电气装置、尤其是微电池以及制造方法与流程

1.本发明涉及一种电气装置，尤其是电存储器装置，优选电池，尤其是微电池和/或电容器，其具有穿过由金属，尤其是铁、铁合金、铁镍合金、铁镍钴合金、钢、不锈钢或高级合金钢制成的壳体部件的馈通件，其中，壳体部件具有至少一个开口，其中，开口容纳在玻璃材料或玻璃陶瓷材料中的由导电材料制成的接触元件。


背景技术：

2.除了电气装置之外，也说明了一种用于制造电气装置的方法，该电气装置的特征在于具有压力嵌装(druckeinglasung)的馈通件。
3.作为本发明意义上的电池，不仅理解为在其放电之后可以被清除和/或回收的一次性电池，而且也理解为蓄电池。蓄电池、优选锂离子电池被设置用于不同的应用，像比如便携式电子设备、移动电话、机动工具以及尤其是电动车辆。电池可以代替传统的能源，像比如铅酸电池、镍镉电池或镍金属氢化物电池。电池也可以用在传感器中或者用在物联网中。
4.本发明意义上的存储器装置也理解为电容器、尤其是超级电容器。
5.如通常已知的那样，超级电容器(也称为超级电容supercaps)是具有特别高的功率密度的电化学能量存储器。与陶瓷电容器、薄膜电容器和电解电容器不同，超级电容器不具有常规意义上的电介质。在它们中，尤其是通过电荷分离以双层电容的方式静态存储电能的存储原理以及通过借助氧化还原反应以伪电容的方式电荷交换的电能的电化学存储。
6.超级电容器尤其包括混合电容器，在此尤其是锂离子电容器。其电解质通常包括在导电盐(通常为锂盐)中溶解的溶剂。超级电容器优选地用于需要大量充电/放电周期的应用中。超级电容器尤其有利地可应用在汽车领域中，尤其是在制动能量的回收领域中。当然，其它应用也是可行的并且被包括在本发明内。
7.作为存储器装置的锂离子电池已经公知了很多年。在这方面，例如参考“handbook of batteries(电池手册)”(david linden著，出版物，第2版，maccrawhill出版社，1995年，第36和39章)。
8.锂离子电池的各个方面在各种专利中被描述。
9.例如，可提及的是：us 961,672 a1、us 5,952,126 a1、us 5,900,183 a1、us 5,874,185 a1、us 5,849,434 a1、us 5,853,914 a1以及us 5,773,959 a1。
10.锂离子电池，尤其是用于汽车环境中的应用，通常具有多个彼此串联连接的单个电池单元。彼此串联或串行连接的电池单元被组合成所谓的电池组，然后多个电池组构成电池模块，该电池模块也被称为锂离子电池。每个单个电池单元拥有从电池单元的壳体中引出的电极。这同样适用于超级电容器的壳体。
11.尤其是在汽车环境中使用锂离子电池时，必须解决各种问题，如耐腐蚀性、在意外事故发生时的耐受性或抗振动性。另一个问题是在长时间段内的密封性，尤其是严密密封性。
12.密封性可能受到例如在电池单元的电极的区域中或在电池单元中的电极馈通件的区域中和/或电容器和/或超级电容器的壳体的区域中的不密封性的损害。这种不密封性例如可能由于温度变化负荷和机械的交变负荷、像比如车辆中的振动或塑料的老化而引起。
13.电池或电池单元的短路或温度变化可能导致电池或电池单元的使用寿命的缩短。在事故和/或紧急情况下的密封性同样是重要的。
14.为了确保在事故中更好的耐受性，例如文献de 101 05 877 α1提出一种用于锂离子电池的壳体，其中，壳体包括金属护套，该金属护套在两侧敞开并且被封闭。
15.电流端子或电极通过塑料绝缘。塑料绝缘的缺点是在使用寿命期间有限的耐热性、有限的机械稳定性、老化和不可靠的密封性。
16.因此，在根据现有技术的锂离子电池和电容器中，电流馈通件并不是严密密封地装入例如锂离子电池的盖部件中。因此，在现有技术中，根据测试规范，通常在1巴的压力差下实现最大1*10-6
mbar l s-1
的氦泄漏率。此外，电极被压接，并且具有额外的绝缘体的激光熔焊的连接构件被布置在电池的空间中。
17.由de 2733948 α1已知一种碱性电池，其中绝缘体、像比如玻璃或陶瓷直接通过熔融连接与金属部件连接。
18.金属部件之一与碱性电池的阳极且另一个金属部件与碱性电池的阴极电连接。在de 2733948 α1中相关的金属是指铁或钢。轻金属，如铝，在de 2733948 α1中没有描述。在de 2733948 α1中也没有给出玻璃或陶瓷材料的熔化温度。在de 2733948 α1中描述的碱性电池是具有碱性电解质的电池，所述碱性电解质根据de 2733948 α1包含氢氧化钠或氢氧化钾。在de 2733948 α1中没有提到锂离子电池。
19.由de 69804378 t2或ep 0885874 b1公开了一种用于制备不对称的有机羧酸酯和用于制备碱性离子电池的无水有机电解质的方法。用于可再充电锂离子电池的电解质也在de 69804378 t2或ep 0885874 b1中描述。
20.用于容纳穿通接触部的电池座的材料没有被描述，但仅描述了用于连接销的材料，该连接销可以由钛、铝、镍合金或不锈钢制成。
21.de 69923805 t2或ep 0954045 b1描述了具有改进的电效率的rf馈通件。由ep 0954045 b1公开的馈通件不是指玻璃-金属馈通件。在ep 0954045 b1中，描述了直接形成在例如包装的金属壁内的玻璃-金属馈通件是不利的，因为由于玻璃的脆化，这种rf馈通件不是持久的。
22.de 69023071 t2或ep 0412655 b1描述了一种用于电池或其他电化学电池的玻璃-金属馈通件，其中使用的玻璃的sio2份额为大约45重量％，并且作为金属使用尤其包含钼和/或铬和/或镍的合金。在de 69023071 t2中轻金属的使用与所使用的玻璃的熔化温度或熔融温度一样少被描述。根据de 69023071 t2或ep 0412655b1，用于销状导体的材料也是包括钼、铌或钽的合金。
23.由us 7687200α1已知一种用于锂离子电池的玻璃-金属馈通件。根据us 7687200α1，壳体由高级合金钢制成，并且销状导体由铂/铱制成。us 7687200α1中描述的玻璃材料是tα23和cabal-12玻璃。根据us 5015530 α1，它涉及cao-mgo-αl2o
3-b2o
3-体系，其具有1025℃或800℃的熔融温度。此外，由us 5015530 α1已知用于锂电池的玻璃-金属馈通
件的玻璃组成物，该玻璃组成物包含cao、αl2o3、b2o3、sro和bao，它们的熔融温度在650℃-750℃的范围内，因此对于与轻金属一起使用来说太高。
24.后公开的us 10910609 b2示出用于电池壳体、尤其微电池的电馈通件，其中使用硼硅酸盐玻璃作为玻璃材料。作为特殊的玻璃材料，提到了cabal-12玻璃或babal-1玻璃。在us 10910609 b2中没有对玻璃材料、基体和导体的膨胀系数进行说明。
25.由us 4841101 α1已知一种馈通件，其中基本上销状的导体与玻璃材料一起嵌装到金属环中。然后，金属环又被插入到壳体的开口或孔中，并且通过钎焊、例如在置入钎焊环之后与内壁或孔尤其是材料配合地连接。金属环由具有与玻璃材料基本上相同或相似的热膨胀系数的金属制成，以补偿电池壳体的铝的高热膨胀系数。在us 4841101 α1所述的实施方式中，金属环的长度始终比壳体中的孔或者开口更短。
26.由wo 2012/167921 α1、wo 2012/110242 α1、wo 2012/110246 α1和wo 2012/110244 α1已知一些穿过用于存储器装置的壳体的壳体部件的馈通件。在馈通件中，玻璃材料或玻璃陶瓷材料中的横截面被引导穿过开口。
27.在de 2733948 α1中示出穿过电池的壳体部件的馈通件，其中壳体部件具有至少一个开口，其中开口包括导电材料以及玻璃材料或玻璃陶瓷材料，并且导电材料构成为帽状的元件。然而，在de 2733948 α1中没有说明导体由哪种具体材料构成。在de 2733948 α1中同样没有说明帽状的元件的厚度或者壁厚。
28.由us 6190798 α1公知一种具有馈通件的电池，该馈通件具有开口，其中作为导体在绝缘材料中可以是玻璃或树脂，其中使用了帽状的元件。在us 6190798b1中也没有说明帽状的元件的壁厚的厚度。
29.us 2015/0364735 α1示出一种具有帽状的盖的电池，该盖具有在压力负载时作为安全出口的、厚度减小的区域。
30.由wo 2014/176533 α1已知一种构造成锥形的过压保护装置。在wo 2014/176533α1中没有描述在电池中的应用。
31.de 102007063 188 α1示出一种电池，该电池具有至少一个由壳体包围的单电池和壳体状的呈一个或多个预定破裂部位或一个或多个保险片形式的过压保护装置。
32.us 6433276 α1示出了一种馈通件，其中金属壳体部件、导体和玻璃材料基本上具有相同的膨胀系数。
33.从cn 209691814中已知一种用于电气存储器装置的壳体，该壳体是防爆的。
34.de 102014016601 α1示出一种尤其是电池壳体或电容器壳体的壳体构件，该壳体构件具有馈通件，其中将导体、尤其是基本上销状的导体穿过馈通开口引导，该导体在玻璃材料或玻璃陶瓷材料中具有玻璃材料外部尺寸和嵌装长度，其中构件在穿引开口的区域中具有带有构件通孔厚度的加强部，其中构件通孔厚度大于构件厚度并且加强部具有加强材料外部尺寸。
35.由ep 3588606 α1已知一种壳体构件，其包括至少两个由轻金属构成的主体。根据ep 3588606 α1，第一主体是轻金属，第二主体是具有熔焊输送材料的轻金属，尤其是呈轻金属的合金成分的形式。在第一和第二主体之间构造有熔焊连接。
36.de 102013006463 α1示出一种电池馈通件，优选用于锂离子电池、更优选锂离子蓄电池，该电池馈通件具有至少一个基体，该基体具有至少一个开口，至少一个导体、尤其
基本上销状的导体在包括密封玻璃或由密封玻璃构成的电绝缘材料中穿过所述开口，其中基体包括轻金属和/或轻金属合金或由其构成，轻金属和/或轻金属合金优选选自铝、镁、钛、铝合金、镁合金、钛合金或αlsic。根据de 102013006463 α1的密封玻璃是一种具有少量磷酸盐份额的钛酸盐玻璃。
37.de 102017221426 α1示出了一种特殊类型的馈通件。由de 102017221426 α1公开的馈通件包括多个在开口中嵌装的导体，其中所述多个所述嵌装的导体通过扁平导体来连接。
38.后公开的wo 2020/104571 α1示出具有馈通件的电存储器装置，其中馈通件嵌装到具有凸缘的电池盖部件中。此外，由后公开的wo 2020/104571 α1公知的是，在馈通件的区域中设有柔性法兰。
39.de 112012000900 b4描述了一种用于馈通件的玻璃、尤其是焊料玻璃，其包含下列以mol％计的组分：de 112012000900 b4的玻璃除了杂质外不含铅。
40.所有电气装置、尤其是现有技术中的存储器装置的缺点是，已知的电气装置、尤其是存储器装置非常大并且包括不紧凑的壳体。这导致具有大尺寸、尤其是大高度的存储器装置。在具有传统馈通件的电气装置中的另一个问题是使用塑料来电绝缘。因此，例如在de 2733948 α1中描述了尼龙、聚乙烯、聚丙烯作为绝缘材料。其它缺点在于对于引入到绝缘材料中的金属销的非常低的挤出力。


技术实现要素：

41.因此，本发明的任务在于，给出一种避免现有技术的缺点的电气装置、尤其是存储器装置。尤其是，应给出一种紧凑且密封的小尺寸存储器装置，其可用作微电池并且优选具有足够的密封性。当通过激光熔焊对材料进行加热时，也应当提供足够的密封性。
42.此外，应当实现小的壳体厚度，这除了紧凑性之外还导致材料节约。此外，应提供引入到壳体的贯通开口中的导体、尤其金属销的可靠的电绝缘。在此，目的是，提供一种存储器装置，该存储器装置本身如此紧凑地构造，使得在壳体内部提供尽可能多的容积，由此，电池和/或电容器可以具有尽可能高的容量。因此，根据本发明的具有馈通件的存储器装置特别适合于微电池。因此，本发明尤其还涉及如在申请中所示的具有馈通件的严密密
封的微电池。
43.微电池的典型应用例如是有源rfid和/或医疗设备，像比如助听器、血压传感器和/或无线头戴式耳机。在此，该术语被经常使用并且由此是普遍已知的。同样地，微电池对于物联网而言是令人感兴趣的。
44.根据本发明，该目的在本发明的第一方面中通过一种电气装置、尤其是根据权利要求1所述的存储器装置来解决。
45.根据本发明的另一方面，该目的通过根据权利要求22所述的具有柔性法兰的电气装置来实现。
46.根据本发明的第三方面，该目的通过根据权利要求36所述的微电池解决，其中壳体的或基体的膨胀系数大于玻璃材料的膨胀系数，即存在压力嵌装。
47.电气装置、尤其是存储器装置包括具有开口的馈通件，导体(也被称为接触元件)被嵌装到该开口中。
48.本发明的特征在于，壳体部件包括围绕轴线延伸的开口。壳体部件具有第一区域以及与开口相邻的第二区域，开口被引入到第一区域中，所述第一区域提供到嵌装上的压力。此外，根据本发明，第一区域具有基本上垂直于开口的轴线的宽度w。根据本发明，在压力嵌装时提供压力的宽度w始终大于壳体部件在与开口或第一区域相邻的第二区域中的厚度或材料厚度d2。通过具有宽度w且具有始终大于玻璃材料的第二膨胀系数α2的第三膨胀系数α3的金属，将对于压力嵌装足够的预应力施加到玻璃材料或玻璃陶瓷材料上。导体或金属销具有第一膨胀系数α1。
49.相邻于开口的壳体部件的厚度或材料厚度d2、de优选为0.1mm至1mm，优选为0.1mm至0.6mm。
50.施加必要的预应力的第一区域的宽度w处于0.6mm至1mm的范围内，优选处于0.7mm至0.9mm的范围内。导电材料、尤其导体具有第一膨胀系数α1，优选直至11*10-6
1/k。玻璃材料或玻璃陶瓷材料的第二膨胀系数α2优选在9至11*10-6
1/k的范围内，并且壳体部件、尤其板材件的膨胀系数α3在12至19*10-6
1/k的范围内。由于壳体材料、尤其是板材件的高膨胀系数α3，通过板材件在玻璃材料上形成应力并且提供压力嵌装。
51.相对于匹配的馈通件(在该馈通件中膨胀系数α1、α2、α3基本上相同)，压力嵌装具有这样的优点，即可靠地避免了不密封性，该不密封性在匹配的馈通件中在激光熔焊过程之后可能出现，因为预应力始终通过包围所述开口的壳体部件施加到压力嵌装上。
52.根据本发明的电气装置、尤其是电存储器装置或传感器壳体、优选电池、尤其是微电池或电容器具有穿过呈板材件形式的壳体部件的馈通件，该壳体部件具有优选处于0.1mm至1mm、优选0.15mm至0.8mm、尤其是0.15mm至0.6mm范围内的材料厚度或厚度。作为用于壳体部件或者说板材件和/或导体的材料，使用金属，尤其是铁、铁合金、铁镍合金、铁镍钴合金、kovαr、钢、高级合金钢、铝、铝合金、αlsic、镁、镁合金、铜合金、铜或钛或者钛合金。壳体部件具有至少一个开口作为馈通件的一部分，其中开口容纳导电材料、尤其在玻璃材料或玻璃陶瓷材料中的由导电材料制成的导体。
53.作为用于壳体部件、尤其是板材件的特别优选的材料，使用双相高级合金钢或奥氏体高级合金钢。双相高级合金钢是由具有奥氏体岛的铁素体(α-铁)基质组成的两相组织钢。双相高级合金钢组合了不锈铬钢(铁素体或马氏体)和不锈铬镍钢(奥氏体)的特性。它
们具有比不锈钢铬镍更高的强度，但比不锈铬钢更易延展。双相高级合金钢的膨胀系数为α3≈15*10-6
1/k，奥氏体高级合金钢的膨胀系数为α3≈18*10-6
1/k。
54.导体优选地由铁素体高级合金钢构成，并且被构造为膨胀系数为α1≈10至11*10-6 1/k的铁素体高级合金钢销。玻璃材料优选是具有在9至11*10-6 1/k范围内的膨胀系数α2的玻璃材料。
55.在本发明的第一设计方案中规定，板材件包括具有开口的第一区域和与具有开口的第一区域相邻的薄得多的第二区域。这种壳体部件、尤其是板材件可以通过将具有例如0.6mm的厚度或材料厚度d1的板材件下压到例如0.2mm的厚度d2来制造。然后，嵌装到具有与例如为0.6mm的厚度d1相当的壁厚的开口中。具有围绕开口的厚度d1的第一区域的宽度w足以建立金属到玻璃材料上的必要的预应力。围绕具有玻璃材料或玻璃陶瓷材料的开口的环形区域的宽度w为0.6mm至1mm。
56.代替向具有厚度d1的板材件中的嵌装和随后的下压，可以规定，具有厚度d2(例如为约0.2mm)的薄板材件包括凸缘，该凸缘优选是向上拱起的、成型的凸缘。当然，在另一种实施方式中，可以省略从厚度d1向厚度d2的下压；在这种情况下，厚度d1将基本等于厚度d2。
57.在一种特别有利的实施方式中，壳体部件和凸缘是一件式的，但它不是必须的。为了还以拉高的凸缘在玻璃材料或玻璃陶瓷材料上施加必要的预应力，规定凸缘不仅被向上拉制并且提供嵌装长度el，而且凸缘包括凹入部和/或突出部或凸出部。通过突出部和/或凹入部，即使在拉高的凸缘的壁厚非常薄的情况下也相应于板材件的壁厚并且例如仅仅为0.2mm时宽度w提供用于压力嵌装的足够的预应力。具有凹入部/凸出部的凸缘的加强形状随后将必要的预应力施加到玻璃材料或玻璃陶瓷材料上。规定嵌装长度并用el表示的内壁长度处于0.3mm至1.0mm的范围内，尤其处于0.3mm至0.5mm的范围内，并由拉高的边缘构成。
58.利用根据本发明的解决方案，代替实心的板还可以实施为成本更低的拉伸件的非常薄的板材件而进行压力嵌装。通过选择壳体部件的或板材件的膨胀系数α3，可以调节施加到玻璃上的预应力以及嵌装的导体的拔出力。
59.嵌装的导体优选地为由铁素体高级合金钢制成的导体。
60.为了避免与存储器装置、例如电池或电容器的金属壳体的连接的短接，可以规定，在玻璃材料或玻璃陶瓷材料上布置有绝缘元件，该绝缘元件尤其可以由塑料或玻璃或玻璃陶瓷制成并且尤其覆盖凸缘的或板材件的端面。作为单独的绝缘元件的替代方案，也可以设置突出超过边缘的玻璃材料，例如由发泡的玻璃制成的玻璃材料。优选地，凸缘的表面的平面位于电导体的表面的平面下方，该电导体被引导穿过馈通件。特别优选的是，绝缘元件的表面与电导体的表面处于一个平面中，该电导体引入到馈通件的开口中。
61.根据本发明，提出一种电气装置、尤其是具有馈通件的存储器装置，该馈通件能够实现导体的接触并且在壳体的内部提供尽可能多的结构空间。此外，根据本发明的装置被实施为严密密封，并且在机械和/或压力负荷下，尤其是在接触与密封材料之间的区域中，具有与易碎密封材料的改善的相容性。结构空间的增大尤其可以有助于提高存储器装置的容量。
62.在一种优选的实施方式中，电气装置包括柔性法兰或联接到柔性法兰。
63.柔性法兰优选包括如下连接区域，该连接区域用于将壳体部件、尤其是具有开口的板材件与壳体、例如存储器装置的壳体连接，该开口具有在玻璃材料或玻璃陶瓷材料中
玻璃嵌入的导体。包括馈通件的壳体部件与壳体的连接可以通过熔焊、尤其激光熔焊，但也可以通过钎焊来进行。例如通过熔焊的连接使得氦泄漏率在1巴的压力差下小于1*10-8
mbarl/s。由此氦泄漏率与用于嵌装的导体的泄漏率相同，并且为存储器装置、尤其是电池提供了严密密封的壳体。
64.由于在例如提供嵌装长度el的隆起的边缘和与邻接的壳体的连接区域之间构造的柔性法兰中的自由空间，作用在玻璃材料上的压力可以可靠地被补偿。法兰的柔性例如在温度波动时防止玻璃的破碎，或者说补偿由激光熔焊引起的拉应力和压应力。
65.为了在使用柔性法兰时也能将足够的预应力施加到玻璃材料上，有利的是，选择奥氏体高级合金钢或双相高级合金钢作为柔性法兰的材料。奥氏体高级合金钢具有在16至18*10-6
k-1
或16至18*10-6
1/k的范围内的热膨胀α，双相高级合金钢具有在13至14*10-6
k-1
的范围内的热膨胀系数。玻璃材料的膨胀系数优选在9至10*10-6
k-1
的范围内。铁素体钢的膨胀系数在10至12*10-6
k-1
的范围内，使得铁素体钢优选地适于经匹配的馈通件，因为玻璃材料和基体的材料或包围玻璃材料的环的材料的膨胀系数选择为基本上相同的。对于压力嵌装来说，由奥氏体高级合金钢和双相高级合金钢制成的法兰是优选的，因为通过这些材料即使在嵌装长度很小的情况下也能施加足够的压应力。
66.当电存储器装置具有最高40mm、优选最高20mm、尤其优选最高5mm、尤其优选最高4mm、优选最高3mm、尤其在1mm至40mm、尤其优选1mm至5mm、优选1mm至3mm的总结构高度时，如在微电池的情况下，提供特别紧凑的电存储器装置。
67.这种微电池的直径在20mm至3mm的范围内、尤其在8mm至16mm的范围内。
68.玻璃材料或玻璃陶瓷材料可以包含填料，其尤其用于调节玻璃材料或玻璃陶瓷材料的热膨胀。
69.作为玻璃材料或玻璃陶瓷材料，优选使用主要成分为αl2o3、b2o3、bao和sio2的铝硼化物玻璃。优选地，这种玻璃材料的膨胀系数在9.0至9.5ppm/k或9.0至9.5*10-6
1/k的范围内，进而在构成壳体的金属和金属销的膨胀系数的范围内。所述的膨胀系数尤其在使用高级合金钢、尤其铁素体高级合金钢或奥氏体高级合金钢或双相高级合金钢时是有利的。在这种情况下，高级合金钢的膨胀系数与铝硼化物玻璃相似。
70.用于压力嵌装的预应力基本上通过壳体部件的、尤其是板材件的材料的不同的膨胀系数来确定。为了施加足够的预应力，壳体的或板材件的膨胀系数α3比玻璃材料的膨胀系数α2和/或导体的膨胀系数α3要大2至6*10-6
1/k。
71.如果壳体部件、尤其电池盖包括凸缘，则该凸缘提供对于嵌装所需的嵌装长度el。
72.对于具有凸缘的壳体部件来说，垂直的折弯是优选的，也就是说，高位区域或者低位区域垂直于壳体构件的第一平面。然后，可以实现导体的特别稳定的嵌装，因为以这种方式增大了绝缘体和壳体构件之间的接触面。通过借助薄的壳体材料、尤其是板材件的弯曲或成型来制作壳体盖的高位区域或者低位区域，提供了用于可靠地嵌装所需的长度。嵌装长度el优选为0.3mm至1.0mm，优选为约0.6mm。通过玻璃材料或玻璃陶瓷材料将导体严密密封地引入到贯通开口中。严密密封被认为是在1巴的压力差下1*10-8
mbarl/s的氦泄漏率。
73.具有宽度w的凹入部/凸出部同样可以非常简单地通过薄的壳体部件或板材件的成型例如通过弯曲获得，该宽度对于施加预应力是必需的。
74.为了避免玻璃材料或玻璃陶瓷材料在嵌装之后例如由于温度影响而破裂，有利的
是，凸缘的高位区域或低位区域包括用于将馈通件连接到壳体(例如电池壳体)上的柔性法兰。法兰本身包括一个区域，即所谓的连接区域，馈通件利用该连接区域连接到壳体部件上。与壳体部件的连接可以通过熔焊、尤其是超声波熔焊或钎焊实现。
75.柔性法兰能够非常容易地获得。例如，围绕开口存在的具有第一厚度d1的板材件可以被下压至厚度d2，并且在下压之后，具有厚度d2的区段可以被成型以构成柔性法兰。也可以将具有厚度d2的板材成型为柔性法兰，并且拉高的板材或者凸缘容纳嵌装。当柔性法兰和拉高的区域包括奥氏体钢或双相钢作为材料时，尤其可实现到拉高的柔性法兰中、尤其柔性法兰的凸缘中的嵌装。
76.除了电气装置之外，本发明还提供一种用于制造电气装置、尤其电存储器装置、尤其电池或电容器的方法。
77.在第一设计方案中，用于制造具有馈通件的电气装置的方法，其中，壳体部件具有作为馈通件的一部分的至少一个开口，并且该开口容纳导电材料、尤其是玻璃材料或玻璃陶瓷材料中的导体，所述方法包括下列步骤：-在第一步骤中，提供具有材料厚度或厚度d1的板材件。-向板材件中引入开口，-在开口周围的区域外部，将板材件下压到厚度d2，即板材件的厚度显著降低，-在厚的、未被下压的部分中，将在玻璃材料或玻璃陶瓷材料中的导体插入到开口中，-在插入之后，利用插入到开口中的材料加热板材件，从而进行导体在玻璃材料或玻璃陶瓷材料中的压力嵌装。
78.嵌装的板材件的厚度d1处于0.4mm到1mm之间，优选为0.6mm。薄的下压的部分的厚度d2处于0.1mm到0.4mm之间，优选为0.2mm。
79.在第二设计方案中，使用具有厚度d2的薄的板材件，并且在开口周围通过成型来拉高凸缘，以实现必要的嵌装长度，在本发明的第一设计方案中，由大约0.6mm厚的厚板材件提供嵌装长度。根据本发明，提供了一种凸缘，其具有宽度为w的凹入部和/或凸出部。在制造凸缘之后，通过成型将玻璃材料或玻璃陶瓷材料中的导体插入到带有凸缘的开口中，并且利用插入到开口中的材料加热板材件，从而进行导体在玻璃材料或玻璃陶瓷材料中的压力嵌装。
附图说明
80.下面借助附图并且不局限于附图对本发明进行详细说明。
81.在附图中：
82.图1a示出了穿过壳体部件、尤其具有用于嵌装导体的开口的电池盖的横截面，其中，根据第一实施方式的与开口相邻的板材件被下压至较小的材料厚度。
83.图1b示出了穿过根据图1a的壳体部件的横截面，其具有嵌装到开口中的导体。
84.图2a示出了穿过壳体部件、尤其具有用于嵌装导体的开口的电池盖的横截面，其中板材件包括凸缘，该凸缘提供用于将导体嵌装到具有凸缘的开口中的壁。
85.图2b示出了穿过根据图2a的壳体部件的横截面，其具有嵌装到开口中的导体。
86.图3示出了穿过壳体部件、尤其具有用于嵌装导体的开口的电池盖的横截面，其中
壳体盖包括柔性法兰。
87.图4示出了根据图3的具有柔性法兰的壳体部件的细节。
88.图5示出了具有柔性法兰的壳体部件，其中柔性法兰是通过使具有厚度d2的板材件成型而获得的。
89.图6示出了根据图5的具有柔性法兰的壳体部件，其中所需的嵌装长度el例如针对铁素体高级合金钢进行了说明。
90.图7示出了根据图5的具有柔性法兰的壳体部件，其中，示出了双相高级合金钢或奥氏体高级合金钢所需的嵌装长度el。
91.图8示出了具有根据图3、4、5、6、7的根据本发明的壳体部件或电池盖的微电池。
92.图9a-9c示出具有包括连接头的导体的馈通件。
93.图10a示出了在壳体部件内的开口中玻璃嵌入的导体，尤其在相对于壳体部件、尤其是基体不具有玻璃材料或玻璃陶瓷材料的弯月面的基体内。
94.图10b示出了在壳体部件内的开口中玻璃嵌入的导体，尤其在相对于壳体部件、尤其是基体具有玻璃材料或玻璃陶瓷材料的弯月面的基体内。
具体实施方式
95.在图1a中，根据本发明的壳体部件或板材件1是壳体、尤其是存储器装置、例如电池、尤其是如在图8中所示的微电池的壳体的一部分。板材件包围开口3，玻璃材料中的导体可以在开口中玻璃嵌入。嵌装的导体在图1a中未示出。图1b示出了具有插入的导体的板材件。具有开口3作为存储器装置的壳体的一部分的板材件的薄区段5通过下压板材件制成。这意味着，首先提供具有足够的例如为0.6mm的壁厚的板材，以用于嵌装玻璃材料或玻璃陶瓷材料中的导体。然后，利用冲压工艺在具有足够壁厚度的板材件中引入开口。在例如通过冲压工艺将开口3引入到板材件1中之后，具有厚度或材料厚度d1的板材件的厚度在区域5中例如通过下压而减小。在其中进行嵌装的板材件的厚度例如为0.6mm，板材件的经下压的部分的厚度例如仅为0.2mm。
96.在图1a中，板材在开口的区域中的厚度用d1表示，在该开口中进行嵌装。厚度d1对应于将玻璃材料或玻璃陶瓷材料中导体的压力嵌装所需的长度，如图1b所示。通过材料厚度或者厚度d1，由于板材件或者壳体部件与玻璃材料或者玻璃陶瓷材料或者导体的不同的膨胀系数，向玻璃材料或者玻璃陶瓷材料施加预应力到玻璃材料或者玻璃陶瓷材料上并且施加预应力到嵌装到玻璃材料或者玻璃陶瓷材料中的导体上，从而提供导体的压力嵌装。为了提供预应力，具有厚度d1的区域基本上垂直于开口3的轴线α包括宽度w。宽度w确保由包围开口的金属或包围开口的金属环施加用于压力嵌装的必要的预应力。压力嵌装的特征在于，氦泄漏率在1巴的压力差下小于1*10-8
mbar/lsec。根据本发明，导体的膨胀系数α1和玻璃材料的膨胀系数α2与板材件的或壳体材料的膨胀系数α3不同。为了施加必要的预应力，板材件的或壳体部件的膨胀系数α3比导体的或玻璃陶瓷材料的膨胀系数要大约2至8*10-6
1/k。壳体部件的、尤其是板材件的膨胀系数α3例如处于12至19*10-6
1/k的范围内，而导电材料或者说玻璃或玻璃陶瓷的膨胀系数处于9至11*10-6
1/k的范围内。
97.壳体部件优选由膨胀系数约为15*10-6
1/k的双相高级合金钢或膨胀系数约为18*10-6
1/k的奥氏体材料组成。通过壳体部件的或板材件的所示出的实施方式，也提供了一种
具有非常薄的板材壁厚和仅为0.6mm的嵌装长度的压力嵌装。尽管薄板材厚度仅为0.6mm，但是在环围绕孔的厚度为d1的情况下，为压力嵌装提供足够的预应力。
98.与电池壳体的其余壳体部件的连接在具有厚度d2的薄板材件的区域中通过引入到薄板材件中的突出部7例如借助熔焊连接来实现。
99.在图1b中示出了根据图1a的壳体部件，其具有厚度为d1的嵌装环9和在嵌装环9中嵌装的导体20。容纳导体20的玻璃材料由附图标记22表示。在嵌装环外部的经下压的板材件5的厚度为d2。玻璃环具有宽度w，该宽度用于为压力嵌装施加必要的压缩压力。
100.在另一实施方式中可以规定，厚度d2相应于厚度d1。
101.代替如图1a和1b所示的嵌装环，在一种替代的实施方式中可以规定，所使用的板材通常具有厚度d2，并且在开口3的区域内不是通过实心的板材件提供嵌装所需的边缘30，而是通过如图2a和2b所示的、薄板材件5的边缘40的拉高或深拉伸提供。然后，拉高的边缘40以凸缘的形式存在。如图2b所示，将玻璃材料22中的导体20嵌装到拉高的凸缘40中。该凸缘40包括凹入部42以及凸出部44。凹入部提供一定的柔性以避免玻璃破裂，凸出部基本上相对于轴线α具有宽度w，该宽度用于通过壳体部件施加足够的预应力。在该实施例中，宽度w为约0.6mm。向凸缘区域内的开口中嵌装的导体受到用于压力嵌装的足够的预应力。
102.根据图2a和2b的方法相对于根据图1a和1b的方法的优点是，不需要下压板材，而是仅须如此成型具有连续的板材厚度d2的板材，使得凸缘40以相应于嵌装长度el以及凹入部42和凸出部44的高度来构造。嵌装长度el例如为0.6mm并且因此相应于根据图1a和1b的实施方式的厚度d1。板材件的厚度d2例如为d2＝0.2mm，通过拉高由板材件获得凸缘。
103.由于板材件的不同的热膨胀系数α3明显高于导体或玻璃或玻璃材料的热膨胀系数，通过根据图2a和2b的具有凸出部44的拉高的凸缘40，提供了用于压力嵌装到导体20上的足够的预应力。如图2b所示，嵌装到开口3中的导体可以由膨胀系数为α1为10至11*10-6
1/k的铁素体高级合金钢制成，板材件或壳体部件和凸缘的材料是膨胀系数为α3在15至18*10-6
1/k的范围内的双相高级合金钢或奥氏体高级合金钢。
104.相对于实心板，根据图2a和2b的根据本发明的方案的特征在于非常薄的壁厚d2。导体20的挤出力由预应力确定，由于宽度为w的凸出部44，该预应力由板材件或壳体部件施加到玻璃上。
105.在图3中示出了一种设计方案，其中用于电存储器装置的壳体部件1包括柔性法兰310。法兰310包括如下连接区域380，该连接区域用于将馈通件或壳体部件或具有开口3的电池部件1与壳体、例如如图5中所示的存储器装置的壳体连接，该开口具有在玻璃材料或玻璃陶瓷材料中玻璃嵌入的导体。具有开口的板材件与壳体的连接可以通过熔焊、尤其是激光熔焊、但也可以通过钎焊实现。这种连接使得氦泄漏率在1巴的压力差下小于1*10-8
mbar l/s。由此，氦泄漏率与用于嵌装的导体的泄漏率相同，并且这提供了存储器装置、尤其是电池的严密密封的壳体。由于在拉高的区域(即边缘300，该边缘等同于根据图2a至2b的实施方式的拉高的凸缘并且提供嵌装长度el)和连接区域380之间构造的自由空间f，能够可靠地补偿作用于玻璃材料的压力。法兰310的柔性例如防止玻璃在温度波动的情况下破裂。尤其是，通过法兰310的柔性避免了例如通过激光熔焊产生的拉应力和压应力。这样可以缓冲拉应力和压应力。嵌装长度el当前通过厚度d2为例如0.2mm和宽度w的板材件提供，该板材件如在图1a和1b中那样被下压并且随后成型成柔性法兰。在壳体部件的开口3中
进行嵌装，壳体部件的对玻璃材料施加预应力的区域用300表示。柔性法兰的宽度w用于提供施加到玻璃材料上的预应力。柔性法兰的宽度w如图3所示，超出板材区段的壁厚，在该板材区段中进行嵌装直至柔性法兰的区域中。
106.壳体部件、优选板材件尤其是电存储器装置的壳体的一部分、尤其是电池盖。所示的壳体部件1与其余的壳体的激光熔焊在柔性法兰380的尖端302上进行。在尖端302的区域中，凸缘的厚度被弱化，并且对于板材件，该厚度仅为0.15mm而不是例如0.2mm。具有开口的壳体部件的在尖端302的区域中被削弱的法兰380或者馈通件可以通过激光熔焊直接与电存储器装置的其余壳体连接，从而形成电存储器装置。通过激光熔焊导致包括玻璃材料或玻璃陶瓷材料在内的整个构件的加热。通过热量输入，在不存在压力嵌装的馈通件中会出现，所述馈通件，也就是说玻璃材料和/或玻璃陶瓷材料裂开并且所述馈通件不密封。这在压力嵌装时得以避免。存储器装置的壳体包括具有开口或根据本发明的馈通件的壳体部件。因为馈通件或者具有开口的壳体部件由于壳体部件或者电池盖的非常薄的、仅为0.1mm至1mm的材料厚度d2而非常紧凑，所以在将这种板材件作为馈通件的一部分安装到电池壳体中时，例如通过在柔性法兰的尖端302的区域中与存储器装置的其余壳体的焊接，可以提供非常紧凑的存储器装置、尤其是微电池。
107.图4详细示出了柔性法兰380。与图3中相同的构件采用相同的附图标记。在图4中没有示出如图3所示的柔性法兰的宽度w，而是示出厚度de，也就是板材区段的壁厚，在该板材区段中实现嵌装。壁厚de可以与第二区段的板厚d2进行比较，在此根据本发明也适用宽度w大于壁厚de。
108.图5示出了本发明的具有柔性法兰1380的实施方式的设计方案，其中，柔性法兰1380具有与板材件相同的厚度作为壁厚，即d2。柔性法兰1380通过将具有厚度d2的板材弯曲而获得。柔性法兰包括一个凸缘，该凸缘同样通过弯曲构成，在该凸缘中实现了嵌装。如图5所示，宽度w从环的区域与图3类似延伸到柔性法兰1380的区域中，在该环内实现玻璃材料22的嵌装。如果柔性法兰由铁素体材料制成，则尤其在板材区段的薄壁厚度情况下预应力不足以提供可靠的压力嵌装，因为在这种情况下预应力不足以在板材区段中实现嵌装。
109.为了尤其在钢作为材料的情况下提供这种压力嵌装，如图6所示，在整个嵌装长度el上需要基本上相当于宽度w的壁厚d
壁
。金属环的这种大的环壁厚度是必需的，以便能够将持久的预应力施加到玻璃上。如从图6中可以看出的那样，壁厚d
壁
明显大于板材厚度d2。钢、尤其普通钢具有在12至13*10-6
k-1
范围内的膨胀系数。
110.但令人惊讶地发现，在使用热膨胀系数α在16至18
×
10-6
k-1
范围内的奥氏体高级合金钢材料或者热膨胀系数α在13至14
×
10-6
k-1
范围内的双相高级合金钢材料时，如果压力不是如图6中那样在整个嵌装长度el上施加，而是仅在减小的嵌装长度el
减少
上施加，则可以以足够的预应力提供可靠的压力嵌装，其中该减小的嵌装长度基本上相应于如图7中所示的那样板材件的板材厚度d2。与图5和图6中相同的构件以相同的附图标记表示。在图5和图6中示出了施加压力到玻璃材料上的区域的宽度w，并且到达柔性法兰的区域。然而，缺点是，在压力嵌装的区域中，由于奥氏体材料的高压(如图6所示，压力嵌装是高位的嵌装)而导致玻璃材料中出现裂缝。
111.因此对于在具有根据图5、6和7的柔性法兰1380的设计中的压力嵌装推荐一种处于低位的压力嵌装。在此，出现较少的嵌装裂缝。这通过使用双相高级合金钢以低位的压力
嵌装形式来实现。利用双相材料，玻璃上的预应力小于奥氏体高级合金钢，并且因此也小于预应力和位于外部的玻璃区之间的压差，这导致产生玻璃裂缝的风险降低。
112.通过选择用于在其中进行嵌装的柔性法兰的不同环材料或材料，可以通过不同的玻璃预应力影响销或导体的挤出力，该玻璃预应力通过玻璃也作用到销或导体上。利用该影响可以调节销或导体的安全排气功能，即在电池过压的情况下在损坏情况下调节电池的开口。
113.其它用于影响嵌装的销或导体的开口力的控制可行方案可以是改变嵌装的厚度、使用不同的玻璃材料、在玻璃中使用具有不同气泡份额的玻璃材料、在嵌装之前通过玻璃模制件的形状使玻璃表面结构化、在嵌装期间通过玻璃模制件的形状使玻璃表面结构化、在嵌装之后通过激光加工使玻璃表面结构化。玻璃表面的结构化例如可以通过引入一个或多个缺口和/或渐缩部来实现。
114.这种安全排气功能也可以通过嵌装的销和/或基体的缺口和/或渐缩部实现。上述措施可以单独地或组合地进行。结构化部的引入、尤其是缺口和/或渐缩部的引入，可以在具有顶侧和底侧的壳体部件或基体的一侧上在玻璃、壳体部件和/或导体中进行，或者在两侧上、即在顶侧和底侧上、即双侧地进行。
115.用于安全排气功能的玻璃材料的结构化的优点在于，玻璃作为成型体精确地确定尺寸，使得安全排气功能的触发点能够非常精确地调节。特别优选的是，为了实现安全排气功能，借助激光器向玻璃材料中例如引入沟槽。于是，可以与玻璃密度和/或基体的厚度、即环厚度无关地有针对性地调节用于导体的压出力并且因此调节触发点。
116.用于导体的挤出力或压出力也可通过嵌装的长度和/或形成弯月面(meniski)来影响。借助导体的安全排气功能，尤其能够在损坏情况下在过压时调节存储器装置、尤其电池的开口。
117.除了上述措施之外，可通过下述措施中的一个或多个来调节挤出力并由此调节导体的安全排气功能：-嵌装的厚度；-使用不同的玻璃材料；-玻璃中的不同的气泡份额；-在嵌装之前通过玻璃模制件的形状形成的结构化的玻璃表面；-在嵌装期间通过玻璃模制件的形状形成的结构化的玻璃表面；-在嵌装之后通过激光加工形成的结构化的玻璃表面；-玻璃材料中的单侧或双侧的缺口或渐缩部，-嵌装的长度和形成弯月面。
118.图8示出了根据本发明的电气装置，尤其是具有根据本发明的具有开口的馈通件或壳体部件的微电池。电气装置或微电池以10000表示，具有开口的馈通件或壳体部件1如图3和图4中那样构造。馈通件的与图3和图4中的相同的构件在图5中以相同的附图标记表示。在具有削弱的凸起10001的区域1504中，具有板材件1和柔性法兰的电池盖根据图3和4作为馈通件的一部分通过熔焊、尤其激光熔焊与电气装置或微电池的壳体的其余的法兰10001密封地连接。在玻璃材料22中的馈通件的开口3中嵌装的导体20上连接有端子接线片1400。经由伸入到壳体10010中的端子接线片1400，构造在壳体10010中的电池被电连接。具
有作为馈通件的一部分的开口3的壳体盖与电池的其余的壳体的压力密封的连接通过熔焊实现，该壳体以圆柱形的形式设计并且可以直接连接到馈通件上。优选在具有作为馈通件一部分的开口的板材件和优选圆柱形的壳体部件之间进行熔焊，该壳体部件在板材件的尖端1504的区域中容纳电池。与尖端1504焊接的区域的高度为最高5mm、优选最高3mm，尤其是该高度在1mm至5mm的范围内并且确定微电池组的结构高度。压力密封是指在1巴的压力差下氦泄漏率小于10-8
mbar l/sec。通过柔性法兰，其如在图3和4中共同构造，在壳体中的馈通件或与其余的壳体部件焊接之后，并且在由此产生的温度作用下也实现足够的弹性。
119.为了将柔性法兰与内部导体20绝缘，在图5中示出的馈通件包括例如由玻璃材料制成的绝缘环10030，该绝缘环覆盖嵌装部22以及由金属制成的柔性法兰。
120.由于紧凑的馈通件，整个微电池的高度为最高5mm、优选最高3mm，尤其是该高度在1mm至5mm的范围内。在作为根据图3和4的具有柔性法兰的馈通件的一部分的板材件的区域中的尺寸如下。导体20的直径为1mm至2mm、优选为1.5mm。开口3的直径在1mm至4mm、优选2.5mm至3.0mm的范围内。在当前情况下，在端子接线片1400与穿过绝缘环10030的馈通件的板材件之间实现绝缘。替代地，对于绝缘环例如也可以使用发泡的玻璃。被玻璃材料覆盖以用于绝缘的区域为0.2mm。作为引入到壳体中的馈通件的一部分的整个板材件的宽度在4.0mm至6.0mm之间，优选为4.5mm。根据图5的实施方式的特征在于，壳体部件的部分面1052的表面被无机材料、尤其玻璃材料或玻璃陶瓷材料覆盖，以便在引入馈通件的情况下提供用于例如接触片1400相对于壳体的电绝缘。
121.图8示出了位于微电池内的导体借助如图8所示的弯曲的端子接线片1400的接触，而图9a示出了具有外端子的导体。导体20包括在该导体上布置的头部或连接头20000，其由金属材料、优选地与导体相同的材料构成。优选地，头部构造成圆形的，其具有在8至15mm的范围内的直径。通常为圆形的导体的直径在4mm至8mm的范围内。开口的直径为6mm至10mm。嵌装的导体20以由金属材料制成的连接头20000在未示出的电气装置上接合。优选地，导体和连接头20000是一体的，即连接头可以通过在冲压时的扩张来获得。为了防止在导体20的连接头20000与电池盖的同样由金属材料构成的嵌装环10之间的短路，设置有绝缘元件、尤其是绝缘盘20000，其优选由玻璃材料或玻璃陶瓷材料、陶瓷或不导电的有机材料提供。
122.图9b再次示出了具有嵌装环10和嵌装的导体20的壳体部件，该导体具有连接头20000和绝缘盘20010。可以清楚地看到，绝缘盘20010延伸到导体20，并且使得整个连接头20000与嵌装环10电绝缘。与图6a中相同的构件以相同的附图标记表示。图9c示出了具有带有连接头20000的嵌装的导体的圆形的嵌装环10的俯视图。如由图9c可见，连接头20000覆盖在嵌装环10的开口的面积的60％至90％之间、优选70％至85％。嵌装环10等同于前面所描述的具有开口的壳体部件，也就是说，嵌装环具有始终大于玻璃材料的膨胀系数α2的膨胀系数α3。该嵌装环10也可以称为基体，在该基体中进行嵌装。在图10a至10b中详细地示出了导体20在壳体部件、尤其是基体、优选地如图1b所示的嵌装环9的开口3中的嵌装。在根据图10a的嵌装中，嵌装在比图10b中更长的长度上进行，从而没有形成从玻璃材料或玻璃陶瓷材料到壳体部件、尤其是基体、优选到嵌装环9的弯月面。没有弯月面的嵌装的设计方案导致在玻璃材料中实际上不发生破裂。此外，提供了嵌装的导体的高的拉出力。
123.与此相反，图10b示出了本发明的一种实施方式，其中弯月面被构造在壳体部件或基体或嵌装环9的玻璃材料中。弯月面以附图标记30000表示，玻璃材料或玻璃陶瓷材料以
附图标记22表示。当嵌装长度相对于图9a短时形成弯月面。在以弯月面进行嵌装时，相对于在玻璃材料中不形成弯月面的情况，破裂的数量增加。通过构造弯月面，相对于没有弯月面的嵌装，要承受嵌装的金属销、尤其是导体的拉出强度大降低。总之可以确定，在避免形成弯月面的嵌装中，一方面降低了形成玻璃碎裂的可能性，另一方面增加了拉出强度。通常，在其中进行嵌装的基体越薄，弯月面的效果就具有越高的权重。一般地，由于没有形成弯月面，嵌装长度越长，拉出力越高。
124.根据本发明的馈通件特别用于电存储器装置、尤其是电池或者电容器的壳体。借助根据本发明的用于电存储器装置的非常扁平的馈通件实现了可以提供具有最大5mm的总结构高度的电存储器装置。
125.通过将导体压力嵌装到玻璃材料中，提供了一种严密密封的馈通件。
126.尤其在使用柔性法兰设计作为压力嵌装时，尤其在使用双相高级合金钢或奥氏体钢时，实现了更高的销钉或导体挤出力。此外，作为压力嵌装的柔性法兰设计在机械上还能更高地承受负荷并且与传统的嵌装相比对于嵌装的导体显示出更高的挤出力。