaten, Fluoriden, Phosphaten und Silikaten, wobei die Gläser zusätzlich Füllstoffe zur

Dehnungsanpassung bzw. Alkalien oder Erdalkalien umfassen können. Für das zweite Glas 20.2, das angrenzend an den Metallstift 3 vorliegt, kommen ebenfalls Silikattitanate, Sulphophosphate, Telluride, Borate, Vanadate, Fluoride, Phosphate und Silikate in Betracht, wobei auch hier Füllstoffe zur Dehnungsanpassung vorgesehen sein könnten sowie Alkalien bzw. Erdalkalien. Das

Multikomponentenglas besteht in der gezeigten Ausführungsform daher aus 2 Gläsern mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten CM , C(2, die durch die Schichten 10.1 und 10.2 aus Titanatglas geschützt werden. Andere

Ausgestaltungen mit mehr als 2 Gläsern sind möglich. Die erste äußere Schicht 10.1 (in der Figur oben angeordnet) dient als Abdeckung und Schutz der elektrischen Energieerzeugungs- und/oder

Energiespeichereinrichtung, insbesondere Batterie, zur Außenseite, insbesondere zur Umgebung, beispielsweise gegen Feuchtigkeitseintritt. Die zweite äußere Schicht 10.2 (in der Figur unten angeordnet) dient als Abdeckung und Schutz der elektrischen Energieerzeugungs- und/oder Energiespeichereinrichtung, insbesondere Batterie, zur Innenseite, insbesondere gegen den in der Batterie enthaltenen Elektrolyten. Andere Varianten sind denkbar.

Das elektrisch isolierende Material stellt daher insgesamt ein

Multikomponentenglas aus den 2 Gläsern mit jeweils angepasstem

Ausdehnungskoeffizienten, die von der oberen und unteren Schicht aus erfindungsgemäßem Dichtungsglas umgeben sind, dar.

Bei dieser Ausführungsform liegt ein stoffschlüssiger Verbund von Dichtungsglas und Grundkörper und Metallstift vor.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäß verwendeten Dichtungsglaszusammensetzungen angegeben, die Vergleichsbeispielen gegenübergestellt werden. Ausführungsbeispiele:

In den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 sind beispielhafte erfindungsgemäße Dichtungsglaszusammensetzungen angegeben:

Tabelle 1:

Zusammenset D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 zung

Gew.%

P ₂ 0 ₅ 1,7 1,7 1,7 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

CaO 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Li ₂ 0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,9

Na ₂ 0 16,2 21,2 16,2 14,2 18,3 14,1 16,6 16,6 16,6 17,2

K ₂ 0 20,8 25,8 20,8 18,2 26,9 21,7 24,2 24,2 24,2 24,9

Al ₂ 0 ₃ 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3

B ₂ 0 ₃ 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

Si0 ₂ 43,5 33,5 33,5 39,4 28,0 27,7 27,7 30,2 30,2 32,5

Ti0 ₂ 17,8 17,8 17,8 14,3 13,6 13,5 13,4 13,4 13,4 5,5

Bi ₂ 0 ₃ 10,0 9,9 5,0 2,5 5,0 6,9 v ₂ o ₅ 11,1 10,6 10,5 10,5 10,5 8 10,5

Summe 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

Eigenschaften

17,7 22,7 19,7 17,2 24,0 21,3 23,2 22,7 23,2 24,5

Tg (°C) 495 458 463 516 467 471 374 386 418 356

* RT-350°C (x10 ^~6 K ^~1 )

Tabelle 2:

AI A2 A3 A4 Bl B2 Cl C2 C3 D2 D5 D6 El

Glasbe Gew. Gew. Gew. Gew. Gew. Gew. Gew. Gew. Gew. Gew. Gew. Gew. Gew. stand% % % % % % % % % % % % % teile

B ₂ 0 ₃ 2,0 1,2 0,5 1,6 1,3 0,8 2,4 0,2 0,2 0 0,2 0,2 2

Li ₂ 0 1,7 2,4 2,2 1,5 2,7 2,3 2,4 1,3 1,0 1,0 1,0 1

Al ₂ 0 ₃ 0,6 1,2 0,9 1,1 0,6 0,5 0,4 1,2 0,3 0,3 0,3 2

As ₂ 0 ₃

BaO 0,3 3,3 4,0 0,7 9,5

Bi ₂ 0 ₃ 9,9 18

CaO 1,0 0,5 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Cl

CuO 5,7

Fe ₂ 0 ₃ 3,2 3,9 0,1

K ₂ 0 11,0 11,0 12,0 13,0 11,0 12,0 12,0 12,0 18 25,8 26,9 21,7 12

MgO 0,0 0,1

Na ₂ 0 17,0 16,0 17,0 15,0 16,0 16,0 13 16,0 14,0 21,2 18,3 14,1 20

Nb ₂ 0 ₃

P ₂ 0 ₅ 2,1 2,2 1,6 1,7 2,3 1,9 1,4 1,5 1,5 1,7 1,0 1,0

PbO

S0 ₃ 0,1

Sb ₂ 0 ₃ 2,1 0,2 6,4

Si0 ₂ 30,6 32,4 33,5 32,6 33,8 34,2 24,9 33,4, 29,9 33,5 28,0 27,7 26

Sn0 ₂ 0,1 0,1 3,1

SrO 0,1 0,1 2,3

Ti0 ₂ 23,0 23,0 26,0 26,0 18,0 22,0 22 25,0 24,0 17,8 13,6 13,5 12

V ₂ 0 ₅ 5,1 10,0 2,2 7,7 8,8 9,2 11,0 10,6 10,5 6

ZnO 0,1 0,1 0,1

Zr0 ₂ 0,1 0,5 0,3 0,3 0,2 0,1 1

Summ

e 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

Die Beständigkeit einiger in Tabelle 2 angegebenen

Dichtungsglaszusammensetzungen wurde anhand des Gewichtsverlusts durch d sog. Auslaugung, die im Einzelnen bereits beschrieben wurde, beurteilt. Die

Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt. Tabelle 3: Beständigkeitstest in LP30 (60°C/168h)

Die Zusammensetzung von LP30 war wie folgt:

LiPF ₆ : 1 1 ,8 Gew.%

EC ( Ethylendicarbonat): 44,1 Gew.%

DC (Dimethylcarbonat): 44,1 Gew.%

Die Ergebnisse belegen, dass die erfindungsgemäß ausgewählte

Dichtungsglaszusammensetzung A1 , C1 und B1 dem Stand der Technik überlegen sind, d.h. deutlich beständiger im LP30 Elektrolyt sind als diese.

Tabelle 4: Transformationstemperaturen und thermische Ausdehnung (gemessen mit einem optischen Dilatometer)

* a für den T-Bereich: RT-Tg (x10 ^~6 K ^" )

** a für den T-Bereich: RT-300°C (x10 ^~6 K ^" )

*** a für den T-Bereich: RT-350°C (x10 ^~6 K ^" )

In Tabelle 4 sind die Transformationstemperatur Tg für die

Dichtungsglaszusammensetzungen von Tabelle 2 angegeben. Die

Transformationstemperatur Tg ist beispielsweise in„Schott Guide to Glass, second edition, 1996, Chapman&Hall, Seiten 18-21 definiert. Der

Ausdehnungskoeffizient α ist in 10 ^"6 K ^"1 im Temperaturbereich 20°C bis zum jeweiligen Tg und bis 300°C angegeben. Alle aufgeführten Glaszusammensetzungen weisen eine relativ niedrige Tg und auf und einen relativ hohen Ausdehnungskoeffizient α auf.

Dies belegt die besonders gute Eignung der erfindungsgemäßen Dichtungsgläser in Verbindung mit Leichtmetallen und/oder Leichtmetall-Legierungen.

Erfindungsgemäß sind die Dichtungsgläser insbesondere für Aluminium oder Aluminiumlegierungen geeignet, d.h. ein Aluminiumstift als Leiter in einem umgebenden Aluminium-Grundkörper, wobei das Aluminium auch im Fall des Leiters und/oder Grundkörpers durch eine Aluminiumlegierung ersetzt sein kann. Die Dichtungsglaszusammensetzung C3 und D10 zeichnen sich dadurch aus, dass diese eine sehr hohe thermische Dehnung aufweisten, die bis 24,5 x 10 ^"6 K ^"1 für Temperaturen zwischen 20°C und 350°C liegen und damit in dem Bereich der thermischen Ausdehnung von Leichtmetallen, wie Aluminium. So besitzt

Aluminium bei Zimmertemperatur eine thermische Ausdehnung α = 23 x 10 ^"6 /K. Um zu verhindern, dass beim Einglasen das Leichtmetall/die Leichtmetall- Legierung des Grundkörpers und eventuell auch des Metallstifts schmilzt oder deformiert wird, liegt die Schmelztemperatur des Glasmaterials unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des Grundkörpers und/oder Leiters. Gleichzeitig weisen diese Glaszusammensetzung (C3 und D10) den geringsten Tg auf, dies ist für die Verarbeitung vorteilhaft, da für die Verarbeitung niedrigere Temperaturen zum Einsatz kommen können. Die Verschmelztemperatur der angegebenen Dichtungsglaszusammensetzung liegt dann im Bereich 250°C bis 650°C. Das Einglasen des im Wesentlichen stiftförmigen Leiters und des Grundkörper wird vorzugsweise nach Einsetzen der Durchführung in die Öffnung dadurch erreicht, dass ein vorgefertigter Formkörper aus Dichtungsglas- oder einem

Multikomponentenmaterial, umfassend Dichtungsglas, zusammen mit dem Leiter, insbesondere dem stiftförmigen Leiter, und dem Grundkörper einer

Wärmebehandlung unterzogen wird. Hieraus resultiert eine stoffschlüssige

Verbindung zwischen dem Dichtungsglas und dem Grundkörper und/oder dem Leiter.

Mit der vorliegenden Erfindung wird somit erstmals eine Durchführung für ein Gehäuse, insbesondere ein Batteriezellengehäuse, bevorzugt für eine Lithium- Ionen-Batterie, angegeben, die unter Verwendung von Dichtungsglas dafür geeignet ist, in Gehäuseteile von Batteriezellengehäusen, bestehend aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, Magnesium und/oder Titan, und/oder einer Leichtmetall-Legierung, wie einer Aluminiumlegierung, einer Magnesiumlegierung, und/oder einer Titanlegierung, eingesetzt zu werden.

Mit der Durchführung gemäß der Erfindung kann ein Batteriegehäuse zur

Verfügung gestellt werden, das auch bei einer Verformung des Batteriegehäuses bei mechanischer und/oder thermischer Belastung hermetisch dicht ist, im

Gegensatz zu Kunststoffdurchführungen, die zur Rissbildung neigen. Die in den erfindungsgemäßen Durchführungen verwendeten Dichtungsgläser sind chemisch beständig, insbesondere auch im Hinblick auf einen Li- und F-haltigen

Elektrolyten. Hierdurch wird bei Batterien mit Batteriegehäusen, die eine erfindungsgemäße Durchführung aufweisen, insbesondere eine hohe

Dauertemperaturbeständigkeit im Normalbetriebszustand, aber auch bei

Fahrzeugunfällen und/oder Fehlfunktionen zur Verfügung gestellt. Dies ist insbesondere bei einem Einsatz von Batterien, bevorzugt Li-Ionen-Batterien im Automobilbereich oder in Flugzeugen von Bedeutung. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es insbesondere auch aufgrund einer Reduzierung des Phosphatanteils, auf ein kostengünstiges Herstellungsverfahren und Ausgangsmaterialien zurückzugreifen. Ferner kann die gesamte

Durchführung als vorgefertigtes Bauteil ausgebildet sein, in welches der Metallstift mittels eines Fixiermaterials, d.h. beispielsweise eines Dichtungsglaspfropfens, in einen Grundkörper eingeschmolzen wird, bevor dieser in das Gehäuseteil eingesetzt wird.