(57)【要約】【課題】熱伝達抑制効果に優れるとともに、電池セルが膨張した際にも、断熱材の厚さの減少を抑制可能な強度を備え、これにより高い断熱性能を維持可能な熱伝達抑制シートを提供する。【解決手段】第１の断熱材２０と、第２の断熱材３０とを含み、第１の断熱材２０の熱伝導率が、第２の断熱材３０の熱伝導率よりも低く、かつ、第２の断熱材３０の圧縮強度が、第１の断熱材２０の圧縮強度よりも高く、第１の断熱材２０が、第２の断熱材３０により挟持される熱伝達抑制シート１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の断熱材と、第２の断熱材とを含み、
前記第１の断熱材の熱伝導率が、前記第２の断熱材の熱伝導率よりも低く、
かつ、
前記第２の断熱材の圧縮強度が、前記第１の断熱材の圧縮強度よりも高く、
前記第１の断熱材が、複数の前記第２の断熱材により挟持される、
熱伝達抑制シート。
【請求項２】
前記第１の断熱材の全表面が前記第２の断熱材で覆われる、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項３】
シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材は、
枠状に形成されて前記第１の断熱材の外周を覆う枠体と、
前記第１の断熱材の一方の表面を覆う第１の板状部材と、
前記第１の断熱材の他方の表面を覆う第２の板状部材と、
を備える請求項１又は２に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項４】
シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材は、
前記第１の断熱材の外周及び一方の表面を覆い、前記第１の断熱材を収納可能な凹部を備える収納部と、
前記第１の断熱材の他方の表面を覆う蓋部と、
を備える請求項１又は２に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項５】
シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材は、
枠状に形成されて前記第１の断熱材の外周を覆う第１の枠体と、
枠状に形成されて前記第１の断熱材の外周を覆う第２の枠体と、を備え、
前記第１の断熱材が、前記第１の枠体及び前記第２の枠体により挟持される、
請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項６】
シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材は、
枠状に形成されて前記第１の断熱材の外周を覆う第１の枠体と、
枠状に形成されて前記第１の断熱材の外周を覆う第２の枠体と、を備え、
前記第１の断熱材を覆う包装材をさらに備え、
前記包装材の外周部が、前記第１の枠体及び前記第２の枠体により挟持される、
請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項７】
前記第１の断熱材は、
シート厚み方向に貫通する貫通孔を備え、
前記第２の断熱材は、
前記貫通孔に挿入される柱部及び前記柱部の一端部に形成されたフランジを備えるつば付きピンと、
前記第１の断熱材から突出する前記柱部の他端部に嵌合固定されるワッシャと、を備える、
請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項８】
複数の電池セルを直列又は並列に接続した組電池において、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱伝達抑制シートを、前記電池セル間に介在させた、組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セル間に配置される熱伝達抑制シート、及び該熱伝達抑制シートを電池セル間に介在させた組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から電動モータで駆動する電気自動車又はハイブリッド車等の開発が盛んに進められている。この電気自動車又はハイブリッド車等には、駆動用電動モータの電源となるための複数の電池セルが直列又は並列に接続された組電池が搭載されている。
【０００３】
また、この電池セルには、鉛蓄電池やニッケル水素電池等に比べて、高容量かつ高出力が可能なリチウムイオン二次電池が主に用いられている。そして、高容量かつ高出力な電池においては、電池の内部短絡や過充電等が原因で、ある電池セルが急激に昇温し、その後も発熱を継続するような熱暴走を起こした場合、熱暴走を起こした電池セルからの熱が、隣接する他の電池セルに伝播することで、他の電池セルの熱暴走を引き起こすおそれがある。
【０００４】
上記のような熱暴走を起こした電池セルからの熱の伝播を抑制するための技術として、電池セル間に熱伝達抑制シートを介在させることが行われている。例えば、特許文献１には、１以上の蓄電素子を備える蓄電装置であって、該１以上の蓄電素子のうちの１つである第一蓄電素子の側方に配置された第一板材及び第二板材であって、互いの面が対向するように配置された第一板材及び第二板材を備え、第一板材と第二板材との間には、第一板材及び第二板材よりも熱伝導率の低い物質の層である低熱伝導層（例えば、空気層）が形成されていることにより、第一蓄電素子からの輻射熱、又は、第一蓄電素子に向かう輻射熱は２枚の板材によって遮断され、かつ、これら２枚の板材の一方から他方への熱の移動は低熱伝導層によって抑制されるため、蓄電素子と他の物体との間の効果的な断熱を実現できることが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２では、鉱物系粉体及び難燃剤の少なくとも一方と、熱硬化性樹脂や熱可塑性エラストマー、ゴムから選択されるマトリックス樹脂とを含む熱伝達抑制シートを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２１１０１３号公報
【特許文献２】特開２０１８−２０６６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、電池セルは、充電や劣化により体積が膨張し、セル間材料（熱伝達抑制シート）を圧縮する負荷が発生することがある。特許文献１の熱伝達抑制シートは、第一板材と、第二板材と、第一板材及び第二板材との間に配置された空気層などの低熱伝導層と、から構成されているため、電池セルが膨張して熱伝達抑制シートが圧縮されると、低熱伝導層の厚みが減少して、断熱性が著しく損なわれるおそれがある。また、特許文献２の熱伝達抑制シートも同様に、電池セルの膨張により鉱物系粉体、難燃剤、マトリックス樹脂からなる吸熱性材料層に圧縮力が作用すると、吸熱性材料層の厚みが減少して、断熱性が著しく損なわれるおそれがある。このため、電池セル間に配置する熱伝達抑制シートには、高断熱性能と高圧縮強度の両立が望まれる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、熱伝達抑制効果に優れるとともに、電池セルが膨張した際にも、断熱材の厚さの減少を抑制可能な強度を備え、これにより高い断熱性能を維持可能な熱伝達抑制シートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、熱伝達抑制シートに係る下記（１）の構成により達成される。
（１）  第１の断熱材と、第２の断熱材とを含み、
前記第１の断熱材の熱伝導率が、前記第２の断熱材の熱伝導率よりも低く、
かつ、
前記第２の断熱材の圧縮強度が、前記第１の断熱材の圧縮強度よりも高く、
前記第１の断熱材が、複数の前記第２の断熱材により挟持される、
熱伝達抑制シート。
【００１０】
また、熱伝達抑制シートに係る本発明の好ましい実施形態は、下記（２）〜（７）に関する。
（２）  前記第１の断熱材の全表面が前記第２の断熱材で覆われる、（１）に記載の熱伝達抑制シート。
（３）  シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材は、
枠状に形成されて前記第１の断熱材の外周を覆う枠体と、
前記第１の断熱材の一方の表面を覆う第１の板状部材と、
前記第１の断熱材の他方の表面を覆う第２の板状部材と、
を備える（１）又は（２）に記載の熱伝達抑制シート。
（４）  シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材は、
前記第１の断熱材の外周及び一方の表面を覆い、前記第１の断熱材を収納可能な凹部を備える収納部と、
前記第１の断熱材の他方の表面を覆う蓋部と、
を備える（１）又は（２）に記載の熱伝達抑制シート。
（５）  シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材は、
枠状に形成されて前記第１の断熱材の外周を覆う第１の枠体と、
枠状に形成されて前記第１の断熱材の外周を覆う第２の枠体と、を備え、
前記第１の断熱材が、前記第１の枠体及び前記第２の枠体により挟持される、
（１）に記載の熱伝達抑制シート。
（６）  シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材は、
枠状に形成されて前記第１の断熱材の外周を覆う第１の枠体と、
枠状に形成されて前記第１の断熱材の外周を覆う第２の枠体と、を備え、
前記第１の断熱材を覆う包装材をさらに備え、
前記包装材の外周部が、前記第１の枠体及び前記第２の枠体により挟持される、
（１）に記載の熱伝達抑制シート。
（７）  前記第１の断熱材は、
シート厚み方向に貫通する貫通孔を備え、
前記第２の断熱材は、
前記貫通孔に挿入される柱部及び前記柱部の一端部に形成されたフランジを備えるつば付きピンと、
前記第１の断熱材から突出する前記柱部の他端部に嵌合固定されるワッシャと、を備える、
（１）に記載の熱伝達抑制シート。
【００１１】
また、本発明の目的は、組電池に係る下記（８）の構成により達成される。
（８）  複数の電池セルを直列又は並列に接続した組電池において、
（１）〜（７）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制シートを、前記電池セル間に介在させた、組電池。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の熱伝達抑制シートは、第１の断熱材と、第２の断熱材とを含み、第１の断熱材の熱伝導率が、第２の断熱材の熱伝導率よりも低く、かつ、第２の断熱材の圧縮強度が、第１の断熱材の圧縮強度よりも高い。よって、第２の断熱材よりも熱伝導率が低い第１の断熱材により、熱伝達抑制シートの一方側から他方側への熱伝達を抑制するとともに、第１の断熱材よりも圧縮強度が高い第２の断熱材により、外部からの衝撃や押圧力に抵抗して第１の断熱材の厚さ減少を抑制し、断熱性能の低下を抑制することができる。したがって、熱伝達抑制シートとしての課題である高断熱性能と高圧縮強度の特性を両立させることができる。
【００１３】
例えば、第２の断熱材の一例であるマイカシートは、高絶縁かつ高圧縮強度であるが、断熱性としては第１の断熱材の一例である無機繊維系・無機粒子系の材料に劣る。一方、無機繊維系・無機粒子系のシートは、マイカシートのような高い圧縮強度を持たせることが難しい。よって、これらの材料を組み合わせ、それぞれの単一材料では得ることが困難な、高断熱性能と高圧縮強度の特性を両立させることが可能となる。本技術は、電気自動車に搭載されるリチウムイオン電池の熱暴走を効果的に抑制するための熱伝達抑制シートとして好適に使用可能である。
【００１４】
また、本発明の組電池は、上記の熱伝達抑制シートが電池セル間に介在されている。よって、電池セルの熱膨張などにより電池セルが膨らんで隣接する熱伝達抑制シートに押圧力が作用しても、この押圧力を第２の断熱材で受けて、熱伝達抑制シート、特に第１の断熱材の厚さ減少を抑制して断熱機能を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図と、Ｉ−Ｉ断面図と、第２の断熱材を構成する、枠体、第１の板状部材及び第２の板状部材の正面図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図と、ＩＩ−ＩＩ断面図と、第２の断熱材を構成する収納部及び蓋部の正面図である。
【図３】図３は、本発明の第３実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図と、ＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】図４は、本発明の第４実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図と、ＩＶ−ＩＶ断面図と、第２の断熱材を構成する、つば付きピン及びワッシャの正面図及び側面図である。
【図５】図５は、組電池の一例を模式的に示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施例１の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施例２の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、実施例３の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、比較例１の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、比較例２の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図８】図８は、実施例１〜３並びに比較例１及び比較例２の熱伝達抑制シートの性能を比較して示すグラフである。
【図９Ａ】図９Ａは、実施例４の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施例５の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図１０】図１０は、実施例４、実施例５、比較例１及び比較例２の熱伝達抑制シートの性能を比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る熱伝達抑制シートの各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
本発明者らは、電池セル間に配置されて、熱暴走を起こした電池セルからの熱が、隣接する電池セルに伝播するのを効果的に抑えることができる熱伝達抑制シートについて鋭意検討を行ってきた。熱伝達抑制シートを、無機粒子や無機繊維などの断熱効果の高い断熱材料のみで構成した場合、得られた断熱効果が理論値よりも低い結果となった。その理由は、無機粒子や無機繊維などの断熱材料は、断熱性能が高い（すなわち、熱伝導率が低い）ものの、圧縮強度が低いため、電池セルが膨張することで断熱材料が圧縮されて厚さが薄くなったことによる断熱性の低下によるものと考えられる。
【００１８】
そこで、本実施形態に係る熱伝達抑制シートは、第２の断熱材よりも、断熱性能が高く（すなわち、熱伝導率が低い）、かつ、圧縮強度が低い、第１の断熱材の要所に、第１の断熱材よりも、断熱性能は低い（すなわち、熱伝導率が高い）ものの、圧縮強度が高い、第２の断熱材を配置して、圧縮強度が低い第１の断熱材の厚さ低減を抑制することにより、熱伝達抑制シート全体としての断熱性能を高めることが可能であることを見出した。すなわち、上記のように、断熱材料の持つ断熱性能と、断熱材料の厚さ低減とをバランスさせることで、それぞれの単一材料では得ることが困難な、高断熱性能と高圧縮強度を両立させることが可能となる。
【００１９】
本発明はこのような知見に基づくものであるが、以下に本発明の各実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２０】
［熱伝達抑制シート］
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図と、Ｉ−Ｉ断面図と、第２の断熱材を構成する、枠体、第１の板状部材及び第２の板状部材の正面図である。図１に示すように、本実施形態の熱伝達抑制シート１０は、高い断熱性能を有するが圧縮強度が低い第１の断熱材２０と、第１の断熱材２０と比較して高い圧縮強度を有するが断熱性能が低い第２の断熱材３０と、を備える。すなわち、熱伝達抑制シート１０は、圧縮強度及び断熱性能が互いに異なる第１及び第２の断熱材２０，３０を、下記に示すように適宜配置して構成される。
【００２１】
具体的には、熱伝達抑制シート１０は、図１に示すように、例えば、長さＬ、幅Ｗ、厚さｔ１の矩形シート状に形成された第１の断熱材２０と、該第１の断熱材２０の全表面を覆って配置された第２の断熱材３０と、から構成されている。第２の断熱材３０は、第１の断熱材２０の外形形状と略同一形状の矩形状の孔３１ａが設けられ、枠状に形成された枠体３１と、枠体３１と同一の外形寸法を有する上蓋である第１の板状部材３２と、枠体３１と同一の外形寸法を有する下蓋である第２の板状部材３３と、の３つの部材が組み合わされて構成される。
【００２２】
すなわち、本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、第１の断熱材２０と、第２の断熱材３０とを含み、第１の断熱材２０が、複数の第２の断熱材３０により挟持されている。より具体的に、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、第２の断熱材３０は、枠状に形成されて第１の断熱材２０の外周を覆う枠体３１と、第１の断熱材２０の一方の表面を覆う第１の板状部材３２と、第１の断熱材２０の他方の表面を覆う第２の板状部材３３と、を備えている。
【００２３】
枠体３１の厚さｔ２１は、第１の断熱材２０の厚さｔ１と同じか、又は僅かに厚く設定されている（ｔ２１≧ｔ１）。また、第１及び第２の板状部材３２，３３の厚さｔ２２は、第１の断熱材２０の厚さｔ１と同じであってもよく、また、第１の断熱材２０の厚さｔ１より薄くても（ｔ２２＜ｔ１）、厚くてもよい（ｔ２２＞ｔ１）。なお、第１の断熱材２０の厚さｔ１、枠体３１の厚さｔ２１、第１及び第２の板状部材３２，３３の厚さｔ２２の上記の関係は、後述する各実施形態においても同様の関係を有していてよい。
【００２４】
熱伝達抑制シート１０は、第１の断熱材２０が枠体３１の矩形状の孔３１ａに挿入され、第１の断熱材２０におけるシート厚み方向の上面及び下面が、それぞれ第１の板状部材３２と第２の板状部材３３により塞がれる。そして、枠体３１と第１の板状部材３２との接合面や、枠体３１と第２の板状部材３３との接合面が、接着剤６０などにより固定される。これにより、第１の断熱材２０における、外周である４辺、一方の表面であるシート厚み方向の上面、及び他方の表面であるシート厚み方向の下面を含む全表面が第２の断熱材３０により覆われる。
【００２５】
この構成によれば、第１の断熱材２０の全表面が、圧縮強度の高い第２の断熱材３０で覆われるので、電池セル４０の膨張により大きな押圧力が熱伝達抑制シート１０に作用しても、該押圧力は圧縮強度が大きな第２の断熱材３０で受け止められて、第１の断熱材２０への影響が抑制される。すなわち、第１の断熱材２０の厚さ減少が抑制され、熱伝達抑制シート１０の断熱性能の低下が抑制される。また、熱伝達抑制シート１０の内部には、第２の断熱材３０よりも熱伝導率が低い第１の断熱材２０が存在することにより、熱伝達抑制シート１０の一方側から他方側への熱伝達を効果的に抑制することができる。したがって、熱伝達抑制シート１０としての課題である高断熱性能と高圧縮強度の特性を両立させることができる。
【００２６】
なお、本実施形態においては図示しないが、第１の断熱材２０は、下記の第３実施形態で示すように（図３を参照）、フィルムや不織布などの包装材３８で覆われてもよい。また、必要に応じて第１及び第２の板状部材３２，３３の中央部に開口部を設けることもできる。また、図１に示す、枠体３１、孔３１ａ、第１及び第２の板状部材３２，３３の形状は矩形状であるが、形状は特に限定されず、例えば円形状などであってもよい。以下の各実施形態でも同様である。
【００２７】
第１の断熱材２０は、断熱が主目的であり、断熱性能が高い材料から選択され、第２の断熱材３０は、圧縮強度向上が主目的であり、圧縮強度が高い材料から選択される。
【００２８】
断熱を主目的とする第１の断熱材２０としては、繊維状、あるいはブランケット状（以下、まとめて「繊維状」と言う）に形成された無機材料や有機材料、又は粒子状、バルク状、緻密体、シート状、プレート状、粉体（以下、まとめて「粒子状」と言う）に形成された無機材料や有機材料から構成される。
【００２９】
繊維状無機材料としては、アルミナ、ＲＣＦ、ＡＥＳ、ロックウール、バサルトファイバー、シリカファイバー、ジルコニアファイバー、グラスウールからなる群から少なくとも１つが選択可能である。繊維状の有機材料としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が選択可能である。また、粒子状の無機材料としては、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、コージェライト、合成シリカ、エアロゲルからなる群から少なくとも１つが選択可能である。粒子状の有機材料としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂がある。また、エアロゲルブランケットなどの複合体とすることもできる。
【００３０】
圧縮強度向上を主目的とする第２の断熱材３０としては、バルク状、緻密体、シート状、プレート状（以下、まとめて「バルク状」と言う）に形成された無機材料や有機材料から構成される。バルク状の無機材料としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、コージェライト、マイカ、珪酸カルシウム、パーライト、ゼオライト、水酸化アルミニウム、バーミキュライト、炭酸カルシウムからなる群から少なくとも１つが選択可能である。バルク状の有機材料としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、ゴムからなる群から少なくとも１つが選択可能である。さらに、第２の断熱材３０は、ＳＵＳ、鉄、銅、アルミニウムからなる群から少なくとも１つが選択されてもよい。
【００３１】
後述するように（図５を参照）、本実施形態の組電池１００では、熱伝達抑制シート１０が電池セル４０間に配置され、複数の電池セル４０同士が直列又は並列に接続された状態（接続された状態は図示を省略）で、電池ケース５０に格納されている。
【００３２】
なお、電池セル４０は、例えば、リチウムイオン二次電池が好適に用いられるが、特にこれに限定されず、その他の二次電池にも適用され得る。
【００３３】
そして、熱暴走を起こした電池セル４０は、自身が膨張して大きな押圧力を熱伝達抑制シート１０に作用させる。しかし、この押圧力の大部分は、圧縮強度が大きな第２の断熱材３０で受け止められ、第１の断熱材２０への押圧力の影響が減少する。すなわち、第１の断熱材２０の厚さ減少を最小限に抑制する。これにより、熱伝達抑制シート１０全体としての断熱性能の低下を抑制することができ、熱暴走を起こした電池セル４０からの熱が、隣接する他の電池セル４０に伝播することで、他の電池セル４０が熱暴走するのを防止する。
【００３４】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図と、ＩＩ−ＩＩ断面図と、第２の断熱材を構成する収納部及び蓋部の正面図である。図２に示すように、本実施形態の熱伝達抑制シート１０は、例えば、長さＬ、幅Ｗ、厚さｔ１のシート状に形成された第１の断熱材２０と、第２の断熱材３０により形成され、一方の面に凹部３５ａが形成された収納部３５と、第２の断熱材３０により形成され、厚さｔ２の板状の蓋部（第１の板状部材）３２と、を備える。凹部３５ａは、第１の断熱材２０と同じ（長さＬ×幅Ｗ×厚さｔ１）、又は僅かに大きい寸法を有し、その内部に第１の断熱材２０を収納可能である。
【００３５】
熱伝達抑制シート１０は、第１の断熱材２０が収納部３５の凹部３５ａに収納され、開口面が板状の蓋部３２により塞がれる。そして、収納部３５と蓋部３２との接合面が、接着剤６０などにより固定される。これにより、第１の断熱材２０における、外周である４辺、一方の表面であるシート厚み方向の上面、及び他方の表面であるシート厚み方向の下面を含む全表面が第２の断熱材３０により覆われる。
【００３６】
すなわち、本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、第１の断熱材２０と、第２の断熱材３０とを含み、第１の断熱材２０が、複数の第２の断熱材３０により挟持されている。より具体的に、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、第２の断熱材３０は、第１の断熱材２０の外周及び一方の表面を覆い、第１の断熱材２０を収納可能な凹部３５ａを備える収納部３５と、第１の断熱材２０の他方の表面を覆う蓋部３２と、を備えている。
【００３７】
この構成によれば、第１実施形態と同様、第１の断熱材２０の全表面が、圧縮強度の高い第２の断熱材３０で覆われるので、電池セル４０の膨張により大きな押圧力が熱伝達抑制シート１０に作用しても、該押圧力は圧縮強度が大きな第２の断熱材３０で受け止められて、第１の断熱材２０への影響が抑制される。すなわち、第１の断熱材２０の厚さ減少が抑制され、熱伝達抑制シート１０の断熱性能の低下が抑制される。また、熱伝達抑制シート１０の内部には、第２の断熱材３０よりも熱伝導率が低い第１の断熱材２０が存在することにより、熱伝達抑制シート１０の一方側から他方側への熱伝達を効果的に抑制することができる。したがって、熱伝達抑制シート１０としての課題である高断熱性能と高圧縮強度の特性を両立させることができる。
【００３８】
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図と、ＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図３に示すように、本実施形態の熱伝達抑制シート１０は、例えば、長さＬ、幅Ｗ、厚さｔ１のシート状に形成された第１の断熱材２０と、枠状に形成された第２の断熱材３０を備える。第２の断熱材３０は、第１の断熱材２０の外形形状と略同一寸法の矩形状の孔３１ａを有し、枠状に形成された第１の枠体３１Ａと、同じく第１の断熱材２０の外形形状と略同一寸法の矩形状の孔３１ａを有し、枠状に形成された第２の枠体３１Ｂと、第１の断熱材２０を覆うフィルムや不織布などの包装材３８と、を備える。
【００３９】
本実施形態では、第１及び第２の枠体３１Ａ，３１Ｂの厚さｔ２は、第１の断熱材２０の厚さｔ１の略１／２の厚さを有する。これにより、第１及び第２の枠体３１Ａ，３１Ｂの矩形状の孔３１ａに第１の断熱材２０が挿入されて組み込まれたとき、第１の断熱材２０の表裏面は、第１及び第２の枠体３１Ａ，３１Ｂのそれぞれの表面と略同一面となる。
【００４０】
また、第１の断熱材２０は、第１の断熱材２０より大きい面積を有する包装材３８によって覆われている。すなわち、第１の断熱材２０は、包装材３８の外周部３８ａが、第１の断熱材２０におけるシート厚み方向に垂直な面から見て、外方に延設された状態で包装材３８により覆われている。
【００４１】
第１及び第２の枠体３１Ａ，３１Ｂの矩形状の孔３１ａには、それぞれ第１の断熱材２０の表面側及び裏面側が、その厚さｔ１の半分程度まで挿入されている。これにより、第１の断熱材２０の外周から外方に延設された包装材３８の外周部３８ａが、第１及び第２の枠体３１Ａ，３１Ｂによって挟持される。そして、第１の枠体３１Ａと第２の枠体３１Ｂは、包装材３８の外周部３８ａを挟持した状態で、接着剤６０などにより固定されている。
【００４２】
なお、熱伝達抑制シート１０は、包装材３８を備えず、第１の断熱材２０が直接、第１及び第２の枠体３１Ａ，３１Ｂの矩形状の孔３１ａに挿入されてもよい。この場合は、図示しないが、第１の断熱材２０が、第１の枠体３１Ａ及び第２の枠体３１Ｂにより挟持されるよう、第１の断熱材２０の外周の少なくとも一部が、外周から外方に延設された構成となっている必要がある。
【００４３】
すなわち、本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、第１の断熱材２０と、第２の断熱材３０とを含み、第１の断熱材２０が、複数の第２の断熱材３０により挟持されている。より具体的に、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、第２の断熱材３０は、枠状に形成されて第１の断熱材２０の外周を覆う第１の枠体３１Ａと、枠状に形成されて第１の断熱材２０の外周を覆う第２の枠体３１Ｂと、を備え、第１の断熱材２０が、第１の枠体３１Ａ及び第２の枠体３１Ｂにより挟持されている。
【００４４】
また、より具体的には、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、第２の断熱材３０は、枠状に形成されて第１の断熱材２０の外周を覆う第１の枠体３１Ａと、枠状に形成されて第１の断熱材２０の外周を覆う第２の枠体３１Ｂと、を備え、第１の断熱材２０を覆う包装材３８をさらに備え、包装材３８の外周部３８ａが、第１の枠体３１Ａ及び第２の枠体３１Ｂにより挟持されている。
【００４５】
この構成によれば、圧縮強度が高い第２の断熱材３０が、第１の断熱材２０の外周の４辺２２に枠状に配置されるので、電池セル４０の膨張により大きな押圧力が熱伝達抑制シート１０に作用しても、該押圧力は圧縮強度が大きな第２の断熱材３０で受け止められて、第１の断熱材２０への影響が抑制される。すなわち、第１の断熱材２０の厚さ減少が抑制され、熱伝達抑制シート１０の断熱性能の低下が抑制される。また、熱伝達抑制シート１０におけるシート厚み方向に垂直な面の中央部に、第２の断熱材３０よりも熱伝導率が低い第１の断熱材２０が存在することにより、熱伝達抑制シート１０の一方側から他方側への熱伝達を効果的に抑制することができる。したがって、熱伝達抑制シート１０としての課題である高断熱性能と高圧縮強度の特性を両立させることができる。さらに、第１の断熱材２０が包装材３８で覆われているので、熱伝達抑制シート１０の取り扱い性が向上する。
【００４６】
（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図と、ＩＶ−ＩＶ断面図と、第２の断熱材を構成する、つば付きピン及びワッシャの正面図及び側面図である。図４に示すように、本実施形態の熱伝達抑制シート１０は、例えば、長さＬ、幅Ｗ、厚さｔ１のシート状に形成され、シート厚み方向に貫通する貫通孔２１を備えた第１の断熱材２０と、下記に示す特徴を有する第２の断熱材３０と、を備える。
【００４７】
第２の断熱材３０は、貫通孔２１に挿入される柱部３６ａ、及び柱部３６ａの一端部に形成されたフランジ３６ｂを備えるつば付きピン３６と、柱部３６ａに嵌合可能な孔３７ａを有するワッシャ３７と、を備える。柱部３６ａの厚さ（長さ）ｔ２は、第１の断熱材２０の厚さｔ１とワッシャ３７の厚さｔ３との合計厚さ（ｔ１＋ｔ３）より僅かに長くなっている。
【００４８】
そして、第１の断熱材２０の一方の面側から、第１の断熱材２０の貫通孔２１につば付きピン３６の柱部３６ａが挿通され、第１の断熱材２０の他方の面側から突出した柱部３６ａの他端部にワッシャ３７が嵌合固定される。これにより、第１の断熱材２０の両面には、第２の断熱材３０（つば付きピン３６のフランジ３６ｂ及びワッシャ３７）が、第１の断熱材２０のシート厚み方向表面から突出した状態で配置される。
【００４９】
すなわち、本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、第１の断熱材２０と、第２の断熱材３０とを含み、第１の断熱材２０が、複数の第２の断熱材３０により挟持されている。より具体的に、第１の断熱材２０は、シート厚み方向に貫通する貫通孔２１を備え、第２の断熱材３０は、貫通孔２１に挿入される柱部３６ａ及び柱部３６ａの一端部に形成されたフランジ３６ｂを備えるつば付きピン３６と、第１の断熱材２０から突出する柱部３６ａの他端部に嵌合固定されるワッシャ３７と、を備えている。
【００５０】
この構成によれば、第１の断熱材２０のシート厚み方向全体に渡って、圧縮強度が高い第２の断熱材３０が存在するので、電池セル４０の膨張により大きな押圧力が熱伝達抑制シート１０に作用しても、該押圧力は圧縮強度が大きな第２の断熱材３０で受け止められて、第１の断熱材２０への影響が抑制される。すなわち、第１の断熱材２０の厚さ減少が抑制され、熱伝達抑制シート１０の断熱性能の低下が抑制される。また、熱伝達抑制シート１０におけるシート厚み方向に垂直な面から見た場合の第２の断熱材３０の周囲に、第２の断熱材３０よりも熱伝導率が低い第１の断熱材２０が存在することにより、熱伝達抑制シート１０の一方側から他方側への熱伝達を効果的に抑制することができる。したがって、熱伝達抑制シート１０としての課題である高断熱性能と高圧縮強度の特性を両立させることができる。
【００５１】
なお、第１の断熱材２０に対する第２の断熱材３０の配置位置は、任意に設定可能であるが、電池セル４０は中央部が最も膨らむので、第２の断熱材３０を、シート厚み方向に垂直な面から見た場合における第１の断熱材２０の中央部に配置することが、第１の断熱材２０の厚さ低減を効果的に抑制するために好ましい。
【００５２】
［組電池］
図５は、組電池の一例を模式的に示す断面図である。図５に示すように、本実施形態に係る組電池１００は、電池セル４０間に、上述の熱伝達抑制シート１０を介在させたものである。具体的には、図５に示すように、組電池１００は、複数個の電池セル４０を並設し、直列又は並列に接続して電池ケース５０に収容したものであるが、各電池セル４０間に、熱伝達抑制シート１０が介在されている。
【００５３】
電池セル４０には、隣接する電池セル４０からの押圧力が常時作用しているが、この押圧力の大部分を熱伝達抑制シート１０、特に、圧縮強度が高い第２の断熱材３０が受ける。また、熱暴走を起こした場合、膨張する電池セル４０による押圧力の大部分も圧縮強度が高い第２の断熱材３０が受けるため、第１の断熱材２０の厚さの低減が抑制される。これにより、熱伝達抑制シート１０の断熱性能の低下が抑制されて、電池セル４０の熱暴走の連鎖が効果的に防止される。すなわち、電池セル４０間で使用される熱伝達抑制シート１０としての課題である、高断熱性能と高圧縮強度の特性を両立させることができる。
【実施例】
【００５４】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００５５】
（実施例１）
図６Ａは、実施例１の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図６Ａに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に直径Ｄ＝２５．４ｍｍの貫通孔２１を設けた。そして、該貫通孔２１の半円形状の領域に、第２の断熱材３０の一例である厚さ２ｍｍのマイカシートをはめ込むとともに、残りの半円形状の領域に、第１の断熱材２０の一例である厚さ２ｍｍの上記アルミナファイバーブランケットをはめ込み、実施例１で用いる試料１を作製した。すなわち、アルミナファイバーブランケットの厚さと、マイカシートの厚さは、同じであり、マイカシートは、アルミナファイバーブランケットにおける一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている。
【００５６】
ここで、熱伝達抑制シート１０におけるシート厚み方向に垂直な一対の面のうち、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積が大きい側の面において、シート厚み方向における第１の断熱材２０の投影面積をＳ１とし、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積をＳ２と定義する。図６Ａに示すように、熱伝達抑制シート１０において、一方の面２０ａから見た場合における、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積と、他方の面２０ｂから見た場合における、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積とが同じである場合は、いずれの面を採用しても問題にならないが、例えば、断面が３角柱状の第２の断熱材３０を用いた場合には、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積が、一方の面２０ａと他方の面２０ｂとで異なる場合がある。その場合は、上記のように、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積が大きい側の面を採用し、その面における、シート厚み方向における第１の断熱材２０の投影面積をＳ１とし、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積をＳ２と定義するというものである。
【００５７】
また、上記Ｓ１及びＳ２を、シート厚み方向における各断熱材の投影面積で定義するのは、図６Ａに示すような、第１の断熱材２０の厚さｔ１と第２の断熱材３０の厚さｔ２が同じである場合には、シート表面における各断熱材の面積とすることで問題にならないが、例えば、第２の断熱材３０の厚さｔ２が、第１の断熱材２０の厚さｔ１より薄く、すなわち、第２の断熱材３０がシート表面から埋没している場合には、シート厚み方向から見て露出している第２の断熱材３０の面積とするためである。
【００５８】
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例１におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、約４％であった。
【００５９】
（実施例２）
図６Ｂは、実施例２の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図６Ｂに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に直径Ｄ＝２５．４ｍｍの貫通孔２１を設けた。そして、該貫通孔２１に、第２の断熱材３０の一例である厚さ２ｍｍのマイカシートをはめ込み、実施例２で用いる試料２を作製した。すなわち、アルミナファイバーブランケットの厚さと、マイカシートの厚さは、同じであり、マイカシートは、アルミナファイバーブランケットを一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている。
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例２におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、約８％であった。
【００６０】
（実施例３）
図６Ｃは、実施例３の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図６Ｃに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に一辺が５０ｍｍの正方形からなる貫通孔２１を設けた。そして、該貫通孔２１に、第２の断熱材３０の一例である厚さ２ｍｍのマイカシートをはめ込み、実施例３で用いる試料３を作製した。すなわち、アルミナファイバーブランケットの厚さと、マイカシートの厚さは、同じであり、マイカシートは、アルミナファイバーブランケットを一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている。
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例２におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、約３９％であった。
【００６１】
（比較例１）
図７Ａは、比較例１の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図７Ａに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを、長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成して、比較例１で用いる試料４を作製した。すなわち、試料４は、アルミナファイバーブランケットのみで形成されている。
そして、上記で説明した定義に基づくと、比較例１におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、０％であった。
【００６２】
（比較例２）
図７Ｂは、比較例２の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図７Ｂに示すように、第２の断熱材３０の一例であるマイカシートを、長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成して、比較例２で用いる試料５を作製した。すなわち、試料５は、マイカシートのみで形成されている。
そして、上記で説明した定義に基づくと、比較例２におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、１００％であった。
【００６３】
続いて、上記で作製した各試料１〜５（熱伝達抑制シート１０）の熱伝達抑制効果を確認するため、以下の試験を行った。まず、実施例１〜３並びに比較例１及び比較例２の各試料１〜５（熱伝達抑制シート１０）の一方の面側において、熱暴走を起こした電池セルを模擬したヒーターを熱伝達抑制シート１０から４０ｍｍ離間させて配置し、他方の面側において、隣接する電池セルを模擬した金属板（加熱せず）を、熱伝達抑制シート１０に接触させて配置した。続いて、ヒーターを加熱して温度が８００℃に到達した後、ヒーターと金属板で、各試料１〜５を、１６ｋＰａ又は４６９ｋＰａの力で押圧して、ヒーター加熱後の経過時間に対する金属板表面の温度変化を測定した。なお、所定の荷重で押圧した後、ヒーターの電源をＯＦＦにした。
【００６４】
実施例１〜３並びに比較例１及び比較例２における、金属板表面の最大温度（℃）をプロットしたグラフを図８に示す。
【００６５】
図８に示すように、第１の断熱材２０の中央部に圧縮強度の高い第２の断熱材３０を配置した実施例１〜３における、金属板表面の最大温度は、第１の断熱材２０のみで形成された比較例１、及び第２の断熱材３０のみで形成された比較例２の温度よりも低くなっていることが分かる。
また、熱伝導率が低い、すなわち断熱性能が高い第１の断熱材２０のみからなる比較例１で、実施例１〜３よりも温度が高くなっていることが分かる。すなわち、断熱効果が小さいのは、電池セル４０の膨張による圧縮力が第１の断熱材２０に作用することで、第１の断熱材２０の持つ、高い断熱性能を打ち消してしまうほど、第１の断熱材２０の厚さが薄くなったことによると考えられる。
一方、実施例１〜３では、圧縮強度の高い第２の断熱材３０を、第１の断熱材２０の中央部に配置したことで、第１の断熱材２０の厚さの低減が抑制されて有効に断熱されていることが分かる。
【００６６】
また、図８から分かるように、上記Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）は、好ましくは５０％以下、より好ましくは２０％以下、更に好ましくは５％以下である。
【００６７】
さらに、Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）の値が同じであっても、熱伝達抑制シート１０の圧縮力が高いほど温度が高くなっているのは、熱伝達抑制シート１０に作用する圧縮力によって熱伝達抑制シート１０の厚さが薄くなり、これによって断熱性能が低下したことによる。
以上より、本発明の技術によって熱伝達抑制シート１０の高断熱性能と高圧縮強度を両立させることが可能となることが理解される。
【００６８】
なお、上記実施例１〜３は、第１の断熱材２０の厚さと第２の断熱材３０の厚さが同じであり、すなわち、第２の断熱材３０が、第１の断熱材２０における一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている場合である。続いて、第２の断熱材３０の厚さが第１の断熱材２０の厚さよりも薄く、第２の断熱材３０が、第１の断熱材２０を一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通していない場合についても、同様の試験を行った。
【００６９】
（実施例４）
図９Ａは、実施例４の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図９Ａに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に直径Ｄ＝２５．４ｍｍで、深さ１ｍｍの凹部２１ａを設けた。そして、該凹部２１ａの半円形状の領域に、第２の断熱材３０の一例である厚さ１ｍｍのマイカシートをはめ込むとともに、残りの半円形状の領域に、第１の断熱材２０の一例である厚さ１ｍｍの上記アルミナファイバーブランケットをはめ込み、実施例４で用いる試料４を作製した。
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例４におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、約４％であった。
【００７０】
（実施例５）
図９Ｂは、実施例５の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図９Ｂに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に直径Ｄ＝２５．４ｍｍで、深さ１ｍｍの凹部２１ａを設けた。そして、該凹部２１ａに、第２の断熱材３０の一例である厚さ１ｍｍのマイカシートをはめ込み、実施例５で用いる試料５を作製した。
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例５におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、約８％であった。
【００７１】
続いて、試料４及び試料５についても、上記と同様の試験方法によって熱伝達抑制効果の確認を行った。実施例４、実施例５、比較例１及び比較例２における、金属板表面の最大温度（℃）をプロットしたグラフを図１０に示す。
【００７２】
図１０に示すように、実施例１〜３の場合と同様、第１の断熱材２０の中央部に圧縮強度の高い第２の断熱材３０を配置した実施例４及び実施例５における、金属板表面の最大温度は、第１の断熱材２０のみで形成された比較例１、及び第２の断熱材３０のみで形成された比較例２の温度よりも低くなっていることが分かる。すなわち、第２の断熱材３０が、第１の断熱材２０における一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通していない場合についても、貫通している場合と同様の傾向が得られることが示された。
【００７３】
なお、本発明は、前述した各実施形態、変形例、及び各実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。本発明の熱伝達抑制シートは、電池セル間に介在させて、電池セルが熱暴走を起こした場合、熱暴走を起こした電池セルからの熱により、他の電池セルが熱暴走することを防止する用途について説明したが、この用途に限定されない。例えば、自動車排気管用の熱伝達抑制シートとしても利用可能である。また、取扱い性が非常に困難であるが、物性が優れていることが明らかな材料（エアロゲル、合成シリカ等）を、剛性のある材料でフレームを作製し、その内部に配置することにより、取扱い性、及び装着時の機械的強度が優れた断熱材とすることもできる。
【符号の説明】
【００７４】
１０    熱伝達抑制シート
２０    第１の断熱材
２１    貫通孔
２２    第１の断熱材の４辺
３０    第２の断熱材
３１    枠体
３１Ａ  第１の枠体
３１Ｂ  第２の枠体
３２    第１の板状部材、蓋部
３３    第２の板状部材
３５    収納部
３５ａ  凹部
３６    つば付きピン
３６ａ  柱部
３６ｂ  フランジ
３７    ワッシャ
３８    包装材
３８ａ  外周部
４０    電池セル
１００  組電池
Ｓ１    第１の断熱材の表面積
Ｓ２    第２の断熱材の表面積
【図１】
2020187869.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
2020187869.tif 000010
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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